แว่นตาฝึกบดเคี้ยวสลับแรงดันสูง [ATtiny13]: 5 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ในการสอนครั้งแรกของฉัน ฉันได้อธิบายวิธีสร้างอุปกรณ์ที่น่าจะเป็นประโยชน์กับคนที่ต้องการรักษาภาวะสายตาสั้น (Lazy eye) การออกแบบนั้นเรียบง่ายมากและมีข้อเสียอยู่บ้าง (ต้องใช้แบตเตอรี่สองก้อนและแผงคริสตัลเหลวถูกขับเคลื่อนด้วยแรงดันไฟฟ้าต่ำ) ฉันตัดสินใจปรับปรุงการออกแบบโดยเพิ่มตัวคูณแรงดันไฟฟ้าและทรานซิสเตอร์สวิตชิ่งภายนอก ความซับซ้อนที่สูงขึ้นจำเป็นต้องใช้ส่วนประกอบ SMD

ขั้นตอนที่ 1: ข้อจำกัดความรับผิดชอบ

การใช้อุปกรณ์ดังกล่าวอาจทำให้เกิดอาการชักจากลมบ้าหมูหรือผลกระทบอื่นๆ ต่อผู้ใช้อุปกรณ์ส่วนน้อย การสร้างอุปกรณ์ดังกล่าวต้องใช้เครื่องมือที่มีอันตรายปานกลางและอาจก่อให้เกิดอันตรายหรือความเสียหายต่อทรัพย์สินได้ คุณสร้างและใช้อุปกรณ์ที่อธิบายไว้โดยยอมรับความเสี่ยงเอง

ขั้นตอนที่ 2: ชิ้นส่วนและเครื่องมือ

ชิ้นส่วนและวัสดุ:

แว่นตาสามมิติแบบแอคทีฟชัตเตอร์

ATTINY13A-SSU

สวิตช์ปุ่มกดแบบล็อคเปิด-ปิด 18x12 มม. (สิ่งนี้ สวิตช์ที่ฉันใช้มีสายตรงและแคบกว่า)

2x SMD 6x6mm ปุ่มสวิทช์สัมผัส

2x 10 uF 16V เคส A 1206 ตัวเก็บประจุแทนทาลัม

ตัวเก็บประจุ 100 nF 0805

3x330 nF 0805 ตัวเก็บประจุ

4x SS14 DO-214AC(SMA) ไดโอด schottky

ตัวต้านทาน 10k 0805

ตัวต้านทาน 15k 1206

ตัวต้านทาน 22k 1206

ตัวต้านทาน 9x 27ohm 0805

ตัวต้านทาน 3x 100k 1206

6x BSS138 SOT-23 ทรานซิสเตอร์

3x BSS84 SOT-23 ทรานซิสเตอร์

แผ่นทองแดงหุ้ม 61x44 มม

ลวดไม่กี่ชิ้น

แบตเตอรี่ 3V (CR2025 หรือ CR2032)

เทปฉนวน

สก๊อตเทป

เครื่องมือ:

เครื่องตัดแนวทแยง

คีม

ไขควงปากแบน

ไขควงปากแฉกขนาดเล็ก

แหนบ

มีดยูทิลิตี้

เลื่อยหรือเครื่องมืออื่นๆ ที่สามารถตัด PCB

ดอกสว่าน 0.8 มม

แท่นเจาะหรือเครื่องมือโรตารี่

โซเดียมเพอร์ซัลเฟต

ภาชนะพลาสติกและเครื่องมือพลาสติกที่สามารถนำ PCB ออกจากสารละลายกัดเซาะได้

สถานีบัดกรี

ประสาน

อลูมิเนียมฟอยล์

โปรแกรมเมอร์ AVR (โปรแกรมเมอร์แบบสแตนด์อโลนเช่น USBasp หรือคุณสามารถใช้ ArduinoISP)

เลเซอร์ปริ้นเตอร์

กระดาษมัน

เตารีดผ้า

กระดาษทรายแห้ง/เปียก 1000 เม็ด

ครีมทำความสะอาด

ตัวทำละลาย (เช่น อะซิโตนหรือแอลกอฮอล์ถู)

ผู้ผลิตถาวร

ขั้นตอนที่ 3: การสร้าง PCB โดยใช้ Toner Transfer Method

คุณต้องพิมพ์ภาพสะท้อนของ F. Cu (ด้านหน้า) บนกระดาษมันโดยใช้เครื่องพิมพ์เลเซอร์ ขนาดภายนอกของภาพที่พิมพ์ควรเป็น 60.96x43.434 มม. (หรือใกล้เคียงที่สุดเท่าที่จะทำได้) ฉันเคยใช้บอร์ดหุ้มทองแดงด้านเดียวและทำการเชื่อมต่ออีกด้านหนึ่งด้วยสายไฟเส้นเล็ก ดังนั้นฉันจึงไม่ต้องกังวลกับการจัดตำแหน่งทองแดงสองชั้น คุณสามารถใช้ PCB แบบสองด้านได้หากต้องการ แต่คำแนะนำถัดไปจะใช้สำหรับ PCB ด้านเดียวเท่านั้น

ตัด PCB ตามขนาดของภาพที่พิมพ์ คุณสามารถเพิ่ม PCB แต่ละด้านได้ไม่กี่มิลลิเมตรหากต้องการ (ตรวจสอบให้แน่ใจว่า PCB จะพอดีกับแว่นตาของคุณ) ถัดไป คุณจะต้องทำความสะอาดชั้นทองแดงโดยใช้กระดาษทรายละเอียดเปียก จากนั้นเอากระดาษทรายที่ทิ้งคราบด้วยครีมทำความสะอาดออก (คุณสามารถใช้น้ำยาล้างจานหรือสบู่ก็ได้) จากนั้นทำความสะอาดด้วยตัวทำละลาย หลังจากนั้นคุณควรระวังอย่าให้นิ้วแตะทองแดง

วางภาพที่พิมพ์แล้วบน PCB แล้วจัดตำแหน่งให้เข้ากับบอร์ด จากนั้นวาง PCB บนพื้นผิวเรียบแล้วปิดด้วยเตารีดที่อุณหภูมิสูงสุด หลังจากนั้นไม่นาน กระดาษก็ควรจะติดกับ PCB กดเตารีดกับ PCB และกระดาษในบางครั้ง คุณอาจเปลี่ยนตำแหน่งเตารีดได้ รออย่างน้อยสองสามนาที จนกว่ากระดาษจะเปลี่ยนเป็นสีเหลือง จากนั้นนำกระดาษ PCB จุ่มน้ำ (คุณสามารถเพิ่มครีมทำความสะอาดหรือน้ำยาล้างจาน) เป็นเวลา 20 นาที ถัดไป ถูกระดาษจาก PCB หากมีจุดที่ผงหมึกไม่ติดทองแดง ให้ใช้เครื่องหมายถาวรเพื่อเปลี่ยนผงหมึก

ผสมน้ำจืดกับโซเดียมเปอร์ซัลเฟตแล้วใส่ PCB ลงในสารละลายกัดเซาะ พยายามเก็บสารละลายไว้ที่อุณหภูมิ 40°C คุณสามารถวางภาชนะพลาสติกไว้บนหม้อน้ำหรือแหล่งความร้อนอื่นๆ ผสมสารละลายในภาชนะเป็นครั้งคราว รอให้ทองแดงที่ไม่ได้เคลือบละลายจนหมด เมื่อเสร็จแล้วให้เอา PCB ออกจากสารละลายแล้วล้างออกด้วยน้ำ นำผงหมึกออกด้วยอะซิโตนหรือกระดาษทราย

เจาะรูใน PCB ฉันใช้สกรูเป็นตัวเจาะตรงกลางเพื่อทำเครื่องหมายจุดกึ่งกลางของรูก่อนเจาะ

ขั้นตอนที่ 4: การบัดกรีและการเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์

ปิดรางทองแดงในการบัดกรี หากมีรอยร้าวใดๆ ละลายในสารละลายกัดเซาะ ให้แทนที่ด้วยลวดเส้นเล็ก ประสาน ATtiny กับ PCB รวมถึงสายไฟที่จะเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์กับโปรแกรมเมอร์ อัปโหลด hv_glasses.hex เก็บฟิวส์บิตเริ่มต้นไว้ (H:FF, L:6A) ฉันใช้ USBasp และ AVRDUDE การอัปโหลดไฟล์.hex ทำให้ฉันต้องใช้คำสั่งต่อไปนี้:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U แฟลช:w:hv_glasses.hex

คุณอาจสังเกตเห็นว่าฉันต้องเปลี่ยนค่า -B (bitclock) จาก 8 ที่ฉันเคยตั้งโปรแกรม ATtiny ในคำสั่งแรกของฉันเป็น 16 มันทำให้กระบวนการอัปโหลดช้าลง แต่บางครั้งจำเป็นต้องอนุญาตให้มีการสื่อสารที่ถูกต้องระหว่างโปรแกรมเมอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์

หลังจากที่คุณอัปโหลดไฟล์.hex ไปยัง ATtiny โปรแกรมเมอร์ desolder จะต่อสายจาก PCB บัดกรีส่วนประกอบที่เหลือ ยกเว้นสวิตช์เปิด/ปิด SW1 ขนาดใหญ่และทรานซิสเตอร์ ทำการเชื่อมต่ออีกด้านหนึ่งของบอร์ดด้วยสายไฟ ครอบคลุม PCB ทั้งหมด ยกเว้นแผ่นทรานซิสเตอร์ที่มีฟอยล์อลูมิเนียมเพื่อป้องกัน MOSFET จากการคายประจุไฟฟ้าสถิต ตรวจสอบให้แน่ใจว่าสถานีบัดกรีของคุณต่อสายดินอย่างเหมาะสม แหนบที่คุณใช้เพื่อวางส่วนประกอบควรเป็นแหนบป้องกันไฟฟ้าสถิตย์ ฉันใช้แหนบเก่าที่วางอยู่รอบๆ แต่ฉันต่อมันเข้ากับกราวด์ด้วยลวด คุณอาจบัดกรีทรานซิสเตอร์ BSS138 ก่อนและปิด PCB ด้วยฟอยล์เพิ่มเติมเมื่อทำเสร็จแล้ว เนื่องจาก P-channel BSS84 MOSFETs มีความเสี่ยงเป็นพิเศษต่อการคายประจุไฟฟ้าสถิต

บัดกรี SW1 สุดท้าย ทำมุมของตะกั่วเพื่อให้ดูเหมือนกับไดโอด SS14 หรือตัวเก็บประจุแทนทาลัม หากลีด SW1 กว้างกว่าแพดบน PCB และลัดวงจรไปยังแทร็กอื่น ให้ตัดออกเพื่อไม่ให้เกิดปัญหาใดๆ ใช้บัดกรีในปริมาณที่เหมาะสมขณะเชื่อม SW1 กับ PCB เนื่องจากเทปที่จะยึด PCB และกรอบแว่นเข้าด้วยกันจะผ่าน SW1 โดยตรง และอาจทำให้ข้อต่อบัดกรีตึงได้ ฉันไม่ได้วางอะไรไว้ใน J1-J4 สายแผง LC จะถูกบัดกรีโดยตรงกับ PCB เมื่อเสร็จแล้ว ให้บัดกรีสายที่จะไปที่แบตเตอรี่ ใส่แบตเตอรี่ระหว่างกัน ยึดทั้งหมดเข้าที่ด้วยเทปแยก คุณสามารถใช้มัลติมิเตอร์เพื่อตรวจสอบว่า PCB สมบูรณ์สร้างแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนแปลงบนแผ่นรอง J1-J4 หรือไม่ หากไม่เป็นเช่นนั้น ให้วัดแรงดันไฟฟ้าในระยะก่อนหน้า ตรวจสอบการลัดวงจร ลีดที่ไม่ได้เชื่อมต่อ รางที่ชำรุด เมื่อ PCB ของคุณสร้างแรงดันไฟฟ้าบน J1-J4 ที่แกว่งไปมาระหว่าง 0V ถึง 10-11V คุณอาจประสานแผง LC กับ J1-J4 คุณทำการบัดกรีหรือวัดใด ๆ เฉพาะเมื่อถอดแบตเตอรี่ออก

เมื่อทุกอย่างถูกประกอบเข้าด้วยกันจากจุดตั้งทางไฟฟ้า คุณสามารถปิดด้านหลังของ PCB ด้วยเทปแยก และต่อ PCB กับกรอบแว่นตาโดยติดเทปไว้รอบๆ ซ่อนสายไฟที่เชื่อมต่อแผง LC กับ PCB ในตำแหน่งที่ฝาครอบแบตเตอรี่เดิมอยู่

ขั้นตอนที่ 5: ภาพรวมการออกแบบ

จากมุมมองของผู้ใช้ แว่นตาฝึกอบรมการบดเคี้ยวสลับแรงดันสูงทำงานในลักษณะเดียวกับที่อธิบายในคำแนะนำแรกของฉัน SW2 ที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทาน 15k จะเปลี่ยนความถี่ของอุปกรณ์ (2.5Hz, 5.0Hz, 7.5Hz, 10.0Hz, 12.5Hz) และ SW3 ที่เชื่อมต่อกับตัวต้านทาน 22k จะเปลี่ยนไปตามระยะเวลาที่ตาแต่ละข้างถูกบดบัง (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). หลังจากตั้งค่าแล้ว คุณต้องรอประมาณ 10 วินาที (10 วินาทีโดยไม่แตะปุ่มใดๆ) เพื่อให้จัดเก็บไว้ใน EEPROM และโหลดหลังจากปิดเครื่อง ในการเปิดตัวอุปกรณ์ครั้งถัดไป การกดปุ่มทั้งสองพร้อมกันจะเป็นการตั้งค่าเริ่มต้น

อย่างไรก็ตาม ฉันใช้เฉพาะพิน PB5(RESET, ADC0) ของ ATtiny เป็นอินพุต ฉันใช้ ADC เพื่ออ่านแรงดันไฟฟ้าที่เอาต์พุตของตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ทำจาก R1-R3 ฉันสามารถเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้านี้ได้โดยกด SW2 และ SW3 แรงดันไฟไม่เคยต่ำพอที่จะทริกเกอร์ RESET

ไดโอด D1-D4 และตัวเก็บประจุ C3-C6 สร้างปั๊มชาร์จ Dickson 3 ระดับ ปั๊มชาร์จขับเคลื่อนด้วยพิน PB1 (OC0A) และ PB1 (OC0B) ของไมโครคอนโทรลเลอร์ เอาต์พุต OC0A และ OC0B สร้างรูปคลื่นสี่เหลี่ยม 4687.5 Hz สองรูปที่เฟสเปลี่ยน 180 องศา (เมื่อ OC0A สูง OC0B จะต่ำ และในทางกลับกัน) การเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าบนพินไมโครคอนโทรลเลอร์จะดันแรงดันบนเพลตตัวเก็บประจุ C3-C5 ขึ้นและลงโดยแรงดัน +BATT ไดโอดยอมให้ประจุไหลจากตัวเก็บประจุซึ่งเพลทบน (ตัวที่ต่อกับไดโอด) มีแรงดันไฟฟ้าสูงกว่าไปยังเพลทบนที่มีแรงดันไฟต่ำกว่า แน่นอนว่าไดโอดทำงานในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นประจุจึงไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ดังนั้นตัวเก็บประจุถัดไปทุกตัวตามลำดับจะชาร์จไปยังแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่าในตัวเก็บประจุก่อนหน้า ฉันเคยใช้ไดโอด Schottky เนื่องจากมีแรงดันตกคร่อมต่ำ ภายใต้ไม่มีการคูณแรงดันโหลดคือ 3.93 จากมุมมองเชิงปฏิบัติ โหลดเฉพาะเอาต์พุตของปั๊มชาร์จเท่านั้นคือตัวต้านทาน 100k (กระแสไหลผ่าน 1 หรือ 2 ตัวในเวลาเดียวกัน) ภายใต้โหลดนั้น แรงดันไฟออกของปั๊มชาร์จจะอยู่ที่ 3.93*(+BATT) ลบประมาณ 1V และประสิทธิภาพของปั๊มชาร์จจะอยู่ที่ประมาณ 75% D4 และ C6 ไม่ได้เพิ่มแรงดันไฟ แต่จะลดเพียงการกระเพื่อมของแรงดันไฟเท่านั้น

ตัวต้านทานทรานซิสเตอร์ Q1, Q4, Q7 และ 100k แปลงแรงดันไฟฟ้าต่ำจากเอาต์พุตไมโครคอนโทรลเลอร์ไปเป็นแรงดันจากเอาต์พุตปั๊มประจุ ฉันเคยใช้ MOSFET เพื่อขับเคลื่อนแผง LC เพราะกระแสไหลผ่านเกตเมื่อแรงดันเกตเปลี่ยนไปเท่านั้น ตัวต้านทาน 27ohm ป้องกันทรานซิสเตอร์จากกระแสไฟกระชากขนาดใหญ่

อุปกรณ์กินไฟประมาณ 1.5 mA