Kaca Radar: 14 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Musim panas lalu semasa bercuti di Maine, kami bertemu pasangan lain: Mike dan Linda. Linda buta dan telah buta sejak kelahiran (saya rasa) anak pertama mereka. Mereka sangat baik dan kami banyak ketawa bersama. Selepas kami pulang, saya tidak dapat berhenti memikirkan bagaimana rasanya buta. Orang buta telah melihat anjing mata dan tongkat dan saya pasti banyak perkara lain untuk menolong mereka. Tetapi masih harus ada banyak cabaran. Saya cuba membayangkan bagaimana rasanya dan saya tertanya-tanya, sebagai kutu buku elektronik, jika ada sesuatu yang boleh saya lakukan.

Saya membakar mata pada satu musim panas dengan tukang las ketika saya berusia sekitar 20 tahun (cerita panjang … anak bodoh). Ia sesuatu yang tidak akan saya lupakan. Bagaimanapun, mata saya tertancap selama sehari. Saya masih ingat ibu saya cuba mengantarku di seberang jalan. Saya terus bertanya kepadanya adakah kereta berhenti. Dia berkata seperti, "Saya ibu anda … adakah anda fikir saya akan membawa anda keluar ke dalam lalu lintas?" Memikirkan kembali apa kehebatan saya semasa remaja, saya tertanya-tanya. Tetapi saya tidak dapat melupakan tidak tahu apakah ada sesuatu yang akan memukul saya semasa saya berjalan. Saya sangat gembira dan lega ketika kami melepaskan tambalannya. Itulah satu-satunya perkara yang dekat dengan 'pengalaman' yang saya alami dalam hidup saya mengenai kebutaan.

Saya baru-baru ini menulis Instructable lain mengenai seorang rakan muda di tempat kerja yang kehilangan penglihatan di mata kanannya dan alat yang saya buat untuk memberitahunya jika ada sesuatu di sebelah kanannya. Sekiranya anda mahu membacanya ada di sini. Peranti itu menggunakan sensor Time-of-Flight oleh ST Electronics. Kira-kira satu minit selepas menyelesaikan projek itu, saya memutuskan bahawa saya dapat membuat alat untuk membantu orang buta. Sensor VL53L0X yang saya gunakan pada projek itu mempunyai sensor kakak / kakak yang dipanggil VL53L1X. Peranti ini dapat mengukur jarak yang lebih besar daripada VL53L0X. Terdapat papan pelarian untuk VL53L0X dari Adafruit dan untuk VL53L1X terdapat papan pemecah dari Sparkfun. Saya memutuskan untuk membuat sepasang cermin mata dengan VL53L1X di bahagian depan dan alat maklum balas haptik (motor bergetar) di belakang cermin mata berhampiran jambatan hidung. Saya akan menggetarkan motor berbanding terbalik dengan jarak ke objek iaitu semakin dekat objek dengan cermin mata, semakin banyak ia akan bergetar.

Saya harus perhatikan di sini bahawa VL53L1X mempunyai Bidang Pandangan yang sangat sempit (dapat diprogramkan antara 15-27 darjah) yang bermaksud, semuanya SANGAT arah. Ini penting kerana memberikan resolusi yang baik. Ideanya ialah pengguna dapat menggerakkan kepala mereka seperti antena radar. Ini bersama dengan FOV yang sempit membolehkan pengguna melihat objek dengan lebih baik pada jarak yang berbeza.

Catatan mengenai sensor VL53L0X dan VL53L1X: ia adalah sensor masa penerbangan. Ini bermaksud bahawa mereka menghantar nadi LASER (daya rendah dan dalam spektrum Inframerah sehingga mereka selamat). Sensor kali berapa lama untuk melihat denyutan yang dipantulkan kembali. Jadi jarak sama dengan kadar X seperti yang kita semua ingat dari kelas matematik / sains kan? Jadi, bahagikan masa menjadi dua dan kalikan dengan kelajuan cahaya dan anda mendapat jarak. Tetapi seperti yang ditunjukkan oleh anggota Instructables yang lain, kacamata itu mungkin disebut LiDAR Glasses karena menggunakan LASER dengan cara ini adalah Light Distance and Ranging (LiDAR). Tetapi seperti yang saya katakan, tidak semua orang tahu apa itu LiDAR tetapi saya rasa kebanyakan orang tahu RADAR. Dan sementara cahaya inframerah dan radio semuanya merupakan bahagian spektrum elektromagnetik, cahaya tidak dianggap sebagai gelombang radio seperti frekuensi gelombang mikro. Jadi, saya akan meninggalkan tajuk sebagai RADAR tetapi sekarang, anda faham.

Projek ini pada dasarnya menggunakan skema yang sama dengan yang satu untuk projek lain … seperti yang akan kita lihat. Soalan besar untuk projek ini adalah, bagaimana kita memasang elektronik pada cermin mata dan, jenis kaca mata apa yang kita gunakan?

Langkah 1: Cermin Mata

Saya memutuskan bahawa saya mungkin boleh merancang sepasang gelas sederhana dan mencetaknya dengan pencetak 3D saya. Saya juga memutuskan bahawa saya hanya perlu mencetak 3D kerangka atau bingkai cermin mata. Saya akan menambah papan litar bercetak untuk menyolder komponen. Papan litar bercetak (protoboard) akan dilekatkan pada bingkai yang akan menambah kekuatan pada keseluruhan unit. Rangka 3D bingkai ditunjukkan di atas.

Fail STL juga dilampirkan pada langkah ini. Terdapat tiga fail: kiri.stl, kanan.stl (bahagian telinga / lengan) dan gelas.stl (bingkai).

Langkah 2: Papan Litar Bercetak

Saya menggunakan Breadboard Adafruit Perma-Proto Berukuran Penuh. Saya meletakkan papan roti di bahagian depan cermin mata dan memusatkannya. Tepi atas cermin mata yang saya buat walaupun dengan bahagian atas protoboard. Bahagian kacamata segi empat tepat yang memanjang dari atas adalah di mana sensor Time-Of-Flight akhirnya akan dipasang. Sebahagian besar bahagian atas bingkai ini melekat di atas protoboard. Ini baik-baik saja kerana kita tidak perlu menyolder apa pun ke bahagian atas sensor, di bahagian bawah sensor.

Terdapat lubang di bahagian tengah papan roti yang terletak tepat di atas tempat jambatan hidung akan berada di dalam gelas. Saya menandakan 4 lubang yang berada di bingkai ke protoboard menggunakan penanda hujung halus. Saya kemudian menggerudi lubang ke papan roti.

Seterusnya, saya memasang bingkai ke papan roti menggunakan skru M2.5. Tambang saya adalah nilon dan saya mendapat sebilangan besar skru dari Adafruit untuk tujuan ini. Setelah skru dipasang, saya mengambil penanda dan menarik garis di sekeliling bingkai ke papan roti. Bagi saya, saya menandakan lekukan pada sisi bingkai di mana bahagian telinga akan berada. Ini adalah pilihan saya … tetapi mungkin anda mahu bahagian telinga bingkai kelihatan.

Langkah 3: Memotongnya

Seterusnya saya mengeluarkan 4 skru dari memegang bingkai ke papan roti. Saya melakukan penyingkiran bahan secara kasar di luar garisan yang kami tandakan. Saya berhati-hati untuk menjauhkan diri dari garis kerana saya akan memperbaikinya kemudian dengan sander tali pinggang meja yang saya ada. Anda boleh menggunakan fail… tetapi kami lebih awal daripada diri kita sendiri.

Anda boleh memotong garis kasar dengan menggunakan apa sahaja cara yang anda ada. Mungkin gergaji besi? Saya tidak mempunyai satu. Saya mempunyai 'nibbler' untuk papan litar bercetak jadi saya menggunakannya. Ia sebenarnya memerlukan banyak masa dan ia agak mustahak untuk dilakukan. Tetapi bahan papan litar bercetak boleh pecah dan pecah, jadi saya mahu lambat. Saya menggigit jalan dan juga ke kawasan hidung … tetapi hanya dengan kasar. Anda dapat melihat apa yang saya lakukan pada gambar di atas.

Langkah 4: Pengamplasan atau Pemfailan

Saya mengeluarkan bahan yang lebih dekat dengan garisan menggunakan sander tali pinggang meja saya. Sekali lagi, anda boleh menggunakan fail jika anda tidak mempunyai apa-apa lagi. Yang boleh saya katakan di sini mengenai pengamplasan adalah bahawa, bergantung pada kotoran pelelas di sander, berhati-hati dengan seberapa banyak bahan yang anda cuba keluarkan. Tidak ada jalan balik. Kadang-kadang satu slip boleh merosakkan papan (atau sekurang-kurangnya menjadikannya tidak simetri atau cacat cela). Jadi, luangkan masa anda.

Anda boleh melihat gambar saya sebelum dan selepas di atas.

Langkah 5: Penalaan Baik

Saya memasang kembali bingkai dengan 4 skru dan kembali ke tali pinggang. Saya dengan sangat berhati-hati berpindah ke tepi bingkai. Saya perlu menggunakan fail bulat di bahagian hidung kerana saya tidak dapat membuat putaran sander saya tajam. Lihat keputusan akhir saya di atas.

Langkah 6: Menambah Sensor

Pada ketika ini saya menambah papan pelarian sensor VL53L1X. Mula-mula saya menambah dua skru nilon panjang M2.5 yang mendorongnya melalui lubang di bingkai dan melalui lubang di VL53L1X. Saya menambah kacang nilon pada setiap skru dan mengetatkannya dengan lembut. Di bahagian atas setiap kacang, saya menambah dua (empat jumlah) mesin basuh nilon. Ini diperlukan untuk memastikan bahawa sensor VL53L1X terletak selari dengan protoboard.

Saya meletakkan jalur terminal 6 kedudukan ke papan dalam kedudukan sehingga lubang di bahagian atas VL53L1X berbaris dengan dua skru yang saya letakkan di bahagian atas bingkai (dengan mesin basuh nilon). Saya menambah kacang nilon ke hujung skru dan sekali lagi, mengetatkannya dengan lembut. Lihat gambar di atas.

Langkah 7: Skematik

Seperti yang saya katakan sebelumnya, skematiknya hampir sama dengan skema untuk projek Radar Periferal. Satu perbezaan ialah saya menambah butang tekan (pertukaran kenalan wang). Saya membayangkan bahawa pada suatu ketika kita memerlukan satu untuk menukar mod atau melaksanakan beberapa ciri … jadi, lebih baik memilikinya sekarang daripada menambahkannya kemudian.

Saya juga menambah potensiometer 10K. Pot digunakan untuk menyesuaikan jarak yang akan dipertimbangkan oleh perisian sebagai jarak maksimum untuk bertindak balas. Fikirkannya sebagai kawalan kepekaan.

Skema ditunjukkan di atas.

Senarai bahagian (yang sepatutnya saya berikan sebelumnya) adalah seperti berikut:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 Meter, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Vibrating Mini Motor Disc - ID PRODUK: 1201Adafruit - Lithium Ion Polymer Battery - 3.7v 150mAh - ID PRODUK: 1317 Adafruit Perma-Proto Breadboard PCB bersaiz penuh - Single - PRODUCT ID: 1606 Butang Suis Tekstil (langsing 6mm) x 20 pek - ID PRODUK: 1489Sparkfun - Penyambung Sudut Kanan JST - Lubang Melalui-2-Pin - Perintang PRT-0974910K ohm - Kotak Sampah (lihat di lantai anda) Perintang ohm 10K-100K - Junkbox (lihat di lantai anda berhampiran perintang 10K) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (atau telefon rakan) Beberapa wayar penyambung (saya menggunakan 22 gauge terdampar)

Untuk mengecas bateri LiPo, saya juga menggunakan: Adafruit - Micro Lipo - Pengecas LiIon / LiPoly USB - v1 - ID PRODUK: 1304

Langkah 8: Penempatan Komponen

Saya berusaha menjadi sebijak mungkin mengenai meletakkan komponennya. Saya biasanya mencuba dan menyusun pin tertentu seperti kuasa dan tanah … jika saya boleh. Saya cuba sekurang-kurangnya meminimumkan panjang wayar. Saya mesti memastikan meninggalkan ruang di atas tempat jambatan hidung untuk motor getaran. Pada akhirnya saya sampai di penempatan yang dapat dilihat pada gambar di atas.

Langkah 9: Perkarangan

Saya mula-mula menyolder semua komponen ke papan pada kedudukan yang telah saya putuskan. Seterusnya, saya menambah sambungan darat. Dengan mudah salah satu jalur panjang besar di PWB masih terdedah, jadi saya menjadikannya jalur tanah biasa.

Gambar di atas menunjukkan sambungan tanah dan perintang 10K. Saya tidak akan memberitahu anda di mana meletakkan setiap wayar kerana kebanyakan orang mempunyai idea mereka sendiri tentang bagaimana melakukan sesuatu. Saya hanya akan menunjukkan kepada anda apa yang saya buat.

Langkah 10: Wayar

Saya menambah kabel yang lain seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Saya menambah sekeping pita tongkat berganda di bawah motor getaran untuk memastikannya terpasang di tempatnya. Bahan lekat yang sudah ada di bahagian bawah motor tidak terasa cukup kuat bagi saya.

Saya menggunakan wayar tolok 22 untuk sambungan saya. Sekiranya anda mempunyai sesuatu yang lebih kecil, gunakannya. Saya menggunakan alat pengukur 22 kerana yang terkecil yang saya ada.

Langkah 11: Pendakap Bateri

Saya 3D mencetak pendakap untuk menahan bateri LiPo (renderingnya ditunjukkan di atas). Saya menandakan dan menggerudi lubang di protoboard untuk memasang pendakap ke sisi bertentangan cermin mata dari komponen seperti yang ditunjukkan di atas.

Saya harus perhatikan di sini bahawa pendakapnya sangat tipis dan tipis dan saya harus mencetaknya dengan bahan sokongan (saya menggunakan plastik ABS untuk semua bahagian untuk projek ini). Anda boleh memecahkan pendakap dengan mudah mengeluarkan bahan sokongan sehingga mudah.

Satu perkara yang saya lakukan untuk menjadikan bahagian saya lebih kuat ialah mencelupkannya ke dalam aseton. Sudah tentu anda harus berhati-hati melakukan ini. Saya melakukannya di kawasan yang berventilasi baik dan saya menggunakan sarung tangan dan pelindung mata. Saya melakukan ini setelah saya membuang bahan sokongan (tentu saja). Saya mempunyai bekas aseton dan, dengan menggunakan pinset, saya memasukkan bahagian itu ke dalam aseton untuk satu atau dua saat. Saya segera mengeluarkannya dan mengasingkannya hingga kering. Saya biasanya meninggalkan bahagian selama satu jam atau lebih sebelum saya menyentuhnya. Aseton akan 'mencairkan' ABS secara kimia. Ini mempunyai kesan menutup lapisan plastik.

Fail STL untuk kurungan dilampirkan pada langkah ini.

Langkah 12: Pengaturcaraan

Setelah memeriksa semula semua sambungan saya, saya memasang kabel USB untuk memprogram Trinket M0.

Untuk memasang dan / atau mengubah perisian (dilampirkan pada langkah ini), anda memerlukan Arduino IDE dan fail papan untuk Trinket M0 serta perpustakaan untuk VL53L1X dari Sparkfun. Semua itu ada di sini, dan di sini.

Sekiranya anda baru menggunakannya, ikuti arahan untuk menggunakan Adafruit M0 di laman pembelajaran mereka di sini. Setelah perisian (ditambahkan ke langkah ini), papan harus dimulakan dan dijalankan dengan kuasa dari sambungan siri USB. Gerakkan sisi papan dengan VL53L1X dekat ke dinding atau tangan anda dan anda pasti merasakan motor bergetar. Getaran harus semakin rendah amplitud lebih jauh dari peranti objek.

Saya ingin menekankan bahawa perisian ini adalah jalan pertama untuk ini. Saya telah membuat dua pasang gelas dan saya akan membuat dua lagi gelas dengan segera. Kami (saya dan sekurang-kurangnya satu orang lain yang mengusahakannya) akan terus memperbaiki perisian dan menghantar sebarang kemas kini di sini. Harapan saya adalah orang lain juga akan mencuba ini dan menghantar (mungkin ke GitHub) sebarang perubahan / penambahbaikan yang mereka buat.

Langkah 13: Menamatkan Kerangka

Saya memasukkan kepingan telinga ke takik di kedua sisi gelas dan menggunakan aseton menggunakan petua. Saya menyerap aseton sehingga saya mendapat jumlah yang baik ketika saya menekannya ke sudut. Sekiranya mereka terkunci dengan ketat maka aseton akan dibawa melalui daya tarikan kapilari. Saya memastikan kedudukannya lurus dan jika diperlukan saya menggunakan sesuatu untuk menahannya sekurang-kurangnya satu jam. Kadang-kadang saya memohon semula dan menunggu satu jam lagi. Aseton membuat ikatan yang hebat dan cermin mata saya kelihatan cukup kuat di sempadan bingkai.

Sudah tentu, cermin mata ini hanyalah prototaip, jadi saya tetap membuat reka bentuknya ringkas dan itulah sebabnya tidak ada engsel untuk lengan kacamata. Mereka berfungsi dengan baik pula. Tetapi, jika anda mahu, anda selalu dapat mereka bentuk semula dengan engsel.

Langkah 14: Pemikiran Akhir

Saya perhatikan bahawa sensor tidak berfungsi dengan baik di bawah sinar matahari. Ini masuk akal kerana saya yakin bahawa sensor tepu oleh IR dari matahari sehingga mustahil untuk memisahkannya dari denyut nadi yang dipancarkan oleh sensor. Namun, mereka akan membuat gelas yang baik di dalam rumah dan pada waktu malam dan mungkin hari yang mendung. Sudah tentu, saya perlu melakukan lebih banyak ujian.

Satu perkara yang akan saya lakukan untuk mengubah reka bentuk adalah menambahkan beberapa jenis getah pada takuk yang menyentuh jambatan hidung. Sekiranya anda menundukkan kepala ke bawah, sukar untuk merasakan getaran kerana cermin mata terlepas dari kulit sedikit di bawah kekuatan graviti. Saya rasa sebilangan getah untuk membuat geseran akan memastikan gelas tetap pada hidung sehingga getaran dapat dipindahkan ke situ.

Saya berharap mendapat maklum balas mengenai cermin mata. Saya tidak tahu bahawa gelas itu akan membantu orang tetapi kita hanya perlu melihat. Itulah maksud prototaip: kelayakan, pembelajaran dan penyempurnaan.

Lebih banyak sensor dapat ditambahkan pada reka bentuk. Saya memilih untuk menggunakan satu untuk prototaip ini kerana saya fikir lebih daripada satu motor getaran akan lebih sukar untuk difahami oleh pengguna. Tetapi mungkin merupakan idea yang baik untuk memiliki dua sensor yang keluar dari mata. Kemudian dengan menggunakan dua motor anda boleh menggetarkan setiap sisi cermin mata. Anda juga boleh menggunakan audio yang dimasukkan ke setiap telinga dan bukannya getaran. Sekali lagi, ideanya adalah untuk mencuba prototaip dan mendapatkan pengalaman.

Sekiranya anda berjaya sejauh ini, terima kasih kerana membaca!