3-осен сензор за магнитно поле: 10 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

Безжичните системи за пренос на енергия са на път да заменят конвенционалното кабелно зареждане. От малки биомедицински импланти до безжично презареждане на огромни електрически превозни средства. Неразделна част от изследването на безжичното захранване е минимизирането на плътността на магнитното поле. Международната комисия за защита от нейонизиращи лъчения (ICNIRP) предоставя научни съвети и насоки относно въздействието на нейонизиращата радиация върху здравето и околната среда (NIR) за защита на хората и околната среда от вредното излагане на NIR. NIR се отнася до електромагнитно излъчване като ултравиолетово, светлинно, инфрачервено и радиовълни и механични вълни като инфра- и ултразвук. Системите за безжично зареждане произвеждат променливи магнитни полета, които могат да бъдат вредни за хората и животните, намиращи се в околността. За да можете да откриете тези полета и да ги сведете до минимум в реална тестова настройка, е необходимо устройство за измерване на магнитно поле като Aaronia SPECTRAN NF-5035 Спектрален анализатор. Тези устройства обикновено струват над 2000 долара и са обемисти и може да не успеят да достигнат тесни пространства, където полето трябва да бъде измерено. Освен това тези устройства обикновено имат повече функции, отколкото са необходими за просто измерване на полето в безжични системи за пренос на енергия. Следователно разработването на по -малка, по -евтина версия на измервателните уреди на полето би имало голяма стойност.

Настоящият проект включва проектиране на печатна платка за откриване на магнитно поле, както и проектиране на допълнително устройство, което може да обработва стойностите на засеченото магнитно поле и да ги показва на OLED или LCD дисплей.

Стъпка 1: Изисквания

Устройството има следните изисквания:

1. Измерете променливите магнитни полета в диапазона 10 - 300 kHz
2. Измервайте точно полетата до 50 uT (Границата на безопасност, зададена от ICNIRP е 27 uT)
3. Измерете полетата и в трите оси и получете резултата, за да намерите действителното поле в дадена точка
4. Покажете магнитното поле на ръчен измервателен уред
5. Показва предупредителен индикатор, когато полето надвишава стандартите, определени от ICNIRP
6. Включете работата на батерията, така че устройството да е наистина преносимо

Стъпка 2: Общ преглед на системата

Стъпка 3: Избор на компоненти

Тази стъпка е може би най -продължителната стъпка, изискваща значително търпение, за да изберете правилните компоненти за този проект. Както при повечето други проекти за електроника, изборът на компоненти изисква внимателно проучване на техническите листове, за да се увери, че всички компоненти са съвместими помежду си и работят в желания диапазон от всички работни параметри - в този конкретен случай, магнитни полета, честоти, напрежения и т.н.

Основните компоненти, избрани за печатната платка на сензора за магнитно поле, са налични в приложения Excel лист. Компонентите, използвани за ръчното устройство, са както следва:

1. Микроконтролер Tiva C TM4C123GXL
2. SunFounder I2C сериен 20x4 LCD дисплей
3. Cyclewet 3.3V-5V 4-канален преобразувател на логическо ниво двупосочен модул за превключване
4. Превключвател с бутон
5. 2 позиционен превключвател
6. 18650 литиево-йонна 3.7V клетка
7. Зарядно устройство Adafruit PowerBoost 500
8. Печатни платки (SparkFun може да се захваща)
9. Стойности
10. Свързващи проводници
11. Игли за заглавки

Необходимото оборудване за този проект е както следва:

1. Запояващо устройство и малко спойка тел
2. Пробивна машина
3. Резачка за тел

Стъпка 4: Дизайн и симулация на вериги

Стъпка 5: Проектиране на печатни платки

След като работата на веригата се провери в LTSpice, се проектира печатна платка. Медните самолети са проектирани така, че да не пречат на работата на сензорите за магнитно поле. Осветеният сив регион в диаграмата на печатната платка показва медните равнини на печатната платка. Вдясно е показан и 3D изглед на проектираната платка.

Стъпка 6: Настройка на микроконтролера

Микроконтролерът, избран за този проект, е Tiva C TM4C123GXL. Кодът е написан в Energia, за да се използват съществуващите LCD библиотеки за семейството на микроконтролерите Arduino. Следователно кодът, разработен за този проект, може да се използва и с микроконтролер Arduino вместо с Tiva C (при условие, че използвате правилните назначения на щифтове и съответно модифицирате кода).

Стъпка 7: Привеждане на дисплея в действие

Дисплеят и микроконтролерът са свързани чрез I2C комуникация, която изисква само два проводника, различни от захранването a +5V и земята. Кодните фрагменти на LCD, достъпни за семейството на микроконтролерите Arduino (библиотеки LiquidCrystal), са пренесени и използвани в Energia. Кодът е даден в прикачения файл LCDTest1.ino.

Някои полезни съвети за дисплея могат да бъдат намерени в следния видеоклип:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Стъпка 8: 3D печат

Кутия за преносимо устройство е проектирана, както е показано на изображението по -горе. Кутията помага да се поддържат платките на място, а проводниците да не се нарушават. Кутията е проектирана да има два изреза за преминаване на проводниците, един изрез за светодиодите на индикатора на батерията и един по един за превключвателя и превключвателя с бутон. Необходимите файлове са прикачени.

Стъпка 9: Свързване на всички компоненти

Измерете размерите на всички налични компоненти и ги изложете с помощта на графичен инструмент като Microsoft Visio. След като планирате оформлението на всички компоненти, е добра идея да опитате да ги поставите на техните позиции, за да усетите крайния продукт. Препоръчва се връзките да се тестват след добавяне на всеки нов компонент към устройството. Преглед на процеса на свързване е показан на горните изображения. 3D отпечатаната кутия придава чист вид на устройството и също така защитава електрониката вътре.

Стъпка 10: Тестване на устройства и демонстрация

Вграденото видео показва работата на устройството. Превключвателят включва устройството и бутонът може да се използва за разбъркване през двата режима на показване.