Ulleres per ultrasons: 14 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Tant de bo fossis ratpenat? Voleu experimentar l’ecolocalització? Voleu provar de "veure" amb les orelles? Per a la meva primera instrucció, us mostraré com construir les vostres pròpies ulleres ultrasòniques mitjançant un clon de microcontrolador Arduino, un sensor ultrasònic Devantech i ulleres de soldadura per aproximadament 60 dòlars o menys si ja teniu components electrònics estàndard. També podeu saltar-vos l'electrònica i fer una senzilla màscara de ratpenat perfecta per portar a la propera pel·lícula de Batman. En aquest cas, el cost només seria d’uns 15 dòlars. Aquestes ulleres us permeten experimentar com és fer servir indicis auditius com un ratpenat i està pensat perquè els nens d’un centre de ciències coneguin l’ecolocalització. L'objectiu era mantenir els costos el més baixos possibles, evitar que la forma de la interacció fos genèrica o no relacionada amb el seu propòsit educatiu i assegurar-se que la forma física del dispositiu encarna el tema. Per obtenir una discussió més detallada sobre el seu disseny, consulteu la pàgina web del projecte. Per mantenir els costos i la mida baixos, es construeix un clon Arduino, però aquest projecte funciona igual de bé amb microcontroladors Arduino preconstruïts. Aquestes ulleres es van crear per a " Curs de recerca i disseny "centrat en l'usuari dinàmic" al programa Arts, mitjans i enginyeria de la Universitat Estatal d'Arizona.

Pas 1: materials necessaris

-Arduino o microcontrolador comparable * (si teniu diners, podeu comprar l'Arduino mini / nano o utilitzar un boarduino, en cas contrari us mostraré com fer un clon Arduino petit i barat per a aquest projecte.) - Ulleres de soldadura (les meves són La marca "Neiko" i es troba fàcilment a eBay com a "Ulleres de soldadura flip up" per 3-10 dòlars enviats, aquest tipus específic funciona molt bé). baix consum d’energia de 4 mA i una resolució excel·lent de 3 cm a 4 metres, és d’uns 30 dòlars). carcassa per a electrònica-3/8 "de costura dividida flexible de tubs enroscats de color negre (per amagar els cables de connexió) -zumbador piezo que pot funcionar amb cables variats de 5v-9v-llauna de polvorització de plàstic (negre) Electrònica de microcontrolador (es poden ometre aquests components si s’utilitza un controlador pre-construït): xip DIP Atmega8 o 168 DIP programat per Arduino. o placa o programador ArduinoMini USB - Placa de PC petita (disponible a Radioshack) - Connector de bateria de 9V (disponible a Radioshack) - Regulador de tensió 580 7805 - Cristall de 16 MHz (disponible @ sparkfun) - Dos condensadors de 22pF (disponible @ sparkfun) - 10 microF condensador electrolític - 1 condensador electrolític microF - 1 k resistència i 1 LED (opcional però molt recomanable) - 2N4401 transistor (opcional) - capçals femella i home (opcional) - Presa DIP de 28 pins o dues preses DIP de 14 pins (opcional) - petit taulers per prototipar (opcional) Els components electrònics també es poden obtenir a www.digikey.com o www.mouser.com Eines i subministraments que necessiteu-soldar-pistola de cola calenta-Dremel-notícies paper-cinta adhesiva-paper de vidre peladors etc.

Pas 2: dissenyar algunes orelles

Ets lliure d’utilitzar la imaginació per construir les orelles. No hauria de ser el cas de cap ullera de ratapinyada! He utilitzat cons de plàstic que s’utilitzen per a la fisioteràpia, que al nostre laboratori en tenim una gran quantitat. Però aquest tutorial ofereix una altra bona opció per a les orelles de ratpenat: primer vaig dibuixar un oval amb una punxa i el vaig tallar amb un Dremel. Vaig guardar la peça de tall per utilitzar-la a l'interior de l'orella.

Pas 3: tallar les orelles

Vaig retallar els trossos tallats del con amb el Dremel, de manera que fossin més petits i enganxats en calent a l’interior dels trossos de con més grans. No encaixaven exactament, però després de mantenir-les al seu lloc amb la mà, la cola calenta el va mantenir força bé. Si us deixeu prou espai sota les orelles, podreu inserir fàcilment l’electrònica a l’orella, una per al controlador i una per a la bateria. Malauradament, no vaig deixar prou espai i vaig haver d’utilitzar un recinte extern. Tingueu cura de no cremar-vos mentre utilitzeu una pistola de cola calenta. També podeu fondre fàcilment els cons de plàstic per accident.

Pas 4: prepareu Goggles

Les ulleres que vaig comprar eren d’un color aqua brillant molt poc semblant a les de ratpenats. Per fer que les ulleres tinguin més forma, traieu les lents (traieu primer el nas), liureu-les i ruixeu-les amb esprai Plasti Dip per donar-los una bona textura de goma coriosa. Abans de polvoritzar, em emmascarava l’interior de les ulleres i les parts que toquen la pell amb cinta adhesiva. Tampoc no he aplicat cap pintura al nas perquè la pintura redueix una mica la flexibilitat del material de les ulleres i el nas és necessari per mantenir les ulleres juntes. També voldreu polir i ruixar les orelles. La pols de plàstic lijat és desagradable per als pulmons i els ulls, així que si us plau, poseu-vos una màscara i ulleres de seguretat per a aquests passos. Quan està mullada, la pintura sembla brillant, però s’asseca fins a obtenir una textura mat.

Pas 5: muntar electrònica

Aquests passos són opcionals si utilitzeu un microcontrolador Arduino ja construït. Tanmateix, com que només utilitzeu una petita quantitat de funcions, té més sentit crear una versió barebones d'un Arduino que sigui molt més petita i més barata de reproduir. Aquesta secció pot ser lleugerament difícil per a algú sense experiència en electrònica, però hauria de ser fàcil per a qualsevol persona que hagi muntat un senzill kit electrònic. S'adjunta un esbós "esquemàtic" per a l'electrònica. L'esquema és altament derivat de l'esquema Atmega8 Standalone de David A. Mellis. Si hi ha interès, faré una instrucció dedicada per a aquest pas. El circuit de potència desacoblat és del llibre de Tom Igoe Physical Computing. Vaig incloure una imatge de la versió de la placa de PC (amb sensor / brunzidor no connectat), així com una versió de prototipatge construïda sobre una placa de referència per a referència. La versió de la taula de proves també mostra com connectar la placa Arduino com a programador USB per al xip de microcontrolador. Com que he utilitzat un sòcol DIP per al xip, també puc eliminar-lo i posar-lo en una placa Arduino per programar-lo, però pot ser complicat treure el xip sense doblegar tots els pins; per això he inclòs la femella pins de capçalera per al tx / rx. Tot i que el tauler està molt ajustat, podeu veure que tots els pins del controlador tenen un coixinet de soldadura disponible per connectar-se. Com que no són necessaris per a aquest projecte, no he soldat capçaleres femenines als pins no utilitzats, però si ho fossin, tindríeu les capacitats completes d'un Arduino Diecimilia excepte l'USB de bord en un paquet molt petit. L'amplada del tauler és aproximadament la meitat del tauler de Diecimilia i aproximadament la mateixa longitud. (Aquí teniu una configuració similar.) És opcional utilitzar un transistor per alimentar el brunzidor, Arduino pot proporcionar prou corrent des del propi pin. No obstant això, l'ús del transistor us permet utilitzar altres dispositius de fabricació de so que no siguin un brunzidor, si en teniu.

Pas 6: prepareu els cables del brunzidor i del sensor

El sensor ultrasònic i el brunzidor necessiten cables llargs per anar des de les ulleres fins a l'electrònica. El sensor ultrasònic requereix 4 cables (5 V, terra, ressò, disparador) i el brunzidor requereix dos cables (sortida digital del controlador, terra). Amb una mica de planificació, podeu utilitzar un cable de cinta de cinc fils, si en teniu un i compartiu la connexió de terra entre el brunzidor i el sensor. Només tenia una cinta de 4 fils, de manera que la vaig utilitzar per al sensor d’ultrasons i vaig utilitzar un cable de dos cables per al brunzidor. Com que el brunzidor té dos connectors, heu soldat una fila de capçaleres femenines als dos cables a l'espai correcte, d'aquesta manera puc eliminar fàcilment el brunzidor piezoelèctric si cal. El sensor té alguns orificis de soldadura per soldar als quals hauríeu d’anar al cap i utilitzar-los. Assegureu-vos d'utilitzar el costat correcte, els forats de l'altre costat serveixen per programar el sensor i no funcionaran.

Pas 7: Acabeu els cables

Següents passadors de capçalera soldats masculins a l'altre extrem dels cables. (Aquests es connectaran al microcontrolador).

Pas 8: pengeu el codi

Per carregar el codi, connecteu els pins de 5 V, terra, TX, RX de la placa PC a aquests mateixos pins de la placa Arduino eliminada amb xip mitjançant alguns cables. A continuació, connecteu el pin de restabliment de la placa de l'ordinador al lloc on aniria el pin 13 al sòcol DIP de la placa Arduino. Si això és confús, consulteu la imatge que això replica, excepte amb un Arduino Mini. A continuació, simplement passeu el codi adjunt a l'editor Arduino (o navegueu i obriu el fitxer.pde a Arduino després de descarregar-lo) i seleccioneu el port sèrie i el xip Arduino adequats que utilitzeu i premeu el botó de càrrega. a continuació, es varia l'interval entre els sons en funció de la distància mesurada pel sensor. Per tant, si esteu a prop d’un objecte, l’interval entre els pitits disminueix i els pitits es produeixen més ràpidament. Si esteu lluny d’un objecte, l’interval entre els sons sonors augmenta, de manera que els pitits es produeixen més lentament. El controlador comprova la distància cada 60 ms, de manera que l'interval entre els pitits canvia dinàmicament. Actualment està escalat de manera que 1 polzada fa una diferència de 10 ms en l’interval entre els sons. Això fa que les ulleres funcionin millor per a distàncies més properes, però es poden augmentar per funcionar millor per a distàncies posteriors. Vaig provar una escala exponencial que augmentava el rang a distàncies més properes (amb fscale, però no semblava canviar molt la resposta a canvi de tones de codi, així que el vaig desfer). Atès que el temps que triga a llegir la distància depèn de la distància de l'objecte que es detecta (el sensor retorna polsos de fins a 30 ms), el codi mesura el temps que ha trigat a obtenir la lectura i compensa els temps de retard per aquesta quantitat. -explicativa.

Pas 9: poseu electrònica en un recinte

Talleu el tub enrevessat perquè tingui la longitud adequada des de les ulleres fins a la mà o la butxaca d'algú. Introduïu els cables que es connecten al sensor d'ultrasons i al brunzidor piezoelèctric dins del tub enroscat de costura dividida. Practicar un forat al recinte que pugui adaptar-se al tub complicat. Ho vaig fer mitjançant un enfocament de prova i error, començant per una mida petita i augmentant el diàmetre fins que el tub quedés bé. Feu passar els cables pel forat i, a continuació, premeu el tub enrevessat. Els meus cables són lleugerament llargs, de manera que els vaig haver de doblar per adaptar-los. Alguns velcro subjecten la placa de circuit al recinte.

Pas 10: Connecteu els cables

Ara podeu utilitzar els pins de capçalera masculins als extrems dels cables i connectar-los als pins adequats de la placa de l'ordinador (utilitzeu l'esquema!). Si utilitzeu el vostre propi Arduino, feu servir els mateixos mapatges de pins que a l'esquema.

Pas 11: tanqueu el recinte

Aquest recinte tenia cargols per mantenir-lo tancat, però altres recintes (esteroides esteroïdals?) Només podrien tancar-se. Com que no estava segur de si funcionava, he utilitzat cinta per mantenir-la tancada per ara.

Pas 12: connecteu les orelles

Per fixar les orelles primer hem de posar dues ranures verticals amb el dremel a les orelles perquè passi la corretja.

Pas 13: continuació de la connexió d’orelles

Després de passar les corretges per les orelles, vaig fer servir velcro per fixar les orelles a les ulleres. Això va acabar sent una mica inestable, però altament ajustable per aconseguir que assenyalessin la forma correcta. Enganxar-los hauria estat més permanent, però el velcro ha sobreviscut a diverses demostracions. El sensor ultrasònic era d’alguna manera l’ajust perfecte per col·locar-lo al mecanisme de bloqueig per a la capacitat de girar les ulleres. Per treure el marc de les ulleres de goma de la lent de plàstic lleugerament des de la part superior per fer espai, el sensor s’adapta correctament. El sensor surt de vegades, de manera que una mica de cola podria arreglar-lo definitivament. Malauradament, aquest mètode de fixació fa que no pugueu capgirar les lents.

Pas 14: experimenteu l'ecolocalització

Connecteu una bateria, poseu-vos la caixa a la butxaca i exploreu! Com més s’acosta als objectes de la seva línia de visió, més ràpidament emet un pit, més s’aconsegueix, més lent emet un pit. No els porteu en entorns perillosos ni en trànsit. Aquestes ulleres són només amb finalitats educatives i estan pensades per a entorns controlats, ja que estan destinades a bloquejar la visió perifèrica i la visió regular perquè pugueu dependre més de les indicacions auditives. No sóc responsable de cap lesió com a conseqüència de portar aquestes ulleres. Gràcies, ja que es basa en Arduino, podeu afegir fàcilment un mòdul Zigbee o blueSMIRF per connectar-los sense fils amb ordinadors. El treball futur pot ser afegir un dial per ajustar la sensibilitat i afegir un interruptor d’encès / apagat.

Accèssit al concurs de robots Instructables i RoboGames