عینک راداری: 14 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

تابستان گذشته هنگام گذراندن تعطیلات در مین ، ما با یک زوج دیگر آشنا شدیم: مایک و لیندا. لیندا نابینا بود و از بدو تولد (فکر می کنم) اولین فرزندشان نابینا بود. آنها واقعاً خوب بودند و ما با هم خیلی خندیدیم. بعد از اینکه به خانه برگشتیم ، نمی توانستم از این فکر کنم که کور شدن چگونه خواهد بود. نابینایان سگ های چشمی و عصا را می بینند و من مطمئن هستم که چیزهای دیگر به آنها کمک می کند. اما باز هم ، باید چالش های زیادی وجود داشته باشد. من سعی کردم تصور کنم که چگونه خواهد بود و به عنوان یک فرد الکترونیکی تعجب کردم که آیا کاری می توانم انجام دهم.

یک تابستان وقتی در حدود 20 سالگی بودم چشم هایم را با جوشکار سوزاندم (داستان طولانی … بچه گنگ). چیزی است که هرگز فراموش نمی کنم. به هر حال ، یک روز چشم هایم وصله شده بود. به یاد می آورم که مادرم سعی می کرد از کنار خیابان با من قدم بزند. مدام از او می پرسیدم که آیا ماشین ها متوقف شده اند؟ او چیزی شبیه به این گفت: "من مادرت هستم … فکر می کنی من تو را به ترافیک می برم؟" با فکر کردن به اینکه در نوجوانی چه دوبی بودم ، تعجب کردم. اما نمی توانستم از این موضوع غافل شوم که می دانستم آیا در راه رفتن چیزی به صورتم ضربه می زند یا نه. وقتی وصله ها را برداشتیم بسیار خوشحال و راحت شدم. این تنها چیزی است که نزدیک به "تجربه" در مورد نابینایی در زندگی خود داشته ام.

من اخیراً یک دستورالعمل دیگر درباره یک دوست جوان در محل کار که بینایی خود را در چشم راست خود از دست داده بود نوشتم و دستگاهی را برای او ساختم که در صورت وجود چیزی در سمت راست او به او بگوید. اگر می خواهید بخوانید اینجا است. آن دستگاه از سنسور زمان پرواز توسط ST Electronics استفاده کرد. حدود یک دقیقه پس از اتمام آن پروژه ، تصمیم گرفتم که بتوانم وسیله ای برای کمک به نابینایان بسازم. سنسور VL53L0X که من در آن پروژه استفاده کردم دارای سنسور برادر/خواهر بزرگ به نام VL53L1X است. این دستگاه می تواند فاصله های بیشتری را نسبت به VL53L0X اندازه گیری کند. یک تخته شکست برای VL53L0X از Adafruit و برای VL53L1X یک برد شکست از Sparkfun وجود داشت. تصمیم گرفتم یک عینک با VL53L1X در جلو و یک دستگاه بازخورد لمسی (موتور ارتعاشی) در پشت شیشه ها در نزدیک پل بینی ایجاد کنم. من موتور را به نسبت معکوس با فاصله تا یک جسم ارتعاش می کنم ، یعنی هرچه یک شیء به شیشه نزدیکتر باشد ، بیشتر ارتعاش می کند.

در اینجا باید توجه داشته باشم که VL53L1X دارای میدان دید بسیار باریکی است (بین 15 تا 27 درجه قابل برنامه ریزی است) به این معنی که آنها بسیار جهت دار هستند. این مهم است زیرا وضوح خوبی را ارائه می دهد. ایده این است که کاربر می تواند سر خود را مانند آنتن رادار حرکت دهد. این به همراه FOV باریک به کاربر اجازه می دهد اشیاء را در فواصل مختلف بهتر تشخیص دهد.

نکته ای در مورد سنسورهای VL53L0X و VL53L1X: آنها سنسورهای زمان پرواز هستند. این بدان معنی است که آنها یک پالس LASER (قدرت کم و در طیف مادون قرمز بنابراین ایمن هستند) ارسال می کنند. سنسور زمان برگشتن مجدد پالس منعکس شده را چند برابر می کند. بنابراین فاصله برابر است با X برابر زمان که همه ما از کلاس های ریاضی/علوم به یاد داریم ، درست است؟ بنابراین ، زمان را به نصف تقسیم کرده و در سرعت نور ضرب کنید و فاصله می گیرید. اما همانطور که توسط یکی دیگر از اعضای Instructables اشاره شد ، می توان شیشه ها را LiDAR Glasses نامید زیرا استفاده از لیزر در این روش Light Distance and Ranging (LiDAR) است. اما همانطور که گفتم ، همه نمی دانند LiDAR چیست اما من فکر می کنم اکثر مردم RADAR را می شناسند. و در حالی که نور مادون قرمز و رادیو همه بخشی از طیف الکترومغناطیسی هستند ، نور به عنوان فرکانس های مایکروویو یک موج رادیویی در نظر گرفته نمی شود. بنابراین ، من عنوان را به عنوان RADAR می گذارم اما اکنون ، شما متوجه شده اید.

این پروژه اساساً از یک طرح کلی برای پروژه دیگر استفاده می کند … همانطور که خواهیم دید. سوالات بزرگ این پروژه این است که چگونه وسایل برقی را روی شیشه ها نصب می کنیم و از چه نوع شیشه هایی استفاده می کنیم؟

مرحله 1: شیشه ها

من تصمیم گرفتم که احتمالاً می توانم یک جفت عینک ساده طراحی کنم و آنها را با چاپگر سه بعدی چاپ کنم. من همچنین تصمیم گرفتم که فقط باید اسکلت یا قاب عینک را به صورت سه بعدی چاپ کنم. من یک برد مدار چاپی را برای لحیم کاری قطعات اضافه می کنم. تخته مدار چاپی (صفحه اولیه) به قاب ها متصل می شود که به کل مجموعه قدرت می بخشد. تصویر سه بعدی قاب ها در بالا نشان داده شده است.

فایل های STL نیز به این مرحله ضمیمه شده اند. سه فایل وجود دارد: left.stl ، right.stl (هدفون/بازوها) و glass.stl (فریم ها).

مرحله 2: برد مدار چاپی

من از تخته نان Adafruit Perma-Proto با اندازه کامل استفاده کردم. تخته نان را روی جلوی لیوان ها قرار دادم و آنها را مرکز کردم. لبه بالایی عینک را حتی با قسمت بالای صفحه اصلی ساخته ام. قسمت مستطیلی شیشه ها که از بالا امتداد یافته جایی است که در نهایت سنسور Time-Of-Flight نصب می شود. قسمت خوبی از قسمت بالای این قسمت از فریم ها در بالای صفحه اصلی چسبیده است. این خوب است زیرا ما نیازی به چسباندن چیزی به بالای سنسور نداریم ، فقط در قسمت پایین.

سوراخی در مرکز تخته نان وجود دارد که تقریباً دقیقاً در بالای محل قرارگیری پل بینی در شیشه ها قرار دارد. من 4 سوراخ موجود در قاب را روی صفحه اصلی با استفاده از یک نشانگر نوک خوب مشخص کردم. سپس من سوراخ ها را روی تخته نان سوراخ کردم.

بعد ، با استفاده از پیچ M2.5 ، قاب ها را روی تخته نان نصب کردم. من نایلون هستم و برای این منظور یک مجموعه کامل پیچ از Adafruit دریافت کردم. پس از اتصال پیچ ها ، من یک نشانگر برداشتم و دور قاب ها را روی تخته نان کشیدم. برای من ، من مستقیماً فرورفتگی ها را در کناره های قاب هایی که قطعات گوش در آن قرار خواهند گرفت ، مشخص کردم. این ترجیح من است … اما شاید شما بخواهید قسمت های گوشه قاب قابل مشاهده باشد.

مرحله 3: برش آن

بعد ، من 4 پیچ را از نگه داشتن قاب ها به سمت نان برد بیرون آوردم. من مواد را خارج از خطی که مشخص کردیم حذف می کنم. من مراقب بودم که کمی از خطوط دور بمانم زیرا بعداً این کار را با ساندیر کمربندی رومیزی که دارم اصلاح می کنم. می توانید از یک فایل استفاده کنید … اما ما از خودمان جلوتر هستیم.

با استفاده از هر وسیله ای می توانید خط را به طور خشن برش دهید. شاید اره مویی؟ خوب ، من یکی ندارم من یک "nibbler" برای تابلوهای مدار چاپی دارم بنابراین از آن استفاده کردم. در واقع مدت زمان نسبتاً زیادی طول کشید و انجام آن بسیار دشوار است. اما مواد برد مدار چاپی می تواند خرد و ترک بخورد و بنابراین ، من می خواستم آهسته پیش بروم. من راه خود را تکان دادم و همچنین در ناحیه بینی بالا رفتم … اما فقط تقریباً. در تصویر بالا می بینید که من چه می کردم.

مرحله 4: سنباده زنی یا بایگانی

من مواد را با استفاده از ساندیر کمربند رومیزی به خط نزدیک کردم. باز هم ، اگر چیز دیگری ندارید ، می توانید از یک فایل استفاده کنید. تنها چیزی که در اینجا در مورد سنباده زنی می توانم بگویم این است که بسته به میزان ساینده مواد ساینده در ماسه ، مراقب مقدار مواد مورد نظر برای حذف باشید. راه برگشتی نیست. گاهی اوقات یک لغزش می تواند تخته را خراب کند (یا حداقل آن را نامتقارن یا لکه دار نشان دهد). بنابراین ، وقت خود را بگیرید.

می توانید تصاویر قبل و بعد من را در بالا مشاهده کنید.

مرحله 5: تنظیم دقیق

قاب ها را با 4 پیچ دوباره وصل کردم و دوباره به دستگاه ساینده کمربند برگشتم. من خیلی خیلی دقیق تا لبه فریم ها را سنباده زدم. من واقعاً نیاز به استفاده از یک فایل گرد در قسمت بینی داشتم ، زیرا نمی توانستم این چرخش را در تیزکن خود انجام دهم. نتایج نهایی من را در بالا ببینید.

مرحله 6: اضافه کردن سنسور

در این مرحله من برد شکستن سنسور VL53L1X را اضافه کردم. ابتدا دو پیچ نایلونی بلند M2.5 اضافه کردم که آنها را از طریق سوراخ های فریم و از طریق سوراخ های VL53L1X فشار می داد. من یک مهره نایلونی به هر پیچ اضافه کردم و خیلی آرام آنها را محکم کردم. در بالای هر مهره دو (چهار کل) واشر نایلونی اضافه کردم. برای اطمینان از اینکه سنسور VL53L1X موازی با صفحه اصلی است ، لازم است.

من یک نوار ترمینال 6 حالته را روی تخته در موقعیتی قرار دادم که سوراخ های بالای VL53L1X با دو پیچی که در بالای قاب ها قرار داده ام (با واشرهای نایلونی) به هم نزدیک شده اند. مهره های نایلونی را به انتهای پیچ ها اضافه کردم و دوباره آنها را به آرامی سفت کردم. تصاویر بالا را مشاهده کنید.

مرحله 7: شماتیک

همانطور که قبلاً گفتم ، طرح کلی تقریباً مشابه پروژه رادار محیطی است. یک تفاوت این است که من یک دکمه فشاری (یک سوئیچ تماس پولی) اضافه کردم. من تصور می کنم که در برخی موارد ما به یکی برای تغییر حالت یا اجرای برخی از ویژگی ها نیاز داریم … بنابراین ، بهتر است آن را در حال حاضر داشته باشیم تا بعداً آن را اضافه کنیم.

یک پتانسیومتر 10K نیز اضافه کردم. از قابلمه برای تنظیم فاصله ای که نرم افزار به عنوان حداکثر فاصله برای پاسخگویی در نظر می گیرد ، استفاده می شود. آن را به عنوان یک کنترل حساسیت در نظر بگیرید.

شماتیک بالا نشان داده شده است.

لیست قطعات (که باید قبلاً می دادم) به شرح زیر است:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 Meter، VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibrating Mini Motor Disc - ID محصول: 1201Adafruit - لیتیوم یون باتری پلیمری - 3.7v 150mAh - شناسه محصول: 1317Adafruit Perma -Proto PCB تک اندازه - نان ID: 1606 دکمه های سوئیچ لمسی (6 میلی متر باریک) بسته 20 x - شناسه محصول: 1489 Sparkfun - JST Connector Right -Angle - Through -Hole 2 -Pin - PRT -0974910K مقاومت اهم - Junkbox (به طبقه خود نگاه کنید) مقاومت 10K -100K اهم - Junkbox (به کف خود در نزدیکی مقاومت های 10K نگاه کنید) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (یا با دوست خود تماس بگیرید) مقداری سیم اتصال (من از 22 سنج ثابت استفاده کردم)

برای شارژ باتری LiPo نیز دست به دست شدم: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly charger - v1 - شناسه محصول: 1304

مرحله 8: قرار دادن قطعات

من سعی می کردم تا آنجا که می توانم در مورد قرار دادن اجزاء هوشمند باشم. من معمولاً سعی می کنم برخی از پین ها مانند power and ground را خط کشی کنم … اگر بتوانم. من سعی می کنم حداقل طول سیم را به حداقل برسانم. باید مطمئن می شدم که فضایی را در بالا که پل بینی برای موتور ارتعاش است ، بگذارم. در پایان به مکانی رسیدم که در تصویر بالا قابل مشاهده است.

مرحله 9: زمین ها

من ابتدا همه اجزا را در موقعیت هایی که تصمیم گرفته بودم به هیئت مدیره لحیم کردم. بعد ، اتصالات زمینی را اضافه کردم. به راحتی یکی از نوارهای بزرگ بزرگ در PWB هنوز در معرض دید بود ، بنابراین من این را به نوار زمین مشترک تبدیل کردم.

تصویر بالا اتصالات زمین و مقاومت 10K را نشان می دهد. من نمی خواهم به شما بگویم که هر سیم را در کجا قرار دهید زیرا اکثر مردم ایده های خود را در مورد نحوه انجام کارها دارند. من فقط به شما نشان می دهم که چه کار کردم.

مرحله 10: سیم

بقیه سیم ها را همانطور که در تصویر بالا نشان داده شده اضافه کردم. یک قطعه نوار چسب دوتایی را زیر موتور ارتعاش اضافه کردم تا از ثابت ماندن آن اطمینان حاصل شود. مواد چسبنده ای که قبلاً در قسمت پایینی موتور آمده بود ، به اندازه کافی برای من قوی نبود.

من برای اتصالاتم از سیم 22 گیج استفاده کردم. اگر چیزی کوچکتر دارید ، از آن استفاده کنید. من از 22 گیج استفاده کردم زیرا این کوچکترین چیزی است که در دست داشتم.

مرحله 11: براکت باتری

من یک براکت برای نگه داشتن باتری LiPo چاپ کردم (تصویر آن در بالا نشان داده شده است). من علامت گذاری و حفره هایی را در قسمت جلوی صفحه قرار دادم تا براکت را از طرف اجزاء به شکل مخالف در طرف مقابل شیشه ها نصب کنم.

در اینجا باید توجه داشته باشم که براکت بسیار نازک و ضعیف است و باید آن را با مواد پشتیبانی چاپ کنم (من از پلاستیک ABS برای همه قطعات این پروژه استفاده کردم). به راحتی می توانید براکت را بکشید و سعی کنید مواد پشتیبانی را از بین ببرید ، بنابراین به راحتی پیش بروید.

یکی از کارهایی که برای تقویت قطعات انجام می دهم این است که آنها را در استون آغشته کنم. البته در انجام این کار باید بسیار محتاط باشید. من این کار را در یک منطقه با تهویه خوب انجام می دهم و از دستکش و محافظ چشم استفاده می کنم. من این کار را پس از حذف مواد پشتیبانی (البته) انجام می دهم. من یک ظرف استون دارم و با استفاده از موچین ، قسمت را کاملاً برای یک یا دو ثانیه در استون فرو می کنم. بلافاصله آن را برداشته و کنار می گذارم تا خشک شود. من معمولاً قطعات را یک ساعت یا بیشتر قبل از لمس آنها رها می کنم. استون ABS را از نظر شیمیایی "ذوب" می کند. این اثر آب بندی لایه های پلاستیک را دارد.

فایل STL برای براکت به این مرحله پیوست شده است.

مرحله 12: برنامه نویسی

پس از بررسی مجدد همه اتصالاتم ، کابل USB را به منظور برنامه ریزی Trinket M0 متصل کردم.

برای نصب و/یا اصلاح نرم افزار (پیوست شده به این مرحله) به Arduino IDE و فایل های برد Trinket M0 و همچنین کتابخانه های VL53L1X از Sparkfun نیاز دارید. همه اینها اینجاست ، و اینجاست.

اگر تازه کار هستید ، دستورالعمل های استفاده از Adafruit M0 را در سایت یادگیری آنها در اینجا دنبال کنید. پس از بارگیری نرم افزار (که به این مرحله اضافه شد) ، برد باید راه اندازی شود و از طریق اتصال سریال USB به برق متصل شود. کنار تخته را با VL53L1X نزدیک دیوار یا دست خود ببرید و باید احساس ارتعاش موتور کنید. ارتعاش هرچه فاصله بیشتری با دستگاه داشته باشد ، باید دامنه آن کمتر شود.

من می خواهم تأکید کنم که این نرم افزار اولین پاس در این زمینه است. من دو جفت لیوان درست کرده ام و بلافاصله دو لیوان دیگر نیز درست خواهم کرد. ما (من و حداقل یک نفر دیگر که در این زمینه کار می کنیم) به اصلاح نرم افزار ادامه می دهیم و هرگونه به روزرسانی را در اینجا ارسال می کنیم. امیدوارم دیگران نیز این کار را امتحان کرده و (شاید در GitHub) هرگونه تغییر/پیشرفتی را که انجام می دهند ارسال کنند.

مرحله 13: تکمیل فریم ها

من قطعات گوش را در شکاف دو طرف شیشه فرو کردم و استون را با استفاده از نوک نشانه استفاده کردم. من استون را جذب می کنم بنابراین وقتی آن را به گوشه ها فشار می دهم مقدار مناسبی دریافت می کنم. اگر آنها را محکم فشار دهید ، استون از طریق جاذبه مویرگی به اطراف منتقل می شود. مطمئن می شوم که آنها مستقیما قرار گرفته اند و در صورت نیاز از چیزی برای نگه داشتن آنها حداقل برای یک ساعت استفاده می کنم. گاهی اوقات دوباره درخواست می کنم و یک ساعت دیگر منتظر می مانم. استون یک پیوند عالی ایجاد می کند و عینک من در مرز قاب بسیار محکم به نظر می رسد.

البته ، این عینک ها فقط یک نمونه اولیه هستند ، بنابراین من طرح را ساده نگه داشتم و به همین دلیل هیچ لولایی برای بازوهای عینک وجود ندارد. به هر حال آنها بسیار خوب کار می کنند. اما ، اگر می خواهید ، همیشه می توانید آنها را با لولا دوباره طراحی کنید.

مرحله 14: اندیشه های نهایی

من متوجه شده ام که سنسور در نور خورشید خوب عمل نمی کند. این امر منطقی است زیرا مطمئن هستم که سنسور توسط اشعه اشعه خورشید اشباع شده و جدا کردن آن از نبض سنسور غیرممکن است. با این وجود ، آنها در داخل خانه و شب ها و شاید روزهای ابری عینک های خوبی تهیه می کردند. البته باید آزمایش های بیشتری انجام دهم.

یکی از کارهایی که من برای تغییر طرح انجام می دهم این است که نوعی لاستیک به شکافی که پل بینی را لمس می کند اضافه کنم. اگر سر خود را به سمت پایین بکشید ، احساس لرزش دشوار است زیرا عینک تحت نیروی جاذبه کمی از روی پوست برداشته می شود. من فکر می کنم مقداری لاستیک برای ایجاد اصطکاک باعث ثابت ماندن عینک روی بینی می شود تا ارتعاش به آن منتقل شود.

امیدوارم در مورد عینک بازخوردی دریافت کنم. من نمی دانم که عینک برای مردم مفید خواهد بود ، اما ما فقط باید ببینیم. نمونه های اولیه این است: امکان سنجی ، یادگیری و اصلاحات.

می توان سنسورهای بیشتری به طراحی اضافه کرد. من استفاده از یکی را برای این نمونه اولیه انتخاب کردم زیرا فکر می کنم تشخیص بیش از یک موتور ارتعاش برای کاربر سخت تر خواهد بود. اما شاید ایده خوبی باشد که دو سنسور از چشم خارج شوند. سپس با استفاده از دو موتور می توانید هر طرف شیشه را تکان دهید. همچنین می توانید به جای ارتعاش ، از صدا به هر گوش استفاده کنید. باز هم ، ایده این است که نمونه اولیه را امتحان کنید و کمی تجربه کنید.

اگر تا اینجا پیش رفتید ، ممنون که خواندید!