Detector de parpelleig lleuger: 3 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Sempre m’ha fascinat el fet que l’electrònica ens acompanyi. És a tot arreu. Quan parlem de fonts de llum (no les naturals com les estrelles), hem de tenir en compte diversos paràmetres: brillantor, color i, en el cas que es tracti de la pantalla del PC que parlem, qualitat de la imatge.

La percepció visual de la llum o la brillantor de la font de llum electrònica es pot controlar de diverses maneres quan la més popular és mitjançant la modulació de l'amplada de pols (PWM): simplement activeu i apagueu el dispositiu molt ràpidament perquè els transitoris semblin "invisibles" per a l'ull humà. Però, segons sembla, no és massa bo per als ulls humans per a un ús a llarg termini.

Quan prenem, per exemple, una pantalla portàtil i en reduïm la brillantor, pot semblar més fosc, però hi ha molts canvis a la pantalla que parpellegen. (Podeu trobar més exemples al respecte aquí)

Em va inspirar molt una idea d’aquest vídeo de YouTube, l’explicació i la senzillesa del qual són fantàstiques. En connectar dispositius senzills a la venda, es pot construir un dispositiu de detecció de parpelleig totalment portàtil.

El dispositiu que estem a punt de construir és un detector de parpelleig de fonts de llum que utilitza una petita bateria solar com a font de llum i consta dels blocs següents:

1. Petit panell solar
2. Amplificador d'àudio integrat
3. Altaveu
4. Connector per a connexió d’auriculars, si volem provar amb una major sensibilitat
5. Bateria de Li-Ion recarregable com a font d’energia
6. Connector USB tipus C per a la connexió de càrrega
7. Indicador LED d'alimentació

Subministraments

Components electrònics

• Amplificador de potència d'àudio integrat
• Altaveu de 8 Ohm
• Bateria de Li-Ion de 3,7 V 850 mAh
• Connector d'àudio de 3,5 mm
• Mini bateria solar policristal·lina
• TP4056 - Taula de càrrega de ions de li
• LED RGB (paquet TH)
• 2 x 330 Ohm Resistors (paquet TH)

Components mecànics

• Pom de potenciòmetre
• Recinte imprès en 3D (es pot utilitzar una caixa de projectes opcional)
• Cargols de 4 x 5 mm de diàmetre

Instruments

• Soldador
• Pistola de cola calenta
• Tornavís Phillips
• Cable de nucli únic
• Impressora 3D (opcional)
• Alicates
• Pinces
• Cortador

Pas 1: teoria de l'operació

Com es va esmentar a la introducció, el parpelleig causat per PWM. Segons la viquipèdia, l'ull humà pot captar fins a 12 fotogrames per segon. Si la velocitat de fotogrames supera aquest nombre, es considera un moviment per a la visió humana. Per tant, si s’observa un canvi ràpid d’objecte, veiem la seva intensitat mitjana en lloc de la seqüència de fotogrames separats. Hi ha un nucli de la idea de PWM en circuits de control de brillantor: atès que només podem veure una intensitat mitjana de velocitat de fotogrames superior a 12 fps (de nou, segons la wikipedia), podem ajustar fàcilment la brillantor (cicle de treball) de l’alimentació de la font de llum mitjançant períodes de temps canviants, quan la llum està encesa o apagada (Més sobre PWM), on la freqüència de commutació és constant i és molt superior a 12Hz.

Aquest projecte descriu un dispositiu, el volum i la freqüència del qual són proporcionals al soroll parpellejant causat per PWM.

Mini panell policristal·lí

L’objectiu principal d’aquests dispositius és transformar l’energia derivada de la font de llum en energia elèctrica, que es pugui obtenir fàcilment. Una de les propietats clau d’aquesta bateria és que si la font de llum no proporciona una intensitat constant estable i canvia al llarg del temps, es presentaran els mateixos canvis a la tensió de sortida d’aquest panell. Per tant, això és el que anem a detectar: els canvis d’intensitat amb el pas del temps

Amplificador d'àudio

La producció que es produeix a partir del panell solar és proporcional al nivell d’intensitat mitjà (CC) amb canvis addicionals d’intensitat al llarg del temps (CA). Ens interessa detectar només voltatge alternatiu i la forma més senzilla d’aconseguir-ho: connectar el sistema d’àudio. L'amplificador d'àudio que es va utilitzar en aquest disseny és un PCB d'alimentació única, amb condensadors de bloqueig de CC a cada costat, tant d'entrada com de sortida. Per tant, la sortida del panell solar es connecta directament a l’amplificador d’àudio. L’amplificador utilitzat en aquest disseny ja té un potenciòmetre amb un interruptor ON / OFF incorporat, de manera que hi ha un control complet sobre la potència del dispositiu i el volum de l’altaveu.

Gestió de bateries de ions de li

El circuit de carregador de bateria de ions de Li TP4056 es va afegir a aquest projecte per tal de fer que el dispositiu fos portàtil i recarregable. El connector USB-C actua com a entrada del carregador i la bateria que es va utilitzar és de 850 mAh, 3,7 V, que és suficient per als propòsits que hem de perseguir amb aquest dispositiu. La tensió de la bateria actua com a font d'alimentació principal per a l'amplificador d'àudio, per tant, per a tot un dispositiu.

Altaveu com a sortida del sistema

L’altaveu té un paper principal en el dispositiu. Vaig escollir una de mida relativament petita, amb una fixació ferma al recinte, de manera que també sentiria freqüències més baixes. Com es va esmentar abans, la freqüència i el volum dels altaveus es poden definir de la següent manera:

f (altaveu) = f (CA del panell solar) [Hz]

P (altaveu) = K * I (intensitat pic a pic del senyal de CA del panell solar) [W]

K: és un coeficient de volum

Àudio Jack

El jack de 3,5 mm s'utilitza en el cas que vulguem connectar auriculars. En aquest dispositiu, el connector té un pin de detecció de connexió, que es desconnecta del pin de senyal, quan es connecta el connector d'àudio. Es va dissenyar d'aquesta manera per proporcionar sortida a un sol camí al mateix temps: altaveus o auriculars.

LED RGB

Aquí el LED té un doble servei: s’encén quan es carrega el dispositiu o s’encén.

Pas 2: Recinte: disseny i impressió

La impressora 3D és una gran eina per a armaris i carcasses personalitzats. El recinte d’aquest projecte té una estructura molt bàsica amb algunes característiques comunes. Ampliem-ho pas a pas:

Preparació i FreeCAD

El recinte es va dissenyar a FreeCAD (el fitxer del projecte està disponible per descarregar a la part inferior d’aquest pas), on es va construir primer el cos del dispositiu i es va construir una coberta sòlida com a part independent del cos. Després de dissenyar el dispositiu, cal exportar-lo com a cos i tapa separats.

El mini panell solar està muntat a la coberta amb una àrea de mida fixa, on la regió de tall està dedicada als cables. Interfície d'usuari disponible a les dues cares: retall USB i LED | Jack | Forats del potenciòmetre. L'altaveu té la seva pròpia àrea dedicada, que és una sèrie de forats a la part inferior del cos. La bateria és adjacent a l’altaveu, hi ha un lloc per a cadascuna de les parts, de manera que no ens haurem de frustrar en muntar el dispositiu completament.

Slicing i Ultimaker Cura

Com que tenim fitxers STL, podem procedir al procés de conversió de codi G. Hi ha molts mètodes per fer-ho, només deixaré aquí els principals paràmetres per imprimir:

• Programari: Ultimaker Cura 4.4
• Alçada de la capa: 0,18 mm
• Gruix de la paret: 1,2 mm
• Nombre de capes superiors / inferiors: 3
• Ompliment: 20%
• Broquet: 0,4 mm, 215 * C
• Llit: vidre, 60 * C
• Suport: Sí, 15%

Pas 3: Soldar i muntar

Soldadura

Mentre la impressora 3D està ocupada imprimint el nostre recinte, anem a cobrir el procés de soldadura. Com podeu veure als esquemes, es simplifica al mínim, és a dir, que totes les parts que anem a adjuntar estan disponibles com a blocs integrats independents. Bé, la seqüència és:

1. Terminals de bateria de ions de Li per soldar a TP4056 BAT + i BAT-Pins
2. Soldadura VO + i VO- de TP4056 a terminals VCC i GND de l’amplificador d’àudio
3. Terminal de soldadura "+" del petit panell solar a VIN (ja sigui L o R) de l'amplificador d'àudio, i "-" al sòl de l'amplificador d'àudio
4. S’adjunta un LED bi-color o RGB a dues resistències 220R amb un aïllament adequat
5. Soldar el primer ànode LED al terminal del commutador de l’amplificador d’àudio (La connexió s’ha de fer al terminal del commutador). Es recomana comprovar quin terminal de l’interruptor de la part inferior del PCB està connectat a VCC. El que no ho és és la nostra opció.
6. El segon ànode LED s'ha de soldar a un ànode de dos LEDs SMD: tenen una connexió d'ànode comuna
7. Soldar càtodes LED a terra de l'amplificador d'àudio
8. Terminals d’altaveu de soldadura a la sortida de l’amplificador d’àudio (assegureu-vos que heu escollit el mateix canal a l’entrada, ESQUERRA o DRETA)
9. Per tal de forçar l'estat dels altaveus, soldeu terminals de jack estèreo de 3,5 mm que impedeixin que el corrent flueixi a través de l'altaveu.
10. Per tal que els auriculars produeixin so a cada costat (L i R), curseu junts els terminals descrits al pas anterior.

muntatge

Després d'imprimir el recinte, es recomana muntar peça per peça pel que fa a l'alçada de la peça:

1. Fent un marc a partir de cola calenta segons el perímetre interior de la coberta i col·locant-hi un panell solar
2. Fixació del potenciòmetre amb una femella i una rentadora al costat oposat
3. Altaveu d’encolat amb cola calenta
4. Enganxar bateria amb cola calenta
5. Enganxament de jack de 3,5 mm amb cola calenta
6. Enganxar bateria amb … cola calenta
7. Enganxament TP4056 amb USB que apunta fora de la regió de retallada dedicada amb cola calenta
8. Posar un pom a un potenciòmetre
9. Tapa de subjecció i cos amb quatre cargols

Proves

El nostre dispositiu està preparat i a punt Per comprovar correctament el dispositiu, cal trobar fonts de llum que puguin proporcionar una intensitat alternativa. Recomano utilitzar control remot IR, ja que proporciona una intensitat alterna la freqüència de la qual es troba a la regió de l’amplada de banda de l’audició humana [20Hz: 20KHz].

No oblideu provar totes les fonts de llum a casa.

Gràcies per llegir!:)