Okulary treningowe wysokiego napięcia z naprzemienną okluzją [ATtiny13]: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:32

W mojej pierwszej instrukcji opisałem, jak zbudować urządzenie, które powinno być bardzo pomocne dla kogoś, kto chce leczyć niedowidzenie (leniwe oko). Projekt był bardzo uproszczony i miał pewne wady (wymagał użycia dwóch baterii, a panele ciekłokrystaliczne były zasilane niskim napięciem). Postanowiłem ulepszyć konstrukcję, dodając powielacz napięcia i zewnętrzne tranzystory przełączające. Większa złożoność wymagała użycia komponentów SMD.

Krok 1: Zastrzeżenie

Używanie takiego urządzenia może powodować napady padaczkowe lub inne niekorzystne skutki u niewielkiej części użytkowników urządzenia. Budowa takiego urządzenia wymaga użycia umiarkowanie niebezpiecznych narzędzi i może spowodować szkody lub zniszczenie mienia. Opisane urządzenie budujesz i używasz na własne ryzyko

Krok 2: Części i narzędzia

Części i materiały:

okulary 3D z aktywną migawką

ATTINY13A-SSU

Przełącznik zatrzaskowy ON-OFF 18x12mm (coś takiego, przełącznik, którego użyłem miał proste, węższe wyprowadzenia)

2x przyciski dotykowe SMD 6x6mm

Kondensator tantalowy 2x 10 uF 16 V obudowa A 1206

Kondensator 100 nF 0805

Kondensator 3x 330 nF 0805

4x dioda Schottky'ego SS14 DO-214AC(SMA)

Rezystor 10k 0805

Rezystor 15k 1206

Rezystor 22k 1206

Rezystor 9x 27ohm 0805

Rezystor 3x 100k 1206

6x tranzystor BSS138 SOT-23

3x tranzystor BSS84 SOT-23

Płyta platerowana miedzią 61x44mm

kilka kawałków drutu

Bateria 3V (CR2025 lub CR2032)

taśma izolacyjna

taśma klejąca

Narzędzia:

przecinak ukośny

szczypce

śrubokręt płaski

mały śrubokręt krzyżakowy

pinceta

nóż uniwersalny

piła lub inne narzędzie, które może ciąć PCB

Wiertło 0,8 mm

wiertarka lub narzędzie obrotowe

nadsiarczan sodu

plastikowy pojemnik i plastikowe narzędzie, które można wykorzystać do wyjmowania PCB z roztworu do trawienia

stacja lutownicza

lutować

folia aluminiowa

Programator AVR (samodzielny programator jak USBasp lub możesz użyć ArduinoISP)

drukarka laserowa

błyszczący papier

żelazko

1000 grit suchy / mokry papier ścierny

krem do czyszczenia

rozpuszczalnik (np. aceton lub alkohol do nacierania)

stały producent

Krok 3: Tworzenie PCB przy użyciu metody transferu tonera

Musisz wydrukować lustrzane odbicie F. Cu (strona przednia) na papierze błyszczącym za pomocą drukarki laserowej (bez włączonych ustawień oszczędzania tonera). Wymiary zewnętrzne drukowanego obrazu powinny wynosić 60,96x43,434mm (lub możliwie jak najbardziej zbliżone). Użyłem jednostronnej płyty miedzianej i wykonałem połączenia po drugiej stronie cienkimi przewodami, więc nie musiałem się martwić o wyrównanie dwóch warstw miedzi. Możesz użyć dwustronnej płytki, jeśli chcesz, ale następne instrukcje będą dotyczyły tylko jednostronnej płytki drukowanej.

Przytnij PCB do rozmiaru drukowanego obrazu, jeśli chcesz, możesz dodać kilka mm z każdej strony PCB (upewnij się, że PCB będzie pasować do twoich okularów). Następnie należy oczyścić warstwę miedzi wilgotnym drobnym papierem ściernym, następnie usunąć pozostałości papieru ściernego kremem (można też użyć płynu do mycia naczyń lub mydła). Następnie wyczyść go rozpuszczalnikiem. Następnie należy bardzo uważać, aby nie dotknąć miedzi palcami.

Umieść wydrukowany obraz na wierzchu PCB i wyrównaj go z płytą Następnie umieść PCB na płaskiej powierzchni i przykryj żelazkiem ustawionym na maksymalną temperaturę. Po chwili papier powinien przykleić się do PCB. Trzymaj żelazko dociśnięte do PCB i papieru, od czasu do czasu możesz zmienić pozycję żelazka. Odczekaj co najmniej kilka minut, aż papier zmieni kolor na żółty. Następnie włóż PCB z papierem do wody (możesz dodać krem czyszczący lub płyn do mycia naczyń) na 20 minut. Następnie przetrzyj papier z PCB. Jeśli są miejsca, w których toner nie przykleił się do miedzi, użyj markera permanentnego, aby wymienić toner.

Zmieszaj świeżą wodę z nadsiarczanem sodu i umieść PCB w roztworze do trawienia. Staraj się utrzymywać roztwór w temperaturze 40°C. Możesz umieścić plastikowy pojemnik na grzejniku lub innym źródle ciepła. Od czasu do czasu mieszaj roztwór w pojemniku. Poczekaj, aż odsłonięta miedź całkowicie się rozpuści. Po zakończeniu usuń PCB z roztworu i opłucz w wodzie. Usuń toner acetonem lub papierem ściernym.

Wywierć otwory w PCB. Użyłem śruby jako punktaka do zaznaczania środków otworów przed wierceniem.

Krok 4: Lutowanie i programowanie mikrokontrolera

Zakryj miedziane ścieżki lutem. Jeśli jakieś ślady zostały rozpuszczone w roztworze do trawienia, zastąp je cienkimi drucikami. Przylutuj ATtiny do PCB, a także przewody, które połączą mikrokontroler z programatorem. Prześlij hv_glasses.hex, zachowaj domyślne bezpieczniki (H:FF, L:6A). Użyłem USBasp i AVRDUDE. Przesłanie pliku.hex wymagało ode mnie wykonania następującego polecenia:

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

Możesz zauważyć, że musiałem zmienić wartość -B (bitclock) z 8, którą programowałem w ATtiny w mojej pierwszej instrukcji, na 16. Spowalnia to proces przesyłania, ale czasami jest konieczne, aby umożliwić poprawną komunikację między programatorem a mikrokontrolerem.

Po wgraniu pliku.hex do ATtiny wylutuj przewody programatora z PCB. Przylutuj resztę elementów z wyjątkiem nieporęcznego przełącznika ON/OFF SW1 i tranzystorów. Wykonaj połączenia po drugiej stronie płytki za pomocą przewodów. Pokryj całą płytkę drukowaną z wyjątkiem podkładek tranzystorowych folią aluminiową, aby chronić tranzystory MOSFET przed wyładowaniami elektrostatycznymi. Upewnij się, że Twoja stacja lutownicza jest odpowiednio uziemiona. Pęsety, których używasz do umieszczania elementów, powinny być antystatyczne ESD. Użyłem kilku starych pincet, które leżały w pobliżu, ale połączyłem je drutem z ziemią. Można najpierw przylutować tranzystory BSS138, a po zakończeniu pokryć płytkę większą folią, ponieważ tranzystory MOSFET BSS84 z kanałem P są szczególnie podatne na wyładowania elektrostatyczne.

Wlutować SW1 na końcu, wyprowadzić wyprowadzenia tak, aby wyglądało podobnie do diod SS14 lub kondensatorów tantalowych. Jeśli wyprowadzenia SW1 są szersze niż pady na płytce drukowanej i zwierają się z innymi ścieżkami, należy je przeciąć, aby nie sprawiały żadnych problemów. Używaj sporej ilości lutowia podczas łączenia SW1 z PCB, ponieważ taśma, która będzie trzymała PCB i oprawkę okularów, będzie przebiegała bezpośrednio nad SW1 i może spowodować pewne naprężenie połączeń lutowanych. Niczego nie umieściłem w J1-J4, przewody panelu LC będą przylutowane bezpośrednio do PCB. Kiedy skończysz, przylutuj przewody, które trafią do baterii, umieść baterię między nimi i zabezpiecz wszystko taśmą izolacyjną. Możesz użyć multimetru, aby sprawdzić, czy cała płytka drukowana generuje zmieniające się napięcia na padach J1-J4. Jeśli nie, zmierz napięcia na wcześniejszych etapach, sprawdź, czy nie ma zwarć, niepodłączonych przewodów, uszkodzonych ścieżek. Kiedy twoja płytka drukowana generuje napięcia na J1-J4, które oscylują między 0V a 10-11V, możesz przylutować panele LC do J1-J4. Wszelkie lutowania lub pomiary wykonujesz tylko przy odłączonym akumulatorze.

Kiedy wszystko jest zmontowane z elektrycznego punktu widzenia, możesz zakryć tył PCB taśmą izolacyjną i połączyć PCB z ramką okularów, owijając je taśmą. Ukryj przewody łączące panele LC z płytką drukowaną w miejscu, w którym znajdowała się oryginalna pokrywa baterii.

Krok 5: Przegląd projektu

Z punktu widzenia użytkownika okulary treningowe z przemiennym napięciem okluzji wysokiego napięcia działają tak samo, jak okulary opisane w mojej pierwszej instrukcji. SW2 podłączony do rezystora 15k zmienia częstotliwość urządzenia (2,5Hz, 5,0Hz, 7,5Hz, 10,0Hz, 12,5Hz), a SW3 podłączony do rezystora 22k zmienia jak długo każde oko jest zatkane (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Po ustawieniu ustawień należy odczekać około 10 sekund (10 sekund nie dotykania żadnych przycisków), aby zostały zapisane w pamięci EEPROM i załadowane po wyłączeniu zasilania, przy następnym uruchomieniu urządzenia. Jednoczesne naciśnięcie obu przycisków powoduje ustawienie wartości domyślnych.

Jednak jako wejście użyłem tylko pinu PB5 (RESET, ADC0) ATtiny. Używam ADC do odczytu napięcia na wyjściu dzielnika napięcia wykonanego z R1-R3. Mogę zmienić to napięcie, naciskając SW2 i SW3. Napięcie nigdy nie jest wystarczająco niskie, aby wywołać RESET.

Diody D1-D4 i kondensatory C3-C6 tworzą 3-stopniową pompę ładującą Dicksona. Pompa ładująca jest napędzana wyprowadzeniami PB1(OC0A) i PB1(OC0B) mikrokontrolera. Wyjścia OC0A i OC0B generują dwa przebiegi prostokątne 4687,5 Hz, które są przesunięte w fazie o 180 stopni (gdy OC0A jest WYSOKA, OC0B jest NISKA i odwrotnie). Zmieniające się napięcia na pinach mikrokontrolera podnoszą i obniżają napięcia na płytkach kondensatora C3-C5 o napięcie +BATT. Diody umożliwiają przepływ ładunku z kondensatora, którego górna płyta (ta, która jest połączona z diodami) ma wyższe napięcie do tej, której górna płyta ma niższe napięcie. Oczywiście diody pracują tylko w jednym kierunku, więc ładunek płynie tylko w jednym kierunku, więc każdy kolejny kondensator w kolejności ładuje się do napięcia wyższego niż w poprzednim kondensatorze. Użyłem diod Schottky'ego, ponieważ mają one niski spadek napięcia przewodzenia. Bez obciążenia mnożenie napięcia wynosi 3,93. Z praktycznego punktu widzenia tylko obciążenie wyjścia pompy ładunkowej to rezystory 100k (prąd przepływa przez 1 lub 2 z nich jednocześnie). Pod tym obciążeniem napięcie na wyjściu pompy ładującej wynosi 3,93*(+BATT) minus około 1V, a sprawność pompy ładującej wynosi około 75%. D4 i C6 nie zwiększają napięcia, redukują jedynie tętnienia napięcia.

Tranzystory Q1, Q4, Q7 i rezystory 100k przetwarzają niskie napięcie z wyjść mikrokontrolera na napięcie z wyjścia pompy ładunkowej. Użyłem tranzystorów MOSFET do sterowania panelami LC, ponieważ prąd przepływa przez ich bramki tylko wtedy, gdy zmienia się napięcie bramki. Rezystory 27ohm chronią tranzystory przed dużymi prądami bramki udarowej.

Urządzenie pobiera około 1,5 mA.