Ochelari de protecție cu ultrasunete: 14 pași (cu imagini)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2025-01-23 15:04

Vrei să fii liliac? Doriți să experimentați ecolocația? Vrei să încerci să „vezi” cu urechile? Pentru primul meu instructabil, vă voi arăta cum să vă construiți propriile ochelari de protecție cu ultrasunete folosind o clonă de microcontroler Arduino, un senzor cu ultrasunete Devantech și ochelari de sudură pentru aproximativ 60 USD sau mai puțin, dacă aveți deja componente electronice standard. De asemenea, ați putea sări peste electronică și să faceți o mască simplă pentru lilieci perfectă pentru a o purta la următorul film Batman. În acest caz, costul ar fi de aproximativ 15 USD. Acești ochelari vă permit să experimentați cum este să utilizați indicii auditive ca un liliac și este destinat copiilor dintr-un centru de știință pentru a afla despre ecolocalizare. Scopul a fost să mențină costurile cât mai mici posibil, să evite ca forma interacțiunii să fie generică sau fără legătură cu scopul său educațional și să se asigure că forma fizică a dispozitivului întruchipează subiectul. Pentru o discuție mai detaliată a designului său, vă rugăm să consultați pagina web a proiectului. Pentru a menține costurile și dimensiunile reduse, este utilizată o clonă Arduino, dar acest proiect funcționează la fel de bine cu microcontrolerele Arduino pre-construite. Aceste ochelari au fost construite pentru Curs de cercetare și proiectare dinamică centrat pe utilizator în programul Arte, mass-media și inginerie de la Universitatea de Stat din Arizona.

Pasul 1: Materiale necesare

-Arduino sau microcontroler comparabil * (dacă ai bani poți cumpăra Arduino mini / nano sau poți folosi un boarduino, altfel îți voi arăta cum să faci o clonă Arduino mică și ieftină pentru acest proiect.) - Ochelari de sudură (ai mei sunt Marca „Neiko” și sunt ușor de găsit pe eBay ca „Flip up gogles gogles” pentru 3-10 dolari livrați, acest tip specific funcționează foarte bine) -Devantech SRF05 Ultrasonic Sensor (sau alt senzor comparabil - totuși, SRF05 are un consum redus de energie de 4mA și rezoluție excelentă de la 3 cm la 4 metri, este de aproximativ 30 USD) - ceva din care să fac urechi (am folosit conuri de plastic, vezi și: „Cum să construiești un costum de liliac mai bun”) - un anumit tip de carcasă pentru electronică-cusătură divizată de 3/8 , tub flexibil negru complicat (pentru a ascunde firele de conectare) -buzzer piezo care poate funcționa pe fire asortate de 5v-9v-cutie de pulverizare plasti-dip (negru) Microcontroler electronic (aceste componente pot fi omise) dacă utilizați un controler pre-construit) - Cip Atmega8 sau 168 DIP programat Arduino - un Arduin de rezervă o placă sau programator USB ArduinoMini - Placă PC mică (disponibilă la Radioshack) - conector baterie 9V (disponibil la Radioshack) - regulator de tensiune 580 5V - cristal de 16 MHz (disponibil @ sparkfun) - doi condensatori 22pF (disponibil @ sparkfun) - 10 microF condensator electrolitic - 1 condensator electrolitic microF - 1 k rezistor și 1 LED (opțional, dar foarte recomandat) - tranzistor 2N4401 (opțional) - antet femelă și masculin (opțional) - mufă DIP cu 28 de pini sau două prize de 14 pini DIP (opțional) - mic panou pentru prototipuri (opțional) Componentele electronice pot fi obținute și de pe www.digikey.com sau www.mouser.com Instrumente și consumabile de care aveți nevoie - fier de lipit - pistol de adeziv fierbinte - Dremel-știri hârtie-bandă de mascare-șmirghel-sârmă decapanti etc.

Pasul 2: Proiectați niște urechi

Ești liber să-ți folosești imaginația pentru a-ți construi urechile. Niciun ochelari de protecție pentru lilieci nu ar trebui să fie la fel! Dar acest tutorial oferă o altă opțiune drăguță pentru urechile de liliac. Am desenat mai întâi un oval cu un sharpie și l-am decupat cu un Dremel. Am salvat piesa de tăiere pentru a o folosi pentru interiorul urechii.

Pasul 3: Tăiați urechile

Am tăiat bucățile tăiate ale conului cu Dremel, astfel încât acestea să fie mai mici și le-am lipit la cald de interiorul bucăților de con mai mari. Nu s-au potrivit exact, dar după ce le-au ținut cu mâna, lipiciul fierbinte l-a ținut destul de bine. Dacă vă lăsați suficient spațiu sub urechi, puteți încorpora cu ușurință aparatele electronice în ureche, o ureche pentru controler și una pentru baterie. Din păcate, nu am lăsat suficient spațiu și a trebuit să folosesc o carcasă externă. Vă rugăm să aveți grijă să nu vă ardeți în timp ce utilizați un pistol de lipit fierbinte !!! De asemenea, puteți topi cu ușurință conurile de plastic accidental.

Pasul 4: Pregătiți ochelarii de protecție

Ochelarii pe care i-am achiziționat erau de o culoare acvatică strălucitoare. Pentru ca ochelarii de protecție să devină mai bătăi, scoateți lentilele (scoateți mai întâi bucata nasului), șlefuiți-le și pulverizați cu spray Plasti Dip pentru a le da o textură de cauciuc plăcută. Înainte de pulverizare, am mascat interiorul ochelarilor și părțile care ating pielea cu bandă de mascare. De asemenea, nu am aplicat vopsea pe nas, deoarece vopseaua reduce puțin flexibilitatea materialului de ochelari și bucata de nas este necesară pentru a ține ochelarii împreună. De asemenea, veți dori să șlefuiți și să pulverizați și urechile. Praful de plastic șlefuit este urât pentru plămâni și ochi, așa că vă rugăm să purtați o mască și ochelari de siguranță pentru acești pași. Am pulverizat aproximativ 3 straturi cu aproximativ 10-15 minute între straturi pentru a obține o textură uniformă. Când este udă, vopseaua pare lucioasă, dar se usucă până la o textură mată.

Pasul 5: Asamblați electronice

Acești pași sunt opționali dacă utilizați un microcontroler Arduino deja construit. Cu toate acestea, deoarece utilizați doar o cantitate mică de capabilitățile sale, este mai logic să creați o versiune barebones a unui Arduino care este mult mai mică și mai ieftin de reprodus. Această secțiune ar putea fi ușor dificilă pentru cineva fără experiență în domeniul electronicii, dar ar trebui să fie ușoară pentru oricine a asamblat un kit electronic simplu. Este atașată o schiță „schematică” pentru electronică. Schema este foarte derivată din schema Atmega8 Standalone a lui David A. Mellis. Dacă există interes, voi face o instruire dedicată pentru acest pas. Circuitul de putere decuplat este din cartea de calcul fizic a lui Tom Igoe. Am inclus o versiune a plăcii PC-ului (cu senzor / buzzer neconectat), precum și o versiune de prototipare construită pe o placă de referință. Versiunea plăcii arată, de asemenea, cum să conectați placa Arduino ca programator USB pentru cipul microcontrolerului. Deoarece am folosit o priză DIP pentru cip, pot scoate și cipul și îl pot pune într-o placă Arduino pentru a-l programa, dar poate fi dificil să scoateți cipul fără a îndoi toți pinii - de aceea am inclus femela pini antet pentru tx / rx. Chiar dacă placa este foarte strânsă, puteți vedea că toți pinii controlerului au un pad de lipit disponibil pentru a vă conecta. Deoarece nu sunt necesare pentru acest proiect, nu am lipit anteturile de sex feminin pe pinii neutilizați, dar dacă ar fi, ați avea capacitățile complete ale unui Arduino Diecimilia, cu excepția USB-ului de bord într-un pachet foarte mic. Lățimea plăcii este de aproximativ o jumătate din placa Diecimilia și aproximativ aceeași lungime. (aici este o configurare similară.) Este opțional să utilizați un tranzistor pentru a alimenta buzzerul, Arduino poate furniza suficient curent de la pinul în sine. Cu toate acestea, utilizarea tranzistorului vă permite să utilizați alte dispozitive de generare a sunetului, altele decât un buzzer, dacă aveți unul.

Pasul 6: Pregătiți cablurile sonore și senzor

Senzorul cu ultrasunete și buzzer-ul au nevoie de fire lungi pentru a rula de la ochelari la electronică. Senzorul cu ultrasunete necesită 4 fire (5v, masă, ecou, declanșator), iar buzzerul necesită două fire (ieșire digitală de la controler, masă). Cu o anumită planificare, puteți utiliza un cablu cu panglică cu 5 fire, dacă aveți unul și partajați conexiunea la masă între buzzer și senzor. Am avut doar o panglică cu 4 fire, așa că am folosit-o pentru senzorul cu ultrasunete și am folosit un cablu cu două fire pentru buzzer. Deoarece buzzer-ul are doi conectori, am lipit un rând de anteturi feminine la cele două fire la distanța corectă, astfel pot elimina cu ușurință buzzer-ul piezo, dacă este necesar. Senzorul are câteva găuri de lipit pe care trebuie să le lipiți și să le folosiți. Asigurați-vă că utilizați partea corectă, găurile din cealaltă parte sunt pentru programarea senzorului și nu vor funcționa!

Pasul 7: Terminați firele

Următoarele știfturi masculine de antet la celălalt capăt al firelor. (Acestea se vor conecta la microcontroler.)

Pasul 8: Încărcați codul

Pentru a încărca codul, conectați pinii 5v, la sol, TX, RX de pe placa PC la aceiași pini de pe placa Arduino eliminată cu cip folosind niște fire. Apoi conectați pinul de resetare de pe placa PC la locul unde ar merge pinul 13 în soclul DIP de pe placa Arduino. Dacă acest lucru este confuz, vă rugăm să vedeți imaginea pe care aceasta o reproduce, cu excepția unui Arduino Mini. Apoi treceți pur și simplu codul atașat în editorul Arduino (sau navigați și deschideți fișierul.pde în Arduino după descărcare) și selectați portul serial corespunzător și cipul Arduino pe care îl utilizați și apăsați butonul de încărcare. Codul funcționează prin redarea bipurilor și apoi variind intervalul inter-beep pe baza distanței măsurate de senzor. Deci, dacă sunteți aproape de un obiect, intervalul inter-beep scade și beep-urile apar mai repede. Dacă sunteți departe de un obiect, intervalul inter-beep crește, astfel încât bipurile să apară mai lent. Controlerul verifică distanța la fiecare 60ms, astfel încât intervalul inter-beep se modifică dinamic. În prezent, este scalat, astfel încât 1 inch face o diferență de 10 ms în intervalul inter-beep. Acest lucru face ca ochelarii să funcționeze mai bine pentru distanțe mai apropiate, dar pot fi mărite pentru a funcționa mai bine pentru distanțe ulterioare. Am încercat o scalare exponențială care a mărit raza de acțiune la distanțe mai apropiate (folosind fscale, dar nu părea să schimbe mult răspunsul în schimbul a tone de cod, așa că l-am casat.) Din moment ce timpul de citire a distanței depinde de distanța obiectului detectat (senzorul returnează impulsuri de până la 30 ms) codul măsoară timpul necesar pentru a obține citirea și compensează timpul de întârziere cu acea cantitate. Fiecare linie din cod este comentată și (sperăm) -explicativ.

Pasul 9: Puneți electronice într-o incintă

Tăiați tubul complicat, astfel încât să aibă lungimea potrivită de la ochelari de protecție la mâna sau buzunarul cuiva. Introduceți firele care se conectează la senzorul cu ultrasunete și la buzzerul piezoelectric în interiorul tubului complicat cu cusătură divizată. Faceți o gaură în incinta dvs. care să se potrivească tubului complicat. Am făcut acest lucru folosind o abordare de încercare și eroare începând cu o dimensiune mică și crescând diametrul până când tubul se potrivește perfect. Treceți firele prin gaură, apoi strângeți tubulatura complicată. Cablurile mele sunt puțin lungi, așa că a trebuit să le îndoiesc pentru a se potrivi. Unele Velcro ține placa de circuit la incintă.

Pasul 10: Conectați firele

Acum puteți utiliza pinii antetului masculin la capetele firelor și vă puteți conecta la pinii corespunzători de pe placa PC (utilizați schema!). Dacă utilizați propriul dvs. Arduino, utilizați aceleași mapări de pin ca în schemă.

Pasul 11: Închideți incinta

Această incintă avea șuruburi pentru a o ține închisă, dar alte incinte (altoiduri de tablă?) Ar putea doar să se închidă. Deoarece nu eram sigur dacă funcționează, am folosit bandă pentru a o ține închisă deocamdată.

Pasul 12: Atașați urechile

Pentru a atașa urechile, trebuie să punem mai întâi două fante verticale cu dremelul în urechi pentru a trece cureaua.

Pasul 13: Atașarea urechilor a continuat

După ce am trecut curelele prin urechi, am folosit Velcro pentru a fixa urechile pe ochelari. Acest lucru a ajuns să fie oarecum instabil, dar foarte reglabil pentru a-i face să fie îndreptați spre calea cea bună. Lipirea lor ar fi fost mai permanentă, dar Velcro a supraviețuit mai multor demonstrații. Senzorul cu ultrasunete a fost cumva potrivirea perfectă pentru a fi împins pe mecanismul de blocare pentru capacitatea de răsucire a ochelarilor. Trebuie să scoateți rama ochelarilor din cauciuc din lentila de plastic ușor din partea de sus pentru a face spațiu, apoi senzorul se potrivește perfect. Senzorul apare uneori, deci un pic de lipici ar putea să-l fixeze definitiv. Din păcate, această metodă de fixare face imposibilă răsucirea lentilelor.

Pasul 14: Experimentați ecolocația

Conectați o baterie, puneți carcasa în buzunar și explorați! Cu cât te apropii de obiectele din linia ta vizuală, cu atât mai repede emite un sunet, cu atât ajungi mai departe, cu atât mai lent emite un semnal sonor. Vă rugăm să nu le purtați în medii periculoase sau în trafic! Aceste ochelari de protecție sunt destinate exclusiv scopurilor educaționale și sunt destinate mediilor controlate, deoarece sunt destinate să vă blocheze vederea periferică și vederea regulată, astfel încât să vă bazați mai mult pe reperele auditive. Nu sunt responsabil pentru vătămări ca urmare a purtării acestor ochelari! Mulțumesc! Deoarece acest lucru se bazează pe Arduino, puteți adăuga cu ușurință un modul Zigbee sau blueSMIRF pentru a le interfața cu computerele fără fir. Lucrările viitoare ar putea fi adăugarea unui cadran pentru a regla sensibilitatea și adăugarea unui comutator de pornire / oprire.

Premiul II la concursul de roboți Instructables și RoboGames