Pengesan Kerlipan Cahaya: 3 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

Saya selalu terpesona dengan kenyataan bahawa elektronik menyertai kami. Ia ada di mana-mana sahaja. Semasa kita bercakap mengenai sumber cahaya (Bukan yang semula jadi seperti bintang), kita harus mengambil kira beberapa parameter: Kecerahan, warna dan, sekiranya paparan PC yang kita bicarakan, kualiti gambar.

Persepsi visual cahaya atau kecerahan sumber cahaya elektronik dapat dikendalikan dengan pelbagai cara apabila yang paling popular adalah melalui Pulse Width Modulation (PWM) - Cukup hidupkan dan matikan peranti dengan pantas sehingga transien kelihatan "tidak kelihatan" untuk mata manusia. Tetapi, seperti yang terlihat, tidak terlalu baik untuk mata manusia untuk penggunaan jangka panjang.

Contohnya, apabila paparan komputer riba dan mengurangkan kecerahannya - mungkin kelihatan lebih gelap, tetapi ada banyak perubahan pada layar yang berlaku - kelipan. (Lebih banyak contoh mengenai ini boleh didapati di sini)

Saya sangat terinspirasi oleh Idea video YouTube ini, penjelasan dan kesederhanaannya sangat hebat. Dengan melampirkan peranti luar rak yang sederhana, ada potensi untuk membina peranti pengesanan kerlipan yang benar-benar mudah alih.

Peranti yang akan kami bina adalah alat pengesan kerlipan sumber cahaya, menggunakan bateri solar kecil sebagai sumber cahaya, dan terdiri dari blok berikut:

1. Panel solar kecil
2. Penguat audio bersepadu
3. Penceramah
4. Jack untuk sambungan fon kepala, jika kita ingin menguji dengan kepekaan yang lebih besar
5. Bateri Li-Ion yang boleh dicas semula sebagai sumber kuasa
6. Penyambung USB Type-C untuk mengecas sambungan
7. Penunjuk LED kuasa

Bekalan

Komponen elektronik

• Penguat Kuasa Audio Bersepadu
• 8 Ohm Speaker
• Bateri Li-Ion 3.7V 850mAh
• Jack Audio 3.5mm
• Bateri Suria Mini Pollycrystalline
• TP4056 - Papan Pengecasan Li-Ion
• LED RGB (pakej TH)
• Resistor 2 x 330 Ohm (pakej TH)

Komponen Mekanikal

• Tombol potensiometer
• Kandang 3D-Printed (Pilihan, kotak projek rak boleh digunakan)
• Skru diameter 4 x 5mm

Instrumen

• Besi pematerian
• Pistol gam panas
• Pemutar skru Phillips
• Kawat teras tunggal
• Pencetak 3D (Pilihan)
• Plier
• Pinset
• Pemotong

Langkah 1: Teori Operasi

Seperti yang disebutkan dalam pendahuluan, kerlipan disebabkan oleh PWM. Menurut wikipedia, mata manusia dapat menangkap hingga 12 bingkai sesaat. Sekiranya kadar bingkai melebihi bilangan itu, ia dianggap sebagai gerakan untuk penglihatan manusia. Oleh itu, jika terdapat perubahan cepat objek yang diperhatikan, kita melihat intensitas rata-rata dan bukannya urutan bingkai yang dipisahkan. Terdapat inti idea untuk PWM dalam rangkaian kawalan kecerahan: Kerana kita hanya dapat melihat intensiti rata-rata kadar bingkai yang lebih tinggi daripada 12fps (Sekali lagi, menurut wikipedia), kita dapat dengan mudah menyesuaikan kecerahan (Duty Cycle) sumber cahaya yang menghidupkan melalui mengubah jangka masa, ketika lampu menyala atau mati (Lebih banyak pada PWM), di mana frekuensi beralih tetap dan jauh lebih besar daripada 12Hz.

Projek ini menerangkan sebuah peranti, yang jumlah dan frekuensi suaranya sebanding dengan bunyi kerlipan yang disebabkan oleh PWM.

Panel Polikristalin Mini

Tujuan utama alat-alat ini adalah untuk mengubah kuasa yang berasal dari sumber cahaya menjadi tenaga elektrik, yang dapat dituai dengan mudah. Salah satu sifat utama bateri ini, bahawa jika sumber cahaya tidak memberikan intensiti berterusan yang stabil dan berubah dari masa ke masa, perubahan yang sama akan berlaku pada voltan output panel ini. Jadi, itulah yang akan kita ketahui - perubahan intensiti dari masa ke masa

Penguat Audio

Keluaran yang dihasilkan dari panel suria berkadar dengan tahap intensiti rata-rata (DC) dengan perubahan intensiti tambahan dari masa ke masa (AC). Kami berminat untuk mengesan voltan gantian sahaja, dan kaedah termudah untuk mencapainya - sambungkan sistem audio. Penguat audio yang digunakan dalam reka bentuk ini adalah PCB bekalan tunggal, dengan kapasitor penyekat DC di setiap sisi, baik input maupun output. Jadi, output panel solar disambungkan terus ke penguat audio. Amp yang digunakan dalam reka bentuk ini sudah memiliki potensiometer dengan suis ON / OFF bawaan, oleh itu terdapat kawalan penuh terhadap kuasa dan kelantangan pembesar suara peranti.

Pengurusan Bateri Li-Ion

Litar pengecas bateri Li-Ion TP4056 ditambahkan ke projek ini untuk menjadikan peranti mudah alih dan boleh dicas semula. Penyambung USB-C bertindak sebagai input untuk pengecas, dan bateri yang digunakan adalah 850mAh, 3.7V, yang mencukupi untuk tujuan yang perlu kita jalankan dengan peranti ini. Voltan bateri berfungsi sebagai bekalan kuasa utama untuk penguat audio, jadi untuk keseluruhan peranti.

Pembesar suara sebagai Output Sistem

Pembesar suara memainkan peranan utama dalam peranti. Saya memilih yang bersaiz kecil, dengan pemasangan yang tegas pada kandang, jadi saya juga akan mendengar frekuensi yang lebih rendah. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, frekuensi dan volume pembesar suara dapat didefinisikan sebagai berikut:

f (Pembesar suara) = f (AC dari Panel Suria) [Hz]

P (Pembesar suara) = K * I (Intensiti puncak ke puncak isyarat AC dari panel Suria) [W]

K - Merupakan pekali isipadu

Jack Audio

Jack 3.5mm digunakan sekiranya kita mahu menyambungkan fon kepala. Dalam peranti ini, jack mempunyai pin pengesan sambungan, yang terputus dari pin isyarat, apabila palam audio dipasang. Ia dirancang dengan cara ini untuk memberikan output ke satu jalur pada masa itu - Speaker ATAU fon kepala.

LED RGB

Di sini LED menggunakan tugas ganda - ia menyala semasa peranti sedang dicas atau peranti dihidupkan.

Langkah 2: Lampiran - Reka Bentuk dan Percetakan

Pencetak 3D adalah alat yang bagus untuk penutup dan casing yang disesuaikan. Kandang untuk projek ini mempunyai struktur yang sangat asas dengan beberapa ciri umum. Mari kembangkannya langkah demi langkah:

Penyediaan dan FreeCAD

Enklosur dirancang dalam FreeCAD (Fail projek tersedia untuk dimuat turun di bahagian bawah langkah ini), di mana badan peranti dibina terlebih dahulu, dan penutup padat dibina sebagai bahagian yang terpisah berbanding badan. Setelah peranti dirancang, perlu dieksport sebagai badan dan penutup yang berasingan.

Panel solar mini dipasang di penutup dengan kawasan ukuran tetap, di mana kawasan pemotongan dikhaskan untuk wayar. Antara muka pengguna tersedia di kedua-dua belah: Potongan USB dan LED | Jack | Lubang potensiometer. Pembesar suara mempunyai kawasan khasnya sendiri, iaitu susunan lubang di bahagian bawah badan. Bateri bersebelahan dengan pembesar suara, ada tempat untuk setiap bahagiannya, oleh itu kita tidak perlu kecewa semasa memasang peranti sama sekali.

Slicing dan Ultimaker Cura

Oleh kerana kami mempunyai fail STL, kami dapat meneruskan proses penukaran G-Code. Terdapat banyak kaedah untuk melakukannya, saya hanya akan meninggalkan parameter utama untuk mencetak:

• Perisian: Ultimaker Cura 4.4
• Ketinggian lapisan: 0.18mm
• Ketebalan dinding: 1.2mm
• Bilangan lapisan atas / bawah: 3
• Isi: 20%
• Muncung: 0.4mm, 215 * C
• Katil: Kaca, 60 * C
• Sokongan: Ya, 15%

Langkah 3: Pematerian dan Pemasangan

Pematerian

Sementara Pencetak 3D sibuk mencetak penutup kami, mari kita bahas proses pematerian. Seperti yang anda lihat dalam skema, ia disederhanakan dengan minimum - itulah sebabnya bahawa semua bahagian yang akan kita pasang sama sekali tersedia sebagai blok bersepadu bebas. Nah, urutannya adalah:

1. Memateri terminal bateri Li-Ion ke TP4056 BAT + dan BAT- Pin
2. Memateri VO + dan VO- dari TP4056 ke terminal VCC dan GND penguat audio
3. Memateri terminal "+" panel suria kecil ke VIN (sama ada L atau R) penguat audio, dan "-" ke tanah amp audio
4. Pasang LED Bi-color atau RGB ke dua perintang 220R dengan pengasingan yang betul
5. Memateri anod LED pertama ke terminal suis penguat audio (Sambungan mesti dilakukan pada terminal suis). Sangat disarankan untuk memeriksa terminal suis di bahagian bawah PCB yang disambungkan ke VCC - Yang tidak adalah pilihan kami
6. Anod LED kedua harus disolder ke anod salah satu daripada dua LED SMD - mereka mempunyai sambungan anod yang sama
7. Memateri katod LED ke GROUND penguat audio
8. Terminal pembesar suara solder ke output penguat audio (Pastikan bahawa anda telah memilih saluran yang sama pada input, KIRI atau KANAN)
9. Untuk memaksa pembesar suara tidak berfungsi, solder terminal bicu 3.5mm yang menghalang aliran arus melalui pembesar suara.
10. Untuk menjadikan fon kepala menghasilkan bunyi di setiap sisi - L dan R, pendekkan terminal yang dijelaskan pada langkah sebelumnya bersama-sama.

perhimpunan

Setelah penutup dicetak, disarankan untuk memasang bahagian demi bahagian berkenaan dengan ketinggian bahagian:

1. Membuat bingkai dari lem panas sesuai dengan perimeter dalaman penutup, dan meletakkan panel suria di sana
2. Pasang potensiometer dengan kacang dan mesin basuh di bahagian yang bertentangan
3. Melekatkan pembesar suara dengan gam panas
4. Melekatkan bateri dengan gam panas
5. Melekatkan bicu 3.5mm dengan gam panas
6. Melekatkan bateri dengan … gam panas
7. Melekatkan TP4056 dengan penunjuk USB di luar kawasan potongan khas dengan gam panas
8. Meletakkan tombol pada potensiometer
9. Mengikat penutup dan badan dengan empat skru

Ujian

Peranti kami sudah siap dan siap digunakan! Untuk memeriksa peranti dengan betul, perlu mencari sumber cahaya yang dapat memberikan intensiti bergantian. Saya mengesyorkan menggunakan alat kawalan jauh IR, kerana ia memberikan intensiti bergantian yang frekuensinya berada di kawasan lebar jalur pendengaran manusia [20Hz: 20KHz].

Jangan lupa untuk menguji semua sumber cahaya anda di rumah.

Terima kasih untuk membaca!:)