Radarové brýle: 14 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Loni v létě jsme na dovolené v Maine potkali další pár: Mike a Linda. Linda byla slepá a byla slepá od narození (myslím) jejich prvního dítěte. Byli opravdu milí a hodně jsme se spolu zasmáli. Když jsme přišli domů, nemohl jsem přestat myslet na to, jaké by to bylo být slepý. Nevidomí viděli oční psy a hole a jsem si jistý, že jim pomůže spousta dalších věcí. Ale přesto musí být spousta výzev. Zkusil jsem si představit, jaké to bude a říkal jsem si, jako elektronik, jestli bych mohl něco udělat.

Jednou v létě jsem si spálil oči svařákem, když mi bylo asi 20 let (dlouhý příběh … hloupé dítě). Je to něco, na co nikdy nezapomenu. Každopádně jsem měl celý den opravené oči. Pamatuji si, jak se mě moje matka snažila projít po ulici. Stále jsem se jí ptal, jestli auta zastavila. Řekla něco jako: „Jsem tvoje matka … myslíš, že tě vyvedu do provozu?“Když jsem si vzpomněl, jaký jsem byl v pubertě, říkal jsem si. Ale nemohl jsem se dostat z toho, že jsem nevěděl, jestli mě něco při chůzi praští do obličeje. Když jsme sundali náplasti, byl jsem velmi šťastný a ulevilo se mi. To je jediná věc blízká 'zkušenosti', kterou jsem v životě zažil, pokud jde o slepotu.

Nedávno jsem napsal další instruktáž o mladém příteli v práci, který ztratil zrak na pravé oko, a zařízení, které jsem mu vyrobil, aby mu řeklo, jestli je něco na jeho pravé straně. Pokud si to chcete přečíst, je to tady. Toto zařízení používalo snímač doby letu společnosti ST Electronics. Asi minutu po dokončení projektu jsem se rozhodl, že bych mohl vyrobit zařízení na pomoc nevidomým. Senzor VL53L0X, který jsem použil v tomto projektu, má senzor velkého bratra/sestry nazývaný VL53L1X. Toto zařízení může měřit větší vzdálenosti než VL53L0X. Pro VL53L0X od Adafruit byla odlamovací deska a pro VL53L1X byla odlamovací deska od Sparkfun. Rozhodl jsem se vytvořit pár brýlí s VL53L1X na přední straně a haptickým zpětnovazebním zařízením (vibrační motor) za brýlemi poblíž můstku nosu. Vibroval bych motor nepřímo úměrně vzdálenosti od předmětu, tj. Čím blíže byl předmět k brýlím, tím více by vibroval.

Zde bych měl poznamenat, že VL53L1X má velmi úzké zorné pole (programovatelné mezi 15-27 stupni), což znamená, že jsou VELMI směrové. To je důležité, protože poskytuje dobré rozlišení. Myšlenka je, že uživatel může pohybovat hlavou jako radarová anténa. To spolu s úzkým FOV umožňuje uživateli lépe rozeznat objekty na různých vzdálenostech.

Poznámka ke snímačům VL53L0X a VL53L1X: jsou to senzory doby letu. To znamená, že vysílají LASER puls (nízký výkon a v infračerveném spektru, takže jsou v bezpečí). Senzor určuje, jak dlouho trvá, než se odrazený puls vrátí zpět. Takže vzdálenost se rovná rychlosti X času, jak si všichni pamatujeme z hodin matematiky/přírodních věd, že? Rozdělte čas na polovinu a vynásobte rychlostí světla a získáte vzdálenost. Jak ale poukázal další člen Instructables, brýle mohly být nazývány LiDAR Glasses, protože použití LASERu tímto způsobem je Light Distance and Ranging (LiDAR). Ale jak jsem řekl, ne každý ví, co je LiDAR, ale myslím, že většina lidí zná RADAR. A zatímco infračervené světlo a rádio jsou součástí elektromagnetického spektra, světlo není považováno za rádiovou vlnu, jako jsou mikrovlnné frekvence. Ponechám tedy název jako RADAR, ale teď to chápete.

Tento projekt používá v podstatě stejné schéma jako ten pro druhý projekt … jak uvidíme. Velkými otázkami tohoto projektu jsou, jak montujeme elektroniku na brýle a jaké brýle používáme?

Krok 1: Brýle

Rozhodl jsem se, že bych pravděpodobně mohl navrhnout jednoduché brýle a vytisknout je pomocí své 3D tiskárny. Také jsem se rozhodl, že potřebuji pouze 3D tisk kostry nebo rámu brýlí. Přidal bych desku s plošnými spoji na pájení v součástech. Deska s plošnými spoji (protoboard) by byla připevněna k rámům, což by celé sestavě přidalo na síle. 3D vykreslení snímků je uvedeno výše.

K tomuto kroku jsou také připojeny soubory STL. Existují tři soubory: left.stl, right.stl (sluchátka/paže) a brýle.stl (rámečky).

Krok 2: Deska s plošnými spoji

Použil jsem prkénko Adafruit Perma-Proto s plnou velikostí. Položil jsem prkénko na přední část brýlí a vycentroval je. Horní okraj brýlí jsem vyrobil i s horní částí protoboardu. Obdélníková část brýlí, která se rozprostírá shora, je místo, kde bude nakonec namontován snímač času letu. Dobrá část horní části této části rámů trčí nad protoboard. To je v pořádku, protože nepotřebujeme nic pájet na horní část senzoru, jen na spodní část.

Ve středu prkénka je otvor, který je téměř přesně nahoře, kde bude nosní můstek v brýlích. Označil jsem 4 otvory, které jsou v rámu, na protoboard pomocí značky s tenkou špičkou. Poté jsem vyvrtal otvory do prkénka.

Dále jsem pomocí šroubů M2,5 namontoval rámy na prkénko. Moje jsou nylonové a k tomuto účelu jsem dostal celou sadu šroubů od společnosti Adafruit. Jakmile byly šrouby připevněny, vzal jsem značku a nakreslil čáru kolem rámů na prkénko. Pro mě jsem označil rovně dolů odsazení na bocích rámů, kde budou umístěny náušníky. To je moje preference … ale možná budete chtít, aby byly viditelné části uší rámu.

Krok 3: Vyřízněte to

Dále jsem vytáhl 4 šrouby z držení rámů na prkénko. Hrubě jsem odstranil materiál mimo čáru, kterou jsme označili. Dával jsem pozor, abych se držel trochu dál od čar, protože bych to později upřesnil stolní pásovou bruskou, kterou mám. Můžete použít soubor … ale předbíháme se.

Můžete hrubě řezat kolem linie pomocí jakýchkoli prostředků, které máte. Možná pásová pila? No, já žádný nemám. Mám `` okusovač '' pro desky s plošnými spoji, takže jsem to použil. Ve skutečnosti to zabralo dost času a je to trochu přetahování. Ale materiál desek s plošnými spoji se může rozbít a prasknout, a tak jsem chtěl jít pomalu. Kousal jsem se kolem a také nahoru do oblasti nosu … ale jen hrubě. Na obrázku výše můžete vidět, co jsem dělal.

Krok 4: Broušení nebo broušení

Odstranil jsem materiál mnohem blíže k linii pomocí své stolní pásové brusky. Opět můžete použít soubor, pokud nemáte nic jiného. Zde mohu o broušení říci pouze to, že v závislosti na zrnitosti brusiva v brusce dbejte na to, kolik materiálu se pokusíte odstranit. Není cesty zpátky. Někdy může jeden skluz desku zničit (nebo alespoň vypadat asymetricky nebo poškozeně). Udělejte si čas.

Mé obrázky před a po můžete vidět výše.

Krok 5: Jemné doladění

Rámy jsem znovu připevnil pomocí 4 šroubů a vrátil se k pásové brusce. Velmi velmi opatrně jsem vybrousil až k okraji rámů. Potřeboval jsem použít kulatý pilník v nosní části, protože jsem nemohl udělat tak ostré zatáčky v mé brusce. Viz mé konečné výsledky výše.

Krok 6: Přidání senzoru

V tomto okamžiku jsem přidal desku pro přerušení senzoru VL53L1X. Nejprve jsem přidal dva dlouhé nylonové šrouby M2,5, které je protlačily otvory v rámech a otvory ve VL53L1X. Ke každému šroubu jsem přidal nylonovou matici a velmi jemně je utáhl. Na horní část každé matice jsem přidal dvě (celkem čtyři) nylonové podložky. Jsou potřebné k zajištění toho, aby snímač VL53L1X ležel rovnoběžně s protoboardem.

Umístil jsem 6 -pólovou svorkovnici na desku v poloze tak, aby otvory v horní části VL53L1X byly zarovnány se dvěma šrouby, které jsem nasadil v horní části rámů (s nylonovými podložkami). Na konce šroubů jsem přidal nylonové matice a znovu je jemně utáhl. Viz obrázky výše.

Krok 7: Schéma

Jak jsem již řekl, schéma je zhruba stejné jako u projektu Periferní radar. Jeden rozdíl je v tom, že jsem přidal tlačítko (přepínač peněžních kontaktů). Představuji si, že v určitém okamžiku budeme potřebovat jeden pro změnu režimů nebo implementaci nějaké funkce … takže je lepší mít to teď, než přidat později.

Také jsem přidal 10K potenciometr. Hrnec slouží k nastavení vzdálenosti, kterou software bude považovat za maximální vzdálenost, na kterou bude reagovat. Berte to jako ovládání citlivosti.

Schéma je uvedeno výše.

Seznam dílů (který jsem měl dát dříve) je následující:

SparkFun Snímač vzdálenosti Breakout - 4 metry, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - vibrační mini motorový disk - ID PRODUKTU: 1201Adafruit - lithium -iontová polymerová baterie - 3,7v 150mAh - ID PRODUKTU: 1317Adafruit Perma -Proto Breadboard plné velikosti - Single - PRODUCT ID: 1606 Taktilní spínací tlačítka (6 mm tenká) x 20 balení - ID PRODUKTU: 1489 Sparkfun - JST pravoúhlý konektor - průchozí otvor se 2 piny - odpor PRT -0974910K ohm - Junkbox (podívejte se na podlahu) rezistor 10K -100K ohm - Junkbox (podívejte se na podlahu v blízkosti odporů 10K) 2N3904 NPN tranzistor - Junkbox (nebo telefonujte příteli) Nějaký propojovací vodič (použil jsem lanko o průměru 22)

K nabíjení baterie LiPo jsem také nabral: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly nabíječka - v1 - ID PRODUKTU: 1304

Krok 8: Umístění součástí

Snažil jsem se být co nejchytřejší při umísťování komponentů. Obvykle se snažím seřadit určité piny, jako je síla a zem … pokud to jde. Snažím se alespoň minimalizovat délky vodičů. Potřeboval jsem mít jistotu, že nechám nad vibračním motorem prostor nad nosním můstkem. Nakonec jsem došel k umístění, které je vidět na obrázku výše.

Krok 9: Důvody

Všechny součásti jsem nejprve připájel k desce v pozicích, pro které jsem se rozhodl. Dále jsem přidal zemní spojení. Pohodlně byl jeden z velkých dlouhých pásů na PWB stále odhalen, takže jsem z toho udělal běžný zemnící pás.

Výše uvedený obrázek ukazuje zemní spojení a odpor 10K. Nebudu vám říkat, kam umístit každý drát, protože většina lidí má své vlastní nápady, jak věci dělat. Jen vám ukážu, co jsem udělal.

Krok 10: Dráty

Přidal jsem zbytek drátů, jak je znázorněno na obrázku výše. Pod vibrační motor jsem přidal kousek dvojité lepicí pásky, aby bylo zajištěno, že drží na svém místě. Lepkavý materiál, který už přišel na spodní část motoru, mi nepřipadal dost silný.

Pro svá připojení jsem použil drát o rozměru 22. Pokud máte něco menšího, použijte to. Použil jsem měřidlo 22, protože to je to nejmenší, co jsem měl po ruce.

Krok 11: Držák baterie

3D jsem vytiskl držák pro uložení baterie LiPo (její vyobrazení je uvedeno výše). Označil jsem a vyvrtal otvory v protoboardu, abych upevnil držák na opačnou stranu brýlí od komponent, jak je uvedeno výše.

Zde bych měl poznamenat, že držák je velmi tenký a tenký a musím jej vytisknout podpůrným materiálem (na všechny díly tohoto projektu jsem použil plast ABS). Můžete snadno zlomit držák a pokusit se odstranit podpůrný materiál, takže jděte snadno.

Jedna věc, kterou dělám, aby byly moje části pevnější, je namočit je do acetonu. Samozřejmě musíte být velmi opatrní. Dělám to na dobře větraném místě a používám rukavice a ochranu očí. Dělám to poté, co odstraním podpůrný materiál (samozřejmě). Mám nádobu s acetonem a pomocí pinzety část úplně ponořím do acetonu, možná na sekundu nebo dvě. Okamžitě ji vyjmu a odložím stranou, aby uschla. Obvykle nechávám součásti hodinu nebo déle, než se jich dotknu. Aceton ABS „roztaví“chemicky. To má za následek utěsnění vrstev plastu.

K tomuto kroku je připojen soubor STL pro závorku.

Krok 12: Programování

Po dvojité kontrole všech mých připojení jsem připojil kabel USB, abych naprogramoval Trinket M0.

K instalaci a/nebo úpravě softwaru (připojeného k tomuto kroku) budete potřebovat soubory Arduino IDE a desky pro Trinket M0 a také knihovny pro VL53L1X od Sparkfun. To vše je tady a tady.

Pokud jste v tom noví, postupujte podle pokynů k používání Adafruit M0 na jejich vzdělávacím webu zde. Jakmile se načte software (přidaný k tomuto kroku), deska by se měla spustit a běžet na napájení ze sériového připojení USB. Přesuňte stranu desky VL53L1X blízko zdi nebo ruky a měli byste cítit, jak motor vibruje. Vibrace by se měly v amplitudě snižovat, čím dále od zařízení je předmět.

Chci zdůraznit, že tento software je v tomto ohledu úplně první. Vyrobil jsem dva páry brýlí a hned další dva udělám. My (já a alespoň jedna další osoba, která na tom pracuje) budeme nadále vylepšovat software a zveřejňovat zde veškeré aktualizace. Doufám, že to zkusí i ostatní a zveřejní (možná na GitHub) veškeré změny/vylepšení, která provedou.

Krok 13: Dokončení rámů

Ušní části jsem zacvakl do zářezu na obou stranách brýlí a pomocí tágové špičky nanesl aceton. Nasáknu aceton, takže když ho zatlačím do rohů, dostanu dobré množství. Pokud jsou pevně zacvaknuty, pak bude aceton přenášen kapilární přitažlivostí. Zajistím, aby byly umístěny rovně, a v případě potřeby je něčím přidržím na místě alespoň hodinu. Někdy se znovu přihlásím a čekám další hodinu. Aceton vytváří skvělé spojení a moje brýle vypadají docela silné na hranici rámu.

Tyto brýle jsou samozřejmě jen prototypem, takže jsem nechal design jednoduchý, a proto neexistují žádné závěsy pro ramena brýlí. Každopádně fungují docela dobře. Ale pokud chcete, můžete je kdykoli přepracovat pomocí závěsů.

Krok 14: Závěrečné myšlenky

Všiml jsem si, že senzor nefunguje dobře na slunečním světle. To dává smysl, protože jsem si jist, že senzor je nasycen infračerveným zářením ze slunce, což znemožňuje jeho oddělení od pulsu, který senzor vydává. Přesto si udělají dobré brýle uvnitř i v noci a možná i v zatažených dnech. Samozřejmě musím udělat více testů.

Jedna věc, kterou udělám, abych změnil design, je přidat nějaký druh gumy do zářezu, který se dotýká nosu. Pokud nakloníte hlavu dolů, je těžké cítit vibrace, protože se brýle pod gravitační silou trochu zvednou z kůže. Myslím, že nějaká guma, která vytvoří tření, udrží brýle připevněné k nosu, aby se na něj mohly přenášet vibrace.

Doufám, že na brýle dostanu nějakou zpětnou vazbu. Nevím, že brýle budou lidem nápomocné, ale musíme to vidět. O tom prototypy jsou: proveditelnost, učení a zdokonalování.

Do konstrukce mohlo být přidáno více senzorů. Pro tento prototyp jsem se rozhodl použít jeden, protože si myslím, že více než jeden vibrační motor bude pro uživatele těžší rozeznat. Ale mohl by být dobrý nápad mít dva senzory mířící z očí. Poté pomocí dvou motorů můžete vibrovat každou stranu brýlí. Místo vibrací můžete také použít zvuk přiváděný do každého ucha. Opět jde o to vyzkoušet prototyp a získat nějaké zkušenosti.

Pokud jste se dostali až sem, děkuji za přečtení!