Sistema d'alerta de nivell de soroll insegur: 11 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

La cuina de disseny d’enginyeria Oshman (OEDK) és l’espai més gran per a fabricació de la universitat Rice, que ofereix un espai per a tots els estudiants per dissenyar i prototipar solucions als reptes del món real. Per complir aquest propòsit, l'OEDK allotja diverses eines elèctriques i maquinària gran que produeixen sorolls forts i potencialment insegurs. Tot i que OEDK ha establert amb èxit una cultura de seguretat al voltant de la protecció dels ulls i dels guants, no ha pogut establir la mateixa cultura de seguretat al voltant de la protecció auditiva, a causa del fet que els usuaris no estan segurs de quan es requereix protecció auditiva.

El nostre equip, Ring the Decibels, té com a objectiu resoldre aquest problema dissenyant, construint i implementant un sistema d’alerta que recomana als usuaris d’OEDK que portin una protecció auditiva adequada a nivells de so no segurs.

Pas 1: Visió general

Aquest dispositiu utilitza un microcontrolador Arduino Uno. Les dades de so analògic es reben des d’un mesurador de nivell de gravetat, es fan una mitjana i s’utilitzen per activar una sortida de tira digital LED. Les pantalles visuals inclouen un degradat que mostra contínuament el nivell mitjà de decibels i un conjunt d’auriculars que parpellegen en vermell quan s’arriba a un llindar de decibels predeterminat.

La carcassa està formada per dues plaques de contraxapat separades per dues plaques de contraxapat circulars separades per separadors d'alumini. La pantalla del degradat i dels auriculars es crea amb acrílic esmerilat Tots els components electrònics estan muntats a la placa posterior.

Des de les matèries primeres fins al muntatge a la paret, aquest dispositiu només triga menys de dues hores a completar-se. Hem après moltes coses sobre com suavitzar les dades i controlar les tires de LED mitjançant aquest projecte i esperem que us diverteixin construint-lo.

Pas 2: components i eines necessaris

El cost total dels materials per a aquest dispositiu és una mica inferior als 100 $. Com que el nostre equip està construint aquest dispositiu en massa, vam poder comprar alguns materials a granel per reduir el cost. A més, ja que estem construint aquest dispositiu per a un espai de fabricació d'enginyeria i en un espai d'enginyeria, ja teníem accés a molts components i eines.

Les quantitats dels components que s’enumeren a continuació són per a un dispositiu.

Components

• 1x Arduino Uno (o microcontrolador similar) amb cable USB
• 1x Taula de pa de prototipatge
• 1x perfboard (opcional)
• 2x cables de pont vermell home-home
• 2 cables de pont vermell masculí-femení
• 2x cables de pont negre home-home
• 2 cables de pont negre masculí-femení
• 3x cables de pont blau masculí-masculí
• 2 cables de pont blau masculí-femení
• Adaptador d'alimentació 1x 5V 1A
• 1x Mesurador de nivell sonor analògic per gravetat
• 1 tira LED RGB WS2812B dirigible individualment (com a mínim 20 LED)
• 6x clavilles de capçalera home-home
• 2x resistències de 330 ohms
• Fusta contraxapada de bedoll de 24 "x 12"
• 7 "x 9" de 1/4 "acrílic
• 9 "x 9" de 1/8 "acrílic (l'amplada pot variar)
• 3 x 1/4 "hexagonals / 2" 6-32 separadors d'alumini femella-femella
• 6 x 1/4 "hexagonals / 1 1/4" 6-32 separacions d'alumini femella-femella
• Cargols de cap pla de 18x 3/4 "6-32
• 18x No. 6 Rentadores
• Distàncies de nylon 8x 10mm M2.5 femella-femella
• 4x Distàncies de niló femella-femella M2.5 de 25 mm
• 4x Separadors de niló masculí-femella M2.5 de 18 mm
• Cargols M2.5 de 24x 6mm

Eines

• IDE Arduino
• Soldador (HAKKO FM-204) amb soldador
• Flux de colofònia
• Tallador làser (EPILOG Fusion M2 40)
• Cola acrílica
• Sandblaster (opcional)
• Paper de vidre
• Epoxi de 2 parts
• Trepant sense fil
• Broca de 5/32"
• Broca de 1/8"
• 1/2 "82º Bit d'avellanament
• Premsa de trepant
• # 5 Bit de forat
• Tornavisos
• Pistola de cola calenta amb pals de cola

Pas 3: prepareu els LED

Talla dues tires de les tires LED adreçables individualment a les marques de la tira. Podeu tallar qualsevol nombre de LEDs que vulgueu, només heu de tornar a inicialitzar el nombre de LEDs del codi més endavant. Hem utilitzat 10 LED per tira.

Soldeu els passadors de capçalera a cadascuna de les 3 connexions de la tira LED. Assegureu-vos de soldar a l’extrem d’entrada de dades (DI). Repetiu per a l’altra tira LED. Hem utilitzat una mica de flux de colofònia raspallat als connectors de tires LED per facilitar la soldadura.

Doblegueu i plegueu una de les tires de LED en forma d’arc per adaptar-la a la corba de la peça degradada. Ho vam aconseguir creant un patró ondulat amb la tira LED que es podria corbar sobre si mateixa. Amb aquesta mateixa tècnica, dóna forma a l’altra tira LED per seguir la corba de la peça dels auriculars.

Pas 4: Munteu el circuit

Comenceu per connectar el pin Arduino 5V al rail d’alimentació de la placa. A continuació, connecteu el passador del grup Arduino al rail de terra de la placa.

Connexió de les tires LED

Connecteu el pin digital Arduino 5 al connector d’entrada de dades (DI) d’una tira LED, afegint una resistència de 330 Ohm entre el pin 5 i el connector DI. Connecteu el carril d’alimentació de la placa de pa a la placa de connexió de 5 V a la tira de LED i connecteu el carril de terra de la placa de taula al connector GND de la tira de LED. Aquesta serà la tira LED per a la pantalla de degradat.

Connecteu el pin digital Arduino 6 al connector DI de l’altra banda LED, afegint una resistència de 330 Ohm entre el pin 6 i el connector DI. Connecteu el carril d’alimentació de la taula de pa a la clavilla del connector de 5 V de la tira LED i connecteu el carril de terra de la placa de connexió al connector GND de la tira LED. Aquesta serà la tira LED per a la pantalla dels auriculars.

Connexió del mesurador de nivell de gravetat (el micròfon)

Connecteu el pin analògic Arduino A0 al port analògic del gravador de nivell de so de gravetat. Connecteu el rail d'alimentació de la placa de connexió a la placa de connexió al port VCC de la placa Gravity i el rail de terra de la placa de configuració al port GND de la placa Gravity.

Transferència del circuit a la placa Perf (opcional)

Per mantenir tots els components electrònics al seu lloc durant més temps, el nostre equip va decidir moure el nostre circuit a una placa perfecta. El nostre circuit no és molt complex, de manera que hem utilitzat una serra mecànica per tallar una placa de perf de 4cm x 6cm en una placa de 4cm x 3cm i hem perforat nous forats de muntatge amb una broca de 1/8 . Aquest pas és completament opcional.

Pas 5: Editeu i pengeu el codi

Baixeu-vos el codi i obriu-lo a l'IDE Arduino.

Comproveu que el valor definit per al nombre de LEDs de cada tira (NUM_LEDS_1 i NUM_LEDS_2) coincideixi amb el nombre de LEDs que heu tallat per a la primera tira LED (el degradat) i la segona tira LED (els auriculars). Si aquests valors no coincideixen, canvieu el número del codi.

Verifiqueu i pengeu el codi a la vostra placa Arduino.

Pas 6: prepareu la carcassa de fusta

Descarregueu el fitxer de tall per làser de fusta.

Retalleu amb làser les plaques frontals i posteriors i 6 suports LED de fusta contraxapada de 1/4 mitjançant la configuració adequada del tallador làser. No dubteu a canviar el logotip de la placa frontal a qualsevol disseny que vulgueu.

Al tallador làser (EPILOG Fusion M2 40) hem utilitzat la configuració següent:

• 4 velocitats, 100 potències, 10 freqüències a tall de vector
• 50 velocitats, 100 potències, 300 DPI per gravar ràster

Hem utilitzat un tallador làser perquè en tenim accés a l’OEDK, però també es poden descarregar els fitxers que s’utilitzaran com a esbós per tallar les peces amb un encaminador CNC o una serra de cinta.

Traieu 3 forats amb una broca de 5/32 "a la placa frontal a les ubicacions que mostren les X vermelles de la imatge. Hi hauria d'haver un forat entre el degradat i els auriculars, un per sota dels auriculars de la dreta i un per sota del logotip. Avellanador Aquests forats seran per als separadors de 2 ".

Col·loqueu la placa frontal a la part superior de la placa posterior de manera que estiguin orientades ambdues en la direcció tal com es veu al fitxer de tall per làser. Amb un llapis, traça lleugerament l’esquema del degradat i dels espais dels auriculars, el forat del micròfon i els 3 forats que s’acaben de perforar a la placa frontal a la placa posterior.

Practicar 3 forats amb una broca de 5/32 a la placa posterior a les ubicacions que acabeu de transferir des de la placa frontal. Aversar aquests forats per la part posterior.

Pas 7: prepareu les peces acríliques

Baixeu-vos el fitxer de tall làser acrílic de 1/4 "i el fitxer de tall làser de 1/8".

Retalleu amb làser les peces d’inserció frontal d’acrílic d’1 / 4 "i les peces posteriors d’acrílic d’1 / 8" mitjançant la configuració adequada del tallador làser. Al tallador làser (EPILOG Fusion M2 40) hem utilitzat la configuració següent:

• 2 velocitats, 100 potències, 100 freqüències per a acrílic de 1/4"
• 4 velocitats, 100 potències, 100 freqüències per a acrílic de 1/8"

Hem utilitzat un tallador làser perquè en tenim accés a l’OEDK, però també es poden descarregar els fitxers que s’utilitzaran com a esbós per tallar les peces amb un encaminador CNC o una serra de cinta. A més, les peces del suport es poden tallar a partir d’acrílic de qualsevol amplada, però hem trobat que un diluent de 1/8 o més prou funciona com per fixar-se a la fusta mentre es redueix el pes.

Enganxeu cada peça de suport acrílic a la seva peça d’inserció frontal corresponent amb cola acrílica de manera que, quan les peces d’inserció frontal es col·loquen a la placa frontal, les llengüetes de les peces de suport queden al mateix nivell que la part posterior de la cara frontal.

Després de fixar la cola (com a mínim 30 minuts), geleu la part frontal i posterior de les peces acríliques unides per difondre millor la llum. Per a això, hem utilitzat un polidor de sorra, però també funcionarà paper de vidre de gra fi (600 graus o superior) i una mica de greix per al colze.

Pas 8: connecteu les peces acríliques a la carcassa de fusta

Col·loqueu la placa frontal cap avall i col·loqueu en sec les peces acríliques als seus espais corresponents. Si les peces acríliques tenen problemes per encaixar-les, llisqueu les vores interiors de la placa frontal fins que encaixin.

Un cop aconseguit un bon ajustament, traieu les peces acríliques de la placa frontal i apliqueu un epoxi de dues parts a la cara de les llengüetes de les peces posteriors que toquen la fusta. Col·loqueu les peces acríliques als seus espais, premeu-les i deixeu que l’epoxi s’assequi completament.

Pas 9: munteu les plaques electròniques a la carcassa de fusta

Utilitzant l’esquema traçat del forat del micròfon a la placa posterior, col·loqueu el mesurador de nivell de gravetat a la placa posterior de manera que el micròfon s’alini amb el seu contorn. Marqueu on es troben a la placa posterior els quatre forats de muntatge del tauler Gravity.

Si deixeu el mesurador de nivell de so gravetat a la placa posterior, organitzeu la placa Arduino i la placa perf a la placa posterior. Orienteu la placa Adruino de manera que la presa de corrent apunti cap avall i deixi com a mínim 1/4 d'espai entre cada placa. La ubicació exacta d'aquestes taules no importa especialment sempre que les taules no es superposin entre si o els contorns del degradat i els auriculars. Vam optar per col·locar la placa Arduino a l'esquerra de la placa Gravity i la placa perf per sobre la placa Gravity.

Marqueu on es troben els forats de muntatge per a les taules Arduino i perf a la placa posterior.

Traieu l’electrònica de la placa posterior i practiqueu tots els forats que s’acaben de marcar amb una broca de 1/8 . Atès que els nostres cargols M2.5 necessitaven un forat forat per quedar-se a ras de la placa posterior, vam contrarestar la placa posterior amb la cara posterior utilitzant una broca.

Connecteu el mesurador de nivell de gravetat a la placa posterior mitjançant cargols i separadors de niló M2.5. El micròfon hauria d’estar a prop de la placa frontal, de manera que, per aixecar el tauler tant com sigui possible, hem utilitzat un enfrontament femení-femení de 25 mm i un enfrontament masculí-femení de 18 mm.

Connecteu la placa Arduino i la perf a la placa posterior mitjançant cargols i separadors femella-femella M2.5. La durada de la separació no és crítica, sempre que totes les distàncies utilitzades per a una placa tinguin la mateixa longitud i siguin prou curtes per mantenir la placa dins del dispositiu. Hem utilitzat enfrontaments femella-femella de 10 mm.

Si el vostre circuit utilitza una placa de configuració en lloc d’una placa de perfecció, simplement monteu la taula de protecció amb el suport adhesiu en lloc d’utilitzar separadors i cargols.

Un cop instal·lats els components electrònics, connecteu el circuit cap amunt.

Pas 10: connecteu els suports LED

A la placa posterior, dibuixeu 3 punts dins del contorn lleugerament dibuixat per al gradient tal com mostren les X vermelles. Hi ha d’haver un forat a cada extrem del degradat i un al mig. Repetiu-ho dins de l’esquema dels auriculars, tal com mostren les X vermelles.

Practicar forats amb una broca de 5/32 "on acabessin de dibuixar-se els 6 punts. Aversar aquests forats per la part posterior. Aquests forats seran per als separadors de 1 1/4" per suportar les tires LED.

Practicar forats amb una broca de 5/32 en un dels extrems de cadascun dels 6 suports LED. Reconfondreu aquests forats.

Connecteu un suport LED a la placa posterior a cadascun dels 6 forats del degradat i dels contorns dels auriculars mitjançant un separador de 1 1/4 . Feu servir una rentadora a cada costat del separador entre el separador i la fusta. Alineeu els suports LED de manera que la tira LED es col·loca a l'extrem no perforat del suport, la tira LED es centrarà al degradat o als auriculars.

Pas 11: Muntatge i muntatge final

Feu servir cola calenta per fixar les tires LED als suports LED. Els cables d’entrada de les tires LED s’han d’orientar cap a la part inferior del dispositiu.

Connecteu les tires LED al circuit i connecteu l'adaptador d'alimentació de 5 V al cable USB de l'Arduino.

Col·loqueu la placa frontal a la placa posterior amb els separadors de 2 , 6-32 volandes i cargols 6-32, situant les volanderes entre els separadors i la fusta.

Munteu el dispositiu a la paret mitjançant el forat de muntatge de la placa posterior. Podeu utilitzar un cargol de fusta a la paret o utilitzar un ganxo Command.

Connecteu el dispositiu i obteniu la vostra protecció auditiva.