Tréninkové brýle pro střídavé okluze vysokého napětí [ATtiny13]: 5 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Ve svém prvním pokynu jsem popsal, jak vytvořit zařízení, které by mělo být docela užitečné pro někoho, kdo chce léčit tupozrakost (líné oko). Konstrukce byla velmi zjednodušená a měla určité nevýhody (vyžadovalo použití dvou baterií a panely z tekutých krystalů byly poháněny nízkým napětím). Rozhodl jsem se vylepšit design přidáním multiplikátoru napětí a externích spínacích tranzistorů. Vyšší složitost vyžaduje použití komponent SMD.

Krok 1: Prohlášení

Použití takového zařízení může u malé části uživatelů zařízení způsobit epileptické záchvaty nebo jiné nežádoucí účinky. Konstrukce takového zařízení vyžaduje použití středně nebezpečných nástrojů a může způsobit újmu nebo poškození majetku. Popsané zařízení stavíte a používáte na vlastní nebezpečí

Krok 2: Díly a nástroje

Díly a materiály:

3D brýle s aktivní závěrkou

ATTINY13A-SSU

Západkový tlačítkový spínač 18x12 mm ON-OFF (něco takového, přepínač, který jsem použil, měl přímé, užší přívody)

2x SMD 6x6mm hmatová spínací tlačítka

2x 10 uF 16V Tantalový kondenzátor Case A 1206

100 nF 0805 kondenzátor

3x kondenzátor 330 nF 0805

4x SS14 DO-214AC (SMA) schottky dioda

Odpor 10k 0805

15k odpor 1206

Odpor 22k 1206

9x 27ohm 0805 odpor

3x rezistor 100k 1206

6x BSS138 SOT-23 tranzistor

3x tranzistor BSS84 SOT-23

61x44 mm měděná plátovaná deska

pár kousků drátu

3V baterie (CR2025 nebo CR2032)

izolační páska

lepicí páska

Nástroje:

diagonální řezačka

kleště

plochý šroubovák

malý křížový šroubovák

pinzeta

užitkový nůž

pila nebo jiný nástroj, který může řezat DPS

0,8 mm vrták

vrták nebo rotační nástroj

persíran sodný

plastový kontejner a plastový nástroj, který lze použít k vyjmutí DPS z leptacího roztoku

pájecí stanice

pájka

hliníková fólie

Programátor AVR (samostatný programátor jako USBasp nebo můžete použít ArduinoISP)

laserová tiskárna

lesklý papír

žehlička na prádlo

Brusný papír suchý/mokrý o zrnitosti 1000

krémový čistič

rozpouštědlo (například aceton nebo třecí alkohol)

stálý výrobce

Krok 3: Výroba DPS pomocí metody přenosu toneru

Zrcadlový obraz F. Cu (přední strana) musíte vytisknout na lesklý papír pomocí laserové tiskárny (bez zapnutého nastavení úspory toneru). Vnější rozměry tištěného obrázku by měly být 60,96 x 43,434 mm (nebo co nejblíže můžete). Použil jsem jednostrannou měděnou plátovanou desku a na druhé straně jsem vytvořil spojení tenkými dráty, takže jsem se nemusel starat o zarovnání dvou měděných vrstev. Pokud chcete, můžete použít oboustranný PCB, ale další pokyny budou pouze pro jednostranné PCB.

Ořízněte PCB na velikost tištěného obrázku, můžete přidat několik mm na každou stranu PCB, pokud chcete (ujistěte se, že PCB bude pasovat na vaše brýle). Dále budete muset vyčistit měděnou vrstvu pomocí mokrého jemného brusného papíru a poté odstranit částice zanechané brusným papírem krémovým čističem (můžete také použít mycí prostředek nebo mýdlo). Poté jej očistěte rozpouštědlem. Poté byste měli být velmi opatrní, abyste se nedotkli mědi prsty.

Umístěte vytištěný obrázek na desku plošných spojů a zarovnejte ji s deskou. Poté položte desku s plošnými spoji na rovný povrch a přikryjte žehličkou na prádlo nastavenou na maximální teplotu. Po krátké době by se papír měl lepit na desku plošných spojů. Držte žehličku přitlačenou na desku plošných spojů a papír, čas od času můžete polohu žehličky změnit. Počkejte alespoň několik minut, dokud papír nezmění barvu na žlutou. Poté dejte PCB s papírem do vody (můžete přidat krémový čistič nebo tekutý prostředek na mytí nádobí) na 20 minut. Dále potřete papír z PCB. Pokud existují místa, kde se toner nepřilepil k mědi, vyměňte toner trvalou fixou.

Smíchejte čerstvou vodu s persíranem sodným a vložte PCB do leptacího roztoku. Zkuste roztok udržovat při 40 ° C. Na radiátor nebo jiný zdroj tepla můžete umístit plastovou nádobu. Čas od času promíchejte roztok v nádobě. Počkejte, až se nekrytá měď úplně rozpustí. Když je hotový, vyjměte PCB z roztoku a opláchněte jej ve vodě. Odstraňte toner acetonem nebo smirkovým papírem.

Vyvrtejte otvory do DPS. Před vyznačením středů otvorů před vrtáním jsem použil šroub jako středový děrovač.

Krok 4: Pájení a programování mikrokontroléru

Zakryjte měděné stopy pájkou. Pokud byly nějaké stopy rozpuštěny v leptacím roztoku, nahraďte je tenkými dráty. Pájejte ATtiny na PCB, stejně jako vodiče, které propojí mikrokontrolér s programátorem. Nahrajte hv_glasses.hex, ponechte výchozí pojistkové bity (H: FF, L: 6A). Použil jsem USBasp a AVRDUDE. Odeslání souboru.hex vyžadovalo, abych provedl následující příkaz:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U flash: w: hv_glasses.hex

Můžete si všimnout, že jsem potřeboval změnit hodnotu -B (bitclock) z 8, kterou jsem použil při programování ATtiny v mém prvním instrukovatelném na 16. Zpomaluje to proces nahrávání, ale někdy je nutné povolit správnou komunikaci mezi programátorem a mikrokontrolérem.

Poté, co jste soubor.hex nahráli do ATtiny, odpojte kabely programátoru od PCB. Pájejte zbytek součástí kromě objemného spínače a tranzistorů SW1 ON/OFF. Proveďte připojení na druhé straně desky pomocí vodičů. Zakryjte celou desku plošných spojů kromě tranzistorových podložek hliníkovou fólií, abyste chránili MOSFET před elektrostatickým výbojem. Ujistěte se, že je vaše pájecí stanice řádně uzemněna. Pinzeta, kterou používáte k umístění součástí, by měla být antistatická ESD. Použil jsem nějaké staré pinzety, které ležely kolem, ale spojil jsem je se zemí drátem. Tranzistory BSS138 můžete nejprve pájet a po dokončení zakrýt desku plošných spojů větší fólií, protože MOSFETy P-kanálu BSS84 MOSFET jsou obzvláště citlivé na elektrostatický výboj.

Napájecí SW1 naposled, úhel jeho vývodů, takže vypadá podobně jako diody SS14 nebo tantalové kondenzátory. Pokud jsou svody SW1 širší než podložky na desce plošných spojů a zkratují se na jiné koleje, odstřihněte je, aby nezpůsobovaly žádné problémy. Při spojování SW1 s PCB použijte slušné množství pájky, protože páska, která bude držet PCB a rám brýlí pohromadě, půjde přímo přes SW1 a může to způsobit určité napětí na pájecích spojích. Do J1-J4 jsem nic neumístil, dráty LC panelu budou připájeny přímo na DPS. Až budete hotovi, pájejte dráty, které půjdou k baterii, vložte mezi ně baterii a zajistěte ji na místě izolační páskou. Pomocí multimetru můžete zkontrolovat, zda kompletní DPS generuje měnící se napětí na pady J1-J4. Pokud ne, změřte napětí na dřívějších stupních, zkontrolujte, zda nedošlo ke zkratu, nepřipojeným vodičům nebo přerušeným kolejím. Když vaše DPS generuje napětí na J1-J4, která oscilují mezi 0V a 10-11V, můžete pájet LC panely na J1-J4. Pájení nebo měření provádíte pouze při odpojené baterii.

Když je vše sestaveno z elektrického hlediska, můžete zadní desku plošných spojů zakrýt izolační páskou a spojit desku plošných spojů rámem brýlí tím, že kolem nich položíte pásku. Skryjte vodiče, které spojují LC panely s DPS na místě, kde byl původní kryt baterie.

Krok 5: Přehled návrhu

Z uživatelského hlediska tréninkové brýle pro střídavé okluze vysokého napětí fungují stejně jako brýle popsané v mém prvním pokynu. SW2 připojený k 15k rezistoru mění frekvenci zařízení (2,5 Hz, 5,0 Hz, 7,5 Hz, 10,0 Hz, 12,5 Hz) a SW3 připojený k 22 k rezistoru mění, jak dlouho je každé oko uzavřeno (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Poté, co nastavíte nastavení, musíte počkat asi 10 sekund (10 s nedotýkání se žádných tlačítek), než budou uložena do EEPROM a načtena po vypnutí, při příštím spuštění zařízení. Stisknutím obou tlačítek současně nastavíte výchozí hodnoty.

Jako vstup jsem však použil pouze pin PB5 (RESET, ADC0) ATtiny. Používám ADC ke čtení napětí na výstupu děliče napětí z R1-R3. Toto napětí mohu změnit stisknutím SW2 a SW3. Napětí není nikdy dostatečně nízké, aby spustilo RESET.

Diody D1-D4 a kondenzátory C3-C6 tvoří 3stupňové nabíjecí čerpadlo Dickson. Nabíjecí čerpadlo je poháněno piny mikrokontroléru PB1 (OC0A) a PB1 (OC0B). Výstupy OC0A a OC0B generují dva čtvercové průběhy 4687,5 Hz, které jsou fázově posunuty o 180 stupňů (když je OC0A HIGH, OC0B je LOW a naopak). Změna napětí na pinech mikrokontroléru tlačí napětí na deskách kondenzátoru C3-C5 nahoru a dolů o +BATT napětí. Diody umožňují proudění náboje z kondenzátoru, jehož horní deska (která je připojena k diodám) má vyšší napětí než ta, která má nižší napětí. Diody samozřejmě pracují pouze v jednom směru, takže náboj teče pouze v jednom směru, takže každý další kondenzátor v pořadí se nabíjí na napětí, které je vyšší než u předchozího kondenzátoru. Použil jsem Schottkyho diody, protože mají nízký dopředný pokles napětí. Násobení naprázdno naprázdno je 3,93. Z praktického hlediska je pouze zatížení výstupu nabíjecího čerpadla 100k odpory (proud protéká 1 nebo 2 z nich současně). Při tomto zatížení je napětí na výstupu nabíjecího čerpadla 3,93*(+BATT) mínus kolem 1 V a účinnost nabíjecích čerpadel je přibližně 75%. D4 a C6 nezvyšují napětí, pouze snižují zvlnění napětí.

Tranzistory Q1, Q4, Q7 a 100k odpory převádějí nízké napětí z výstupů mikrokontroléru na napětí z výstupu nabíjecího čerpadla. Použil jsem MOSFET k pohonu LC panelů, protože proud protéká jejich branami pouze při změně napětí brány. 27ohmové odpory chrání tranzistory před velkými přepěťovými proudy.

Zařízení spotřebovává přibližně 1,5 mA.