Face Touch Alarm: 4 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

การแตะใบหน้าเป็นหนึ่งในวิธีทั่วไปที่เราแพร่เชื้อให้กับตัวเอง เช่น โควิด-19 การศึกษาเชิงวิชาการในปี 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) พบว่าเราสัมผัสใบหน้าโดยเฉลี่ย 23 ครั้งต่อชั่วโมง ฉันตัดสินใจออกแบบอุปกรณ์ราคาถูกและใช้พลังงานต่ำซึ่งจะแจ้งเตือนคุณทุกครั้งที่คุณกำลังจะสัมผัสใบหน้า ต้นแบบคร่าวๆ นี้สามารถขัดเกลาได้ง่ายมาก และแม้ว่าคุณจะไม่ต้องการสวมใส่ตลอดทั้งวัน แต่ก็อาจเป็นวิธีที่ดีในการฝึกให้คุณลดการสัมผัสกับใบหน้า และลดการแพร่กระจายของไวรัส

รูปแบบการตรวจจับการเคลื่อนไหวส่วนใหญ่ใช้มาตรความเร่งหรือการประมวลผลภาพ สิ่งเหล่านี้มีราคาค่อนข้างแพง ต้องการพลังงานอย่างต่อเนื่องและด้วยเหตุนี้จึงมีแบตเตอรี่ที่ค่อนข้างใหญ่ ฉันต้องการสร้างอุปกรณ์ที่กินไฟเฉพาะเมื่อมีพฤติกรรมกระตุ้น และสามารถทำได้เองที่บ้านด้วยราคาไม่ถึง 10 เหรียญ

อุปกรณ์มีสามส่วน สร้อยคอและแถบยางยืดเล็กๆ สองเส้นบนข้อมือแต่ละข้าง ใช้หลักการที่ว่าแม่เหล็กเคลื่อนที่ใกล้กับขดลวดจะสร้างกระแสไฟฟ้าในเส้นลวด เมื่อมือเคลื่อนเข้าหาใบหน้า แม่เหล็กที่ข้อมือจะสร้างแรงดันไฟฟ้าเล็กๆ ข้ามขดลวด มีการขยายสัญญาณและหากสูงกว่าเกณฑ์ที่กำหนด จะเปิดเสียงกริ่งขนาดเล็ก

เสบียง

• สายโซลินอยด์ 100 - 200 เมตร ลวดส่วนใหญ่หนาเกินไป ลวดโซลินอยด์ถูกหุ้มฉนวนด้วยสารเคลือบเงาที่ละเอียดมาก คุณจึงสามารถหมุนขดลวดได้จำนวนมากในขณะที่ยังคงรักษาขนาดที่ค่อนข้างเล็กและเบา ฉันใช้ 34 AWG ซึ่งมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.15 มม.
• เคเบิ้ลไทร์หรือเทปเซลโลเทป
• op-amp ที่จ่ายไฟต่ำเพียงตัวเดียว ต้องสามารถทำงานที่ 3V ได้ ฉันใช้ไมโครชิป MCP601
• ตัวต้านทาน 2 ตัว (1M, 2K)
• ตัวต้านทานทริมเมอร์ 2K
• A 3 - 5 V piezo buzzer
• ทรานซิสเตอร์ npn พื้นฐานใดๆ (ฉันใช้ 2N3904)
• veroboard บ้าง
• CR2032 (หรือแบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญ 3V)
• แม่เหล็กทรงพลังขนาดเล็ก 2 อัน
• แถบยางหนา 2 เส้นหรือวัสดุรองรับการบีบอัด (เช่นถุงเท้าบีบอัด)

ขั้นตอนที่ 1: ม้วนคอยล์

ขดลวดจะต้องเป็นเส้นลวดที่ต่อเนื่องกันเป็นเส้นเดียว โชคไม่ดีที่มันไม่สามารถขอเกี่ยวและปลดได้เหมือนสร้อยคอ ดังนั้นจึงเป็นสิ่งสำคัญที่เส้นผ่านศูนย์กลางของคอยล์จะต้องใหญ่พอที่คุณจะสามารถวางเหนือศีรษะได้ ฉันพันของฉันรอบ ๆ อดีตวงกลม (ตะกร้ากระดาษเสีย) ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 23 ซม. (9 นิ้ว) ยิ่งเลี้ยวยิ่งดี ฉันสูญเสียการนับจำนวนที่ฉันทำไป แต่ด้วยการทดสอบความต้านทานไฟฟ้าในตอนท้าย ฉันคิดว่าฉันทำได้ประมาณ 150 รอบ

ค่อยๆ ดึงขดลวดจากอันเก่าออก แล้วยึดขดลวดด้วยสายรัดหรือเทปพันสายไฟ สิ่งสำคัญคือต้องไม่ทำลายลวดโซลินอยด์ที่ละเอียดอ่อนใดๆ เนื่องจากแทบจะเป็นไปไม่ได้ที่จะซ่อมแซม เมื่อคุณยึดขดลวดแล้ว ให้หาปลายทั้งสองของลวด แล้วเอาน้ำยาวานิชออกจากปลายแต่ละด้าน ซม. (ครึ่งนิ้วสุดท้าย) ฉันทำสิ่งนี้โดยการละลายวานิชด้วยหัวแร้ง (ดูในวิดีโอที่แนบมา)

คลิกที่นี่เพื่อดูวิดีโอเกี่ยวกับวิธีการดึงลวดโซลินอยด์

ปลายเหล่านี้สามารถบัดกรีอย่างประณีตบนแผงวงจรเครื่องตรวจจับของคุณ สำหรับต้นแบบของฉัน ฉันบัดกรีปลายบน veroboard ชิ้นเล็กๆ แยกจากกันด้วยส่วนหัวของซ็อกเก็ต เพื่อที่ฉันจะได้ใช้การทดลองและใช้สายจัมเปอร์เพื่อเชื่อมต่อกับการออกแบบวงจรต่างๆ

ขั้นตอนที่ 2: สร้างวงจรตัวตรวจจับ

แผนผังและวงจรสุดท้ายแสดงไว้ด้านบน

ฉันใช้ op amp ในการกำหนดค่าที่ไม่กลับด้านเพื่อขยายแรงดันไฟฟ้าขนาดเล็กมากที่สร้างขึ้นทั่วทั้งคอยล์ อัตราขยายของแอมพลิฟายเออร์นี้คืออัตราส่วนความต้านทานของ R1 และ R2 ต้องสูงพอที่จะตรวจจับแม่เหล็กได้เมื่อเคลื่อนที่จากขอบขดลวดประมาณ 10 ซม. ค่อนข้างช้า (ประมาณ 20-30 ซม./วินาที) แต่ถ้าคุณทำให้มันไวเกินไป มันจะไม่เสถียรและเสียงกริ่งจะดังขึ้นอย่างต่อเนื่อง. เนื่องจากจำนวนที่เหมาะสมที่สุดจะขึ้นอยู่กับคอยล์จริงที่คุณสร้างและแม่เหล็กที่คุณใช้ เราขอแนะนำให้คุณสร้างวงจรด้วยตัวต้านทานแบบปรับค่าได้ ซึ่งสามารถตั้งค่าได้ถึง 2K ในต้นแบบของฉัน ฉันพบว่าค่าประมาณ 1.5K ทำงานได้ดี

เนื่องจากขดลวดจะรับคลื่นวิทยุเร่ร่อนของความถี่ต่างๆ ฉันจึงรวมตัวเก็บประจุไว้ใน R1 ทำหน้าที่เหมือนฟิลเตอร์กรองความถี่ต่ำ ที่ความถี่ใด ๆ ที่สูงกว่าสองสามเฮิรตซ์ ค่ารีแอกแตนซ์ของตัวเก็บประจุนี้จะน้อยกว่าค่าของ R1 มาก ดังนั้นแอมพลิฟายเออร์จึงลดลง

เนื่องจากเกนมีสูงมาก เอาต์พุตของ op amp จึงเป็น "เปิด" (3V) หรือ "ปิด" (0V) เท่านั้น ตอนแรกตั้งแต่ MCP601 สามารถส่งออก 20mA ฉันคิดว่ามันอาจจะขับ Piezo Buzzer ได้โดยตรง (สิ่งเหล่านี้ต้องการเพียงไม่กี่ mA ในการทำงาน) อย่างไรก็ตาม ฉันพบว่า op amp พยายามขับมันโดยตรง อาจเป็นเพราะความจุของออด ฉันแก้ไขปัญหานี้โดยป้อนเอาต์พุตของเอาต์พุตผ่านตัวต้านทานไปยังทรานซิสเตอร์ npn ซึ่งทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ R3 ถูกเลือกเพื่อให้แน่ใจว่าทรานซิสเตอร์เปิดเต็มที่เมื่อเอาท์พุตจาก Op amp เป็น 3V เพื่อลดการใช้พลังงานให้เหลือน้อยที่สุด ควรให้สูงที่สุดเท่าที่จะทำได้ และยังคงต้องแน่ใจว่าทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ ฉันได้เลือก 5K เพื่อให้แน่ใจว่าวงจรนี้ควรทำงานกับทรานซิสเตอร์ npn ยอดนิยมเกือบทุกชนิด

สิ่งสุดท้ายที่คุณต้องการคือแบตเตอรี่ ฉันสามารถใช้ต้นแบบของฉันได้สำเร็จด้วยแบตเตอรี่เซลล์แบบเหรียญ 3V - แต่มันไวกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าเล็กน้อย ดังนั้นหากคุณพบแบตเตอรี่ Li-Poly ขนาดเล็ก (3.7V) ฉันขอแนะนำให้ใช้

ขั้นตอนที่ 3: ทำสายรัดข้อมือ

หากใส่แม่เหล็กไว้ใกล้มือแต่ละข้าง การยกมือไปทางใบหน้าจะส่งเสียงกริ่ง ฉันตัดสินใจสร้างสายรัดข้อมือสองเส้นด้วยวัสดุถุงเท้าแบบยืดหยุ่น และใช้สิ่งเหล่านี้เพื่อเก็บแม่เหล็กขนาดเล็กสองตัวไว้ที่ข้อมือของฉัน คุณสามารถทดลองกับแหวนแม่เหล็กบนนิ้วเดียวของแต่ละมือ

กระแสเหนี่ยวนำจะไหลในทิศทางเดียวรอบขดลวดเมื่อแม่เหล็กเข้าสู่บริเวณของขดลวดและในทิศทางตรงกันข้ามเมื่อออกจากขดลวด เนื่องจากวงจรต้นแบบเป็นแบบจงใจง่าย กระแสเพียงทิศทางเดียวจะเรียกเสียงกริ่ง ดังนั้นมันจะส่งเสียงหวีดทั้งเมื่อมือเข้าใกล้สร้อยคอหรือเมื่อเคลื่อนออกไป เห็นได้ชัดว่าเราต้องการให้มันส่งเสียงกริ่งระหว่างทางไปที่ใบหน้า และเราสามารถเปลี่ยนขั้วของกระแสที่สร้างขึ้นได้โดยการพลิกแม่เหล็ก ดังนั้น ทดลองด้วยว่าต้องทำอย่างไรจึงจะส่งเสียงกริ่งเมื่อมือเข้าใกล้ใบหน้าและทำเครื่องหมายที่แม่เหล็ก เพื่อที่คุณจะได้ไม่ลืมที่จะสวมใส่มันอย่างถูกวิธี

ขั้นตอนที่ 4: ทดสอบ

ขนาดของกระแสเหนี่ยวนำสัมพันธ์กับความเร็วของสนามแม่เหล็กที่เปลี่ยนแปลงใกล้กับขดลวด การเคลื่อนไหวเร็วใกล้ขดลวดจึงง่ายกว่าการเคลื่อนไหวช้าที่อยู่ไกลจากขดลวด ด้วยการลองผิดลองถูกเล็กน้อย ฉันจึงทำให้มันทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือเมื่อฉันขยับแม่เหล็กที่ความเร็วประมาณ 30 ซม./วินาที (1 ฟุต/วินาที) ที่ระยะห่าง 15 ซม. (6 นิ้ว) การปรับแต่งอีกเล็กน้อยจะช่วยปรับปรุงสิ่งนี้ได้สองสามเท่า

ขณะนี้ทุกอย่างค่อนข้างหยาบเนื่องจากต้นแบบใช้ส่วนประกอบ "ทะลุผ่าน" แต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดสามารถหดตัวได้ง่ายโดยใช้ส่วนประกอบยึดพื้นผิวและขนาดที่ จำกัด ก็เป็นเพียงแบตเตอรี่