เครื่องตรวจจับการสั่นไหวของแสง: 3 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ฉันรู้สึกทึ่งกับความจริงที่ว่าอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาพร้อมกับเรา มันเป็นเพียงทุกที่ เมื่อเรากำลังพูดถึงแหล่งกำเนิดแสง (ไม่ใช่แหล่งกำเนิดแสงตามธรรมชาติอย่างดวงดาว) เราต้องคำนึงถึงพารามิเตอร์หลายประการ: ความสว่าง สี และในกรณีที่เป็นจอภาพ PC ที่เรากำลังพูดถึง คุณภาพของภาพ

การรับรู้ทางสายตาของแสงหรือความสว่างของแหล่งกำเนิดแสงอิเล็กทรอนิกส์สามารถควบคุมได้หลายวิธีเมื่อที่นิยมมากที่สุดคือผ่าน Pulse Width Modulation (PWM) - เพียงเปิดและปิดอุปกรณ์อย่างรวดเร็วเพื่อให้ชั่วครู่ดูเหมือน "มองไม่เห็น" สำหรับสายตามนุษย์ แต่อย่างที่เห็น สายตามนุษย์ไม่เหมาะกับการใช้งานในระยะยาว

เมื่อเรายกตัวอย่าง แล็ปท็อปแสดงและลดความสว่างลง - อาจดูมืดลง แต่มีการเปลี่ยนแปลงมากมายบนหน้าจอ - กะพริบ (ตัวอย่างเพิ่มเติมเกี่ยวกับเรื่องนี้สามารถพบได้ที่นี่)

ฉันได้รับแรงบันดาลใจอย่างมากจากไอเดียของวิดีโอ YouTube นี้ คำอธิบายและความเรียบง่ายของวิดีโอนั้นยอดเยี่ยมมาก การติดอุปกรณ์นอกชั้นวางอย่างง่าย มีความเป็นไปได้ที่จะสร้างอุปกรณ์ตรวจจับการกะพริบแบบพกพาโดยสิ้นเชิง

อุปกรณ์ที่เรากำลังจะสร้างคือเครื่องตรวจจับการกะพริบของแหล่งกำเนิดแสง โดยใช้แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขนาดเล็กเป็นแหล่งกำเนิดแสง และประกอบด้วยบล็อกต่อไปนี้:

1. แผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็ก
2. เครื่องขยายเสียงแบบบูรณาการ
3. วิทยากร
4. แจ็คสำหรับเชื่อมต่อหูฟังหากต้องการทดสอบด้วยความไวที่มากขึ้น
5. แบตเตอรี่ Li-Ion แบบชาร์จไฟได้เป็นแหล่งพลังงาน
6. ขั้วต่อ USB Type-C สำหรับเชื่อมต่อการชาร์จ
7. ไฟ LED แสดงสถานะ

เสบียง

ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์

• เครื่องขยายเสียงพลังเสียงในตัว
• ลำโพง 8 โอห์ม
• แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน 3.7V 850mAh
• แจ็คเสียง 3.5 มม.
• แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์ขนาดเล็ก Polycrystalline
• TP4056 - แท่นชาร์จ Li-Ion
• RGB LED (แพ็คเกจ TH)

• ตัวต้านทาน 2 x 330 โอห์ม (แพ็คเกจ TH)

ส่วนประกอบเครื่องกล

• ปุ่มโพเทนชิออมิเตอร์
• ตัวเครื่องพิมพ์ 3 มิติ (อาจใช้กล่องโปรเจ็กต์นอกชั้นวาง)
• สกรูเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 x 5 มม.

เครื่องมือ

• หัวแร้ง
• ปืนกาวร้อน
• ไขควงฟิลลิป
• ลวดแกนเดี่ยว
• เครื่องพิมพ์ 3 มิติ (อุปกรณ์เสริม)
• คีม
• แหนบ
• เครื่องตัด

ขั้นตอนที่ 1: ทฤษฎีการดำเนินงาน

ดังที่ได้กล่าวไว้ในบทนำ การกะพริบที่เกิดจาก PWM ตามวิกิพีเดีย สายตามนุษย์สามารถจับได้ถึง 12 เฟรมต่อวินาที หากอัตราเฟรมเกินจำนวนดังกล่าว จะถือเป็นการเคลื่อนไหวสำหรับการมองเห็นของมนุษย์ ดังนั้น หากสังเกตพบการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของวัตถุ เราจะเห็นความเข้มเฉลี่ยของวัตถุแทนลำดับของเฟรมที่แยกจากกัน มีแกนหลักของแนวคิดสำหรับ PWM ในวงจรควบคุมความสว่าง: เนื่องจากเราสามารถเห็นเฉพาะความเข้มเฉลี่ยของอัตราเฟรมที่สูงกว่า 12fps (อีกครั้งตามวิกิพีเดีย) เราจึงสามารถปรับความสว่าง (Duty Cycle) ของแหล่งกำเนิดแสงได้อย่างง่ายดาย การเปลี่ยนแปลงระยะเวลาเมื่อเปิดหรือปิดไฟ (เพิ่มเติมเกี่ยวกับ PWM) โดยที่ความถี่ของการเปลี่ยนจะคงที่และมากกว่า 12Hz มาก

โครงงานนี้อธิบายอุปกรณ์ที่ระดับเสียงและความถี่เป็นสัดส่วนกับเสียงกะพริบที่เกิดจาก PWM

แผงโพลีคริสตัลลีนขนาดเล็ก

วัตถุประสงค์หลักของอุปกรณ์เหล่านี้คือการแปลงพลังงานจากแหล่งกำเนิดแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าที่สามารถเก็บเกี่ยวได้ง่าย หนึ่งในคุณสมบัติหลักของแบตเตอรี่นี้ คือ หากแหล่งกำเนิดแสงไม่ให้ความเข้มคงที่และเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา แรงดันไฟขาออกของแผงนี้ก็จะเปลี่ยนไปเช่นเดียวกัน นั่นคือสิ่งที่เราจะตรวจพบ - การเปลี่ยนแปลงของความรุนแรงเมื่อเวลาผ่านไป

เครื่องขยายเสียง

เอาต์พุตที่ผลิตจากแผงโซลาร์เซลล์เป็นสัดส่วนกับระดับความเข้มเฉลี่ย (DC) โดยจะมีการเปลี่ยนแปลงความเข้มเพิ่มเติมเมื่อเวลาผ่านไป (AC) เราสนใจที่จะตรวจจับเฉพาะแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและวิธีที่ง่ายที่สุดในการบรรลุ - เชื่อมต่อระบบเสียง แอมพลิฟายเออร์เสียงที่ใช้ในการออกแบบนี้คือ PCB แบบจ่ายเดียว โดยมีตัวเก็บประจุแบบบล็อก DC ที่แต่ละด้าน ทั้งอินพุตและเอาต์พุต ดังนั้นเอาต์พุตแผงโซลาร์เซลล์จึงเชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่องขยายเสียง แอมป์ที่ใช้ในการออกแบบนี้มีโพเทนชิออมิเตอร์ที่มีสวิตช์เปิด/ปิดในตัวอยู่แล้ว ดังนั้นจึงสามารถควบคุมพลังงานและระดับเสียงของอุปกรณ์ได้อย่างสมบูรณ์

การจัดการแบตเตอรี่ Li-Ion

โครงการนี้เพิ่มวงจรเครื่องชาร์จแบตเตอรี่ Li-Ion TP4056 เพื่อให้อุปกรณ์พกพาและชาร์จใหม่ได้ ขั้วต่อ USB-C ทำหน้าที่เป็นอินพุตสำหรับเครื่องชาร์จ และแบตเตอรี่ที่ใช้คือ 850mAh, 3.7V ซึ่งเพียงพอสำหรับวัตถุประสงค์ที่เราต้องดำเนินการกับอุปกรณ์นี้ แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ทำหน้าที่เป็นแหล่งจ่ายไฟหลักสำหรับเครื่องขยายเสียง ดังนั้นสำหรับอุปกรณ์ทั้งหมด

ลำโพงเป็นเอาต์พุตระบบ

ลำโพงมีบทบาทสำคัญในอุปกรณ์ ฉันเลือกอันที่มีขนาดค่อนข้างเล็กโดยยึดติดกับตัวเครื่องอย่างแน่นหนา ดังนั้นฉันก็จะได้ยินความถี่ที่ต่ำลงเช่นกัน ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ความถี่และระดับเสียงของลำโพงสามารถกำหนดได้ดังนี้:

f(Speaker) = f(AC จากแผงโซลาร์เซลล์) [Hz]

P(Speaker) = K*I(ความเข้มสูงสุดของสัญญาณ AC จากแผงโซลาร์เซลล์) [W]

K - เป็นสัมประสิทธิ์ปริมาตร

แจ็คเสียง

แจ็ค 3.5 มม. ใช้ในกรณีที่เราต้องการเชื่อมต่อหูฟัง ในอุปกรณ์นี้ แจ็คมีพินการตรวจจับการเชื่อมต่อ ซึ่งตัดการเชื่อมต่อจากพินสัญญาณ เมื่อเสียบปลั๊กเสียง แจ็คได้รับการออกแบบในลักษณะนี้เพื่อให้เอาต์พุตไปยังเส้นทางเดียวในขณะนั้น - ลำโพงหรือหูฟัง

RGB LED

ที่นี่ไฟ LED ทำหน้าที่สองครั้ง - จะสว่างขึ้นเมื่ออุปกรณ์กำลังชาร์จหรือเปิดเครื่องอยู่

ขั้นตอนที่ 2: สิ่งที่แนบมา - การออกแบบและการพิมพ์

เครื่องพิมพ์ 3 มิติเป็นเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับกล่องและเคสที่ปรับแต่งได้ สิ่งที่แนบมาสำหรับโครงการนี้มีโครงสร้างพื้นฐานพร้อมคุณสมบัติทั่วไปบางประการ มาขยายความกันทีละขั้นตอน:

การจัดเตรียมและ FreeCAD

สิ่งที่แนบมาได้รับการออกแบบใน FreeCAD (ไฟล์โครงการสามารถดาวน์โหลดได้ที่ด้านล่างของขั้นตอนนี้) โดยที่ร่างกายของอุปกรณ์ถูกสร้างขึ้นก่อน และสร้างฝาครอบที่เป็นของแข็งเป็นส่วนที่แยกจากกันเมื่อเทียบกับร่างกาย หลังจากออกแบบอุปกรณ์แล้ว จำเป็นต้องส่งออกเป็นตัวเครื่องและฝาครอบแยกต่างหาก

แผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กติดตั้งอยู่บนฝาครอบโดยมีพื้นที่ขนาดคงที่ ซึ่งบริเวณที่ตัดออกใช้สำหรับสายไฟโดยเฉพาะ มีอินเทอร์เฟซผู้ใช้ทั้งสองด้าน: ช่องต่อ USB และ LED | แจ็ค | โพเทนชิออมิเตอร์ ลำโพงมีพื้นที่เฉพาะของตัวเอง ซึ่งเป็นรูต่างๆ ที่ด้านล่างของตัวเครื่อง แบตเตอรีอยู่ติดกับลำโพง มีที่สำหรับวางแต่ละส่วน ทำให้ไม่ต้องหงุดหงิดตอนประกอบเครื่องเลย

เครื่องหั่นและ Ultimaker Cura

เนื่องจากเรามีไฟล์ STL เราจึงสามารถดำเนินการแปลง G-Code ได้ มีหลายวิธีที่จะทำเช่นนั้น ฉันจะทิ้งพารามิเตอร์หลักสำหรับการพิมพ์ไว้ที่นี่:

• ซอฟต์แวร์: Ultimaker Cura 4.4
• ความสูงของชั้น: 0.18mm
• ความหนาของผนัง: 1.2mm
• จำนวนชั้นบน/ล่าง: 3
• เติม: 20%
• หัวฉีด: 0.4 มม., 215*C
• เตียง: แก้ว 60*C
• สนับสนุน: ใช่ 15%

ขั้นตอนที่ 3: การบัดกรีและการประกอบ

บัดกรี

ในขณะที่เครื่องพิมพ์ 3D กำลังยุ่งอยู่กับการพิมพ์กล่องหุ้มของเรา มาพูดถึงกระบวนการบัดกรีกันดีกว่า ดังที่คุณเห็นในแผนผัง มันถูกลดความซับซ้อนให้เหลือน้อยที่สุด - นั่นคือเหตุผลที่ว่าทุกส่วนที่เราจะประกอบเข้าด้วยกันเป็นบล็อกที่แยกจากกันอิสระ ลำดับคือ:

1. การบัดกรีขั้วแบตเตอรี่ Li-Ion ถึง TP4056 BAT+ และ BAT- Pins
2. การบัดกรี VO+ และ VO- ของ TP4056 เป็นขั้วต่อ VCC และ GND ของเครื่องขยายเสียง
3. การบัดกรีขั้ว "+" ของแผงโซลาร์เซลล์ขนาดเล็กถึง VIN (L หรือ R) ของเครื่องขยายเสียง และ "-" ที่กราวด์ของเครื่องขยายเสียง
4. การติด LED แบบ Bi-color หรือ RGB เข้ากับตัวต้านทาน 220R สองตัวพร้อมการแยกที่เหมาะสม
5. บัดกรีขั้วบวก LED ตัวแรกกับขั้วสวิตช์ของเครื่องขยายเสียง (ต้องทำการเชื่อมต่อที่ขั้วของสวิตช์) ขอแนะนำให้ตรวจสอบขั้วของสวิตช์ที่ด้านล่างของ PCB ที่เชื่อมต่อกับ VCC - อันที่ไม่ใช่ตัวเลือกของเรา
6. ขั้วบวก LED ตัวที่สองควรบัดกรีกับขั้วบวกของ LED SMD สองดวง - พวกมันมีการเชื่อมต่อขั้วบวกทั่วไป
7. บัดกรี LED แคโทดกับกราวด์ของเครื่องขยายเสียง
8. บัดกรีขั้วต่อลำโพงกับเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณได้เลือกช่องสัญญาณเดียวกันที่อินพุต LEFT หรือ RIGHT)
9. เพื่อบังคับให้ลำโพงปิดสถานะ ให้บัดกรีขั้วต่อแจ็คสเตอริโอ 3.5 มม. ที่ป้องกันกระแสไหลผ่านลำโพง
10. เพื่อให้หูฟังสร้างเสียงในแต่ละด้าน - L และ R ให้ย่อขั้วที่อธิบายไว้ในขั้นตอนก่อนหน้าเข้าด้วยกัน

การประกอบ

หลังจากพิมพ์กล่องหุ้มแล้ว แนะนำให้ประกอบทีละส่วนโดยคำนึงถึงความสูงของชิ้นส่วน:

1. ทำกรอบจากกาวร้อนตามขอบด้านในแล้วติดแผงโซลาร์เซลล์ไว้ตรงนั้น
2. ติดโพเทนชิออมิเตอร์ด้วยน็อตและแหวนรองที่ด้านตรงข้าม
3. ติดกาวลำโพงด้วยกาวร้อน
4. ติดกาวแบตเตอรี่ด้วยกาวร้อน
5. ติดแจ็ค 3.5 มม. ด้วยกาวร้อน
6. ติดกาวแบตเตอรี่ด้วย… กาวร้อน
7. ติดกาว TP4056 พร้อม USB ชี้ออกนอกบริเวณช่องเจาะเฉพาะด้วยกาวร้อน
8. การใส่ลูกบิดบนโพเทนชิออมิเตอร์
9. ฝาครอบและตัวเครื่องยึดด้วยสกรูสี่ตัว

การทดสอบ

อุปกรณ์ของเราได้รับการตั้งค่าและพร้อมใช้งานแล้ว! ในการตรวจสอบอุปกรณ์อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องค้นหาแหล่งกำเนิดแสงที่อาจให้ความเข้มอื่น ฉันแนะนำให้ใช้รีโมตคอนโทรล IR เพราะมันให้ความเข้มสลับกันซึ่งมีความถี่อยู่ในขอบเขตแบนด์วิดท์การได้ยินของมนุษย์ [20Hz:20KHz]

อย่าลืมทดสอบแหล่งกำเนิดแสงทั้งหมดที่บ้าน

ขอบคุณที่อ่าน!:)