Ulleres de radar: 14 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

L’estiu passat, de vacances a Maine, vam conèixer una altra parella: Mike i Linda. La Linda era cega i havia estat cega des del naixement (crec) del seu primer fill. Van ser molt agradables i vam fer moltes rialles junts. Després de tornar a casa, no podia deixar de pensar en què seria estar cec. Els invidents veuen gossos oculars i canyes i estic segur que hi ha moltes altres coses que els poden ajudar. Però, tot i així, hi ha d’haver molts reptes. Vaig intentar imaginar-me com seria i em vaig preguntar, com a empaperat d’electrònica, si podia fer alguna cosa.

Em vaig cremar els ulls un estiu amb una soldadora quan tenia uns 20 anys (història llarga … nen mut). És una cosa que no oblidaré mai. De totes maneres, tenia els ulls tapats durant un dia. Recordo que la meva mare intentava passar-me pel carrer. Li seguia preguntant si els cotxes havien parat. Ella va dir alguna cosa com: "Sóc la teva mare … creus que et portaria al trànsit?" Pensant en el que havia de ser quan era adolescent, em vaig preguntar. Però no vaig poder superar-me sense saber si hi havia alguna cosa a punt de colpejar-me a la cara mentre caminava. Vaig estar molt content i alleujat quan vam treure els pegats. Això és l'únic que he tingut a la meva vida a prop de l'experiència pel que fa a la ceguesa.

Fa poc vaig escriure un altre Instructable sobre un jove amic a la feina que va perdre la vista a l’ull dret i un dispositiu que vaig fer perquè li digués si hi havia alguna cosa al seu costat dret. Si el voleu llegir és aquí. Aquell dispositiu utilitzava un sensor de temps de vol de ST Electronics. Aproximadament un minut després d'acabar aquell projecte, vaig decidir que podia fer un dispositiu per ajudar els invidents. El sensor VL53L0X que vaig utilitzar en aquell projecte té un sensor germà gran anomenat VL53L1X. Aquest dispositiu pot mesurar distàncies més grans que el VL53L0X. Hi havia un tauler de ruptura per al VL53L0X d’Adafruit i per al VL53L1X hi havia un tauler de ruptura de Sparkfun. Vaig decidir crear un parell d’ulleres amb el VL53L1X a la part frontal i un dispositiu de retroalimentació hàptica (motor vibrant) darrere dels vidres prop del pont del nas. Vibraria el motor inversament proporcional a la distància a un objecte, és a dir, com més a prop un objecte fos de les ulleres, més vibraria.

He de remarcar aquí que el VL53L1X té un camp de visió molt estret (programable entre 15-27 graus), és a dir, és MOLT direccional. Això és important ja que proporciona una bona resolució. La idea és que l'usuari pugui moure el cap com una antena de radar. Això juntament amb l’estreta FOV permet a l’usuari discernir millor els objectes a diferents distàncies.

Una nota sobre els sensors VL53L0X i VL53L1X: són sensors de temps de vol. Això significa que envien un pols LÀSER (de baixa potència i en l’espectre d’infrarojos perquè siguin segurs). El sensor fa temps quant triga a veure tornar el pols reflectit. Llavors, la distància és igual a la taxa X de temps que recordem de les classes de matemàtiques i ciències, oi? Per tant, divideix el temps per la meitat i multiplica per la velocitat de la llum i obtindràs distància. Però, tal com va assenyalar un altre membre de Instructables, les ulleres es podrien haver anomenat Ulleres LiDAR, ja que utilitzar un LÀSER d’aquesta manera és Light Distance and Ranging (LiDAR). Però, com he dit, no tothom sap què és LiDAR, però crec que la majoria de la gent coneix RADAR. I si bé la llum infraroja i la ràdio formen part de l’espectre electromagnètic, la llum no es considera una ona de ràdio com ho són les freqüències de microones. Per tant, deixaré el títol com a RADAR, però ara, ja ho enteneu.

Aquest projecte utilitza bàsicament el mateix esquema que l’altre projecte … com veurem. Les grans preguntes d’aquest projecte són: com muntem l’electrònica a les ulleres i, quin tipus d’ulleres fem servir?

Pas 1: Les ulleres

Vaig decidir que probablement podia dissenyar un simple parell d’ulleres i imprimir-les amb la meva impressora 3D. També vaig decidir que només necessitava imprimir en 3D l’esquelet o el marc de les ulleres. Afegiria una placa de circuit imprès per soldar els components. La placa de circuit imprès (protoboard) s’adheriria als marcs, cosa que aportaria força a tot el conjunt. A dalt es mostra una representació 3D dels marcs.

Els fitxers STL també s’adjunten a aquest pas. Hi ha tres fitxers: left.stl, right.stl (els auriculars / braços) i gots.stl (els marcs).

Pas 2: la placa de circuit imprès

He utilitzat una taula de pa de mida completa Adafruit Perma-Proto. Vaig situar la taula sobre la part frontal de les ulleres i les vaig centrar. La vora superior de les ulleres la vaig fer fins i tot amb la part superior de la protoborda. La part rectangular de les ulleres que s’estén des de la part superior és on finalment es muntarà el sensor de temps de vol. Una bona part de la part superior d’aquesta part dels marcs s’aixeca sobre la protoborda. Està bé, ja que no cal soldar res a la part superior del sensor, només a la part inferior.

Hi ha un forat al centre de la taula que es troba gairebé exactament a la part superior del lloc on hi haurà el pont del nas a les ulleres. Vaig marcar els 4 forats que hi ha al marc a la protoborda amb un marcador de punta fina. Llavors vaig perforar els forats a la taula de tall.

A continuació, vaig muntar els marcs a la placa mitjançant cargols M2.5. Els meus són de niló i vaig aconseguir un joc complet de cargols d'Adafruit per a aquest propòsit. Un cop fixats els cargols, vaig agafar un retolador i vaig dibuixar una línia al voltant dels marcs a la pissarra. Per a mi, vaig marcar directament els sagnats als costats dels marcs on es situaran les orelles. Aquesta és la meva preferència … però potser voldreu que les parts de les orelles del marc siguin visibles.

Pas 3: tallar-lo

A continuació, vaig tornar a treure els 4 cargols de la subjecció dels marcs a la taula. Vaig fer una retirada aproximada de material fora de la línia que vam marcar. Vaig anar amb compte de mantenir-me una mica allunyat de les línies perquè ho refinarí més endavant amb la polidora de cintura de sobretaula que tinc. Podeu utilitzar un fitxer … però ens avançem.

Podeu tallar aproximadament la línia utilitzant qualsevol mitjà que tingueu. Potser una serra de banda? Bé, no en tinc. Tinc un "nibbler" per a plaques de circuits impresos, així que ho he utilitzat. De fet, va trigar bastant temps a fer-ho. Però el material de les plaques de circuits impresos es pot trencar i trencar i, per tant, volia anar lent. Vaig rosegar el meu camí i també cap a la zona del nas … però només aproximadament. Podeu veure el que feia a la imatge superior.

Pas 4: polit o arxivat

Vaig retirar el material molt més a prop de la línia amb la meva esmeriladora de cinturó de sobretaula. Una vegada més, podeu utilitzar un fitxer si no teniu res més. Tot el que puc dir aquí sobre la poliment és que, depenent de la sorra d’abrasiu de la polidora, tingueu cura amb la quantitat de material que intenteu eliminar. No hi ha marxa enrere. De vegades, un sol lliscament pot arruïnar el tauler (o almenys fer que sembli asimètric o impregnat). Per tant, preneu-vos el vostre temps.

Podeu veure les meves imatges anteriors i posteriors a la part superior.

Pas 5: afinació fina

Vaig tornar a enganxar els marcs amb els 4 cargols i vaig tornar a la polidora de cinturó. Vaig escampar amb molta cura fins a la vora dels marcs. Vaig haver d’utilitzar una llima rodona a la secció del nas perquè simplement no podia fer un gir tan fort a la meua polidora. Vegeu els meus resultats finals més amunt.

Pas 6: Afegir el sensor

En aquest moment he afegit la placa de ruptura del sensor VL53L1X. Primer vaig afegir dos cargols de niló M2.5 llargs que els empenyien pels forats dels marcs i pels forats del VL53L1X. Vaig afegir una femella de niló a cada cargol i els vaig apretar molt suaument. A la part superior de cada femella vaig afegir dues (quatre en total) volanderes de niló. Són necessaris per assegurar-vos que el sensor VL53L1X estigui paral·lel al protobordo.

Vaig col·locar una tira de terminals de 6 posicions al tauler de manera que els forats de la part superior del VL53L1X es alinessin amb els dos cargols que he posat a la part superior dels marcs (amb les rentadores de niló). Vaig afegir femelles de niló als extrems dels cargols i, de nou, els vaig estrènyer suaument. Vegeu les imatges anteriors.

Pas 7: Esquema

Com he dit anteriorment, l’esquema és aproximadament el mateix que el del projecte Peripheral Radar. Una diferència és que he afegit un polsador (un commutador de contacte monetari). Imagino que en algun moment en necessitarem un per canviar de mode o implementar alguna característica … així que és millor tenir-la ara que afegir-la més tard.

També he afegit un potenciòmetre de 10K. El pot s'utilitza per ajustar la distància que considerarà el programari com la distància màxima a la qual respondre. Penseu-ho com un control de sensibilitat.

L’esquema es mostra més amunt.

La llista de parts (que hauria d’haver donat anteriorment) és la següent:

Sensor de distància SparkFun Breakout - 4 metres, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Disc mini motor vibrant - Codi de producte: 1201 Ádafruit - Bateria de polímer de ions de liti - 3,7 v 150 mAh - Codi de producte: 1317 Pda-Proto PCB de taules de mida completa - Únic - PRODUCTE ID: 1606 Botons de commutació tàctil (6 mm prim) paquet de 20 - Codi de producte: 1489 Spkfun - Connector d'angle dret JST - Forat passant de 2 pins - Resistència PRT-0974910K ohm - Junkbox (mireu al terra) Resistència 10K-100K ohm - Junkbox (mireu al terra a prop de les resistències de 10 K) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (o telefoneu a un amic) Alguns cables de connexió (he utilitzat calibre 22 encallat)

Per carregar la bateria de LiPo també he agafat: Adafruit - Micro Lipo - Carregador USB LiIon / LiPoly - v1 - Identificació del producte: 1304

Pas 8: col·locació de components

Intentava ser el més intel·ligent possible per col·locar els components. Normalment intento alinear certs passadors com l’alimentació i la terra … si puc. Intento minimitzar la longitud del fil. Necessitava estar segur de deixar un espai a sobre on hi ha el pont del nas per al motor de vibració. Al final vaig arribar a la ubicació que es pot veure a la imatge superior.

Pas 9: motius

Primer vaig soldar tots els components al consell en les posicions que havia decidit. A continuació, he afegit connexions a terra. Convenientment, una de les grans tires llargues del PWB encara estava exposada, de manera que vaig convertir aquesta en la banda de terra comuna.

La imatge superior mostra les connexions de terra i la resistència de 10K. No us diré on col·locar tots els cables, ja que la majoria de la gent té les seves pròpies idees sobre com fer les coses. Només us mostraré el que vaig fer.

Pas 10: cables

He afegit la resta de cables com es mostra a la imatge superior. He afegit un tros de cinta adhesiva doble sota el motor de vibració per assegurar-me que es mantingui al seu lloc. El material enganxós que ja apareixia a la part inferior del motor no em semblava prou fort.

Vaig utilitzar filferro de calibre 22 per a les meves connexions. Si teniu alguna cosa més petita, utilitzeu-la. He utilitzat un calibre 22 perquè és el més petit que tenia a mà.

Pas 11: Suport de la bateria

Vaig imprimir en 3D un suport per contenir la bateria LiPo (es mostra una representació d'aquesta). Vaig marcar i perforar forats al protobordo per muntar el suport al costat oposat de les ulleres dels components tal com es mostra a la part superior.

He de tenir en compte que el suport és molt prim i feble i l’he d’imprimir amb material de suport (he utilitzat plàstic ABS per a totes les peces d’aquest projecte). Podeu trencar fàcilment el suport intentant treure el material de suport, així que aneu fàcilment.

Una cosa que faig per reforçar les meves parts és submergir-les en acetona. Per descomptat, heu de tenir molta cura fent això. Ho faig en una zona ben ventilada i faig servir guants i protecció per als ulls. Ho faig després d’eliminar el material de suport (és clar). Tinc un recipient amb acetona i, amb unes pinces, submergeixo completament la peça en acetona potser un o dos segons. De seguida el retiro i el reservo perquè s’assequi. Normalment deixo peces durant una hora o més abans de tocar-les. L'acetona "fondrà" químicament l'ABS. Això té l’efecte de segellar les capes de plàstic.

El fitxer STL del parèntesi s’adjunta a aquest pas.

Pas 12: programació

Després de comprovar totes les meves connexions, he connectat el cable USB per programar el Trinket M0.

Per instal·lar i / o modificar el programari (adjunt a aquest pas) necessitareu l'IDE Arduino i els fitxers de la placa del Trinket M0, així com les biblioteques del VL53L1X de Sparkfun. Tot això és aquí, i aquí.

Si no esteu al cas, seguiu les instruccions per utilitzar l’Adafruit M0 al seu lloc d’aprenentatge aquí. Un cop carregat el programari (afegit a aquest pas), la placa hauria d'iniciar-se i funcionar amb l'alimentació des de la connexió sèrie USB. Mou el costat del tauler amb el VL53L1X a prop d’una paret o de la mà i hauries de sentir que el motor vibra. La vibració hauria de baixar d'amplitud com més lluny del dispositiu es trobi un objecte.

Vull destacar que aquest programari és el primer pas en això. He fet dos parells d’ulleres i en faré dues més de seguida. Nosaltres (jo i almenys una altra persona que hi treballem) continuarem millorant el programari i publicant qualsevol actualització aquí. La meva esperança és que altres ho provin i publiquin (potser a GitHub) els canvis / millores que facin.

Pas 13: Acabar els marcs

Vaig trencar els trossos d’orella a la osca dels dos costats de les ulleres i vaig aplicar acetona amb una punta d’indicació. M’absorbeixo l’acetona per aconseguir una bona quantitat quan la premo a les cantonades. Si s’estrenyen, l’acetona es transportarà a través de l’atracció capil·lar. M'asseguro que es col·loquen rectes i, si cal, faig servir alguna cosa per mantenir-les al lloc durant almenys una hora. De vegades torno a sol·licitar i espero una hora més. L’acetona fa un gran vincle i les meves ulleres semblen força fortes al límit del marc.

Per descomptat, aquestes ulleres són només un prototip, així que vaig mantenir el disseny senzill i per això no hi ha frontisses per als braços de les ulleres. De totes maneres funcionen força bé. Però, si voleu, sempre podeu redissenyar-los amb frontisses.

Pas 14: Pensaments finals

He notat que el sensor no funciona bé a la llum solar. Això té sentit ja que estic segur que el sensor està saturat per infraroges del sol, cosa que fa impossible separar el pols que emet el sensor. Tot i així, farien bones ulleres a l’interior i a la nit i potser dies ennuvolats. Per descomptat, necessito fer més proves.

Una cosa que faré per canviar el disseny és afegir algun tipus de goma a la osca que toqui el pont del nas. Si inclines el cap cap avall, és difícil sentir la vibració, ja que les ulleres s’eleven una mica de la pell sota la força de la gravetat. Crec que una mica de goma per crear fricció mantindrà els vidres fixats al nas de manera que es pugui transmetre la vibració.

Estic esperant rebre alguns comentaris sobre les ulleres. No sé que les ulleres seran útils per a la gent, però només haurem de veure-les. D’això es tracta de prototips: viabilitat, aprenentatge i perfeccionament.

Es podrien haver afegit més sensors al disseny. Vaig optar per utilitzar-ne un per a aquest prototip, perquè crec que més d'un motor de vibració serà més difícil de distingir per a l'usuari. Però potser hauria estat una bona idea tenir dos sensors apuntant als ulls. Després, mitjançant dos motors, podríeu fer vibrar cada costat de les ulleres. També podeu fer servir àudio alimentat a cada oïda en lloc de vibracions. De nou, la idea és provar un prototip i obtenir una mica d’experiència.

Si heu arribat fins aquí, gràcies per llegir!