عینک های آموزشی انسداد متناوب ولتاژ بالا [ATtiny13]: 5 مرحله (همراه با تصاویر)

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

در اولین دستورالعمل خود ، من نحوه ساخت دستگاهی را توضیح می دهم که باید برای افرادی که می خواهند آمبلیوپی (تنبلی چشم) را درمان کنند بسیار مفید باشد. طراحی بسیار ساده و دارای اشکالاتی بود (نیاز به استفاده از دو باتری داشت و پانل های کریستال مایع با ولتاژ پایین هدایت می شدند). من تصمیم گرفتم طراحی را با افزودن ضریب ولتاژ و ترانزیستورهای سوئیچینگ خارجی بهبود ببخشم. پیچیدگی بیشتر مستلزم استفاده از اجزای SMD است.

مرحله 1: سلب مسئولیت

استفاده از چنین دستگاهی ممکن است باعث تشنج صرع یا سایر عوارض جانبی در بخش کوچکی از کاربران دستگاه شود. ساخت چنین وسیله ای مستلزم استفاده از ابزارهای نسبتاً خطرناک است و ممکن است باعث آسیب یا خسارت به اموال شود. شما با مسئولیت خودتان دستگاه توصیف شده را ساخته و استفاده می کنید

مرحله 2: قطعات و ابزارها

قطعات و مواد:

عینک سه بعدی شاتر فعال

ATTINY13A-SSU

سوئیچ دکمه ای قفل کننده 18x12mm ON-OFF (چیزی شبیه به این ، سوئیچی که من از آن استفاده کردم دارای سیم مستقیم و باریک تر بود)

2 دکمه سوئیچ لمسی SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V Case A 1206 خازن تانتالوم

خازن 100 nF 0805

3x 330 nF 0805 خازن

4x SS14 DO-214AC (SMA) دیود schottky

مقاومت 10k 0805

مقاومت 15k 1206

مقاومت 22k 1206

مقاومت 9x 27 اهم 0805

مقاومت 3x300k 1206

ترانزیستور 6 برابر BSS138 SOT-23

3x ترانزیستور BSS84 SOT-23

تخته روکش مسی 61x44 میلی متر

چند تکه سیم

باتری 3 ولت (CR2025 یا CR2032)

نوار عایق

نوار اسکاچ

ابزارها:

برش مورب

انبر

پیچ گوشتی تیغه تخت

پیچ گوشتی فیلیپس کوچک

موچین

ابزار چاقو

اره یا ابزار دیگری که می تواند PCB را برش دهد

مته 0.8 میلی متری

مته پیش یا ابزار دوار

سولفات سدیم

ظرف پلاستیکی و ابزار پلاستیکی که می تواند برای خارج کردن PCB از محلول اچ استفاده شود

ایستگاه لحیم کاری

لحیم کاری

ورقه ی آلومینیومی

برنامه نویس AVR (برنامه نویس مستقل مانند USBasp یا می توانید از ArduinoISP استفاده کنید)

پرینتر لیزری

کاغذ براق

اتو لباس

کاغذ سنباده خشک/مرطوب 1000 تکه

کرم پاک کننده

حلال (به عنوان مثال استون یا الکل مالش)

سازنده دائمی

مرحله 3: ساخت PCB با استفاده از روش انتقال تونر

شما باید تصویر آینه F. Cu (سمت جلویی) را با استفاده از چاپگر لیزری روی کاغذ براق (بدون هیچ گونه تنظیمات ذخیره کننده تونر) چاپ کنید. ابعاد خارجی تصویر چاپ شده باید 60.96x43.434 میلی متر (یا تا آنجا که می توانید) باشد. من از تخته روکش مسی یک طرفه استفاده کرده و در طرف دیگر با سیم های نازک اتصالات ایجاد کرده ام تا نگران تراز کردن دو لایه مسی نباشم. در صورت تمایل می توانید از PCB دو طرفه استفاده کنید ، اما دستورالعمل های بعدی فقط برای PCB یک طرفه خواهد بود.

PCB را به اندازه تصویر چاپ شده برش دهید ، در صورت تمایل می توانید چند میلی متر به هر طرف PCB اضافه کنید (مطمئن شوید که PCB با عینک شما مناسب است). در مرحله بعد باید لایه مس را با استفاده از کاغذ سنباده مرطوب تمیز کنید ، سپس ذرات باقی مانده از کاغذ سنباده را با کرم پاک کننده بردارید (همچنین می توانید از مایع شستشو یا صابون استفاده کنید). سپس آن را با حلال تمیز کنید. پس از آن باید بسیار مراقب باشید که مس را با انگشتان خود لمس نکنید.

تصویر چاپ شده را روی PCB قرار دهید و آن را با تخته تراز کنید سپس PCB را روی یک سطح صاف قرار دهید و روی آن را با اتوی لباس روی حداکثر درجه حرارت تنظیم کنید. پس از مدتی کاغذ باید به PCB بچسبد. آهن را روی PCB و کاغذ فشار دهید ، هر از گاهی ممکن است موقعیت آهن را تغییر دهید. حداقل چند دقیقه صبر کنید تا رنگ کاغذ به زرد تغییر کند. سپس PCB را با کاغذ روی آب قرار دهید (می توانید کرم پاک کننده یا مایع شستشو را اضافه کنید) به مدت 20 دقیقه. بعد ، کاغذ را از PCB بمالید. اگر مکانهایی وجود دارد که تونر به مس نچسبیده است ، از نشانگر دائمی برای جایگزینی تونر استفاده کنید.

آب شیرین را با سولفات سدیم مخلوط کرده و PCB را در محلول اچ قرار دهید. سعی کنید محلول را در دمای 40 درجه سانتی گراد نگه دارید. می توانید ظرف پلاستیکی را روی رادیاتور یا منبع حرارتی دیگر قرار دهید. هر از گاهی محلول را در ظرف مخلوط کنید. منتظر بمانید تا مس روکش نشده کاملاً حل شود. پس از اتمام کار ، PCB را از محلول خارج کرده و آن را در آب بشویید. تونر را با استون یا کاغذ سنباده بردارید.

سوراخ هایی روی PCB ایجاد کنید. من از پیچ به عنوان پانچ مرکزی برای علامت گذاری مرکز سوراخ ها قبل از حفاری استفاده کردم.

مرحله 4: لحیم کاری و برنامه ریزی میکروکنترلر

آهنگ های مسی را روی لحیم بپوشانید. اگر هر آهنگ در محلول اچ حل شده بود ، آنها را با سیمهای نازک جایگزین کنید. لحیم ATtiny به PCB و همچنین سیم هایی که میکروکنترلر را به برنامه نویس متصل می کند. hv_glasses.hex را بارگذاری کنید ، بیت های پیش فرض فیوز را نگه دارید (H: FF ، L: 6A). من از USBasp و AVRDUDE استفاده کردم. بارگذاری فایل.hex نیاز به اجرای دستور زیر داشت:

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

ممکن است متوجه شوید که من باید مقدار -B (bitclock) را از 8 که برای برنامه نویسی ATtiny در اولین دستورالعمل خود به 16 تغییر داده بودم تغییر دهم. این روند بارگذاری را کند می کند ، اما گاهی اوقات لازم است که ارتباط صحیح بین برنامه نویس و میکروکنترلر مجاز باشد.

بعد از اینکه فایل.hex را در ATtiny بارگذاری کردید ، برنامه نویس را از PCB جدا کنید. بقیه اجزاء را به جز سوئیچ حجیم SW1 ON/OFF و ترانزیستورها لحیم کنید. اتصالات را در طرف دیگر برد با سیم برقرار کنید. برای محافظت از ماسفت از تخلیه الکترواستاتیک ، کل PCB را به غیر از پدهای ترانزیستوری با فویل آلومینیومی بپوشانید. اطمینان حاصل کنید که ایستگاه لحیم کاری شما به درستی زمین خورده است. موچین هایی که برای قرار دادن اجزا استفاده می کنید باید از نوع ESD ضد استاتیک باشند. من از یک موچین قدیمی استفاده کردم ، اما آنها را با سیم به زمین وصل کردم. ممکن است ابتدا ترانزیستورهای BSS138 را لحیم کرده و بعد از اتمام آنها مدار چاپی را با فویل بیشتری بپوشانید ، زیرا ماسفت های BSS84 P-channel به ویژه در برابر تخلیه الکترواستاتیک آسیب پذیر هستند.

لحیم SW1 ، زاویه لبه های آن را دارد ، بنابراین شبیه دیودهای SS14 یا خازن های تانتالیوم است. اگر سیم های SW1 گسترده تر از لنت های PCB هستند و به سایر آهنگ ها اتصال کوتاه می کنند ، آنها را قطع کنید تا مشکلی ایجاد نکنند. هنگام اتصال SW1 با PCB از مقدار مناسبی لحیم استفاده کنید ، زیرا نوار که مدار چاپی و قاب عینک را در کنار هم نگه می دارد مستقیماً از SW1 عبور می کند و ممکن است در اتصالات لحیم کاری تنش ایجاد کند. من چیزی در J1-J4 قرار ندادم ، سیم های پانل LC مستقیماً به PCB لحیم می شوند. پس از اتمام کار ، سیمهایی را که به باتری می روند لحیم کنید ، باتری را بین آنها قرار دهید و همه آنها را با نوار جدا کننده محکم کنید. برای بررسی اینکه آیا PCB کامل ولتاژ متفاوتی را در پدهای J1-J4 ایجاد می کند ، می توانید از مولتی متر استفاده کنید. در غیر این صورت ، ولتاژها را در مراحل قبلی اندازه گیری کنید ، مدارهای کوتاه ، خطوط وصل نشده ، خطوط شکسته را بررسی کنید. وقتی PCB شما ولتاژهایی روی J1-J4 ایجاد می کند که بین 0V تا 10-11V در نوسان است ، ممکن است پانل های LC را به J1-J4 لحیم کنید. لحیم کاری یا اندازه گیری را فقط زمانی انجام می دهید که باتری قطع شده باشد.

وقتی همه چیز از نظر الکتریکی کنار هم قرار می گیرد ، می توانید پشت PCB را با نوار جدا کننده بپوشانید و با قرار دادن نوار در اطراف آنها ، PCB را با قاب عینک وصل کنید. سیم هایی را که پانل های LC را به PCB متصل می کنند در محلی که روکش باتری اصلی قرار داشت ، مخفی کنید.

مرحله 5: مرور کلی طراحی

از نظر کاربر ، عینک های آموزشی انسداد متناوب ولتاژ بالا همانند عینکی عمل می کند که در اولین دستورالعمل من توضیح داده شد. SW2 متصل به مقاومت 15k فرکانس دستگاهها (2.5 هرتز ، 5.0 هرتز ، 7.5 هرتز ، 10.0 هرتز ، 12.5 هرتز) را تغییر می دهد و SW3 متصل به مقاومت 22k برای مدت زمان بسته شدن هر چشم (L-10٪: R-90٪ ، L-30٪: R-70٪ ، L-50٪: R-50٪ ، L-70٪: R-30٪ ، L-90٪: R-10٪). پس از تنظیم تنظیمات ، باید حدود 10 ثانیه منتظر بمانید (10 ثانیه به هیچ دکمه ای دست نزنید) تا در راه اندازی بعدی دستگاه در EEPROM ذخیره شده و پس از خاموش شدن بارگیری شود. با فشردن همزمان هر دو دکمه ، مقادیر پیش فرض تعیین می شود.

با این حال ، من فقط از پین PB5 (RESET ، ADC0) ATtiny به عنوان ورودی استفاده کردم. من از ADC برای خواندن ولتاژ خروجی تقسیم ولتاژ ساخته شده از R1-R3 استفاده می کنم. من می توانم با فشار دادن SW2 و SW3 این ولتاژ را تغییر دهم. ولتاژ هرگز به حدی کم نیست که باعث راه اندازی مجدد شود.

دیودهای D1-D4 و خازن های C3-C6 یک پمپ شارژ دیکسون 3 مرحله ای تشکیل می دهند. پمپ شارژ توسط پین های میکروکنترلر PB1 (OC0A) و PB1 (OC0B) هدایت می شود. خروجی های OC0A و OC0B دو شکل موج مربعی 4687.5 هرتز تولید می کنند که فاز آنها 180 درجه تغییر می کند (وقتی OC0A بالا باشد ، OC0B پایین است و بالعکس). تغییر ولتاژ در پین های میکروکنترلر ولتاژهای صفحات خازن C3-C5 را با +ولتاژ BATT بالا و پایین می کند. دیودها اجازه می دهند شارژ از خازنی که صفحه بالایی (صفحه ای که به دیودها متصل است) دارای ولتاژ بیشتری نسبت به صفحه ای است که ولتاژ پایین تری دارد ، جریان یابد. البته دیودها فقط در یک جهت کار می کنند ، بنابراین بار فقط در یک جهت جریان دارد ، بنابراین هر خازن بعدی به ترتیب به ولتاژ بیشتر از خازن قبلی شارژ می شود. من از دیودهای Schottky استفاده کردم ، زیرا افت ولتاژ کمتری دارند. ضرب بدون ولتاژ بدون بار 3.93 است. از نظر عملی فقط بار خروجی پمپ شارژ 100k مقاومت است (جریان از طریق 1 یا 2 از آنها به طور همزمان جریان می یابد). تحت آن بار ، ولتاژ خروجی پمپ شارژ 3.93*(+BATT) منهای حدود 1 ولت است و بازده پمپ های شارژ تقریباً 75 است. D4 و C6 ولتاژ را افزایش نمی دهند ، آنها فقط امواج ولتاژ را کاهش می دهند.

مقاومتهای ترانزیستور Q1 ، Q4 ، Q7 و 100k ولتاژ پایین را از خروجی میکروکنترلر به ولتاژ خروجی پمپ شارژ تبدیل می کنند. من از MOSFET برای هدایت پانل های LC استفاده کرده ام زیرا جریان فقط در هنگام تغییر ولتاژ دروازه از دروازه آنها عبور می کند. مقاومتهای 27 اهم از ترانزیستورها در برابر جریانهای بزرگ گیت ولتاژ محافظت می کنند.

دستگاه تقریباً 1.5 میلی آمپر مصرف می کند.