سنسور میدان مغناطیسی 3 محور: 10 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:57

سیستم های انتقال قدرت بی سیم در راه جایگزینی شارژ معمولی سیمی هستند. اعم از ایمپلنت های کوچک زیست پزشکی تا شارژ بی سیم وسایل نقلیه برقی بزرگ. بخشی جدایی ناپذیر از تحقیقات در مورد قدرت بی سیم به حداقل رساندن چگالی میدان مغناطیسی است. کمیسیون بین المللی حفاظت در برابر تشعشعات غیر یونیزه کننده (ICNIRP) توصیه ها و راهنمایی های علمی در مورد اثرات بهداشتی و محیطی اشعه های غیر یونیزان (NIR) برای محافظت از مردم و محیط زیست در برابر تماس مضر NIR ارائه می دهد. NIR به تشعشعات الکترومغناطیسی مانند فرابنفش ، نور ، مادون قرمز و امواج رادیویی و امواج مکانیکی مانند مادون قرمز و اولتراسوند اشاره دارد. سیستم های شارژ بی سیم میدان های مغناطیسی متناوبی تولید می کنند که می تواند برای انسان و حیوانات موجود در مجاورت مضر باشد. برای تشخیص این میدانها و به حداقل رساندن آنها در یک آزمایش آزمایشی واقعی ، یک دستگاه اندازه گیری میدان مغناطیسی مانند Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spectral Analyzer مورد نیاز است. این دستگاه ها معمولاً بیش از 2000 دلار قیمت دارند و حجیم هستند و ممکن است نتوانند به فضاهای باریکی که نیاز به اندازه گیری میدان دارند برسند. علاوه بر این ، این دستگاه ها معمولاً دارای ویژگی های بیشتری نسبت به اندازه گیری میدان ساده در سیستم های انتقال قدرت بی سیم هستند. بنابراین ، توسعه نسخه کوچکتر و ارزان تر از دستگاه های اندازه گیری میدان از ارزش بالایی برخوردار خواهد بود.

پروژه فعلی شامل طراحی PCB برای سنجش میدان مغناطیسی و همچنین طراحی یک دستگاه اضافی است که می تواند مقادیر میدان مغناطیسی حس شده را پردازش کرده و آنها را روی صفحه نمایش OLED یا LCD نمایش دهد.

مرحله 1: الزامات

دستگاه دارای شرایط زیر است:

1. میدان های مغناطیسی متناوب را در محدوده 10 - 300 کیلوهرتز اندازه گیری کنید
2. اندازه گیری دقیق زمینه ها تا 50 uT (محدوده ایمنی تعیین شده توسط ICNIRP 27 uT است)
3. میدانها را در هر سه محور اندازه گیری کرده و نتیجه آنها را بدست آورید تا میدان واقعی را در یک نقطه معین پیدا کنند
4. میدان مغناطیسی را بر روی یک متر دستی نمایش دهید
5. هنگامی که فیلد بالاتر از استانداردهای تعیین شده توسط ICNIRP باشد ، یک نشانگر هشدار نشان دهید
6. عملکرد باتری را شامل می شود تا دستگاه واقعاً قابل حمل باشد

مرحله 2: مرور سیستم

مرحله 3: انتخاب اجزاء

این مرحله احتمالاً بیشترین گام در حال برداشتن است و برای انتخاب اجزای مناسب برای این پروژه به صبر و شکیبایی زیادی نیاز دارد. مانند بسیاری از پروژه های الکترونیکی دیگر ، انتخاب قطعات مستلزم بررسی دقیق برگه های داده برای اطمینان از سازگاری همه اجزا با یکدیگر و کارکردن در محدوده دلخواه از همه پارامترهای عملکرد است - در این مورد خاص ، میدان مغناطیسی ، فرکانس ، ولتاژ و غیره.

اجزای اصلی انتخاب شده برای PCB سنسور میدان مغناطیسی در برگه اکسل پیوست موجود است. اجزای مورد استفاده برای دستگاه دستی به شرح زیر است:

1. میکروکنترلر Tiva C TM4C123GXL
2. نمایشگر LCD SunFounder I2C Serial 20x4
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 کاناله مبدل ماژول تغییر جهت دو طرفه
4. کلید دکمه را فشار دهید
5. سوئیچ ضامن 2 موقعیت
6. 18650 سلول Li-ion 3.7V
7. شارژر Adafruit PowerBoost 500
8. تابلوهای مدار چاپی (قابل اتصال به SparkFun)
9. بن بست ها
10. اتصال سیم ها
11. پین هدر

تجهیزات مورد نیاز این پروژه به شرح زیر است:

1. دستگاه لحیم کاری و مقداری سیم لحیم کاری
2. مته
3. سیم چین

مرحله 4: طراحی و شبیه سازی مدار

مرحله 5: طراحی PCB

پس از تأیید عملکرد مدار در LTSpice ، PCB طراحی می شود. صفحات مسی به گونه ای طراحی شده اند که در کار سنسورهای میدان مغناطیسی اختلال ایجاد نمی کنند. منطقه خاکستری برجسته در نمودار چیدمان PCB سطوح مسی روی PCB را نشان می دهد. در سمت راست ، نمای سه بعدی PCB طراحی شده نیز نشان داده شده است.

مرحله 6: راه اندازی میکروکنترلر

میکروکنترلر انتخاب شده برای این پروژه Tiva C TM4C123GXL است. این کد در Energia نوشته شده است تا از کتابخانه های LCD موجود برای خانواده میکروکنترلرهای Arduino استفاده کند. در نتیجه ، کد توسعه یافته برای این پروژه را می توان با میکروکنترلر آردوینو به جای Tiva C (به شرطی که از تخصیص پین مناسب استفاده کنید و کد را بر این اساس اصلاح کنید) استفاده کنید.

مرحله 7: کارکردن صفحه نمایش

صفحه نمایش و میکروکنترلر از طریق ارتباط I2C به یکدیگر متصل می شوند که فقط به دو سیم غیر از منبع تغذیه +5V و زمین نیاز دارد. قطعات کد LCD موجود برای خانواده میکروکنترلرهای آردوینو (کتابخانه های LiquidCrystal) پورت شده و در Energia استفاده می شود. کد در فایل پیوست LCDTest1.ino آورده شده است.

برخی نکات مفید برای صفحه نمایش را می توانید در فیلم زیر مشاهده کنید:

www.youtube.com/watch؟v=qI4ubkWI_f4

مرحله 8: چاپ سه بعدی

یک جعبه محفظه برای دستگاه دستی مطابق تصویر بالا طراحی شده است. جعبه کمک می کند که تخته ها در جای خود قرار گرفته و سیم ها بدون مزاحمت نگه داشته شوند. این جعبه به گونه ای طراحی شده است که دارای دو برش برای عبور سیم ها ، یک برش برای LED های نشانگر باتری ، و هر کدام برای سوئیچ ضامن دار و کلید فشاری باشد. فایلهای لازم ضمیمه شده است.

مرحله 9: رابط همه اجزاء

ابعاد همه اجزای موجود را اندازه گیری کرده و با استفاده از یک ابزار گرافیکی مانند Microsoft Visio آنها را ترسیم کنید. هنگامی که طرح بندی همه اجزاء برنامه ریزی شد ، ایده خوبی است که سعی کنید آنها را در موقعیت خود قرار دهید تا از محصول نهایی احساس کنید. توصیه می شود پس از افزودن هر جزء جدید به دستگاه ، اتصالات مورد آزمایش قرار گیرند. مروری بر فرایند رابط در تصاویر بالا نشان داده شده است. جعبه چاپ سه بعدی ظاهری تمیز به دستگاه می دهد و همچنین از وسایل الکترونیکی داخل آن محافظت می کند.

مرحله 10: آزمایش و نمایش دستگاه

فیلم تعبیه شده عملکرد دستگاه را نشان می دهد. سوئیچ ضامن دستگاه را روشن می کند و از دکمه فشاری می توان برای دور زدن دو حالت نمایشگر استفاده کرد.