رادار جانبی برای افراد کم بینا: 14 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

در نتیجه یک تصادف هولناک ، یکی از دوستان من اخیراً بینایی چشم راست خود را از دست داده است. او مدت زیادی بیکار بود و وقتی برگشت به من گفت که یکی از دلخراش ترین مواردی که باید با آن سر و کار داشته باشد عدم آگاهی از آنچه در سمت راست او قرار دارد است. دید محیطی کمتر به معنای برخورد با چیزها و افراد است. این مرا اذیت کرد. من تصمیم گرفتم که باید کاری کنیم که بتوانیم انجام دهیم.

من می خواستم دستگاهی بسازم که بتواند فاصله تا اشیاء سمت راست دوستم را اندازه گیری کند. برنامه من استفاده از یک موتور هپتیک برای ارتعاش دستگاه نسبت عکس با فاصله تا یک جسم است. سپس اگر اجسام دورتر بودند ، موتور تکان نخورد و چون جسم نزدیکتر بود ، در سطح پایینی شروع به ارتعاش کرد. اگر جسم نزدیک بود در سطح بسیار بالاتری (یا هر سطحی که می خواستید) ارتعاش می کرد. این دستگاه باید آنقدر کوچک باشد که بتواند کنار شیشه ها و سنسور به سمت راست آویزان شود. دوست من دستگاه را در سمت راست عینک خود قرار می دهد ، اما البته برای شخص دیگری ، می تواند سمت چپ باشد.

به خاطر آوردم که چند سنسور فاصله صوتی در خانه داشتم. اما ، آنها کمی بزرگ و حجیم هستند ، دقت کمتری دارند و احتمالاً برای استفاده روی عینک بسیار سنگین هستند. شروع کردم به جستجوی چیز دیگری.

چیزی که من پیدا کردم سنسور زمان پرواز ST Electronics VL53L0X بود. این یک لیزر مادون قرمز و آشکارساز مادون قرمز در یک بسته است. این پالس نور لیزر را خارج از محدوده قابل مشاهده توسط انسان (940 نانومتر) منتشر می کند و زمان سپری شده برای تشخیص پالس منعکس شده را ثبت می کند. این زمان را بر 2 تقسیم کرده و در سرعت نور ضرب می کند و فاصله بسیار دقیقی را در میلی متر ایجاد می کند. سنسور می تواند فاصله تا 2 متر را تشخیص دهد ، اما همانطور که دیدم ، 1 متر مطلوب تر است.

همانطور که اتفاق می افتد ، Adafruit دارای یک برد شکست VL53L0X است. بنابراین من نیاز به یک موتور ارتعاشی داشتم که آنها نیز داشتند و یک میکروکنترلر برای کارکردن همه آن. اتفاقاً PJRC Teensy 3.2 در دست داشتم. در حالی که بزرگتر از آن چیزی بود که می خواستم ، این قابلیت را داشت که با سرعت کم تنظیم شود. برای صرفه جویی در مصرف برق ، می خواستم سرعت ساعت را کاهش دهم. و تا آنجا که از منبع تغذیه استفاده می شود ، من یک تنظیم کننده تقویت کننده Sparkfun در جعبه آشغال خود به همراه یک نگهدارنده باتری AAA داشتم. من تقریباً هر چیزی را که نیاز داشتم داشتم.

مرحله 1: اولین نمونه اولیه

قطعاتی را که در دست داشتم برداشتم و نمونه اولیه دستگاهی را که در نظر داشتم ساختم. من دسته و صفحه نصب را به صورت سه بعدی چاپ کردم و تمام قطعات الکترونیکی را روی صفحه اصلی Adafruit لحیم کردم. موتور ارتعاشی را از طریق ترانزیستور 2N3904 NPN به Teensy وصل کردم. من یک پتانسیومتر اضافه کردم تا از حداکثر فاصله ای که دستگاه به آن پاسخ می دهد استفاده شود.

من آن را تا آخر هفته آینده اجرا کردم (تصویر بالا را ببینید). زیبا نبود اما اصل را نشان می داد. دوست من می تواند دستگاه را در سمت راست خود نگه دارد و آزمایش کند که آیا این دستگاه مفید است یا خیر و به بهبود آنچه می خواهد برای ویژگی ها کمک کند.

مرحله 2: نمونه اولیه شماره 2

پس از اولین نمونه اولیه دستی ، شروع به ساخت نسخه کوچکتر کردم. می خواستم به هدفم یعنی ساختن چیزی که روی عینک جا می شود نزدیک شوم. Teensy که در نسخه دستی استفاده کردم به من اجازه داد تا برای صرفه جویی در مصرف برق ، ساعت را کم کنم. اما اندازه قرار بود یک عامل باشد و بنابراین من به Adafruit Trinket M0 تغییر کردم. در حالی که نرخ کلاک آن 48 مگاهرتز است ، پردازنده ARM که بر اساس آن ساخته شده است می تواند کندتر کلاک شود. با استفاده از نوسان ساز RC داخلی می تواند در 8 ، 4 2 و حتی 1 مگاهرتز کار کند.

نمونه اولیه شماره 2 بسیار سریع گرد هم آمد ، زیرا من همه چیز را در آخر هفته آینده با هم داشتم. مدار همان نمونه اولیه شماره 1 به جز ARM M0 بود. من یک محفظه کوچک را به صورت سه بعدی چاپ کردم و راهنماها را در پشت قرار دادم تا روی شیشه ها بچسبد. تصویر بالا را ببینید. در ابتدا با سرعت 48 مگاهرتز کلاک می شود.

مرحله 3: نمونه اولیه شماره 3

بنابراین ، این دستورالعمل واقعاً از اینجا شروع می شود. تصمیم گرفتم آخرین نمونه اولیه را بسازم. من تصمیم می گیرم تا جایی که می توانم از استفاده از PWB سفارشی (که در آن مطمئن هستم که ما در حال حرکت هستیم) استفاده کنم. بقیه این دستورالعمل در مورد نحوه ساخت آن است. درست مانند افرادی که دست های پرینت سه بعدی برای کودکان معلول می سازند ، امید من این است که افرادی این دست را برای کسانی که بینایی مشابهی در چشم خود دارند از دست دهند.

من لیست قطعات را همانند نمونه اولیه شماره 2 نگه داشتم ، اما تصمیم گرفتم پتانسیومتر را حذف کنم. پس از صحبت با دوستم تصمیم گرفتیم حداکثر فاصله را با استفاده از نرم افزار تنظیم کنیم. از آنجا که من توانایی استفاده از سنسور لمسی با استفاده از Teensy را دارم ، ما همیشه می توانیم با لمس حداکثر فاصله را تنظیم کنیم. یک لمس فاصله کوتاهی را تنظیم می کند ، یا بیشتر فاصله بیشتری را لمس می کند ، دیگری طولانی ترین فاصله را لمس می کند و سپس برای یک لمس بیشتر ، به عقب بپیچید. اما در ابتدا ، ما از یک فاصله ثابت برای حرکت استفاده می کنیم.

مرحله 4: قطعات

برای این نمونه اولیه به یک تخته کوچکتر نیاز داشتم. من با یک صفحه اصلی Sparkfun (PRT-12702) رفتم زیرا ابعاد کوچک آن (حدود 1.8 "X 1.3") اندازه مناسبی برای عکاسی است.

همچنین لازم بود از چیزی غیر از باتری AAA به عنوان منبع تغذیه استفاده کنم. یک LiPo انتخاب مناسبی به نظر می رسید زیرا دارای ظرفیت ذخیره سازی و وزن سبک است. من سلول سکه ای را امتحان کردم اما قدرت کافی برای کنترل موتور برای مدت طولانی را نداشت. من LiPo کوچکی را انتخاب کردم که 150 میلی آمپر ظرفیت دارد.

من قصد داشتم با Trinket M0 و البته برد شکست VL53L0X بمانم.

اکنون که به جزئیات می پردازیم ، لیستی از قطعات این نمونه اولیه به شرح زیر است:

Adafruit VL53L0X سنسور فاصله پرواز - شناسه محصول: 3317 Adafruit - دیسک ارتعاشی مینی موتور - شناسه محصول: 1201 Adafruit - باتری لیتیوم یون پلیمری - 3.7v 150mAh - شناسه محصول: 1317 SparkFun - تخته نورد قابل جوش - Mini - PRT -1270 Sparkfun - اتصال JST راست زاویه - از طریق سوراخ 2 پین - PRT -09749 مقاومت 10K اهم - Junkbox (به طبقه خود نگاه کنید) 2N3904 NPN ترانزیستور - Junkbox (یا با دوست خود تماس بگیرید) مقداری سیم اتصال (از 22 سنج استفاده کردم)

برای شارژ باتری LiPo نیز کارهای زیر را انجام دادم:

Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly charger - v1 - شناسه محصول: 1304

مرحله 5: شماتیک

شماتیک این دستگاه در بالا نشان داده شده است. ورودی لمسی برای نسخه بعدی خواهد بود اما به هر حال در شماتیک نشان داده شده است. همچنین ، مقاومت 10K بین Trinket M0 و پایه 2N3904 پایه کافی را برای روشن کردن موتور بدون ضربه شدید به آن فراهم می کند.

آنچه در ادامه می آید توضیحات مرحله به مرحله مجموعه است.

مرحله ششم: صفحه اصلی

بسیاری از شما باتجربه این را می دانید اما این برای کسانی است که ممکن است در لحیم کاری تخته های اولیه تازگی داشته باشند:

صفحه اصلی Sparkfun (PRT-12702) نشان داده شده در بالا دارای 17 ستون (گروه) از 5 پین در هر طرف با فاصله سه دهم اینچ است. هر ستون عمودی از 5 پین در دو طرف شکاف با یکدیگر مشترک است. منظور من این است که هرگونه اتصال به پین در گروه ، ارتباط با هر پین دیگر در گروه است. برای این برد ، این امر واضح به نظر نمی رسد ، اما اگر از DVM (متر ولتاژ دیجیتال) استفاده می کنید ، می توانید آن را تأیید کنید. اگر به پشت نگاه کنید ، می توانید ردپای اتصال گروه ها را تشخیص دهید.

مرحله 7: قرار دادن قطعات

احتمالاً باید نوار پین را به Trinket M0 و VL53L0X لحیم کنید. هر دو آنها با نوارها همراه هستند اما باید لحیم شوند. Adafruit دستورالعمل هایی را در مرکز یادگیری خود برای هر دو بخش ذکر کرده است. اگر تازه کار هستید ، لطفاً قبل از لحیم کردن نوارها روی تخته به آنجا (اینجا و اینجا) بروید. نوارهای پین مشخصات کمتری نسبت به سوکت ارائه می دهند.

اولین چیزی که هنگام لحیم کاری چیزی روی یک تخته اولیه با فضای محدود باید در نظر بگیرید ، قرار دادن اجزا است. Trinket و VL53L0X را در موقعیت های نشان داده شده در شکل بالا قرار دادم. Trinket دارای پین در هر دو لبه برد است ، اما VL53L0X دارای 7 پین است که همه در یک لبه برد خود قرار دارند. طرف VL53L0X که پین ندارد برای اتصال برخی از اجزا از آن استفاده می کنیم … همانطور که خواهیم دید.

من همچنین سوئیچ اسلاید را به موقعیت لحیم کردم و 2N3904 را لحیم کردم. من سوراخ هایی را که آن قسمتها در آن قرار گرفته اند تیره کرده ام و برای 2N3904 ، توجه کرده ام که کدام پین ها Collector ، Base و Emitter هستند. هنگامی که برای اولین بار لحیم کاری می کنید ، باید آن را عمود بر صفحه بگذارید تا بتوانید اتصالات دیگر را لحیم کنید. بعداً می توانید آن را (با دقت) خم کنید تا نزدیک تراز شدن با تخته باشد.

توجه: در حال حاضر JST Battery Breakout روی برد لحیم نمی شود. این قسمت پشت تخته لحیم می شود اما فقط بعد از اینکه اتصالات دیگر خود را لحیم کردیم. این آخرین چیزی است که ما لحیم می کنیم.

مرحله 8: سیم

نمودار بالا صفحه اصلی را دوباره با حفره های تاریک نشان می دهد که اجزا در آن قرار خواهند گرفت. من برچسب های آنها را در امتداد لبه ها اضافه کرده ام تا سیم کشی راحت تر شود. توجه داشته باشید موتور ارتعاش نشان داده شده است ، اما در پشت صفحه قرار دارد و تقریباً آخرین بار به آن متصل می شود ، بنابراین فعلاً کافی است آن را نادیده بگیرید. من همچنین JST Battery Breakout را با خط تیره نشان می دهم. همانطور که در مرحله قبل مشخص شد ، آن را وصل نکنید ، اما لطفاً 4 سوراخ بالای تخته را باز بگذارید (یعنی به آنها لحیم نکنید).

در این مرحله فرض می کنم که شما می دانید چگونه عایق را از سیم جدا کنید ، انتهای آن را با لحیم کاری و لحیم کاری کنید. اگر نه لطفاً به یکی از دستورالعمل های لحیم کاری مراجعه کنید.

برای این مرحله سیمها را به صورت زرد لحیم کنید. نقاط انتهایی سوراخ هایی هستند که باید آنها را لحیم کنید. همچنین باید مقاومت 10 کیلو اهم را به صورت نمایشی به برد بچسبانید. اتصالات ایجاد شده عبارتند از:

1. اتصال از پایانه مثبت باتری به پایانه COMmon (وسط) کلید کشویی. یک طرف سوئیچ اسلاید با ورودی BAT به Trinket تماس می گیرد. تنظیم کننده داخلی Trinket 3.3V را از ولتاژ ورودی BAT تولید می کند.

2. اتصال از پایانه منفی (زمین) باتری به زمین Trinket.

3. اتصال از پایانه منفی (زمین) باتری به امیتر 2N3904

4. اتصال از پین 3.3 ولت (3V) Trinket به VIN VL53L0X. VL53L0X این ولتاژ را برای استفاده خود به 2.8 ولت تنظیم می کند. همچنین این ولتاژ را به یک پین منتقل می کند ، اما ما به آن نیاز نداریم ، بنابراین بدون اتصال باقی می ماند.

مرحله 9: سیمهای بیشتر

بنابراین اکنون گروه بعدی سیم ها را همانطور که در بالا نشان داده شده است اضافه می کنیم. در اینجا لیستی از هر اتصال است:

1. اتصال از پین Trinket با برچسب 2 به پین SCL VL53L0X. این سیگنال ساعت I2C است. پروتکل سریال I2C چیزی است که Trinket برای ارتباط با VL53L0X استفاده می کند.

2. اتصال از پین Trinket با برچسب 0 (صفر) به پین SDA theVL53L0X. این سیگنال داده I2C است.

3. اتصال از پین VL53L0X GND در فاصله شکاف روی صفحه اصلی به امیتر 2N3904. این زمینه را برای VL53L0X فراهم می کند.

4. اتصال از پین Trinket با برچسب 4 به مقاومت 10K. این محرک موتور لرزش است. اگر نقطه اتصال من را انتخاب می کنید ، این سیم قطعاً باید در قسمت پشتی تخته لحیم شود.

به یاد داشته باشید ، هر گروه عمودی از 5 پین با یکدیگر مشترک است ، بنابراین می توانید در هر نقطه از این گروه که مناسب است متصل شوید. در عکسهای صفحه من متوجه خواهید شد که چند نقطه اتصال را تغییر داده ام. تا زمانی که آنها اتصال صحیح هستند ، پس هر پدی را که انتخاب می کنید خوب است.

مرحله 10: موتور لرزش

موتور لرزش دارای یک برچسب قابل استفاده در پشت است. با کشیدن آن یک ماده چسبناک نشان می دهید که اجازه می دهد موتور به پشت تخته بچسبد (اما ، قبل از چسباندن به نظر زیر توجه کنید). آن را در سمت چپ (با نگاه به پشت برد) تخته JST Battery Breakout که هنوز به آن وصل نکرده ایم ، قرار دادم. بنابراین ، مقداری فضا برای برد JST Battery Breakout بگذارید. من همچنین می خواستم مطمئن شوم که قاب فلزی موتور هیچ پینی را در فاصله شکاف صفحه اصلی کوتاه نمی کند. بنابراین ، من یک تکه کوچک از نوار دو طرفه را بریدم و آن را به پشت چسبنده موتور ارتعاش چسباندم. سپس آن را به پشت تخته فشار دادم. این امر به بالا نگه داشتن قاب فلزی و دور از هرگونه پین کمک می کند. اما با این حال ، مراقب باشید آن را طوری قرار دهید که هیچ پینی کوتاه نشود.

سیم قرمز موتور ارتعاش را به پین 3 ولت Trinket لحیم کنید. سیم سیاه موتور لرزش به کلکتور 2N3904 لحیم شده است. وقتی نرم افزار 2N3904 را می زند (منطق 1 را 3.3 ولت ارائه می دهد) ترانزیستور اتصال سیم سیاه موتور ارتعاش به زمین (یا نزدیک به آن) را روشن می کند. این باعث لرزش موتور می شود.

من می توانم مقداری خازن در نقطه اتصال سیم قرمز موتور ارتعاشی اضافه کنم. اما خازنی در خط 3.3V Trinket وجود دارد ، بنابراین مطمئن هستم که خوب است اما اگر می خواهید ظرفیت دیگری را اضافه کنید می توانید … تا زمانی که می توانید آن را فشار دهید. در این مورد سیم قرمز می تواند متصل شود به طور مستقیم به سمت مثبت باتری LiPo. من جهت ثابت نگه داشتن ولتاژ طرف 3.3 ولت را انتخاب کردم. تا اینجا ، به نظر می رسد خوب کار می کند.

مرحله 11: آخرین اما نه حداقل…

آخرین مورد ، برد JST Battery Breakout را به قسمت پشتی صفحه اصلی متصل می کنیم. همانطور که در بالا نشان داده شده است ، پین ها را روی تخته چسبانده و تخته شکست JST Battery را که قسمت بالایی آن رو به روی صفحه اصلی است قرار دادم. هنگام قرار دادن این قسمت ، مطمئن شوید که سیم ها را برای باتری مثبت و اتصال به پین های راست لحیم کرده اید. اگر اشتباه می کنید ، قطبیت قطعات را برعکس می کنید و احتمالاً همه آنها را از بین می برید. بنابراین لطفاً قبل از لحیم کاری و وصل کردن باتری ، آن را بررسی کرده و مجدداً بررسی کنید.

مرحله 12: نرم افزار

برای نصب و/یا اصلاح نرم افزار به Arduino IDE و فایل های برد Trinket M0 و همچنین کتابخانه های VL53L0X نیاز دارید. همه اینها اینجا ، اینجا و اینجاست.

دستورالعمل های استفاده از Adafruit M0 را در سایت آموزشی خود در اینجا دنبال کنید.

پس از بارگیری نرم افزار ، برد باید راه اندازی شود و روی اتصال سریال USB اجرا شود. کنار تخته را با VL53L0X 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.

رفتاری که در دستگاه مشاهده می شود تا حدودی در نظرات موجود در کد منبع توضیح داده شده است. اما نمودار پیوست شده باید این نکته را به خوبی نشان دهد. تا 863 میلی متر از یک جسم نباید ارتعاش دستگاه شروع شود. به حداکثر ارتعاش خود در 50 میلی متر از یک جسم می رسد. اگر به جسمی بیش از 50 میلی متر نزدیک شوید ، دستگاه هیچ ارتعاشی بیشتر از 50 میلی متر ایجاد نمی کند.

مرحله 13: محوطه سازی

من یک محفظه طراحی کردم و آن را با پلاستیک ABS چاپ سه بعدی کردم. می توانید آن را با PLA یا ABS یا هر متریالی که می خواهید چاپ کنید. من از ABS استفاده می کنم زیرا در صورت نیاز می توانم قطعات استون را روی تخته جوش دهم. برد طراحی شده من ساده است و دارای یک سوراخ برای پورت USB در Trinket و یک سوراخ برای کلید تغذیه است. من دو تخته را به هم چسباندم و بازوهای کمی در کناره های جعبه قرار دادم. من آن را خیلی دوست ندارم ، بنابراین احتمالاً آن را تغییر خواهم داد. البته ، شما می توانید هر تغییری را که دوست دارید مشاهده کنید ، ایجاد کنید.

در حال حاضر برای این نسخه ، جعبه باید باز شود تا باتری LiPo را برای شارژ مجدد جدا کنید. اگر برای این پروژه یک برد مدار ایجاد کنم ، یک کانکتور دیگر اضافه می کنم تا باتری بدون باز کردن جعبه قابل دسترسی باشد. ممکن است بتوان این کار را روی این طرح پیشخوان انجام داد و سوراخ اتصال را برای شارژ ایجاد کرد. اگر می خواهید این را امتحان کنید ، لطفاً نتایج خود را به اشتراک بگذارید.

من موفق به طراحی جعبه ای شدم که کاملاً از آن متنفر نبودم. ما از این یکی برای آزمایش سیستم استفاده می کنیم. من بالا و پایین جعبه را به عنوان فایل های STL و همچنین براکت/راهنما که پایین آن را اضافه کرده ام پیوست کرده ام. من یک جفت راهنما با استفاده از استون برای جوشکاری شیمیایی قطعات به یکدیگر اضافه کردم. اگر این کار را می کنید ، مراقب باشید. می توانید مونتاژ بالا را مشاهده کنید.

مرحله 14: حالا چی؟

مرا بررسی کنید… من پیر شده ام و ممکن است چیزی را فراموش کرده باشم یا به هم ریخته باشم. من این را دوباره می خوانم و بررسی می کنم ، اما هنوز می توانم چیزهایی را از دست بدهم. با خیال راحت هر کاری را که انجام دادم/اشتباه کردم به من بگو.

و حالا که شما برد رادار جانبی را ساخته اید و آن را بارگذاری کرده اید و باتری LiPo در یک کیف چاپ سه بعدی زیبا قرار دارد (وقتی آن را به پایان می رسانم یا اگر کار خود را انجام دادید) ، بعد چه می کنید؟ من فکر می کنم شما باید نحوه کار با آن را تجربه کرده و اصلاحاتی در نرم افزار ایجاد کنید. در قرارداد مجوز در نرم افزار آمده است که می توانید از آن استفاده کنید اما در صورت ایجاد هرگونه تغییر ، لازم است آنها را به اشتراک بگذارید. من نمی گویم که نرم افزار این پروژه به نوعی پیچیده یا شگفت انگیز است. اهداف خود را برآورده می کند اما جای پیشرفت دارد. به بهتر شدن این دستگاه کمک کنید و آن را با همه ما به اشتراک بگذارید. به یاد داشته باشید ، این پروژه در مورد کمک به مردم است. بنابراین ، کمک کنید!