Alarma tàctil facial: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Tocar-nos la cara és una de les maneres més habituals d’infectar-nos amb virus com Covid-19. Un estudi acadèmic el 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) va trobar que ens toquem la cara una mitjana de 23 vegades per hora. Vaig decidir dissenyar un dispositiu de baix consum i baix consum que us avisés cada vegada que esteu a punt de tocar-vos la cara. Aquest prototip aproximat es pot refinar molt fàcilment i, tot i que és poc probable que vulgueu portar-ho tot el dia, pot ser una bona manera d’entrenar-vos a reduir el tacte facial i, per tant, reduir la propagació del virus.

La majoria de formes de detecció de moviment utilitzen acceleròmetres o processament d’imatges. Són relativament cars, requereixen una alimentació contínua i, per tant, també tenen una bateria relativament gran. Volia fabricar un dispositiu que només consumeixi energia quan el comportament l’activa i que es pugui fabricar a casa per menys de 10 dòlars.

El dispositiu té tres parts. Un collaret i dues petites bandes elàstiques a cada canell. Utilitza el principi que un imant que es mou prop d’una bobina de fil genera un corrent elèctric al fil. Quan la mà es mou cap a la cara, l’imant al canell genera una petita tensió a través de la bobina. Això s’amplifica i, si és superior a cert llindar, encén un petit timbre.

Subministraments

• 100 - 200 metres de filferro solenoide. La majoria dels cables són massa gruixuts. El filferro solenoide està aïllat amb una fina capa de vernís perquè pugueu fer moltes voltes a la bobina tot mantenint-la relativament petita i lleugera. He utilitzat 34 AWG, que té uns 0,15 mm de diàmetre
• Premses per cable o cinta adhesiva
• Un amplificador operatiu de baix consum. Ha de poder funcionar a 3V. He utilitzat un Microchip MCP601.
• 2 resistències (1M, 2K)
• Resistència de tall 2K
• Un brunzidor piezoelèctric de 3 a 5 V.
• Qualsevol transistor bàsic de npn (he utilitzat un 2N3904)
• Algun veroboard
• CR2032 (o qualsevol bateria de cel·la de 3V)
• 2 petits i poderosos imants
• 2 gomes de gruix gruixudes o algun material de suport a la compressió (com els mitjons de compressió)

Pas 1: enroleu la bobina

La bobina ha de ser una peça de filferro contínua, de manera que malauradament no es pot enganxar ni desenganxar com un collaret. Per tant, és important que el diàmetre de la bobina sigui prou gran perquè pugueu superar-lo. He enrotllat la meva al voltant d’un formigó circular (una cistella de paperera) d’un diàmetre d’uns 23 cm (9 polzades). Com més girs millor. Vaig perdre el compte de quantes en vaig fer, però en provar la resistència elèctrica al final crec que vaig acabar amb unes 150 voltes.

Agafeu suaument la bobina de la primera i fixeu-la amb lligadures o cinta adhesiva. És important no trencar cap del delicat fil del solenoide, ja que serà gairebé impossible de reparar. Quan tingueu la bobina assegurada, busqueu els dos extrems del filferro i traieu el vernís dels darrers cm (darrer mig centímetre) de cada extrem. Ho vaig fer fonent el vernís amb un soldador (vegeu el vídeo adjunt).

Feu clic aquí per veure el vídeo sobre com treure el fil del solenoide

Aquests extrems es poden soldar delicadament a la placa de circuit detector. Per al meu prototip, vaig soldar els extrems en un petit tros de veroboard separat amb una capçalera de sòcol, de manera que pogués fer servir experiments i utilitzar cables jumper per connectar-lo a diferents dissenys de circuits.

Pas 2: Creeu el circuit del detector

El circuit esquemàtic i final es mostra a la part superior.

Utilitzo un amplificador operatiu en una configuració que no inverteix per amplificar el voltatge molt petit generat a la bobina. El guany d’aquest amplificador és la proporció de resistències de R1 i R2. Ha de ser prou alt per detectar l’imant quan es mou uns 10cm des de la vora de la bobina relativament lentament (uns 20-30cm / s), però si el feu massa sensible, es pot tornar inestable i el brunzidor sonarà contínuament. Com que el nombre òptim dependrà de la bobina real que construïu i de l'imant que utilitzeu, us recomano que construïu el circuit amb una resistència variable que es pot configurar a qualsevol valor de fins a 2K. Al meu prototip vaig trobar que un valor d'aproximadament 1,5 K funcionava bé.

Com que la bobina també captarà ones de ràdio perdudes de diverses freqüències, he inclòs un condensador a través de R1. Això actua com un filtre de pas baix. A qualsevol freqüència superior a uns quants Hz, la reactància d’aquest condensador és molt inferior al valor de R1, de manera que l’amplificació s’allunya.

Com que el guany és tan alt, la sortida de l'amplificador operatiu realment només estarà "encès" (3V) o "apagat" (0V). Inicialment, ja que l'MCP601 pot generar 20 mA, vaig pensar que podria ser capaç de conduir directament un brunzidor piezoelèctric (només requereixen uns pocs mA per funcionar). Tanmateix, vaig trobar que l'amplificador operatiu tenia problemes per conduir-lo directament, probablement a causa de la capacitat del timbre. Ho vaig solucionar alimentant la sortida de la sortida a través d’una resistència a un transistor npn que actua com un commutador. Es tria R3 per assegurar-se que el transistor està completament engegat quan la sortida de l'amplificador operatiu és de 3V. Per minimitzar el consum d'energia, idealment hauria de ser el més alt possible i assegurar-se que el transistor està engegat. He triat 5K per garantir que aquest circuit funcioni amb gairebé qualsevol transistor npn popular.

L’últim que necessiteu és una bateria. Vaig poder executar el meu prototip amb èxit amb una bateria de 3V, però era encara més sensible i eficaç amb una tensió lleugerament superior, de manera que, si trobeu una petita bateria li-poli (3,7V), us recomanaria utilitzar-la.

Pas 3: feu les polseres de canell

Si es porta un imant a prop de cada mà, l’acció d’elevar la mà cap a la cara provocarà el brunzidor. Vaig decidir crear dues bandes de canell amb material de mitjó de suport elàstic i les vaig utilitzar per mantenir dos petits imants al canell. També podeu experimentar amb un anell magnètic en un dit de cada mà.

El corrent induït flueix en una direcció al voltant de la bobina quan l’imant entra a la regió de la bobina i en la direcció oposada quan surt. Com que el prototip de circuit és intencionalment senzill, només una direcció de corrent activarà el brunzidor. Així doncs, brunzirà quan la mà s’acosti al collar o quan s’allunyi. Obbviament, volem que surti a la cara i puguem canviar la polaritat del corrent generat girant l’imant. Per tant, experimenta amb quina manera de fer sonar el brunzidor quan la mà s’acosta a la cara i marca l’imant perquè recordis de portar-lo de la manera correcta.

Pas 4: prova

La mida del corrent induït està relacionada amb la rapidesa amb què el camp magnètic canvia a prop de la bobina. Per tant, és més fàcil agafar moviments ràpids a prop de la bobina que moviments lents allunyats d’aquesta. Amb una mica d’assaig i error, vaig poder aconseguir que funcionés de manera fiable quan vaig moure l’imant a uns 30 cm / s (1 ft / s) a una distància de 15 cm (6 polzades). Una mica més d’afinació milloraria això en un factor de dos o tres.

Tot és una mica cru en aquest moment, ja que el prototip utilitza components "forats passants", però tota l'electrònica es podria reduir fàcilment mitjançant components de muntatge superficial i la mida limitant seria només la bateria.