Alarm dotykowy twarzy: 4 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Dotykanie naszej twarzy jest jednym z najczęstszych sposobów zarażania się wirusami, takimi jak Covid-19. Badania naukowe z 2015 roku (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) wykazały, że dotykamy naszych twarzy średnio 23 razy na godzinę. Postanowiłem zaprojektować niedrogie urządzenie o niskim poborze mocy, które ostrzegałoby Cię za każdym razem, gdy masz zamiar dotknąć twarzy. Ten surowy prototyp można bardzo łatwo dopracować i chociaż prawdopodobnie nie będziesz chciał go nosić przez cały dzień, może to być dobry sposób na wyszkolenie cię w ograniczaniu dotykania twarzy, a tym samym ograniczaniu rozprzestrzeniania się wirusa.

Większość form wykrywania ruchu wykorzystuje akcelerometry lub przetwarzanie obrazu. Są one stosunkowo drogie, wymagają ciągłego zasilania, a zatem również stosunkowo dużej baterii. Chciałem stworzyć urządzenie, które zużywa energię tylko wtedy, gdy dane zachowanie ją wyzwala, a które można by zrobić w domu za mniej niż 10 dolarów.

Urządzenie składa się z trzech części. Naszyjnik i dwie małe gumki na każdym nadgarstku. Wykorzystuje zasadę, że magnes poruszający się w pobliżu zwoju drutu generuje prąd elektryczny w drucie. Kiedy ręka porusza się w kierunku twarzy, magnes na nadgarstku generuje niewielkie napięcie w cewce. Jest on wzmacniany i jeśli jest wyższy niż określony próg włącza mały brzęczyk.

Kieszonkowe dzieci

• 100 - 200 metrów przewodu elektromagnesu. Większość drutu jest zbyt gruba. Drut elektromagnesu jest izolowany bardzo cienką warstwą lakieru, dzięki czemu można wykonywać wiele zwojów w cewce, zachowując przy tym stosunkowo małą i lekką konstrukcję. Użyłem 34 AWG - czyli około 0,15 mm średnicy
• Opaski kablowe lub taśma klejąca
• Pojedynczy wzmacniacz operacyjny małej mocy. Musi być w stanie działać przy 3V. Użyłem Microchip MCP601.
• 2 rezystory (1M, 2K)
• Rezystor trymera 2K
• Brzęczyk piezoelektryczny 3–5 V
• Dowolny podstawowy tranzystor npn (użyłem 2N3904)
• Niektóre veroboard
• CR2032 (lub dowolna bateria pastylkowa 3 V)
• 2 małe silne magnesy
• 2 grube gumki lub jakiś materiał podtrzymujący kompresję (np. skarpety kompresyjne)

Krok 1: Nawiń cewkę

Cewka musi być jednym ciągłym kawałkiem drutu, więc niestety nie można jej zaczepiać i odczepiać jak naszyjnik. Dlatego ważne jest, aby średnica cewki była wystarczająco duża, abyś mógł ją przełożyć przez głowę. Mój nawinąłem wokół okrągłego wzornika (kosza na śmieci) o średnicy około 23 cm (9 cali). Im więcej zakrętów, tym lepiej. Straciłem rachubę, ile zrobiłem, ale testując oporność elektryczną na końcu, myślę, że skończyłem z około 150 zwojami.

Wyjmij cewkę z pierwszego delikatnie i zabezpiecz cewkę opaskami kablowymi lub taśmą. Ważne jest, aby nie zerwać żadnego delikatnego przewodu elektromagnesu, ponieważ naprawa będzie prawie niemożliwa. Po zabezpieczeniu cewki znajdź dwa końce drutu i usuń lakier z ostatniego centymetra (ostatnie pół cala) każdego końca. Zrobiłem to, roztapiając lakier lutownicą (patrz załączony film).

Kliknij tutaj, aby zobaczyć film o tym, jak usunąć przewód elektromagnetyczny

Te końce można delikatnie przylutować do płytki drukowanej detektora. W moim prototypie przylutowałem końcówki do małego kawałka oddzielnej płytki veroboard z nagłówkiem gniazda, abym mógł eksperymentować i używać kabli połączeniowych do łączenia go z różnymi projektami obwodów.

Krok 2: Zbuduj obwód detektora

Schemat i obwód końcowy pokazano powyżej.

Używam wzmacniacza operacyjnego w konfiguracji nieodwracającej, aby wzmocnić bardzo małe napięcie generowane na cewce. Wzmocnienie tego wzmacniacza to stosunek rezystancji R1 i R2. Musi być wystarczająco wysoki, aby wykryć magnes, gdy porusza się on stosunkowo wolno około 10 cm od krawędzi cewki (około 20-30 cm/s), ale jeśli sprawisz, że będzie zbyt czuły, może stać się niestabilny i brzęczyk będzie brzmiał nieprzerwanie. Ponieważ optymalna liczba będzie zależeć od faktycznie zbudowanej cewki i użytego magnesu, zalecam zbudowanie obwodu z rezystorem zmiennym, który można ustawić na dowolną wartość do 2K. W moim prototypie zauważyłem, że wartość około 1,5K działa dobrze.

Ponieważ cewka będzie również odbierać zabłąkane fale radiowe o różnych częstotliwościach, dołączyłem kondensator do R1. Działa to jak filtr dolnoprzepustowy. Przy dowolnych częstotliwościach wyższych niż kilka herców reaktancja tego kondensatora jest znacznie mniejsza niż wartość R1, więc wzmocnienie spada.

Ponieważ wzmocnienie jest tak wysokie, wyjście wzmacniacza operacyjnego będzie tak naprawdę tylko „włączone” (3 V) lub „wyłączone” (0 V). Początkowo, ponieważ MCP601 może wyprowadzać 20mA, pomyślałem, że może być w stanie bezpośrednio sterować brzęczykiem piezoelektrycznym (wymagają one tylko kilku mA do działania). Zauważyłem jednak, że wzmacniacz operacyjny miał problemy z bezpośrednim wysterowaniem, prawdopodobnie z powodu pojemności brzęczyka. Rozwiązałem to, podając wyjście wyjścia przez rezystor do tranzystora npn, który działa jak przełącznik. R3 jest wybrany, aby upewnić się, że tranzystor jest w pełni włączony, gdy wyjście ze wzmacniacza operacyjnego wynosi 3V. Aby idealnie zminimalizować zużycie energii, powinno to być tak wysokie, jak to tylko możliwe, a jednocześnie upewnić się, że tranzystor jest włączony. Wybrałem 5K, aby ten obwód działał z prawie każdym popularnym tranzystorem npn.

Ostatnią rzeczą, której potrzebujesz, jest bateria. Udało mi się pomyślnie uruchomić swój prototyp z baterią pastylkową 3 V - ale była jeszcze bardziej czuła i skuteczna przy nieco wyższym napięciu, więc jeśli możesz znaleźć mały akumulator litowo-polimerowy (3,7 V), polecam go użyć.

Krok 3: Zrób opaski na nadgarstki

Jeśli magnes jest noszony blisko każdej dłoni, podniesienie dłoni w kierunku twarzy uruchomi brzęczyk. Postanowiłem stworzyć dwie opaski na nadgarstki z elastycznym materiałem podtrzymującym i użyłem ich do utrzymania dwóch małych magnesów na moim nadgarstku. Możesz także poeksperymentować z pierścieniem magnetycznym na jednym palcu każdej dłoni.

Indukowany prąd płynie w jednym kierunku wokół cewki, gdy magnes wchodzi w obszar cewki, aw przeciwnym kierunku, gdy go opuszcza. Ponieważ obwód prototypowy jest celowo prosty, tylko jeden kierunek prądu będzie wyzwalał brzęczyk. Będzie więc brzęczał, gdy ręka zbliży się do naszyjnika lub gdy się oddali. Oczywiście chcemy, aby brzęczał w drodze do twarzy i możemy zmienić polaryzację generowanego prądu, obracając magnes. Poeksperymentuj więc z tym, w jaki sposób dookoła powoduje, że brzęczyk zabrzmi, gdy ręka zbliża się do twarzy i zaznacz magnes, abyś pamiętał, aby nosić go we właściwy sposób.

Krok 4: Test

Wielkość indukowanego prądu zależy od tego, jak szybko zmienia się pole magnetyczne w pobliżu cewki. Więc łatwiej jest wychwycić szybkie ruchy w pobliżu cewki niż powolne ruchy daleko od niej. Po odrobinie prób i błędów udało mi się sprawić, by działał niezawodnie, gdy przesunąłem magnes z prędkością około 30 cm / s (1 ft / s) w odległości 15 cm (6 cali). Nieco więcej dostrojenia poprawiłoby to o współczynnik dwa lub trzy.

W tej chwili jest to trochę prymitywne, ponieważ prototyp wykorzystuje komponenty „przewleczone”, ale całą elektronikę można łatwo zmniejszyć za pomocą komponentów do montażu powierzchniowego, a ograniczeniem byłby po prostu akumulator.