Sensor Medan Magnetik 3-Paksi: 10 Langkah (dengan Gambar)

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

Sistem pemindahan kuasa tanpa wayar sedang dalam perjalanan untuk menggantikan pengecasan berwayar konvensional. Mulai dari implan bioperubatan kecil hingga pengisian semula kenderaan elektrik besar tanpa wayar. Bahagian penting dalam penyelidikan kuasa tanpa wayar adalah meminimumkan ketumpatan medan magnet. Suruhanjaya Antarabangsa mengenai Perlindungan Sinaran Tidak Mengion (ICNIRP) memberikan nasihat dan panduan saintifik mengenai kesan kesihatan dan persekitaran dari radiasi bukan pengion (NIR) untuk melindungi orang dan persekitaran daripada pendedahan NIR yang merugikan. NIR merujuk kepada sinaran elektromagnetik seperti ultraviolet, cahaya, inframerah, dan gelombang radio, dan gelombang mekanikal seperti inframerah dan ultrasound. Sistem pengecasan tanpa wayar menghasilkan medan magnet bergantian yang boleh membahayakan manusia dan haiwan yang ada di sekitarnya. Untuk dapat mengesan medan ini dan meminimumkannya dalam persediaan ujian dunia nyata, diperlukan alat pengukur medan magnet seperti Penganalisis Spektral Aaronia SPECTRAN NF-5035. Peranti ini biasanya berharga lebih dari $ 2000 dan besar dan mungkin tidak dapat mencapai ruang sempit di mana medan perlu diukur. Selain itu, peranti ini biasanya mempunyai lebih banyak ciri daripada yang diperlukan untuk pengukuran medan sederhana dalam sistem pemindahan kuasa tanpa wayar. Oleh itu, mengembangkan versi alat pengukur lapangan yang lebih kecil dan lebih murah akan sangat bernilai.

Projek semasa melibatkan reka bentuk PCB untuk pengesan medan magnet dan juga reka bentuk peranti tambahan yang dapat memproses nilai medan magnet yang dirasakan dan memaparkannya pada paparan OLED atau LCD.

Langkah 1: Keperluan

Peranti ini mempunyai syarat berikut:

1. Ukur medan magnet bergantian dalam julat 10 - 300 kHz
2. Ukur medan dengan tepat hingga 50 uT (Had keselamatan yang ditetapkan oleh ICNIRP adalah 27 uT)
3. Ukur medan di ketiga paksi dan dapatkan hasilnya untuk mencari medan sebenar pada titik tertentu
4. Paparkan medan magnet pada meter genggam
5. Paparkan indikator amaran ketika medan melebihi standard yang ditetapkan oleh ICNIRP
6. Sertakan operasi bateri supaya peranti ini benar-benar mudah alih

Langkah 2: Gambaran Keseluruhan Sistem

Langkah 3: Memilih Komponen

Langkah ini mungkin merupakan langkah paling banyak mengambil masa, memerlukan kesabaran yang tinggi untuk memilih komponen yang tepat untuk projek ini. Seperti kebanyakan projek elektronik lain, memilih komponen memerlukan pemeriksaan lembaran data dengan teliti untuk memastikan semua komponen serasi antara satu sama lain dan berfungsi dalam julat yang diinginkan dari semua parameter operasi - dalam kes ini, medan magnet, frekuensi, voltan dll.

Komponen utama yang dipilih untuk PCB sensor medan magnet terdapat dalam lembaran excel yang dilampirkan. Komponen yang digunakan untuk peranti genggam adalah seperti berikut:

1. Pengawal mikro Tiva C TM4C123GXL
2. Paparan LCD SunFounder I2C Serial 20x4
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 channel logic level converter bidirectional shifter module
4. Suis butang tekan
5. Suis togol 2 kedudukan
6. Sel 3.7V Li-ion 18650
7. Pengecas Adafruit PowerBoost 500
8. Papan litar bercetak (SparkFun terkunci)
9. Kebuntuan
10. Menyambung wayar
11. Pin pengepala

Peralatan yang diperlukan untuk projek ini adalah seperti berikut:

1. Alat pematerian dan beberapa wayar pateri
2. Gerudi
3. Pemotong wayar

Langkah 4: Reka Bentuk dan Simulasi Litar

Langkah 5: Merancang PCB

Setelah operasi litar disahkan di LTSpice, PCB akan dirancang. Pesawat tembaga dirancang dengan cara yang tidak mengganggu kerja sensor medan magnet. Kawasan kelabu yang diserlahkan dalam rajah susun atur PCB menunjukkan satah tembaga pada PCB. Di sebelah kanan, paparan 3D dari PCB yang dirancang juga ditunjukkan.

Langkah 6: Menyiapkan Pengawal Mikro

Mikrokontroler yang dipilih untuk projek ini adalah Tiva C TM4C123GXL. Kod tersebut ditulis dalam Energia untuk memanfaatkan perpustakaan LCD yang ada untuk keluarga mikrokontroler Arduino. Oleh itu, kod yang dikembangkan untuk projek ini juga dapat digunakan dengan mikrokontroler Arduino dan bukan Tiva C (dengan syarat anda menggunakan penugasan pin yang tepat dan mengubah kodnya dengan sewajarnya).

Langkah 7: Membuat Paparan Berfungsi

Paparan dan pengawal mikro dihubungkan melalui komunikasi I2C yang hanya memerlukan dua wayar selain bekalan dan arde a + 5V. Coretan kod LCD yang tersedia untuk keluarga mikrokontroler Arduino (perpustakaan LiquidCrystal) telah dipindahkan dan digunakan di Energia. Kod diberikan dalam fail LCDTest1.ino yang dilampirkan.

Beberapa petua berguna untuk paparan boleh didapati dalam video berikut:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Langkah 8: Percetakan 3D

Kotak penutup untuk peranti genggam dirancang seperti yang ditunjukkan dalam gambar di atas. Kotak itu membantu meletakkan papan di tempat dan wayar tidak terganggu. Kotak itu dirancang untuk memiliki dua potongan untuk wayar dilalui, satu potongan untuk LED penunjuk bateri, dan masing-masing untuk suis togol dan suis butang tekan. Fail yang diperlukan dilampirkan.

Langkah 9: Memadankan Semua Komponen

Ukur dimensi semua komponen yang ada dan susun dengan menggunakan alat grafik seperti Microsoft Visio. Setelah susun atur semua komponen dirancang, adalah idea yang baik untuk mencuba dan meletakkannya pada kedudukan mereka untuk mendapatkan nuansa produk akhir. Sebaiknya sambungan diuji setelah setiap komponen baru ditambahkan ke peranti. Gambaran keseluruhan proses antara muka ditunjukkan dalam gambar di atas. Kotak bercetak 3D memberikan penampilan yang bersih pada peranti dan juga melindungi elektronik di dalamnya.

Langkah 10: Ujian dan Demonstrasi Peranti

Video yang disematkan menunjukkan operasi peranti. Tombol beralih menghidupkan peranti dan butang tekan dapat digunakan untuk menggeser melalui dua mod paparan.