Detektor migotania światła: 3 kroki (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Zawsze fascynował mnie fakt, że towarzyszy nam elektronika. Jest po prostu wszędzie. Kiedy mówimy o źródłach światła (nie tych naturalnych, jak gwiazdy), musimy wziąć pod uwagę kilka parametrów: jasność, kolor oraz, w przypadku monitora PC, jakość obrazu.

Wizualną percepcją światła lub jasnością elektronicznego źródła światła można sterować na różne sposoby, z których najbardziej popularnym jest modulacja szerokości impulsu (PWM) - po prostu włączaj i wyłączaj urządzenie bardzo szybko, aby transjenty wydawały się "niewidoczne" dla ludzkiego oka. Ale, jak się wydaje, nie jest to zbyt dobre dla ludzkich oczu do długotrwałego użytkowania.

Kiedy weźmiemy na przykład wyświetlacz laptopa i zmniejszymy jego jasność – może wydawać się ciemniejszy, ale na ekranie dzieje się dużo zmian – migotanie. (Więcej przykładów na ten temat można znaleźć tutaj)

Bardzo zainspirował mnie pomysł tego filmu na YouTube, wyjaśnienie i prostota tego są po prostu wspaniałe. Dołączając proste urządzenia z półki, istnieje możliwość zbudowania całkowicie przenośnego urządzenia do wykrywania migotania.

Urządzenie, które zbudujemy, to detektor migotania źródła światła, wykorzystujący jako źródło światła małą baterię słoneczną i składa się z następujących bloków:

1. Mały panel słoneczny
2. Zintegrowany wzmacniacz audio
3. Głośnik
4. Gniazdo do podłączenia słuchawek, jeśli chcielibyśmy przetestować z większą czułością
5. Akumulator litowo-jonowy jako źródło zasilania
6. Złącze USB typu C do podłączenia ładowania
7. Wskaźnik LED zasilania

Kieszonkowe dzieci

Części elektroniczne

• Zintegrowany wzmacniacz mocy dźwięku
• Głośnik 8 omów
• Akumulator litowo-jonowy 3,7 V 850 mAh
• Gniazdo audio 3,5 mm
• Mini polikrystaliczna bateria słoneczna
• TP4056 - Płytka ładująca Li-Ion
• LED RGB (pakiet TH)
• Rezystory 2 x 330 Ohm (pakiet TH)

Komponenty mechaniczne

• Pokrętło potencjometru
• Obudowa wydrukowana w 3D (można użyć opcjonalnego pudełka projektowego z półki)
• Śruby o średnicy 4 x 5 mm

Instrumenty

• Lutownica
• Pistolet na gorący klej
• Śrubokręt krzyżakowy
• Drut jednożyłowy
• Drukarka 3D (opcjonalnie)
• Obcęgi
• Pinceta
• Nóż

Krok 1: Teoria działania

Jak wspomniano we wstępie, migotanie wywołane przez PWM. Według wikipedii ludzkie oko może uchwycić do 12 klatek na sekundę. Jeśli liczba klatek na sekundę przekracza tę liczbę, jest to traktowane jako ruch dla ludzkiego wzroku. Jeśli więc obserwujemy gwałtowną zmianę obiektu, widzimy jego średnią intensywność zamiast sekwencji rozdzielonych klatek. Istota idei PWM w obwodach kontroli jasności: Ponieważ widzimy tylko średnią intensywność wyższą niż 12 kl/s (znowu, według wikipedii), możemy łatwo dostosować jasność (cykl pracy) źródła światła za pomocą zmienne okresy czasu, kiedy światło jest włączone lub wyłączone (Więcej o PWM), gdzie częstotliwość przełączania jest stała i jest znacznie większa niż 12Hz.

Ten projekt opisuje urządzenie, którego głośność i częstotliwość dźwięku są proporcjonalne do migotania szumów powodowanych przez PWM.

Mini panel polikrystaliczny

Głównym celem tych urządzeń jest przekształcenie mocy pochodzącej ze źródła światła na energię elektryczną, którą można łatwo pozyskać. Jedną z kluczowych właściwości tej baterii jest to, że jeśli źródło światła nie zapewnia stabilnego stałego natężenia i zmienia się w czasie, te same zmiany będą występować na napięciu wyjściowym tego panelu. A więc to właśnie zamierzamy wykryć - zmiany intensywności w czasie

Wzmacniacz dźwięku

Moc wytwarzana z panelu słonecznego jest proporcjonalna do średniego poziomu natężenia (DC) z dodatkowymi zmianami natężenia w czasie (AC). Interesuje nas wykrywanie tylko napięcia przemiennego, a najłatwiejszym sposobem jego osiągnięcia jest podłączenie systemu audio. Wzmacniacz audio użyty w tym projekcie to płytka PCB z pojedynczym zasilaniem, z kondensatorami blokującymi napięcie DC po każdej stronie, zarówno na wejściu, jak i wyjściu. Tak więc wyjście panelu słonecznego jest podłączone bezpośrednio do wzmacniacza audio. Wzmacniacz zastosowany w tej konstrukcji posiada już potencjometr z wbudowanym włącznikiem/wyłącznikiem, dzięki czemu mamy pełną kontrolę nad mocą urządzenia i głośnością głośnika.

Zarządzanie baterią litowo-jonową

Do tego projektu dodano układ ładowania akumulatorów Li-Ion TP4056, aby urządzenie było przenośne i można je było ładować. Złącze USB-C pełni rolę wejścia ładowarki, a wykorzystany akumulator to 850 mAh, 3,7 V, który jest wystarczający do celów, które musimy realizować z tym urządzeniem. Napięcie baterii pełni rolę głównego zasilania wzmacniacza audio, a więc całego urządzenia.

Głośnik jako wyjście systemu

W urządzeniu główną rolę odgrywa głośnik. Wybrałem stosunkowo niewielki, mocno przytwierdzony do obudowy, więc słyszałem też niższe częstotliwości. Jak wspomniano wcześniej, częstotliwość i głośność głośnika można zdefiniować w następujący sposób:

f(Głośnik) = f(AC z panelu słonecznego) [Hz]

P(Głośnik) = K*I(Natężenie międzyszczytowe sygnału AC z panelu słonecznego) [W]

K - Jest współczynnikiem objętości

Wtyczka dźwiękowa

Jack 3,5mm stosowany jest w przypadku, gdy chcemy podłączyć słuchawki. W tym urządzeniu gniazdo posiada pin wykrywania połączenia, który jest odłączany od pinu sygnałowego po włożeniu wtyczki audio. Został on zaprojektowany w taki sposób, aby zapewnić wyjście na jeden tor w tym samym czasie - Głośnik LUB słuchawki.

LED RGB

Tutaj dioda LED ma podwójną funkcję - świeci się, gdy urządzenie jest ładowane lub urządzenie jest włączone.

Krok 2: Załącznik – projekt i druk

Drukarka 3D to świetne narzędzie do niestandardowych obudów i obudów. Obudowa do tego projektu ma bardzo podstawową strukturę z kilkoma wspólnymi cechami. Rozwińmy to krok po kroku:

Przygotowanie i FreeCAD

Obudowa została zaprojektowana w programie FreeCAD (Plik projektu jest dostępny do pobrania na dole tego kroku), gdzie najpierw skonstruowano korpus urządzenia, a solidna osłona została skonstruowana jako oddzielna część względem korpusu. Po zaprojektowaniu urządzenia należy je wyeksportować jako osobną obudowę i obudowę.

Mini panel solarny montowany jest na pokrywie z polem o stałej wielkości, gdzie wycięty obszar przeznaczony jest na przewody. Interfejs użytkownika dostępny po obu stronach: wycięcie USB i dioda LED|Jack|Otwory potencjometru. Głośnik ma swój własny dedykowany obszar, którym jest szereg otworów na spodzie obudowy. Bateria przylega do głośnika, jest miejsce na każdą z części, dzięki czemu nie będziemy się denerwować podczas montażu urządzenia.

Krojenie i Ultimaker Cura

Ponieważ mamy pliki STL, możemy przejść do procesu konwersji G-Code. Sposobów na to jest wiele, zostawię tutaj tylko główne parametry do drukowania:

• Oprogramowanie: Ultimaker Cura 4.4
• Wysokość warstwy: 0,18 mm
• Grubość ścianki: 1,2 mm
• Ilość górnych/dolnych warstw: 3
• Wypełnienie: 20%
• Dysza: 0,4 mm, 215 * C
• Łóżko: szkło, 60*C
• Wsparcie: Tak, 15%

Krok 3: lutowanie i montaż

Lutowanie

Podczas gdy drukarka 3D jest zajęta drukowaniem naszej obudowy, omówmy proces lutowania. Jak widać na schemacie, jest to uproszczone do absolutnego minimum - dlatego wszystkie części, które zamierzamy dołączyć razem, są dostępne jako niezależne zintegrowane bloki. Cóż, sekwencja to:

1. Przylutowanie zacisków akumulatora Li-Ion do pinów TP4056 BAT+ i BAT-
2. Przylutowanie VO+ i VO- TP4056 do zacisków VCC i GND wzmacniacza audio
3. Przylutowanie zacisku "+" małego panelu słonecznego do VIN (L lub R) wzmacniacza audio i "-" do masy wzmacniacza audio
4. Podłączenie dwukolorowej lub RGB LED do dwóch rezystorów 220R z odpowiednią izolacją
5. Przylutowanie pierwszej anody LED do zacisku przełącznika wzmacniacza audio (połączenie musi być wykonane na zacisku przełącznika). Zdecydowanie zaleca się sprawdzenie, który zacisk przełącznika na spodzie płytki PCB jest podłączony do VCC - ten, który nie jest, jest naszą opcją
6. Druga anoda LED powinna być przylutowana do anody jednej z dwóch diod SMD - mają one wspólne połączenie anodowe
7. Lutowanie katod LED do MASY wzmacniacza audio
8. Przylutuj zaciski głośnikowe do wyjścia wzmacniacza audio (upewnij się, że na wejściu wybrałeś ten sam kanał, LEWY lub PRAWY)
9. Aby wymusić wyłączenie głośnika, przylutuj złącza jack stereo 3,5 mm, które zapobiegają przepływowi prądu przez głośnik.
10. Aby słuchawki wydawały dźwięk z każdej strony - L i R, zewrzyj ze sobą zaciski opisane w poprzednim kroku.

montaż

Po wydrukowaniu obudowy zaleca się zmontować część po części ze względu na wysokość części:

1. Wykonanie ramki z gorącego kleju zgodnie z wewnętrznym obwodem osłony i umieszczenie tam panelu słonecznego
2. Mocowanie potencjometru z nakrętką i podkładką po przeciwnej stronie
3. Klejenie głośnika gorącym klejem
4. Klejenie baterii gorącym klejem
5. Klejenie gniazda 3,5 mm gorącym klejem
6. Klejenie baterii… gorącym klejem
7. Klejenie TP4056 z USB wskazując poza dedykowanym obszarem wycięcia za pomocą gorącego kleju
8. Nałożenie pokrętła na potencjometr
9. Mocowanie pokrywy i korpusu za pomocą czterech śrub

Testowanie

Nasze urządzenie jest ustawione i gotowe do pracy! Aby prawidłowo sprawdzić urządzenie, należy znaleźć źródło światła, które może zapewnić zmienne natężenie. Polecam używanie pilota na podczerwień, ponieważ zapewnia on zmienne natężenie, którego częstotliwość leży w zakresie pasma ludzkiego słuchu [20Hz:20KHz].

Nie zapomnij przetestować wszystkich źródeł światła w domu.

Dziękuje za przeczytanie!:)