Аларма за докосване на лице: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Докосването на лицето ни е един от най-често срещаните начини, по които се заразяваме с вируси като Covid-19. Академично проучване през 2015 г. (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) установи, че докосваме лицата си средно 23 пъти на час. Реших да проектирам евтино устройство с ниска мощност, което да ви предупреждава всеки път, когато се каните да докоснете лицето си. Този груб прототип може да бъде усъвършенстван много лесно и въпреки че е малко вероятно да искате да носите това по цял ден, това може да е добър начин да ви обучим да намалите докосването на лицето и следователно да намалите разпространението на вируса.

Повечето форми на засичане на движение използват акселерометри или обработка на изображения. Те са сравнително скъпи, изискват непрекъснато захранване и следователно също относително голяма батерия. Исках да направя устройство, което консумира енергия само когато поведението го задейства, и което може да се направи у дома за по -малко от 10 долара.

Устройството има три части. Колие и две малки еластични ленти на всяка китка. Той използва принципа, че магнит, движещ се близо до намотка от тел, генерира електрически ток в проводника. Когато ръката се движи към лицето, магнитът на китката генерира малко напрежение върху бобината. Това се усилва и ако е по -високо от определен праг, той включва малък зумер.

Консумативи

• 100 - 200 метра електромагнитен проводник. Повечето жици са твърде дебели. Соленоидният проводник е изолиран с много фин слой лак, така че можете да правите много завои в бобината, като същевременно я държите относително малка и лека. Използвах 34 AWG - което е с диаметър около 0,15 мм
• Кабелни връзки или самозалепващи ленти
• Оп-усилвател с ниска мощност с едно захранване. Той трябва да може да работи при 3V. Използвах Microchip MCP601.
• 2 резистора (1M, 2K)
• 2K тример резистор
• Пиезо зумер 3 - 5 V
• Всеки основен npn транзистор (използвах 2N3904)
• Някой veroboard
• CR2032 (или всякаква 3V монетарна батерия)
• 2 малки мощни магнита
• 2 дебели ластици или някакъв компресионен материал (като компресионни чорапи)

Стъпка 1: Навийте бобината

Намотката трябва да бъде едно непрекъснато парче тел, така че за съжаление не може да бъде закачена и откачена като огърлица. Затова е важно диаметърът на бобината да е достатъчно голям, за да можете да го преместите над главата си. Навих моята около кръгла форма (кош за отпадъчна хартия) с диаметър около 23 см (9 инча). Колкото повече завои, толкова по -добре. Загубих броя колко съм направил, но като изпробвах електрическото съпротивление в края, мисля, че завърших с около 150 оборота.

Внимателно извадете бобината от първата и я закрепете с кабелни връзки или лента. Важно е да не скъсате нито един от деликатния проводник на соленоида, тъй като ще бъде почти невъзможно да се поправи. Когато закрепите бобината, намерете двата края на жицата и отстранете лака от последния сантиметър (последния половин инч) от всеки край. Направих това, като разтопих лака с поялник (вижте прикаченото видео).

Щракнете тук, за да видите видео за това как да свалите електромагнитния проводник

Тези краища могат да бъдат споени деликатно върху платката на детектора. За моя прототип запоявах краищата на малко парче отделен veroboard с гнездо за гнездо, за да мога да използвам експеримент и да използвам джъмперни кабели, за да го свържа към различни схеми.

Стъпка 2: Изградете веригата на детектора

Схемата и крайната верига са показани по -горе.

Използвам операционен усилвател в неинвертираща конфигурация, за да усиля много малкото напрежение, генерирано върху бобината. Печалбата на този усилвател е съотношението на съпротивленията на R1 и R2. Тя трябва да бъде достатъчно висока, за да открие магнита, когато се движи на около 10 см от ръба на бобината сравнително бавно (около 20-30 см/сек), но ако го направите твърде чувствителен, той може да стане нестабилен и зумерът ще звучи непрекъснато. Тъй като оптималният брой ще зависи от действителната бобина, която изграждате, и магнита, който използвате, препоръчвам ви да изградите веригата с променлив резистор, който може да бъде настроен на всяка стойност до 2K. В моя прототип открих, че стойност от приблизително 1,5K работи добре.

Тъй като бобината също ще улавя разсеяни радиовълни с различни честоти, включих кондензатор през R1. Това действа като нискочестотен филтър. При всякакви честоти, по -високи от няколко херца, реактивното съпротивление на този кондензатор е много по -малко от стойността на R1 и така усилването отпада.

Тъй като усилването е толкова високо, изходът на операционния усилвател наистина ще бъде само "включен" (3V) или "изключен" (0V). Първоначално, тъй като MCP601 може да извежда 20 mA, мислех, че може да може да управлява пиезо зумер директно (те изискват само няколко mA за работа). Открих обаче, че операционният усилвател се бори да го управлява директно, вероятно поради капацитета на зумера. Реших това, като захранвах изхода на изхода през резистор към npn транзистор, който действа като превключвател. R3 е избран, за да се увери, че транзисторът е напълно включен, когато изходът от Op усилвателя е 3V. За да се сведе до минимум консумацията на енергия, в идеалния случай това трябва да бъде възможно най -високо и да се гарантира, че транзисторът е включен. Избрах 5K, за да гарантирам, че тази схема трябва да работи с почти всеки популярен npn транзистор.

Последното нещо, от което се нуждаете, е батерия. Успях да стартирам прототипа си успешно с 3V монетарна батерия - но тя беше още по -чувствителна и ефективна при малко по -високо напрежение и затова, ако намерите малка литиево -полимерна батерия (3.7V), препоръчвам да я използвате.

Стъпка 3: Направете китки

Ако магнит се носи близо до всяка ръка, действието на повдигане на ръката към лицето ще задейства зумера. Реших да създам две ленти за китки с еластичен материал за поддържащи чорапи и ги използвах, за да държа два малки магнита на китката си. Можете също така да експериментирате с магнитен пръстен на един пръст на всяка ръка.

Индуцираният ток протича в една посока около бобината, когато магнитът влезе в областта на бобината и в обратна посока, когато напусне. Тъй като прототипната схема е умишлено проста, само една посока на тока ще задейства зумера. Така че ще бръмчи или когато ръката се приближи до огърлицата, или когато се отдалечи. Очевидно искаме да звучи по пътя към лицето и можем да променим полярността на генерирания ток, като обърнем магнита. Затова експериментирайте по какъв начин наоколо издава звука, когато ръката се приближи до лицето, и маркирайте магнита, така че да не забравяте да го носите по правилния начин.

Стъпка 4: Тествайте

Размерът на индуцирания ток е свързан с това колко бързо се променя магнитното поле близо до бобината. Така че е по -лесно да вземете бързи движения близо до намотката, отколкото бавни движения далеч от нея. С малко опити и грешки успях да го накарам да работи надеждно, когато преместих магнита със скорост около 30 см/сек (1 фута/сек) на разстояние 15 см (6 инча). Малко повече настройка би подобрила това с фактор два или три.

В момента всичко е малко грубо, тъй като прототипът използва компоненти "през отвори", но цялата електроника може лесно да се свие с помощта на компоненти за повърхностно монтиране, а ограничаващият размер би бил само батерията.