Senzor de câmp magnetic cu 3 axe: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

Sistemele de transfer de energie fără fir sunt pe cale să înlocuiască încărcarea prin cablu convențională. De la mici implanturi biomedicale până la reîncărcarea fără fir a vehiculelor electrice uriașe. O parte integrantă a cercetării privind puterea fără fir este minimizarea densității câmpului magnetic. Comisia internațională pentru protecția împotriva radiațiilor neionizante (ICNIRP) oferă sfaturi științifice și îndrumări cu privire la efectele radiațiilor neionizante asupra sănătății și asupra mediului (NIR) pentru a proteja oamenii și mediul înconjurător de expunerea nocivă la NIR. NIR se referă la radiațiile electromagnetice, cum ar fi ultraviolete, lumină, infraroșu și unde radio, și unde mecanice, cum ar fi infraroșu și ultrasunete. Sistemele de încărcare fără fir produc câmpuri magnetice alternative care ar putea fi dăunătoare pentru ființele umane și animalele prezente în vecinătate. Pentru a putea detecta aceste câmpuri și a le minimiza într-o configurație de testare reală, este necesar un dispozitiv de măsurare a câmpului magnetic, cum ar fi Analizorul spectral Aaronia SPECTRAN NF-5035. Aceste dispozitive costă de obicei peste 2000 USD și sunt voluminoase și este posibil să nu poată ajunge în spații înguste în care câmpul trebuie măsurat. În plus, aceste dispozitive au de obicei mai multe caracteristici decât este necesar pentru măsurarea simplă a câmpului în sistemele de transfer de energie fără fir. Prin urmare, dezvoltarea unei versiuni mai mici și mai ieftine a dispozitivelor de măsurare a câmpului ar fi de mare valoare.

Proiectul actual implică proiectarea unui PCB pentru detectarea câmpului magnetic și, de asemenea, proiectarea unui dispozitiv suplimentar care poate procesa valorile câmpului magnetic detectat și le poate afișa pe un ecran OLED sau LCD.

Pasul 1: Cerințe

Dispozitivul are următoarele cerințe:

1. Măsurați câmpuri magnetice alternative în intervalul 10 - 300 kHz
2. Măsurați cu precizie câmpurile până la 50 uT (Limita de siguranță stabilită de ICNIRP este de 27 uT)
3. Măsurați câmpurile din toate cele trei axe și obțineți rezultatul lor pentru a găsi câmpul real într-un punct dat
4. Afișați câmpul magnetic pe un contor portabil
5. Afișați un indicator de avertizare când câmpul depășește standardele stabilite de ICNIRP
6. Includeți funcționarea bateriei astfel încât dispozitivul să fie cu adevărat portabil

Pasul 2: Prezentare generală a sistemului

Pasul 3: Alegerea componentelor

Acest pas este probabil cel mai important pas, necesitând o răbdare considerabilă pentru a alege componentele potrivite pentru acest proiect. La fel ca în majoritatea celorlalte proiecte electronice, alegerea componentelor necesită o examinare atentă a fișelor tehnice pentru a vă asigura că toate componentele sunt compatibile între ele și funcționează în domeniul dorit al tuturor parametrilor de funcționare - în acest caz, câmpuri magnetice, frecvențe, tensiuni etc.

Componentele majore alese pentru PCB-ul senzorului de câmp magnetic sunt disponibile în foaia Excel atașată. Componentele utilizate pentru dispozitivul portabil sunt următoarele:

1. Microcontroler Tiva C TM4C123GXL
2. SunFounder I2C Serial 20x4 LCD display
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 canale convertor de nivel logic modul de schimbare bidirecțională
4. Apasă întrerupătorul
5. Comutator cu 2 poziții
6. 18650 Li-ion 3.7V celulă
7. Încărcător Adafruit PowerBoost 500
8. Plăci de circuite imprimate (SparkFun snapable)
9. Distanțe
10. Conectarea firelor
11. Pinii antetului

Echipamentele necesare pentru acest proiect sunt următoarele:

1. Dispozitiv de lipit și câteva fire de lipit
2. Burghiu
3. Cleste de sarma

Pasul 4: Proiectarea și simularea circuitului

Pasul 5: Proiectarea PCB-ului

Odată verificată funcționarea circuitului în LTSpice, este proiectat un PCB. Avioanele din cupru sunt proiectate astfel încât să nu interfereze cu funcționarea senzorilor de câmp magnetic. Regiunea gri evidențiată din diagrama de aspect PCB prezintă planurile de cupru de pe PCB. În dreapta, este afișată și o vedere 3D a PCB-ului proiectat.

Pasul 6: Configurarea microcontrolerului

Microcontrolerul ales pentru acest proiect este Tiva C TM4C123GXL. Codul este scris în Energia pentru a utiliza bibliotecile LCD existente pentru familia de microcontrolere Arduino. În consecință, codul dezvoltat pentru acest proiect poate fi utilizat și cu un microcontroler Arduino în locul Tiva C (cu condiția să utilizați atribuirea corectă a pinilor și să modificați codul în consecință).

Pasul 7: Funcționarea afișajului

Afișajul și microcontrolerul sunt interfațate prin intermediul comunicației I2C, care necesită doar două fire, altele decât sursa de alimentare + 5V și împământarea. Fragmentele de cod LCD disponibile pentru familia de microcontrolere Arduino (biblioteci LiquidCrystal) au fost portate și utilizate în Energia. Codul este dat în fișierul LCDTest1.ino atașat.

Câteva sfaturi utile pentru afișare pot fi găsite în următorul videoclip:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Pasul 8: Imprimare 3D

O cutie de carcasă pentru dispozitivul portabil este proiectată așa cum se arată în imaginea de mai sus. Cutia ajută la menținerea plăcilor la locul lor și a firelor netulburate. Cutia este concepută pentru a avea două decupaje pentru trecerea firelor, o decupare pentru LED-urile indicatoare ale bateriei și una fiecare pentru comutatorul de comutare și comutatorul cu buton. Fișierele necesare sunt atașate.

Pasul 9: interfațarea tuturor componentelor

Măsurați dimensiunile tuturor componentelor disponibile și dispuneți-le folosind un instrument grafic, cum ar fi Microsoft Visio. Odată ce aspectul tuturor componentelor este planificat, este o idee bună să încercați să le așezați în pozițiile lor pentru a avea o imagine a produsului final. Se recomandă ca conexiunile să fie testate după adăugarea fiecărei componente noi la dispozitiv. O imagine de ansamblu asupra procesului de interfață este prezentată în imaginile de mai sus. Cutia imprimată 3D oferă un aspect curat dispozitivului și, de asemenea, protejează electronica din interior.

Pasul 10: Testarea și demonstrarea dispozitivului

Videoclipul încorporat arată funcționarea dispozitivului. Comutatorul de pornire pornește dispozitivul și butonul poate fi utilizat pentru a naviga prin cele două moduri de afișare.