Nebezpečný systém upozornění na hladinu hluku: 11 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) je největší makerspace na Rice University a poskytuje prostor všem studentům při navrhování a prototypování řešení výzev reálného světa. Za tímto účelem OEDK disponuje řadou elektrického nářadí a velkých strojů, které vydávají hlasité, potenciálně nebezpečné zvuky. Přestože OEDK úspěšně zavedl kulturu bezpečnosti kolem ochrany očí a rukavic, nedokázal vytvořit stejnou kulturu bezpečnosti kolem ochrany sluchu, protože uživatelé si nejsou jisti, kdy je ochrana sluchu vyžadována.

Náš tým Ring the Decibels si klade za cíl vyřešit tento problém navržením, vybudováním a implementací výstražného systému, který uživatelům OEDK radí nosit vhodnou ochranu sluchu na nebezpečných úrovních zvuku.

Krok 1: Přehled

Toto zařízení používá mikrokontrolér Arduino Uno. Analogová zvuková data jsou přijímána z Gravity Sound Level Meter, zprůměrována a poté použita ke spuštění digitálního výstupu LED pásku. Vizuální displeje obsahují přechod, který průběžně zobrazuje průměrnou úroveň decibelů, a sadu sluchátek, která bliká červeně, jakmile je dosažena předem stanovená hranice decibelů.

Plášť je vyroben ze dvou překližkových desek oddělených dvěma kruhovými překližkovými deskami oddělenými hliníkovými podpěrami. Gradientové a sluchátkové displeje jsou vytvořeny matným akrylem. Všechny elektronické součástky jsou připevněny k zadní desce.

Od surovin po montáž na zeď toto zařízení zabere jen necelé 2 hodiny. Díky tomuto projektu jsme se toho hodně dozvěděli o vyhlazování dat a ovládání LED pásků a doufáme, že vás při jeho budování bude bavit!

Krok 2: Potřebné součásti a nástroje

Celkové náklady na materiál pro toto zařízení jsou něco málo pod 100 dolarů. Vzhledem k tomu, že náš tým masově staví toto zařízení, byli jsme schopni koupit některé materiály ve velkém, abychom snížili náklady. Vzhledem k tomu, že toto zařízení stavíme pro strojírenský průmysl a v něm, máme již přístup ke spoustě komponent a nástrojů.

Níže uvedená množství součástí jsou pro jedno zařízení.

Komponenty

• 1x Arduino Uno (nebo podobný mikrokontrolér) s USB kabelem
• 1x prototypovací Breadboard
• 1x Perfboard (volitelně)
• 2x červené propojovací vodiče muž-muž
• 2x červené propojovací vodiče pro muže a ženy
• 2x černé propojovací vodiče muž-muž
• 2x černé propojovací vodiče pro muže a ženy
• 3x modré propojovací vodiče muž-muž
• 2x modré propojovací vodiče pro muže a ženy
• 1x 5V 1A napájecí adaptér
• 1x Gravitační analogový zvukoměr
• 1x jednotlivě adresovatelný RGB LED pás WS2812B (alespoň 20 LED)
• 6x čepy záhlaví muž-muž
• 2x 330 Ohm rezistory
• 24”x 12” 1/4 “březové překližky
• 7 palců x 9 palců 1/4 palce akryl
• 9 palců x 9 palců z 1/8 palce akrylu (šířka se může lišit)
• 3x 1/4 "šestihran / 2" 6-32 hliníkové distanční sloupky
• 6x 1/4 "šestihran/1 1/4" 6-32 hliníkové distanční sloupky
• 18x 3/4 "6-32 šrouby s plochou hlavou
• 18x podložky č. 6
• 8x 10mm nylonové distanční sloupky M2,5 pro ženy a ženy
• 4x 25mm nylonové distanční sloupky M2,5 pro ženy a ženy
• 4x 18mm nylonové distanční sloupky M2,5 pro muže a ženy
• Šrouby 24x 6 mm M2,5

Nástroje

• Arduino IDE
• Páječka (HAKKO FM-204) s pájkou
• Kalafunový tok
• Laserová řezačka (EPILOG Fusion M2 40)
• Akrylové lepidlo
• Sandblaster (volitelně)
• Smirkový papír
• 2dílný epoxid
• Akumulátorová vrtačka
• Vrták 5/32"
• Vrták 1/8"
• Bit se zahloubením 1/2 "82º
• Drill Press
• #5 Bit se zahloubením
• Šroubováky
• Horká lepicí pistole s lepicími tyčinkami

Krok 3: Připravte LED diody

Odřízněte dva pásy jednotlivě adresovatelných LED pásků na značení na pásu. Můžete snížit libovolný počet LED diod, které byste chtěli, nezapomeňte později znovu inicializovat počet LED v kódu. Na jeden pás jsme použili 10 LED diod.

Pájecí kolíky pájejte na každé ze 3 připojení jednoho z LED pásku. Nezapomeňte pájet na konci vstupu dat (DI). Opakujte pro další LED pásek. Abychom usnadnili pájení, použili jsme trochu kalafunového taviva natřeného na konektory LED pásku.

Ohněte a složte jeden z LED pásů do obloukovitého tvaru, aby odpovídal křivce přechodu. Toho jsme dosáhli vytvořením vlnitého vzoru s LED páskem, který se mohl sám zakřivit. Stejnou technikou vytvarujte druhý pás LED tak, aby sledoval křivku kusu sluchátek.

Krok 4: Sestavte obvod

Začněte připojením kolíku Arduino 5V k napájecí liště na prkénku. Poté připojte pin skupiny Arduino k zemnící liště na desce.

Připojení LED pásků

Připojte digitální pin Arduino 5 ke konektoru vstupu dat (DI) na jednom pásku LED a mezi pin 5 a konektor DI přidejte odpor 330 Ohm. Připojte napájecí lištu prkénka na prkénko ke kolíku 5V konektoru na LED pásku a uzemňovací lištu propojte na GND konektor na LED pásku. Toto bude LED pás pro zobrazení přechodu.

Připojte digitální kolík 6 Arduino k DI konektoru na druhém LED pásku a mezi pin 6 a DI konektor přidejte odpor 330 Ohm. Připojte napájecí lištu prkénka na prkénko ke kolíku 5V konektoru na LED pásku a uzemňovací lištu propojte na GND konektor na LED pásku. Toto bude LED pás pro displej sluchátek.

Připojení gravitačního zvukoměru (mikrofon)

Připojte analogový pin Arduino A0 k analogovému portu na měřiči hladiny zvuku Gravity. Připojte napájecí lištu na breadboardu na breadboard k portu VCC na desce Gravity a uzemňovací lištu breadboard k portu GND na desce Gravity.

Přenos obvodu na desku Perf (volitelně)

Abychom udrželi všechny elektronické součástky déle na místě, rozhodl se náš tým přesunout náš obvod na perf desku. Náš obvod není příliš složitý, a tak jsme pomocí pily nařezali desku 4 cm x 6 cm perf na desku 4 cm x 3 cm a vyvrtali do ní nové montážní otvory bitem 1/8 . Tento krok je zcela volitelný.

Krok 5: Upravte a nahrajte kód

Stáhněte si kód a otevřete jej v Arduino IDE.

Zkontrolujte, zda hodnota definovaná pro počet LED diod na každém pásku (NUM_LEDS_1 a NUM_LEDS_2) odpovídá počtu LED diod, které jste pro první LED pásek (gradient) a druhý LED pás (sluchátka) ořízli. Pokud se tyto hodnoty neshodují, změňte číslo v kódu.

Ověřte a nahrajte kód na desku Arduino.

Krok 6: Připravte dřevěné pouzdro

Stáhněte si pilník na řezání dřeva laserem.

Laserem řezané přední a zadní desky a 6 LED podpěr z překližky 1/4 pomocí příslušného nastavení na vaší laserové řezačce. Rastrované logo na přední desce můžete změnit na libovolný design.

Na naší laserové řezačce (EPILOG Fusion M2 40) jsme použili následující nastavení:

• 4 rychlosti, 100 výkonů, 10 frekvencí k vektorovému řezu
• 50 rychlostí, 100 výkonů, 300 DPI do rastrového gravírování

Použili jsme laserovou řezačku, protože k ní máme přístup na OEDK, ale můžete si také stáhnout soubory, které můžete použít jako obrys k řezání kusů pomocí CNC routeru nebo pásové pily.

Vyvrtejte 3 otvory bitem 5/32 "do přední desky v místech zobrazených červenými písmeny X na obrázku. Mezi přechodem a sluchátky by měl být jeden otvor, jeden pod pravým sluchátkem a jeden pod logem. Zahloubení tyto otvory zepředu. Tyto otvory budou pro odstup 2 ".

Položte přední desku na horní část zadní desky tak, aby byly obě orientovány ve směru, jak je vidět na laserovém řezacím souboru. Tužkou lehce vyznačte obrysy přechodů a prostorů pro sluchátka, otvoru pro mikrofon a 3 otvorů právě vyvrtaných v přední desce na zadní desku.

V místech právě přenesených z přední desky vyvrtejte 3 otvory bitem 5/32 do zadní desky. Tyto otvory ze zadní strany zahloubte.

Krok 7: Připravte akrylové kusy

Stáhněte si 1/4 "akrylový laserový řezací pilník a 1/8" laserový řezací pilník.

Laserem vyřízněte přední vložky z 1/4 "akrylu a zadní části z 1/8" akrylu pomocí příslušného nastavení na vaší laserové řezačce. Na naší laserové řezačce (EPILOG Fusion M2 40) jsme použili následující nastavení:

• 2 rychlosti, 100 výkon, 100 frekvence pro 1/4 "akryl
• 4 rychlosti, 100 výkon, 100 frekvence pro 1/8 "akryl

Použili jsme laserovou řezačku, protože k ní máme přístup na OEDK, ale můžete si také stáhnout soubory, které můžete použít jako obrys k řezání kusů pomocí CNC routeru nebo pásové pily. Podkladové kusy lze navíc řezat z akrylátu jakékoli šířky, ale zjistili jsme, že 1/8 nebo tenčí funguje dostatečně dobře pro připevnění ke dřevu při současném snížení hmotnosti.

Každý akrylový podkladový díl přilepte na odpovídající přední díl vložky akrylovým lepidlem tak, že když jsou díly přední vložky vloženy do přední desky, poutka na podkladových kusech jsou v jedné rovině se zadní částí přední strany.

Po vytvrzení lepidla (alespoň 30 minut) namrazte přední a zadní část spojených akrylových kusů, aby lépe rozptýlily světlo. Použili jsme k tomu pískovač, ale poslouží také jemný brusný papír (zrnitost 600 nebo vyšší) a nějaké loketní mazivo.

Krok 8: Připevněte akrylové kusy na dřevěné pouzdro

Položte přední desku lícem dolů a nasaďte akrylové kousky do příslušných mezer. Pokud mají akrylové kusy potíže s osazením, obrouste vnitřní okraje přední desky, dokud se akrylové kousky nevejdou.

Jakmile je dosaženo dobrého uchycení, odstraňte akrylové kousky z přední desky a naneste dvoudílný epoxid na přední stranu jazýčků podkladových kusů, které se dotýkají dřeva. Umístěte akrylové kousky do jejich mezer, zatlačte dolů a nechte epoxid úplně zaschnout.

Krok 9: Namontujte elektronické desky na dřevěné pouzdro

Pomocí vytyčeného obrysu otvoru pro mikrofon na zadní desce položte měřič hladiny gravitace na zadní desku tak, aby se mikrofon vyrovnal s obrysem. Označte, kde jsou čtyři montážní otvory na desce Gravity na zadní desce.

Ponechte měřič hladiny gravitace na zadní desce a umístěte desku Arduino a desku perf na zadní desku. Orientujte desku Adruino tak, aby elektrická zásuvka směřovala dolů a mezi každou deskou ponechal alespoň 1/4 mezery. Na přesném umístění těchto desek nezáleží, pokud se desky navzájem nepřekrývají nebo obrysy přechodu a sluchátek. Rozhodli jsme se umístit desku Arduino nalevo od desky Gravity a desku perf nad desku Gravity.

Na zadní desce označte, kde jsou montážní otvory pro desky Arduino a perf.

Vyjměte elektroniku ze zadní desky a vyvrtejte všechny otvory označené vrtákem 1/8 . Protože naše šrouby M2,5 vyžadovaly zahloubený otvor, který by lícoval se zadní deskou, vyvrtali jsme zadní desku ze zadní strany pomocí vrtačka.

Gravitační zvukoměr připevněte k zadní desce pomocí nylonových distančních sloupků a šroubů M2,5. Mikrofon by měl být blízko přední desky, takže aby se deska co nejvíce zvedla, použili jsme 25mm distanci ženy a ženy a 18mm vzdálenost muže a ženy.

Připevněte desku Arduino a perf k zadní desce pomocí distančních šroubů a šroubů M2,5. Délka odstupu není kritická, pokud jsou všechny odstupy použité pro jednu desku stejně dlouhé a dostatečně krátké, aby udržely desku v zařízení. Použili jsme 10mm distanční sloupky žena-žena.

Pokud váš obvod používá prkénko místo výkonové desky, jednoduše připevněte prkénko pomocí lepicí podložky místo použití distančních sloupků a šroubů.

Jakmile je elektronika namontována, zapojte obvod.

Krok 10: Připojte podpěry LED

Na zadní desku nakreslete 3 tečky uvnitř lehce nakresleného obrysu pro přechod, jak ukazuje červená Xs. Na každém konci přechodu by měla být jedna díra a jedna uprostřed. Opakujte to uvnitř obrysu pro sluchátka, jak ukazuje červená X.

Vyvrtejte otvory bitem 5/32 "v místě, kde bylo právě nakresleno 6 bodů. Tyto otvory zahloubte zezadu. Tyto otvory budou pro distanční podložky 1 1/4" pro podporu LED pásků.

Vyvrtejte otvory bitem 5/32 na jednom konci každé ze 6 podpěr LED. Tyto otvory zahloubte.

Připevněte podpěru LED k zadní desce v každém ze 6 otvorů v přechodu a obrysu sluchátek pomocí distanční podložky 1 1/4 . Použijte podložku na každé straně stojky mezi stojkou a dřevem. Zarovnejte podpěry LED tak, aby LED pás je umístěn na nevyvrtaném konci držáku, LED pás bude vycentrován v přechodu nebo ve sluchátkách.

Krok 11: Konečná montáž a montáž

Pomocí horkého lepidla připevněte pásky LED k podpěrám LED. Vstupní vodiče pro LED pásky by měly být orientovány ke spodní části zařízení.

Připojte LED pásky k obvodu a připojte 5V napájecí adaptér ke kabelu USB v Arduinu.

Přední desku připevněte k zadní desce pomocí 2palcových distančních podložek, 6–32 podložek a šroubů 6–32, přičemž podložky umístěte mezi podpěrné a dřevěné podpěry.

Namontujte zařízení na zeď pomocí montážního otvoru na zadní desce. Můžete použít šroub do dřeva do zdi nebo použít hák Command.

Připojte zařízení a získejte ochranu sluchu!