Детектор на трептене на светлината: 3 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Винаги съм бил очарован от факта, че електрониката ни придружава. То е просто навсякъде. Когато говорим за източници на светлина (не за естествените като звездите), трябва да вземем предвид няколко параметъра: Яркост, цвят и, в случай че става въпрос за дисплея на компютъра, за който говорим, качеството на картината.

Визуалното възприемане на светлината или яркостта на електронния източник на светлина може да се контролира по различни начини, когато най -популярното е чрез модулация на широчината на импулса (PWM) - Просто включете и изключете устройството много бързо, така че преходните процеси да изглеждат "невидими" за човешкото око. Но, както изглежда, той не е твърде добър за човешките очи за продължителна употреба.

Когато вземем например дисплея на лаптоп и намалим яркостта му - може да изглежда по -тъмен, но на екрана се случват много промени - трептене. (Още примери за това можете да намерите тук)

Бях силно вдъхновен от идеята за този видеоклип в YouTube, обяснението и простотата на него са просто страхотни. Чрез свързване на прости устройства от рафта има потенциал за изграждане на напълно преносимо устройство за откриване на трептене.

Устройството, което предстои да изградим, е детектор на трептене на източник на светлина, използващ малка слънчева батерия като източник на светлина и се състои от следните блокове:

1. Малък слънчев панел
2. Вграден аудио усилвател
3. Говорителят
4. Жак за свързване на слушалки, ако искаме да тестваме с по -голяма чувствителност
5. Акумулаторна литиево-йонна батерия като източник на захранване
6. USB Type-C конектор за връзка за зареждане
7. LED индикатор за захранване

Консумативи

Електронни компоненти

• Вграден аудио усилвател
• 8 ома високоговорител
• 3.7V 850mAh литиево-йонна батерия
• 3,5 мм аудио жак
• Мини поликристална слънчева батерия
• TP4056 - Литиево -йонна табла за зареждане
• RGB LED (TH пакет)
• 2 x 330 ома резистори (TH пакет)

Механични компоненти

• Копче за потенциометър
• 3D-отпечатан корпус (по избор може да се използва кутия за проект извън рафта)
• Винтове с диаметър 4 x 5 мм

Инструменти

• Поялник
• Пистолет за горещо лепило
• Филипс отвертка
• Едножилен проводник
• 3D принтер (по избор)
• Клещи
• Пинсети
• Фреза

Стъпка 1: Теория на операцията

Както беше споменато във въведението, трептенето, причинено от ШИМ. Според wikipedia човешкото око може да улови до 12 кадъра в секунда. Ако честотата на кадрите надвишава това число, това се счита за движение за човешкото зрение. Следователно, ако се наблюдава бърза промяна на обекта, ние виждаме неговата средна интензивност вместо последователност от разделени кадри. Същността на идеята за ШИМ е в схемите за контрол на яркостта: Тъй като можем да видим само средна интензивност с по -висока честота на кадрите от 12 кадъра в секунда (отново, според wikipedia), можем лесно да регулираме яркостта (дълъг цикъл) на източника на светлина чрез захранване чрез промяна на периоди от време, когато светлината е включена или изключена (Още за ШИМ), където честотата на превключване е постоянна и е много по -голяма от 12Hz.

Този проект описва устройство, чийто обем и честота на звука са пропорционални на трептящия шум, причинен от ШИМ.

Мини поликристален панел

Основната цел на тези устройства е да трансформират мощността, получена от източника на светлина, в електрическа, която може лесно да бъде събрана. Едно от ключовите свойства на тази батерия е, че ако източникът на светлина не осигурява стабилен постоянен интензитет и се променя с течение на времето, същите промени ще се появят и на изходното напрежение на този панел. И така, това ще открием - промените в интензитета с течение на времето

Аудио усилвател

Изходът, който се произвежда от слънчевия панел, е пропорционален на средното ниво на интензивност (DC) с допълнителни промени в интензитета във времето (AC). Ние се интересуваме от откриване само на променливо напрежение, а най -лесният начин да го постигнем - свързване на аудио система. Аудиоусилвателят, използван в този дизайн, е печатна платка с едно захранване, с DC-блокиращи кондензатори от всяка страна, както входни, така и изходни. И така, изходът на слънчевия панел е свързан директно към аудио усилвател. Усилвателят, използван в този дизайн, вече има потенциометър с вграден ключ за включване/изключване, като по този начин има пълен контрол върху мощността на устройството и силата на звука на високоговорителя.

Управление на литиево-йонна батерия

Към този проект е добавена верига за зарядно устройство за литиево-йонни батерии TP4056, за да се направи устройството преносимо и презареждащо се. USB-C конекторът действа като вход за зарядно устройство, а използваната батерия е 850mAh, 3.7V, което е достатъчно за целите, които трябва да преследваме с това устройство. Напрежението на батерията действа като основно захранване за аудио усилвателя, следователно за цялото устройство.

Високоговорителят като изход на системата

Високоговорителят играе основна роля в устройството. Избрах сравнително малък по размер, с твърда привързаност към корпуса, така че бих чул и по-ниски честоти. Както бе споменато по -рано, честотата и силата на звука на високоговорителя могат да бъдат определени както следва:

f (високоговорител) = f (AC от слънчевия панел) [Hz]

P (високоговорител) = K*I (пик на интензитет на AC сигнал от слънчевия панел) [W]

K - Коефициент на обем

Аудио жак

3.5 мм жак се използва в случай, че искаме да свържем слушалки. В това устройство жакът има щифт за откриване на свързване, който е изключен от сигналния щифт, когато е включен аудио щепсел. Той е проектиран по този начин да осигурява изход към един път по време - високоговорител ИЛИ слушалки.

RGB LED

Тук светодиодът е в двоен режим - светва, когато устройството се зарежда или устройството е включено.

Стъпка 2: Корпус - Дизайн и печат

3D принтерът е чудесен инструмент за персонализирани кутии и калъфи. Приложението за този проект има много основна структура с някои общи характеристики. Нека го разширим стъпка по стъпка:

Подготовка и FreeCAD

Корпусът е проектиран във FreeCAD (Файлът на проекта е достъпен за изтегляне в долната част на тази стъпка), където корпусът на устройството е конструиран първо, а плътен капак е конструиран като отделна част спрямо тялото. След като устройството е проектирано, е необходимо да го експортирате като отделен корпус и капак.

Мини соларният панел е монтиран на капака с фиксиран размер, където изрязаната област е предназначена за проводници. Наличен потребителски интерфейс от двете страни: USB изрез и LED | Жак | Отвори за потенциометър. Високоговорителят има своя собствена специална зона, която представлява множество дупки в долната част на тялото. Батерията е в непосредствена близост до високоговорителя, има място за всяка една от частите, така че няма да се налага да се разочароваме, докато сглобяваме устройството изцяло.

Нарязване и Ultimaker Cura

Тъй като имаме STL файлове, можем да преминем към процеса на преобразуване на G-Code. Има много методи за това, просто ще оставя тук основните параметри за печат:

• Софтуер: Ultimaker Cura 4.4
• Височина на слоя: 0,18 мм
• Дебелина на стената: 1,2 мм
• Брой на горния/долния слой: 3
• Запълване: 20%
• Дюза: 0,4 мм, 215*C
• Легло: стъкло, 60*C
• Поддръжка: Да, 15%

Стъпка 3: Запояване и сглобяване

Запояване

Докато 3D принтерът е зает с отпечатването на нашия корпус, нека покрием процеса на запояване. Както можете да видите в схемите, той е опростен до минимум - това е причината, поради която всички части, които ще прикачим изцяло, са достъпни като независими интегрирани блокове. Е, последователността е следната:

1. Запояване на клемите на литиево-йонна батерия към TP4056 BAT+ и BAT-щифтове
2. Запояване VO+ и VO- на TP4056 към клеми VCC и GND на аудио усилвател
3. Запояване на "+" терминал на малък слънчев панел към VIN (L или R) на аудио усилвател и "-" към земята на аудио усилвателя
4. Прикрепване на двуцветен или RGB LED към два 220R резистора с подходяща изолация
5. Запояване на първия LED анод към превключвателя на аудио усилвателя (Връзката трябва да се извърши на терминала на превключвателя). Силно се препоръчва да проверите кой терминал на превключвателя от долната страна на печатната платка е свързан към VCC - Този, който не е, е нашата опция
6. Вторият LED анод трябва да бъде запоен към анод на два SMD светодиода - те имат обща анодна връзка
7. Запояване на LED катоди към заземяването на аудио усилвателя
8. Припоявайте клемите на високоговорителите към изхода на аудио усилвателя (Уверете се, че сте избрали същия канал на входа, НАЛЯВО или НАДЯСНО)
9. За да принудите високоговорителя да се изключи, запойте 3,5 мм стерео жак терминали, които предотвратяват протичането на тока през високоговорителя.
10. За да накарате слушалките да издават звук от всяка страна - L и R, съкратете заедно клемите, описани в предишната стъпка.

Монтаж

След отпечатване на корпуса се препоръчва да се сглобяват частично по отношение на височината на частта:

1. Изработка на рамка от горещо лепило според вътрешния периметър на капака и поставяне на слънчев панел там
2. Поставяне на потенциометър с гайка и шайба от противоположната страна
3. Лепене на високоговорител с горещо лепило
4. Лепене на батерия с горещо лепило
5. Лепене на 3,5 мм жак с горещо лепило
6. Лепене на батерията с… горещо лепило
7. Лепене на TP4056 с USB насочен извън специалния му участък с горещо лепило
8. Поставяне на копче на потенциометър
9. Закрепване на капака и корпуса с четири винта

Тестване

Нашето устройство е настроено и готово за работа! За да проверите устройството правилно, трябва да намерите източник на светлина, който може да осигури променлив интензитет. Препоръчвам да използвате IR дистанционно управление, тъй като осигурява променлив интензитет, чиято честота се намира в областта на честотната лента на човешкия слух [20Hz: 20KHz].

Не забравяйте да тествате всичките си източници на светлина у дома.

Благодаря за четенето!:)