Detector de pâlpâire luminoasă: 3 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Întotdeauna am fost fascinat de faptul că electronica ne însoțește. Este doar peste tot. Când vorbim de surse de lumină (nu cele naturale, cum ar fi stelele), trebuie să ținem cont de mai mulți parametri: Luminozitate, culoare și, în cazul în care este afișajul PC-ului despre care vorbim, calitatea imaginii.

Percepția vizuală a luminii sau luminozitatea sursei electronice de lumină poate fi controlată în diferite moduri atunci când cea mai populară este prin Pulse Width Modulation (PWM) - Pur și simplu porniți și opriți dispozitivul foarte repede, astfel încât tranzitorii să pară „invizibili” pentru ochiul uman. Dar, după cum pare, nu este prea bun pentru ochii omului pentru utilizare pe termen lung.

Când luăm, de exemplu, un afișaj pentru laptop și îi reducem luminozitatea - poate părea mai întunecat, dar se întâmplă o mulțime de schimbări pe ecran - pâlpâind. (Mai multe exemple despre acest lucru puteți găsi aici)

Am fost foarte inspirat de o idee a acestui videoclip de pe YouTube, explicația și simplitatea acestuia sunt doar grozave. Prin atașarea dispozitivelor simple de pe raft, există potențialul de a construi un dispozitiv de detectare a pâlpâirii complet portabil.

Dispozitivul pe care urmează să-l construim este un detector de pâlpâire a sursei de lumină, care utilizează o baterie solară mică ca sursă de lumină și constă din următoarele blocuri:

1. Panou solar mic
2. Amplificator audio integrat
3. Speaker
4. Mufă pentru conectarea căștilor, dacă dorim să testăm cu o sensibilitate mai mare
5. Baterie reîncărcabilă Li-Ion ca sursă de alimentare
6. Conector USB de tip C pentru conexiunea de încărcare
7. Indicator LED de alimentare

Provizii

Componente electronice

• Amplificator de putere audio integrat
• Difuzor de 8 Ohm
• Baterie Li-Ion de 3,7V 850mAh
• Jack audio de 3,5 mm
• Mini baterie solară policristalină
• TP4056 - Placă de încărcare Li-Ion
• LED RGB (pachet TH)
• 2 rezistoare de 330 Ohm (pachet TH)

Componente mecanice

• Buton potențiometru
• Carcasă tipărită 3D (se poate utiliza o cutie de proiectare opțională)
• 4 șuruburi cu diametrul de 5 mm

Instrumente

• Ciocan de lipit
• Pistol de lipit fierbinte
• surubelnita Phillips
• Sârmă cu un singur miez
• Imprimantă 3D (opțional)
• Plier
• Pensetă
• Cutter

Pasul 1: Teoria funcționării

După cum sa menționat în introducere, pâlpâirea cauzată de PWM. Potrivit Wikipedia, ochiul uman poate prinde până la 12 cadre pe secundă. Dacă rata cadrelor depășește acest număr, este considerată mișcare pentru viziunea umană. Prin urmare, dacă se observă o schimbare rapidă a obiectului, vedem intensitatea medie a acestuia în loc de secvența de cadre separate. Există un nucleu al ideii pentru PWM în circuitele de control al luminozității: Deoarece putem vedea doar intensitatea medie a ratei cadrelor mai mare decât 12fps (din nou, conform Wikipedia), putem ajusta cu ușurință luminozitatea (ciclul de funcționare) al alimentării sursei de lumină prin schimbarea perioadelor de timp, când lumina este aprinsă sau oprită (Mai multe despre PWM), unde frecvența de comutare este constantă și este mult mai mare de 12Hz.

Acest proiect descrie un dispozitiv, al cărui volum de sunet și frecvență sunt proporționale cu zgomotul pâlpâitor provocat de PWM.

Mini panou policristalin

Scopul principal al acestor dispozitive este de a transforma puterea derivată din sursa de lumină în energie electrică, care poate fi ușor recoltată. Una dintre proprietățile cheie ale acestei baterii, aceea că, dacă sursa de lumină nu furnizează o intensitate constantă stabilă și se modifică în timp, aceleași modificări se vor prezenta și la tensiunea de ieșire a acestui panou. Deci, asta vom detecta - schimbările de intensitate în timp

Amplificator audio

Ieșirea produsă de la panoul solar este proporțională cu nivelul mediu de intensitate (DC), cu modificări suplimentare de intensitate în timp (AC). Suntem interesați să detectăm doar tensiunea alternativă și cel mai simplu mod de a o realiza - conectați sistemul audio. Amplificatorul audio care a fost utilizat în acest design este PCB cu o singură alimentare, cu condensatori de blocare DC pe fiecare parte, atât de intrare cât și de ieșire. Deci, ieșirea panoului solar este conectată direct la amplificatorul audio. Amplificatorul utilizat în acest design are deja un potențiometru cu un comutator ON / OFF încorporat, astfel încât există un control complet asupra puterii dispozitivului și a volumului difuzorului.

Gestionarea bateriei Li-Ion

Circuitul încărcătorului de baterii Li-Ion TP4056 a fost adăugat la acest proiect pentru a face dispozitivul portabil și reîncărcabil. Conectorul USB-C acționează ca intrare pentru încărcător, iar bateria utilizată este de 850 mAh, 3,7 V, care este suficientă pentru scopurile pe care trebuie să le urmărim cu acest dispozitiv. Tensiunea bateriei acționează ca o sursă de alimentare principală pentru amplificatorul audio, deci pentru un întreg dispozitiv.

Difuzor ca ieșire de sistem

Difuzorul joacă rolul principal în dispozitiv. Am ales una relativ mică, cu atașare fermă la incintă, așa că aș auzi și o frecvență mai mică. După cum sa menționat anterior, frecvența și volumul difuzorului pot fi definite după cum urmează:

f (Difuzor) = f (AC de la panoul solar) [Hz]

P (difuzor) = K * I (intensitatea vârf-la-vârf a semnalului de curent alternativ de la panoul solar) [W]

K - Este un coeficient de volum

Mufa audio

Jackul de 3,5 mm este utilizat în cazul în care dorim să conectăm căștile. În acest dispozitiv, mufa are un pin de detectare a conectării, care este deconectat de la pinul de semnal, atunci când este conectat mufa audio. A fost conceput în acest fel pentru a oferi ieșire la o singură cale la momentul respectiv - difuzoare SAU căști.

LED RGB

Aici LED-ul funcționează dublu - se aprinde atunci când dispozitivul este încărcat sau dispozitivul este pornit.

Pasul 2: Carcasă - Proiectare și tipărire

Imprimanta 3D este un instrument excelent pentru carcase și carcase personalizate. Incinta pentru acest proiect are o structură foarte de bază, cu unele caracteristici comune. Să o extindem pas cu pas:

Pregătire și FreeCAD

Carcasa a fost proiectată în FreeCAD (fișierul proiectului este disponibil pentru descărcare în partea de jos a acestui pas), unde corpul dispozitivului a fost construit mai întâi și un capac solid a fost construit ca o parte separată față de corp. După ce dispozitivul a fost proiectat, este necesar să-l exportați ca corp separat și capac.

Mini panoul solar este montat pe capac cu suprafață de dimensiuni fixe, unde regiunea decupată este dedicată firelor. Interfață utilizator disponibilă pe ambele părți: decupaj USB și LED | Jack | Găuri pentru potențiometru. Difuzorul are propria sa zonă dedicată, care este o serie de găuri pe fundul corpului. Bateria este adiacentă difuzorului, există un loc pentru fiecare dintre părți, astfel că nu va trebui să ne frustrăm în timp ce asamblați dispozitivul cu totul.

Slicing și Ultimaker Cura

Deoarece avem fișiere STL, putem trece la procesul de conversie G-Code. Există o mulțime de metode care fac acest lucru, voi lăsa aici principalii parametri pentru imprimare:

• Software: Ultimaker Cura 4.4
• Înălțimea stratului: 0,18 mm
• Grosimea peretelui: 1,2 mm
• Nr. Straturi superioare / inferioare: 3
• Umplere: 20%
• Duza: 0,4 mm, 215 * C
• Pat: sticlă, 60 * C
• Suport: Da, 15%

Pasul 3: lipire și asamblare

Lipire

În timp ce imprimanta 3D este ocupată cu imprimarea carcasei noastre, să acoperim procesul de lipire. După cum puteți vedea în schemă, este simplificat la minimum - adică din motivul că toate părțile pe care urmează să le atașăm sunt disponibile ca blocuri independente integrate. Ei bine, secvența este:

1. Terminale de lipire a bateriei Li-Ion la TP4056 BAT + și pini BAT
2. Lipirea VO + și VO- a TP4056 la terminalele VCC și GND ale amplificatorului audio
3. Terminalul de lipit "+" al panoului solar mic la VIN (fie L, fie R) al amplificatorului audio și "-" la solul amplificatorului audio
4. Atașarea LED-urilor bi-color sau RGB la două rezistoare 220R cu izolare adecvată
5. Lipirea primului anod LED la terminalul comutatorului amplificatorului audio (Conexiunea trebuie făcută pe terminalul comutatorului). Verificarea ce terminal al comutatorului de pe partea de jos a PCB-ului este conectat la VCC este foarte recomandat - Cel care nu este opțiunea noastră
6. Al doilea anod LED ar trebui lipit cu anodul a două LED-uri SMD - au conexiune anodică comună
7. Sudarea catozilor cu LED la amplificatorul audio TEREN
8. Terminalele boxelor de lipit la ieșirea amplificatorului audio (asigurați-vă că ați ales același canal la intrare, STÂNGA sau DREAPTA)
9. Pentru a forța difuzorul să se oprească, lipiți terminale jack stereo de 3,5 mm care împiedică fluxul curent prin difuzor.
10. Pentru a face ca căștile să producă sunet pe fiecare parte - L și R, scurtați împreună terminalele descrise în pasul anterior.

Asamblare

După imprimarea incintei, se recomandă asamblarea piesă cu piesă în ceea ce privește înălțimea piesei:

1. Realizarea unui cadru din lipici fierbinte în funcție de perimetrul interior al acoperirii și plasarea panoului solar acolo
2. Fixarea potențiometrului cu o piuliță și o șaibă pe partea opusă
3. Difuzor de lipit cu lipici fierbinte
4. Baterie de lipit cu adeziv fierbinte
5. Prindere jack de 3,5 mm cu lipici fierbinte
6. Lipirea bateriei cu … lipici fierbinte
7. Lipirea TP4056 cu USB îndreptat în afara zonei sale de decupare dedicate cu adeziv fierbinte
8. Punerea unui buton pe un potențiometru
9. Capac de fixare și corp cu patru șuruburi

Testarea

Dispozitivul nostru este pregătit și gata de utilizare! Pentru a verifica corect dispozitivul, este necesar să găsiți o sursă de lumină care să ofere o intensitate alternativă. Vă recomand să utilizați telecomanda IR, deoarece oferă o intensitate alternativă a cărei frecvență se află în regiunea lățimii de bandă a auzului uman [20Hz: 20KHz].

Nu uitați să vă testați toate sursele de lumină acasă.

Mulțumesc pentru lectură!:)