System ostrzegania o niebezpiecznym poziomie hałasu: 11 kroków (ze zdjęciami)

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

Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) to największa przestrzeń do produkcji na Uniwersytecie Rice, zapewniająca wszystkim studentom przestrzeń do projektowania i prototypowania rozwiązań dla rzeczywistych wyzwań. W tym celu w OEDK znajduje się szereg elektronarzędzi i dużych maszyn, które wytwarzają głośne, potencjalnie niebezpieczne dźwięki. Chociaż OEDK z powodzeniem ustanowiło kulturę bezpieczeństwa wokół ochrony oczu i rękawic, nie było w stanie ustanowić takiej samej kultury bezpieczeństwa wokół ochrony słuchu, ponieważ użytkownicy nie są pewni, kiedy wymagana jest ochrona słuchu.

Nasz zespół, Ring the Decibels, ma na celu rozwiązanie tego problemu poprzez zaprojektowanie, zbudowanie i wdrożenie systemu ostrzegania, który doradza użytkownikom OEDK noszenie odpowiednich środków ochrony słuchu przy niebezpiecznych poziomach dźwięku.

Krok 1: Przegląd

To urządzenie wykorzystuje mikrokontroler Arduino Uno. Analogowe dane dźwiękowe są odbierane z miernika poziomu dźwięku Gravity, uśredniane, a następnie wykorzystywane do wyzwalania wyjścia cyfrowego paska LED. Wyświetlacze wizualne obejmują gradient, który w sposób ciągły wyświetla średni poziom decybeli oraz zestaw słuchawek, który miga na czerwono po osiągnięciu określonego progu decybeli.

Obudowa wykonana jest z dwóch płyt ze sklejki oddzielonych dwoma okrągłymi płytami ze sklejki oddzielonymi aluminiowymi wspornikami. Wyświetlacze gradientowe i słuchawkowe są wykonane z matowego akrylu. Wszystkie elementy elektroniczne są przymocowane do tylnej płyty.

Od surowców po montaż na ścianie, wykonanie tego urządzenia zajmuje mniej niż 2 godziny. Dzięki temu projektowi nauczyliśmy się wiele o wygładzaniu danych i sterowaniu taśmami LED i mamy nadzieję, że dobrze się bawisz podczas jego budowania!

Krok 2: Potrzebne komponenty i narzędzia

Całkowity koszt materiałów do tego urządzenia wynosi nieco poniżej 100 USD. Ponieważ nasz zespół masowo buduje to urządzenie, byliśmy w stanie kupić niektóre materiały luzem, aby obniżyć koszty. Ponadto, ponieważ budujemy to urządzenie dla i w inżynieryjnej przestrzeni produkcyjnej, mieliśmy już dostęp do wielu komponentów i narzędzi.

Podane poniżej ilości komponentów dotyczą jednego urządzenia.

składniki

• 1x Arduino Uno (lub podobny mikrokontroler) z kablem USB
• 1x prototypowa deska do krojenia chleba
• 1x płyta perforowana (opcjonalnie)
• 2x czerwone męskie-męskie przewody połączeniowe
• 2x czerwone męskie-żeńskie przewody połączeniowe
• 2x czarne męskie-męskie przewody połączeniowe
• 2x czarne męskie-żeńskie przewody połączeniowe
• 3x niebieskie męskie-męskie przewody połączeniowe
• 2x niebieskie męskie-żeńskie przewody połączeniowe
• Zasilacz 1x5 V 1A
• 1x Gravity Analogowy Miernik Poziomu Dźwięku
• 1x indywidualnie adresowalna taśma LED RGB WS2812B (co najmniej 20 diod LED)
• 6x męskie-męskie szpilki nagłówka
• Rezystory 2x 330 Ohm
• 24” x 12” 1/4” sklejki brzozowej
• 7 "x 9" z 1/4 "akrylu
• 9 "x 9" z 1/8" akrylu (szerokość może się różnić)
• 3x 1/4" Hex / 2" 6-32 żeńskie aluminiowe wsporniki
• 6x 1/4" Hex / 1 1/4" 6-32 żeńsko-żeńskie wsporniki aluminiowe
• 18x śruby z łbem płaskim 3/4" 6-32
• 18x podkładki nr 6
• 8x 10mm M2.5 żeńsko-żeńskie nylonowe wsporniki
• 4x 25mm M2.5 żeńskie nylonowe dystanse
• 4 x 18mm M2.5 męskie i żeńskie nylonowe wsporniki
• Śruby 24x6mm M2,5

Narzędzia

• IDE Arduino
• Lutownica (HAKKO FM-204) z lutownicą
• Topnik z kalafonii
• Wycinarka laserowa (EPILOG Fusion M2 40)
• Klej akrylowy
• Piaskarka (opcjonalnie)
• Papier ścierny
• Dwuskładnikowa żywica epoksydowa
• Wiertarka bezprzewodowa
• Wiertło 5/32"
• Wiertło 1/8"
• Pogłębiacz stożkowy 1/2" 82º
• Wiertarka pionowa
• #5 Bit z pogłębieniem walcowym
• Wkrętaki
• Pistolet do klejenia na gorąco z klejem w sztyfcie

Krok 3: Przygotuj diody LED

Wytnij dwa paski indywidualnie adresowalnych taśm LED w miejscach oznaczeń na pasku. Możesz wyciąć dowolną liczbę diod LED, ale pamiętaj, aby później ponownie zainicjować liczbę diod LED w kodzie. Użyliśmy 10 diod LED na pasek.

Przylutuj kołki rozgałęźne do każdego z 3 połączeń jednego paska LED. Pamiętaj, aby przylutować końcówkę wejścia danych (DI). Powtórz dla drugiego paska LED. Użyliśmy odrobiny topnika kalafonii szczotkowanej na złączach taśmy LED, aby ułatwić lutowanie.

Zegnij i złóż jeden z pasków LED w kształt łuku, aby dopasować się do krzywizny elementu gradientowego. Osiągnęliśmy to, tworząc falisty wzór z paskiem LED, który może się zakrzywiać. Korzystając z tej samej techniki, ukształtuj drugi pasek LED, aby podążał za krzywizną słuchawki.

Krok 4: Złóż obwód

Zacznij od podłączenia pinu Arduino 5V do szyny zasilającej na płytce stykowej. Następnie podłącz pin grupy Arduino do szyny uziemiającej na płytce stykowej.

Podłączanie Taśm LED

Podłącz cyfrowy pin 5 Arduino do złącza wejścia danych (DI) na jednej taśmie LED, dodając rezystor 330 omów między pinem 5 a złączem DI. Podłącz szynę zasilającą płytki stykowej na płytce stykowej do styku złącza 5 V na pasku LED i podłącz szynę uziemiającą płytki stykowej do złącza GND na pasku LED. Będzie to pasek LED do wyświetlania gradientowego.

Podłącz cyfrowy pin 6 Arduino do złącza DI na drugiej taśmie LED, dodając rezystor 330 Ohm między pinem 6 a złączem DI. Podłącz szynę zasilającą płytki stykowej na płytce stykowej do styku złącza 5 V na pasku LED i podłącz szynę uziemiającą płytki stykowej do złącza GND na pasku LED. Będzie to pasek LED do wyświetlacza słuchawek.

Podłączanie Gravity Sound Meter (mikrofon)

Podłącz analogowy pin A0 Arduino do portu analogowego na Gravity Sound Level Meter. Podłącz szynę zasilającą płytki prototypowej do portu VCC na płycie Gravity, a szynę uziemiającą płytki prototypowej do portu GND na płycie Gravity.

Przenoszenie obwodu na płytkę perforowaną (opcjonalnie)

Aby utrzymać wszystkie elementy elektroniczne dłużej na miejscu, nasz zespół postanowił przenieść nasz obwód na płytkę perforowaną. Nasz obwód nie jest zbyt skomplikowany, więc użyliśmy piły do metalu, aby wyciąć płytę perforowaną o wymiarach 4 cm x 6 cm na płytę o wymiarach 4 cm x 3 cm i wywierciliśmy w niej nowe otwory montażowe wiertłem 1/8 . Ten krok jest całkowicie opcjonalny.

Krok 5: Edytuj i prześlij kod

Pobierz kod i otwórz go w Arduino IDE.

Sprawdź, czy wartość zdefiniowana dla liczby diod LED na każdym pasku (NUM_LEDS_1 i NUM_LEDS_2) odpowiada liczbie przyciętych diod LED dla pierwszego paska LED (gradient) i drugiego paska LED (słuchawki). Jeśli te wartości się nie zgadzają, zmień numer na kodzie.

Zweryfikuj i prześlij kod na swoją płytkę Arduino.

Krok 6: Przygotuj obudowę drewnianą

Pobierz plik do cięcia laserowego drewna.

Wytnij laserowo przednią i tylną płytę oraz 6 podpór LED ze sklejki 1/4 , korzystając z odpowiednich ustawień w wycinarce laserowej. Możesz dowolnie zmienić rastrowane logo na płycie przedniej w dowolny wzór.

W naszej wycinarce laserowej (EPILOG Fusion M2 40) zastosowaliśmy następujące ustawienia:

• 4 prędkości, 100 mocy, 10 częstotliwości do cięcia wektorowego
• 50 prędkości, 100 mocy, 300 DPI do grawerowania rastrowego

Użyliśmy wycinarki laserowej, ponieważ mamy do niej dostęp na OEDK, ale można też pobrać pliki, aby wykorzystać je jako obrys do wycinania elementów za pomocą routera CNC lub piły taśmowej.

Wywierć 3 otwory z bitem 5/32" w płycie przedniej w miejscach wskazanych przez czerwone litery X na obrazku. Pomiędzy gradientem a słuchawkami powinien znajdować się jeden otwór, jeden pod prawymi słuchawkami i jeden pod logo. Pogłębiacz stożkowy te otwory od przodu. Te otwory będą na dystanse 2".

Połóż przednią płytkę na wierzchu tylnej płytki tak, aby obie były zorientowane w kierunku widocznym w pilniku do cięcia laserowego. Za pomocą ołówka delikatnie narysuj kontur przestrzeni gradientu i słuchawek, otworu mikrofonu i 3 otworów wywierconych w przedniej płycie na tylnej płycie.

Wywierć 3 otwory wiertłem 5/32 w tylnej płycie w miejscach właśnie przeniesionych z przedniej płyty. Pogłębij te otwory od tyłu.

Krok 7: Przygotuj akrylowe kawałki

Pobierz plik do wycinania laserowego 1/4" akrylu i plik do wycinania laserowego 1/8".

Wytnij laserowo przednią wkładkę z akrylu 1/4" i część spodnią z akrylu 1/8" przy użyciu odpowiednich ustawień wycinarki laserowej. W naszej wycinarce laserowej (EPILOG Fusion M2 40) zastosowaliśmy następujące ustawienia:

• 2 prędkości, 100 mocy, 100 częstotliwości dla akrylu 1/4"
• 4 prędkości, 100 mocy, 100 częstotliwości dla akrylu 1/8"

Użyliśmy wycinarki laserowej, ponieważ mamy do niej dostęp na OEDK, ale można też pobrać pliki, aby wykorzystać je jako obrys do wycinania elementów za pomocą routera CNC lub piły taśmowej. Dodatkowo, podkładki można wyciąć z akrylu o dowolnej szerokości, ale stwierdziliśmy, że 1/8 lub cieńszy działał wystarczająco dobrze, aby przymocować do drewna, jednocześnie zmniejszając wagę.

Przyklej każdą akrylową część podkładową do odpowiadającej jej przedniej wkładki za pomocą kleju akrylowego tak, aby po umieszczeniu przedniej wkładki w przedniej płycie wypustki na podkładkach były w jednej płaszczyźnie z tylną częścią przedniej powierzchni.

Po związaniu kleju (co najmniej 30 minut) zaszroń przód i tył łączonych elementów akrylowych, aby lepiej rozproszyć światło. Użyliśmy do tego piaskarki, ale papier ścierny o drobnym ziarnie (ziarnistość 600 lub wyższa) i trochę smaru do kolan również będą działać.

Krok 8: Przymocuj akrylowe kawałki do drewnianej obudowy

Połóż przednią płytę do dołu i dopasuj na sucho akrylowe elementy do odpowiednich przestrzeni. Jeśli elementy akrylowe mają problemy z dopasowaniem, przeszlifuj wewnętrzne krawędzie płyty przedniej, aż elementy akrylowe będą pasować.

Po uzyskaniu dobrego dopasowania usuń elementy akrylowe z płyty przedniej i nałóż dwuskładnikową żywicę epoksydową na powierzchnię wypustek elementów podkładowych, które dotykają drewna. Umieść kawałki akrylu w odpowiednich miejscach, dociśnij i pozostaw żywicę epoksydową do całkowitego wyschnięcia.

Krok 9: Zamontuj płytki elektroniki do drewnianej obudowy

Korzystając z obrysowanego obrysu otworu mikrofonu na tylnej płycie, połóż Gravity Sound Meter na tylnej płycie tak, aby mikrofon był wyrównany z jego obrysem. Zaznacz, gdzie na tylnej płycie znajdują się cztery otwory montażowe na płycie Gravity.

Pozostawiając miernik poziomu dźwięku Gravity na tylnej płycie, ułóż płytkę Arduino i płytkę perf na tylnej płycie. Ustaw płytę Adruino tak, aby gniazdo zasilania było skierowane w dół i pozostawiło co najmniej 1/4 przestrzeni między każdą płytą. Dokładne umieszczenie tych płyt nie ma szczególnego znaczenia, o ile płyty nie nakładają się na siebie lub kontury gradientu i słuchawek. Zdecydowaliśmy się umieścić płytkę Arduino po lewej stronie płyty Gravity, a płytę perf nad płytą Gravity.

Zaznacz, gdzie znajdują się otwory montażowe dla Arduino i płytek perf na tylnej płycie.

Wyjmij elektronikę z tylnej płyty i wywierć wszystkie zaznaczone otwory wiertłem 1/8 . Ponieważ nasze śruby M2.5 wymagały pogłębionego otworu, aby przylegał do tylnej płyty, nawierciliśmy tylną płytę od tylnej powierzchni za pomocą wiertarka.

Przymocuj miernik poziomu dźwięku Gravity do płyty tylnej za pomocą nylonowych wsporników M2,5 i śrub. Mikrofon powinien znajdować się blisko płyty czołowej, więc aby maksymalnie podnieść deskę, użyliśmy dystansu żeńsko-żeńskiego 25 mm i dystansu damsko-męskiego 18 mm.

Przymocuj płytkę Arduino i płytkę perforowaną do płyty tylnej za pomocą żeńskich wsporników i śrub M2.5. Długość elementu dystansowego nie jest krytyczna, o ile wszystkie elementy dystansowe używane dla jednej płytki są tej samej długości i są wystarczająco krótkie, aby utrzymać kartę w urządzeniu. Użyliśmy pałąków damsko-kobiecych 10 mm.

Jeśli w twoim obwodzie zastosowano płytkę stykową zamiast płytki perforowanej, po prostu zamontuj płytkę stykową z samoprzylepnym podkładem zamiast używać wsporników i śrub.

Po zamontowaniu elektroniki podłącz obwód.

Krok 10: Zamocuj wsporniki LED

Na tylnej płycie narysuj 3 kropki wewnątrz lekko narysowanego konturu gradientu, jak pokazano czerwonymi Xami. Na każdym końcu nachylenia powinien znajdować się jeden otwór i jeden w środku. Powtórz to wewnątrz obrysu słuchawek, jak pokazano za pomocą czerwonych Xów.

Wywierć otwory wiertłem 5/32" w miejscu, w którym właśnie narysowano 6 kropek. Pogłębij te otwory od tyłu. Te otwory będą przeznaczone na wsporniki 1 1/4" do podtrzymywania taśm LED.

Wywierć otwory wiertłem 5/32 na jednym końcu każdego z 6 wsporników LED. Pogłębij te otwory.

Przymocuj wspornik LED do tylnej płyty w każdym z 6 otworów w obrysie gradientu i słuchawek za pomocą wspornika 1 1/4 . Użyj podkładki z każdej strony wspornika między wspornikiem a drewnem. Dopasuj wsporniki LED tak, aby pasek LED umieszcza się na nienawierconym końcu wspornika, pasek LED będzie wyśrodkowany w gradiencie lub słuchawkach.

Krok 11: Końcowy montaż i montaż

Użyj gorącego kleju, aby przymocować paski LED do wsporników LED. Przewody wejściowe do taśm LED powinny być skierowane do dołu urządzenia.

Podłącz paski LED do obwodu i podłącz zasilacz 5V do kabla USB w Arduino.

Przymocuj przednią płytkę do tylnej płyty za pomocą 2 wsporników, podkładek 6-32 i śrub 6-32, umieszczając podkładki między wspornikami a drewnem.

Zamontuj urządzenie na ścianie, korzystając z otworu montażowego w tylnej płycie. Możesz użyć wkrętu do drewna w ścianie lub użyć haczyka Command.

Podłącz urządzenie i uzyskaj ochronę słuchu!