3osý snímač magnetického pole: 10 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Systémy bezdrátového přenosu energie jsou na dobré cestě k nahrazení konvenčního kabelového nabíjení. Od malých biomedicínských implantátů až po bezdrátové dobíjení velkých elektrických vozidel. Nedílnou součástí výzkumu bezdrátového napájení je minimalizace hustoty magnetického pole. Mezinárodní komise pro ochranu před neionizujícím zářením (ICNIRP) poskytuje vědecké rady a pokyny týkající se účinků neionizujícího záření na zdraví a životní prostředí (NIR) s cílem chránit lidi a životní prostředí před škodlivým vystavením NIR. NIR označuje elektromagnetické záření, jako je ultrafialové, světelné, infračervené a rádiové vlny, a mechanické vlny, jako je infračervený a ultrazvuk. Bezdrátové nabíjecí systémy produkují střídavá magnetická pole, která by mohla být škodlivá pro lidské bytosti a zvířata přítomná v okolí. Aby bylo možné detekovat tato pole a minimalizovat je v nastavení testu v reálném světě, je zapotřebí zařízení pro měření magnetického pole, jako je spektrální analyzátor Aaronia SPECTRAN NF-5035. Tato zařízení obvykle stojí více než 2 000 $ a jsou objemná a nemusí se dostat do úzkých prostor, kde je třeba pole změřit. Navíc tato zařízení obvykle mají více funkcí, než je požadováno pro jednoduché měření pole v bezdrátových systémech přenosu energie. Vyvinutí menší, levnější verze měřicích přístrojů v terénu by proto mělo velkou hodnotu.

Současný projekt zahrnuje návrh DPS pro snímání magnetického pole a také návrh přídavného zařízení, které dokáže zpracovat snímané hodnoty magnetického pole a zobrazit je na OLED nebo LCD displeji.

Krok 1: Požadavky

Zařízení má následující požadavky:

1. Změřte střídavá magnetická pole v rozsahu 10 - 300 kHz
2. Měření polí přesně až 50 uT (bezpečnostní limit stanovený ICNIRP je 27 uT)
3. Změřte pole ve všech třech osách a získejte jejich výsledek, abyste našli skutečné pole v daném bodě
4. Zobrazte magnetické pole na ručním měřiči
5. Zobrazí -li se pole nad standardy stanovenými ICNIRP, zobrazte varovný indikátor
6. Zahrňte provoz na baterie, aby bylo zařízení skutečně přenosné

Krok 2: Přehled systému

Krok 3: Výběr komponent

Tento krok je pravděpodobně nejvíce časově náročný a vyžaduje značnou trpělivost při výběru správných komponent pro tento projekt. Stejně jako u většiny ostatních projektů elektroniky vyžaduje výběr komponent pečlivé prozkoumání katalogových listů, aby se zajistilo, že všechny komponenty budou navzájem kompatibilní a budou pracovat v požadovaném rozsahu všech provozních parametrů - v tomto konkrétním případě magnetických polí, frekvencí, napětí atd.

Hlavní součásti zvolené pro desku plošných spojů snímače magnetického pole jsou k dispozici v přiloženém listu aplikace Excel. Komponenty používané pro ruční zařízení jsou následující:

1. Mikrokontrolér Tiva C TM4C123GXL
2. Sériový 20x4 LCD displej SunFounder I2C
3. Modul Cyclewet 3.3V-5V 4kanálový převodník logické úrovně obousměrný řadicí modul
4. Tlačítkový spínač
5. 2polohový přepínač
6. 18650 Li-ion 3,7V článek
7. Nabíječka Adafruit PowerBoost 500
8. Desky s plošnými spoji (přichycení SparkFun)
9. Mezery
10. Propojovací vodiče
11. Kolíky záhlaví

Potřebné vybavení pro tento projekt je následující:

1. Pájecí zařízení a nějaký pájecí drát
2. Vrtat
3. Štípačky

Krok 4: Návrh obvodu a simulace

Krok 5: Navrhování DPS

Jakmile je provoz obvodu ověřen v LTSpice, je navržena deska plošných spojů. Měděné letouny jsou navrženy tak, aby nerušily práci senzorů magnetického pole. Zvýrazněná šedá oblast v diagramu rozvržení DPS ukazuje měděné roviny na DPS. Vpravo je také zobrazen 3D pohled na navrženou DPS.

Krok 6: Nastavení mikrokontroléru

Mikrokontrolérem zvoleným pro tento projekt je Tiva C TM4C123GXL. Kód je napsán v Energii, aby se využily stávající knihovny LCD pro rodinu mikrokontrolérů Arduino. V důsledku toho lze kód vyvinutý pro tento projekt použít také s mikrokontrolérem Arduino místo Tiva C (za předpokladu, že použijete správné přiřazení pinů a podle toho upravíte kód).

Krok 7: Uvedení displeje do provozu

Displej a mikrořadič jsou propojeny komunikací I2C, která vyžaduje pouze dva vodiče kromě napájení a +5 V a uzemnění. Útržky kódu LCD dostupné pro rodinu mikrokontrolérů Arduino (knihovny LiquidCrystal) byly přeneseny a použity v Energii. Kód je uveden v přiloženém souboru LCDTest1.ino.

Několik užitečných tipů pro displej najdete v následujícím videu:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Krok 8: 3D tisk

Skříň skříně pro ruční zařízení je navržena tak, jak je znázorněno na obrázku výše. Krabice pomáhá udržet desky na místě a vodiče nerušené. Krabice je navržena tak, aby měla dva výřezy pro průchod vodičů, jeden výřez pro indikační LED diody baterie a jeden pro přepínací a tlačítkový spínač. Potřebné soubory jsou přiloženy.

Krok 9: Propojení všech komponent

Změřte rozměry všech dostupných komponent a rozložte je pomocí grafického nástroje, jako je Microsoft Visio. Jakmile je naplánováno rozložení všech komponent, je dobré zkusit je umístit na jejich pozice, abyste získali představu o konečném produktu. Doporučuje se otestovat připojení po přidání každé nové součásti do zařízení. Přehled procesu propojení je uveden na obrázcích výše. 3D vytištěná krabice dodává zařízení čistý vzhled a chrání také elektroniku uvnitř.

Krok 10: Testování a demonstrace zařízení

Vložené video ukazuje provoz zařízení. Přepínač zapíná zařízení a tlačítkem lze procházet dvěma režimy zobrazení.