גלאי הבהוב אור: 3 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

תמיד הוקסמתי מהעובדה שהאלקטרוניקה מלווה אותנו. זה פשוט בכל מקום. כאשר אנו מדברים על מקורות אור (לא הטבעיים כמו כוכבים), עלינו לקחת בחשבון מספר פרמטרים: בהירות, צבע ובמקרה שמדובר בתצוגת ה- PC עליה אנו מדברים, איכות התמונה.

ניתן לשלוט בתפיסה החזותית של האור או הבהירות של מקור האור האלקטרוני בדרכים שונות כשהפופולרי ביותר הוא באמצעות אפנון רוחב הדופק (PWM) - פשוט הפעל את המכשיר והדלקה מהר מאוד כך שהמעברים ייראו "בלתי נראים" לעין אנושית. אך כפי שהוא נראה, הוא אינו טוב מדי לעיניים אנושיות לשימוש ארוך טווח.

כאשר אנו לוקחים למשל, מסך מחשב נייד ומפחיתים את בהירותו - הוא עשוי להיראות כהה יותר, אך ישנם שינויים רבים במסך - מהבהבים. (דוגמאות נוספות בנושא ניתן למצוא כאן)

קיבלתי השראה רבה מרעיון של סרטון יוטיוב זה, ההסבר והפשטות שלו פשוט נהדרים. על ידי חיבור התקני מדף פשוטים, יש פוטנציאל לבנות מכשיר גילוי מהבהב נייד לחלוטין.

המכשיר שאנו עומדים לבנות הוא גלאי מהבהב של מקור אור, המשתמש בסוללה סולארית קטנה כמקור אור, ומורכב מבלוקים הבאים:

1. פאנל סולארי קטן
2. מגבר שמע משולב
3. רַמקוֹל
4. שקע לחיבור אוזניות, אם נרצה לבדוק ברגישות רבה יותר
5. סוללת ליתיום נטענת כמקור חשמל
6. מחבר USB מסוג C לחיבור טעינה
7. מחוון LED כוח

אספקה

רכיבים אלקטרוניים

• מגבר שמע משולב
• רמקול 8 אוהם
• סוללת ליתיום 3.7V 850mAh
• שקע שמע 3.5 מ"מ
• סוללה סולארית פולי -גבישית מיני
• TP4056 - לוח טעינה ליון
• LED RGB (חבילת TH)

• 2 x 330 נגדי אוהם (חבילת TH)

רכיבים מכניים

• כפתור פוטנציומטר
• מארז מודפס בתלת-ממד (ניתן להשתמש בתיבת פרוייקטים מדף אופציונלי)
• ברגים בקוטר 5 מ"מ

כלים

• מלחם
• אקדח דבק חם
• מברג פיליפס
• חוט ליבה אחת
• מדפסת תלת מימד (אופציונלי)
• צבת
• מַלְקֶטֶת
• מַחתֵך

שלב 1: תורת הפעולה

כפי שצוין בהקדמה, ההבהוב שנגרם על ידי PWM. על פי ויקיפדיה, עין אנושית יכולה לתפוס עד 12 פריימים בשנייה. אם קצב המסגרות חורג ממספר זה, הוא נחשב כתנועה לחזון אנושי. מכאן שאם יש שינוי מהיר של אובייקט שנצפה, אנו רואים את עוצמתו הממוצעת במקום רצף של מסגרות מופרדות. יש ליבת הרעיון של PWM במעגלי בקרת הבהירות: מכיוון שאנו יכולים לראות רק עוצמה ממוצעת של קצב פריימים גבוה יותר מ- 12fps (שוב, על פי ויקיפדיה), אנו יכולים להתאים בקלות את הבהירות (מחזור חובה) של מקור האור המפעיל באמצעות משתנה פרקי זמן, כאשר האור דולק או כבוי (עוד על PWM), כאשר תדירות ההחלפה היא קבועה וגדולה בהרבה מ -12 הרץ.

פרויקט זה מתאר מכשיר, שעוצמת הקול והתדירות שלו פרופורציונאליים לרעש מהבהב הנגרם על ידי PWM.

פאנל מיני פוליקריסטלי

המטרה העיקרית של מכשירים אלה היא להפוך את הכוח שמקורו באור למקור חשמל, שניתן בקלות לקצור אותו. אחד המאפיינים העיקריים של סוללה זו, שאם מקור האור אינו מספק עוצמה קבועה יציבה ושינויים לאורך זמן, אותם שינויים יופיעו במתח הפלט של לוח זה. אז זה מה שאנחנו הולכים לזהות - שינויי העוצמה לאורך זמן

מגבר אודיו

התפוקה המופקת מהפאנל הסולארי פרופורציונלית לרמת העוצמה הממוצעת (DC) עם שינויים נוספים בעוצמה לאורך זמן (AC). אנו מעוניינים לזהות רק מתח לסירוגין, והדרך הקלה ביותר להשיג זאת - חיבור מערכת שמע. מגבר השמע ששימש בעיצוב זה הוא PCB חד-פעמי, עם קבלים חוסמי DC מכל צד, הן קלט והן פלט. אז, פלט הלוח הסולארי מחובר ישירות למגבר שמע. למגבר המשמש בעיצוב זה יש כבר פוטנציומטר עם מתג ON/OFF מובנה, ולכן יש שליטה מלאה על עוצמת המכשיר ועל עוצמת הקול של הרמקול.

ניהול סוללות ליתיום

מעגל מטען סוללות ליתיום TP4056 נוסף לפרויקט זה על מנת להפוך את המכשיר לנייד ונטען. מחבר USB-C משמש כקלט למטען, והסוללה שהייתה בשימוש היא 850mAh, 3.7V, המספיקה למטרות שאנו צריכים להמשיך עם מכשיר זה. מתח הסוללה משמש כאספקת חשמל ראשית למגבר השמע, ובכך למכשיר שלם.

רמקול כתפוקת מערכת

הרמקול ממלא תפקיד מרכזי במכשיר. בחרתי באחת קטנה יחסית, עם חיבור מוצק למארז, כך שאשמע גם תדרים נמוכים יותר. כפי שהוזכר קודם לכן, ניתן להגדיר את התדירות ואת עוצמת הרמקול כדלקמן:

f (רמקול) = f (AC מפאנל סולארי) [Hz]

P (רמקול) = K*I (עוצמת שיא לשיא של אות AC מפאנל סולארי) [W]

K - הוא מקדם עוצמת הקול

שקע אודיו

3.5 מ מ משמש במקרה שאנו רוצים לחבר אוזניות. במכשיר זה, לשקע יש סיכת זיהוי חיבור, המנותקת מפין האות, כאשר מחובר תקע שמע. הוא תוכנן כך לספק פלט לנתיב יחיד באותו זמן - רמקול או אוזניות.

LED RGB

כאן LED פועל כפולה - הוא נדלק כאשר המכשיר נטען או המכשיר מופעל.

שלב 2: מארז - עיצוב והדפסה

מדפסת תלת מימד היא כלי נהדר למארזים ומארזים מותאמים אישית. למארז לפרויקט זה מבנה בסיסי מאוד עם כמה תכונות משותפות. בואו להרחיב על זה שלב אחר שלב:

הכנה ו- FreeCAD

המארז תוכנן ב- FreeCAD (קובץ הפרויקט זמין להורדה בתחתית שלב זה), שם נבנה גוף המכשיר תחילה, וכיסוי מוצק נבנה כחלק נפרד ביחס לגוף. לאחר עיצוב המכשיר, יש צורך לייצא אותו כגוף וכיסוי נפרדים.

הפאנל הסולארי המיני מותקן על המכסה עם שטח בגודל קבוע, שבו אזור החיתוך מוקדש לחוטים. ממשק משתמש זמין משני הצדדים: ניתוק USB ו- LED | שקע | חורי פוטנציומטר. לרמקול יש אזור ייעודי משלו, שהוא מערך חורים בתחתית הגוף. הסוללה צמודה לרמקול, יש מקום לכל אחד מהחלקים, ולכן לא נצטרך להתסכל בעת הרכבת המכשיר לגמרי.

חיתוך ו Cura Ultimaker

מכיוון שיש לנו קבצי STL, אנו יכולים להמשיך לתהליך ההמרה של קוד G. יש הרבה שיטות לעשות זאת, אני אשאיר כאן את הפרמטרים העיקריים להדפסה:

• תוכנה: Ultimaker Cura 4.4
• גובה השכבה: 0.18 מ"מ
• עובי דופן: 1.2 מ"מ
• מספר השכבות העליונות/תחתונות: 3
• מילוי: 20%
• זרבובית: 0.4 מ"מ, 215*C
• מיטה: זכוכית, 60*C
• תמיכה: כן, 15%

שלב 3: הלחמה והרכבה

הַלחָמָה

בעוד שמדפסת תלת מימד עסוקה בהדפסת המתחם שלנו, בואו נכסה את תהליך ההלחמה. כפי שאתה יכול לראות בתרשימים, הוא מופשט למינימום המוחלט - זאת הסיבה שכל החלקים שאנו הולכים לצרף לגמרי זמינים כבלוקים משולבים עצמאיים. ובכן, הרצף הוא:

1. הלחמת מסופי סוללת ליתיום ליטוני TP4056 BAT+ ו- BAT- סיכות
2. הלחמת VO+ ו- VO- של TP4056 למסופי VCC ו- GND של מגבר אודיו
3. מסוף הלחמה "+" של פאנל סולארי קטן ל- VIN (L או R) של מגבר האודיו, ו "-" לקרקע של מגבר אודיו
4. הצמדת LED דו-צבע או RGB לשני נגדים 220R עם בידוד נכון
5. הלחמת אנודת LED ראשונה למסוף המתגים של מגבר האודיו (החיבור חייב להתבצע במסוף המתג). מומלץ מאוד לבדוק איזה מסוף של מתג בצד התחתון של ה- PCB מחובר ל- VCC - זה שלא הוא האפשרות שלנו
6. יש להלחין את אנודת ה- LED השנייה לאנודה של שני נוריות SMD - יש להן חיבור אנודה משותף
7. הלחמות קתודות LED ל- GROUND של מגבר אודיו
8. מסופי רמקול הלחמה לפלט מגבר השמע (ודא שבחרת באותו ערוץ בכניסה, שמאל או ימינה)
9. על מנת לאלץ את הרמקול למצב כבוי, הלחמו מסופי שקע סטריאו 3.5 מ"מ שמונעים את זרימת הזרם דרך הרמקול.
10. על מנת לגרום לאוזניות להפיק צליל מכל צד - L ו- R, קצר את המסופים שתוארו בשלב הקודם יחד.

הַרכָּבָה

לאחר הדפסת המארז, מומלץ להרכיב חלק-חלק ביחס לגובה החלק:

1. הכנת מסגרת מדבק חם בהתאם להיקף הפנימי של המכסה, והצבת פאנל סולארי שם
2. הצמדת פוטנציומטר עם אגוז ומכונת כביסה בצד הנגדי
3. הדבקת רמקול בדבק חם
4. הדבקת סוללה בדבק חם
5. הדבקת שקע 3.5 מ"מ עם דבק חם
6. הדבקת סוללה בעזרת … דבק חם
7. הדבקת TP4056 עם הצבעה USB מחוץ לאזור החיתוך הייעודי שלה עם דבק חם
8. לשים כפתור על פוטנציומטר
9. כיסוי והרכבת הידוק עם ארבעה ברגים

בדיקה

המכשיר שלנו מוכן ומוכן לדרך! על מנת לבדוק את המכשיר כראוי, יש למצוא מקור אור שעשוי לספק עוצמה חלופית. אני ממליץ להשתמש בשלט רחוק IR, מכיוון שהוא מספק עוצמה מתחלפת שתדירותה נמצאת באזור רוחב הפס האנושי [20Hz: 20KHz].

אל תשכח לבדוק את כל מקורות האור שלך בבית.

תודה שקראתם!:)