Batgogle ultradźwiękowe: 14 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

Chcesz być nietoperzem? Chcesz doświadczyć echolokacji? Chcesz spróbować „zobaczyć” uszami? W mojej pierwszej instrukcji pokażę, jak zbudować własne batgogle ultradźwiękowe za pomocą klonu mikrokontrolera Arduino, czujnika ultradźwiękowego Devantech i gogli spawalniczych za około 60 USD lub mniej, jeśli masz już standardowe komponenty elektroniczne. Możesz także pominąć elektronikę i zrobić prostą maskę nietoperza, idealną do noszenia do następnego filmu o Batmanie. W takim przypadku koszt wyniósłby tylko około 15 USD. Te gogle pozwalają doświadczyć, jak to jest używać sygnałów słuchowych, takich jak nietoperz i są przeznaczone dla dzieci w warunkach centrum naukowego, aby dowiedzieć się o echolokacji. Celem było utrzymanie kosztów na jak najniższym poziomie, uniknięcie sytuacji, w której forma interakcji jest ogólna lub niezwiązana z jej celem edukacyjnym oraz zapewnienie, że fizyczna forma urządzenia ucieleśnia przedmiot. Aby uzyskać dokładniejsze omówienie jego projektu, odwiedź stronę internetową projektu. Aby utrzymać koszty i rozmiar na niskim poziomie, zbudowany jest klon Arduino, ale ten projekt działa równie dobrze z gotowymi mikrokontrolerami Arduino. Te gogle zostały zbudowane dla „ Dynamiczne badania i projektowanie zorientowane na użytkownika” w ramach programu Sztuka, Media i Inżynieria na Uniwersytecie Stanowym Arizony.

Krok 1: Niezbędne materiały

-Arduino lub porównywalny mikrokontroler* (jeśli masz pieniądze, możesz kupić Arduino mini/nano lub użyć boarduino, w przeciwnym razie pokażę ci, jak zrobić mały i tani klon Arduino do tego projektu.) -Gogle spawalnicze (moje są Marka „Neiko” i można je łatwo znaleźć na eBayu jako „okulary spawalnicze Flip up” za 3-10 dolarów wysłane, ten konkretny typ działa naprawdę dobrze) - Czujnik ultradźwiękowy Devantech SRF05 (lub inny porównywalny czujnik - jednak SRF05 ma bardzo niski pobór prądu 4mA i świetna rozdzielczość od 3 cm do 4 metrów, to około 30 zł)-coś do zrobienia z uszu (użyłem plastikowych stożków, patrz też: „Jak zbudować lepszy kostium nietoperza”)-jakiś rodzaj obudowa na elektronikę 3/8 dzielony szew elastyczny czarny zwinięty przewód (do ukrycia przewodów) -piezoelektryczny brzęczyk, który może działać na 5v-9v - różne przewody -plastikowa puszka sprayu (czarna)Mikrokontroler Elektronika (te elementy można pominąć w przypadku korzystania z gotowego kontrolera) - zaprogramowany w Arduino układ Atmega8 lub 168 DIP. - zapasowy Arduin o płytkę lub programator ArduinoMini USB - Płytka mała PC (dostępna w Radioshack)- Złącze baterii 9V (dostępne w Radioshack)- 7805 5V regulator napięcia- Kryształ 16 MHz (dostępny @ sparkfun)- dwa kondensatory 22pF (dostępne @ sparkfun)- 10 microF kondensator elektrolityczny - 1 kondensator elektrolityczny microF - rezystor 1k i 1 dioda LED (opcja ale wysoce zalecana) - tranzystor 2N4401 (opcja) - złącza żeńskie i męskie (opcja) - gniazdo 28 pin DIP lub dwa gniazda 14 pin DIP s (opcja) - małe płytka prototypowa do prototypowania (opcjonalnie)Komponenty elektroniczne można również nabyć na stronie www.digikey.com lub www.mouser.com Narzędzia i materiały, których możesz potrzebować-lutownica-pistolet do klejenia na gorąco-Dremel-news papier-taśma maskująca-papier ścierny-drut striptizerki itp.

Krok 2: Zaprojektuj uszy

Możesz użyć swojej wyobraźni, aby zbudować swoje uszy. Żadne nietoperzowe gogle nie powinny być takie same! Użyłem plastikowych stożków, które są używane do fizykoterapii, których mieliśmy duży zapas w naszym laboratorium. Ale ten samouczek daje kolejną fajną opcję dla uszu nietoperza. Najpierw narysowałem owal ostrym narzędziem i wyciąłem go za pomocą narzędzia Dremel. Odcięty kawałek zachowałem do użycia wewnątrz ucha.

Krok 3: Wytnij uszy

Odcięte kawałki stożka przyciąłem Dremelem tak, aby były mniejsze i przykleiłem je na gorąco do wnętrza większych kawałków stożka. Nie pasowały dokładnie, ale po przytrzymaniu ich ręcznie gorący klej utrzymywał je na miejscu całkiem dobrze. Jeśli zostawisz sobie wystarczająco dużo miejsca pod uszami, możesz łatwo umieścić elektronikę wewnątrz ucha, jedno ucho na kontroler, a drugie na baterię. Niestety nie zostawiłem wystarczająco dużo miejsca i musiałem użyć zewnętrznej obudowy. Proszę uważać, aby się nie poparzyć przy użyciu pistoletu do klejenia na gorąco!!! Plastikowe stożki można również łatwo stopić przez przypadek.

Krok 4: Przygotuj gogle

Gogle, które kupiłem, były w bardzo nietoperzowym, błyszczącym, wodnym kolorze. Aby gogle były bardziej baty, wyjmij soczewki (najpierw zdejmij nos), przeszlifuj je i spryskaj sprayem Plasti Dip, aby nadać im ładną, skórzastą, gumową teksturę. Przed natryskiem zamaskowałem wnętrze gogli oraz części stykające się ze skórą taśmą maskującą. Nie nałożyłem też żadnej farby na nos, ponieważ farba nieco zmniejsza elastyczność materiału gogli, a nos jest niezbędny do trzymania gogli razem. Będziesz także chciał wypiaskować i spryskać uszy. Przeszlifowany plastikowy pył jest nieprzyjemny dla płuc i oczu, więc podczas tych czynności należy nosić maskę i okulary ochronne. Spryskałam około 3 warstwami z około 10-15 minutami między warstwami, aby uzyskać równomierną teksturę. Po zmoczeniu farba wydaje się błyszcząca, ale wysycha do matowej tekstury.

Krok 5: Złóż elektronikę

Te kroki są opcjonalne, jeśli używasz już wbudowanego mikrokontrolera Arduino. Ponieważ jednak wykorzystujesz tylko niewielką część jego możliwości, bardziej sensowne jest stworzenie wersji Arduino w wersji barebone, która jest znacznie mniejsza i tańsza do odtworzenia. Ta sekcja może być nieco trudna dla kogoś bez doświadczenia w elektronice, ale powinna być łatwa dla każdego, kto zmontował prosty zestaw elektroniki. Załączono szkic „schematyczny” dla elektroniki. Schemat wywodzi się w dużej mierze ze schematu Atmega8 Standalone Davida A. Mellisa. Jeśli jest zainteresowanie, zrobię dedykowaną instrukcję dla tego kroku. Odsprzęgnięty obwód zasilania pochodzi z książki Toma Igoe o obliczeniach fizycznych. Dołączyłem zdjęcie wersji płytki PC (z niepodłączonym czujnikiem/brzęczykiem) oraz wersję prototypową zbudowaną na płytce prototypowej w celach informacyjnych. Wersja z płytką stykową pokazuje również, jak podłączyć płytkę Arduino jako programator USB do układu mikrokontrolera. Ponieważ użyłem gniazda DIP dla chipa, mogę również wyjąć chip i umieścić go w płytce Arduino, aby go zaprogramować, ale wyciągnięcie chipa bez zginania wszystkich pinów może być trudne - dlatego dodałem żeńską kołki nagłówka dla tx/rx. Mimo że płytka jest bardzo ciasna, widać, że wszystkie piny kontrolera mają dostępne pole lutownicze do podłączenia. Ponieważ nie są one potrzebne w tym projekcie, nie przylutowałem żeńskich nagłówków do nieużywanych pinów, ale gdyby były, miałbyś pełne możliwości Arduino Diecimilia poza wbudowanym USB w bardzo małej obudowie. Szerokość planszy to około połowa planszy Diecimilia i mniej więcej taka sama długość. (tutaj jest podobna konfiguracja.) Opcjonalne jest użycie tranzystora do zasilania brzęczyka, Arduino może zapewnić wystarczającą ilość prądu z samego pinu. Jednak użycie tranzystora pozwala na użycie innych urządzeń wytwarzających dźwięk, innych niż brzęczyk, jeśli taki masz.

Krok 6: Przygotuj przewody brzęczyka i czujnika

Czujnik ultradźwiękowy i brzęczyk wymagają długich przewodów, aby poprowadzić go od gogli do elektroniki. Czujnik ultradźwiękowy wymaga 4 przewodów (5v, masa, echo, wyzwalacz), a brzęczyk wymaga dwóch przewodów (wyjście cyfrowe ze sterownika, masa). Przy pewnym planowaniu możesz użyć 5-żyłowego kabla taśmowego, jeśli taki masz i współdzielić połączenie uziemienia między brzęczykiem a czujnikiem. Miałem tylko 4-żyłową taśmę, więc użyłem jej do czujnika ultradźwiękowego i użyłem dwużyłowego kabla do brzęczyka. Ponieważ brzęczyk ma dwa złącza, przylutowałem rząd gniazd żeńskich do dwóch przewodów w odpowiednim odstępie, dzięki czemu mogę łatwo usunąć brzęczyk piezoelektryczny, jeśli to konieczne. Czujnik ma kilka otworów do lutowania, do których należy się udać i wykorzystać. Upewnij się, że używasz właściwej strony, otwory po drugiej stronie służą do programowania czujnika i nie będą działać!

Krok 7: Zakończ przewody

Następnie przylutuj piny męskiej główki do drugiego końca przewodów. (Te połączą się z mikrokontrolerem.)

Krok 8: Prześlij kod

Aby przesłać kod, podłącz piny 5v, uziemienie, TX, RX na płycie PC do tych samych pinów na usuniętej płytce Arduino za pomocą niektórych przewodów. Następnie podłącz pin resetujący na płytce PC do miejsca, w którym pin 13 będzie w gnieździe DIP na płycie Arduino. Jeśli jest to mylące, zobacz obraz, który to replikuje, z wyjątkiem Arduino Mini. Następnie po prostu wklej załączony kod w edytorze Arduino (lub przejdź do i otwórz plik.pde w Arduino po pobraniu) i wybierz odpowiedni port szeregowy i układ Arduino, którego używasz, i naciśnij przycisk przesyłania. Kod działa poprzez odtwarzanie sygnałów dźwiękowych i następnie zmieniając interwał między sygnałami dźwiękowymi na podstawie odległości zmierzonej przez czujnik. Tak więc, jeśli jesteś blisko obiektu, interwał między sygnałami dźwiękowymi zmniejsza się, a sygnały dźwiękowe pojawiają się szybciej. Jeśli znajdujesz się daleko od obiektu, odstęp między sygnałami dźwiękowymi wydłuża się, dzięki czemu sygnały są wolniejsze. Kontroler sprawdza odległość co 60ms, więc interwał między sygnałami dźwiękowymi zmienia się dynamicznie. Obecnie jest skalowany tak, że 1 cal daje 10ms różnicy w interwale między sygnałami dźwiękowymi. Dzięki temu gogle lepiej sprawdzają się na bliższych dystansach, ale można je zwiększyć, aby działały lepiej na dalsze dystanse. Próbowałem wykładniczego skalowania, które zwiększało zasięg na bliższych odległościach (przy użyciu fscale, ale nie zmieniło to zbytnio odpowiedzi w zamian za tony kodu, więc go złomowałem). Ponieważ czas potrzebny na odczytanie odległości zależy od odległość wykrywanego obiektu (czujnik zwraca impulsy o długości do 30 ms) kod mierzy czas potrzebny do uzyskania odczytu i kompensuje czasy opóźnienia o tę wartość. Każda linia kodu jest skomentowana i jest (miejmy nadzieję) samodzielna -wyjaśniający.

Krok 9: Umieść elektronikę w obudowie

Przytnij zawiłą rurkę tak, aby miała odpowiednią długość od gogli do czyjejś ręki lub kieszeni. Umieść przewody łączące z czujnikiem ultradźwiękowym i brzęczykiem piezoelektrycznym wewnątrz zwiniętej rurki z dzielonym szwem. Wywierć otwór w obudowie, który będzie pasował do zwiniętej rury. Zrobiłem to, stosując metodę prób i błędów, zaczynając od małego rozmiaru i zwiększając średnicę, aż rura pasuje idealnie. Przeprowadź przewody przez otwór, a następnie wciśnij zwinięty przewód. Moje kable są nieco długie, więc musiałem je złożyć, aby pasowały. Niektóre rzepy przytrzymują płytkę drukowaną do obudowy.

Krok 10: Podłącz przewody

Teraz możesz użyć męskich pinów nagłówka na końcach przewodów i podłączyć do odpowiednich pinów na płytce PC (użyj schematu!). Jeśli używasz własnego Arduino, użyj tych samych mapowań pinów, co na schemacie.

Krok 11: Zamknij obudowę

Ta obudowa miała śruby do trzymania jej w zamknięciu, ale inne obudowy (cyna altoidowa?) Mogły po prostu się zatrzasnąć. Ponieważ nie byłem pewien, czy działa, użyłem taśmy, aby na razie go zamknąć.

Krok 12: Załóż uszy

Aby przymocować uszy, musimy najpierw umieścić dwa pionowe otwory z dremelem w uszach, przez które przejdzie pasek.

Krok 13: Mocowanie uszu ciąg dalszy

Po przewleczeniu pasków przez uszy za pomocą rzepu przymocowałem uszy do gogli. Skończyło się to na tym, że było to nieco niestabilne, ale wysoce regulowane, aby wskazać właściwą drogę. Przyklejenie ich byłoby trwalsze, ale rzep przetrwał kilka demonstracji. Czujnik ultradźwiękowy w jakiś sposób idealnie pasował do wsunięcia na mechanizm blokujący, aby umożliwić podnoszenie gogli. Musisz lekko wyciągnąć gumową ramkę gogli z plastikowego elementu soczewek od góry, aby zrobić miejsce, a następnie czujnik będzie dobrze pasował. Czujnik czasami wyskakuje, więc trochę kleju może to naprawić na dobre. Niestety ten sposób mocowania uniemożliwia już odwrócenie soczewek.

Krok 14: Doświadcz echolokacji

Podłącz baterię, włóż obudowę do kieszeni i eksploruj! Im bliżej obiektów na linii wzroku zbliżasz się, tym szybciej emituje dźwięk, im dalej się znajdujesz, tym wolniej emituje dźwięk. Proszę nie nosić ich w niebezpiecznych środowiskach lub w ruchu ulicznym! Te gogle służą wyłącznie do celów edukacyjnych i są przeznaczone do kontrolowanych środowisk, ponieważ mają na celu blokowanie widzenia peryferyjnego i regularnego widzenia, dzięki czemu bardziej polegasz na sygnałach słuchowych. Nie odpowiadam za jakiekolwiek obrażenia powstałe w wyniku noszenia tych gogli! Dzięki! Ponieważ jest to oparte na Arduino, możesz łatwo dodać moduł Zigbee lub blueSMIRF, aby bezprzewodowo łączyć je z komputerami. Przyszłe prace mogą obejmować dodanie pokrętła do regulacji czułości i dodanie włącznika/wyłącznika.

Druga nagroda w konkursie robotów Instructables i RoboGames