חיישן שדה מגנטי בעל 3 צירים: 10 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

מערכות העברת חשמל אלחוטיות נמצאות בדרך להחלפת טעינה קווית רגילה. החל משתלים ביו -רפואיים זעירים עד הטענה אלחוטית של כלי רכב חשמליים ענקיים. חלק בלתי נפרד מהמחקר בנושא הספק אלחוטי הוא צמצום צפיפות השדה המגנטי. הוועדה הבינלאומית להגנה על קרינה לא מייננת (ICNIRP) מספקת ייעוץ מדעי והנחיות לגבי ההשפעות הבריאותיות והסביבתיות של קרינה לא מייננת (NIR) להגנה על אנשים וסביבה מפני חשיפה מזיקה ל- NIR. NIR מתייחס לקרינה אלקטרומגנטית כגון אולטרה סגול, אור, אינפרא אדום וגלי רדיו וגלים מכניים כגון אינפרא ואולטרסאונד. מערכות טעינה אלחוטיות מייצרות שדות מגנטיים מתחלפים העלולים להזיק לבני אדם ובעלי חיים הנמצאים בסביבה. כדי להיות מסוגל לזהות שדות אלה ולמזער אותם בהתקנת בדיקות מהעולם האמיתי, יש צורך בהתקן מדידה של שדות מגנטיים כמו מנתח הספקטרלים של Aaronia SPECTRAN NF-5035. מכשירים אלה בדרך כלל עולים למעלה מ -2000 דולר והם מגושמים ואולי אינם יכולים להגיע למרחבים צרים בהם יש למדוד את השדה. בנוסף, מכשירים אלה בדרך כלל כוללים יותר תכונות מהנדרש למדידת שדות פשוטה במערכות העברת חשמל אלחוטיות. מכאן שלפיתוח גרסה קטנה וזולה יותר של מכשירי מדידה בשטח תהיה ערך רב.

הפרויקט הנוכחי כולל עיצוב של PCB לחישה של שדות מגנטיים וגם עיצוב של מכשיר נוסף שיכול לעבד את ערכי השדה המגנטי המורגש ולהציג אותם על צג OLED או LCD.

שלב 1: דרישות

למכשיר יש את הדרישות הבאות:

1. מדוד שדות מגנטיים מתחלפים בטווח של 10 - 300 קילוהרץ
2. מדוד שדות במדויק עד 50 uT (מגבלת הבטיחות שנקבעה על ידי ICNIRP היא 27 uT)
3. מדוד שדות בכל שלושת הצירים וקבל את התוצאה שלהם למצוא את השדה בפועל בנקודה נתונה
4. הצג את השדה המגנטי על מד כף יד
5. הצג מחוון אזהרה כאשר השדה עולה על הסטנדרטים שנקבעו על ידי ה- ICNIRP
6. כלול את פעולת הסוללה כך שהמכשיר יהיה נייד באמת

שלב 2: סקירת מערכת

שלב 3: בחירת רכיבים

שלב זה הוא כנראה הזמן הרב ביותר שעושה צעד, הדורש סבלנות רבה כדי לבחור את הרכיבים הנכונים לפרויקט זה. כמו ברוב הפרויקטים האלקטרוניים אחרים, בחירת רכיבים דורשת בחינה מדוקדקת של גליונות הנתונים כדי לוודא שכל הרכיבים תואמים זה לזה ולעבוד בטווח הרצוי של כל פרמטרי ההפעלה - במקרה הספציפי הזה, שדות מגנטיים, תדרים, מתח וכו '.

הרכיבים העיקריים שנבחרו עבור PCB חיישן השדה המגנטי זמינים בגיליון האקסל המצורף. הרכיבים המשמשים את המכשיר בכף היד הם כדלקמן:

1. מיקרו -בקר Tiva C TM4C123GXL
2. צג SunFounder I2C 20X4 סידורי
3. מודול מחלף דו-כיווני Cyclewet 3.3V-5V 4 ערוצים
4. לחץ על כפתור המתג
5. מתג מתג 2 מצבים
6. 18650 תא 3.7V ליתיום
7. מטען PowerBoost 500 של Adafruit
8. מעגלים מודפסים (ניתן להדפסה באמצעות SparkFun)
9. התנגשויות
10. חיבור חוטים
11. סיכות כותרת

הציוד הנדרש לפרויקט זה הוא כדלקמן:

1. מכשיר הלחמה וקצת חוט הלחמה
2. תרגיל
3. קאטר

שלב 4: עיצוב וסימולציה של מעגלים

שלב 5: עיצוב ה- PCB

לאחר אימות פעולת המעגל ב- LTSpice, תוכנן PCB. מטוסי נחושת מתוכננים באופן שהם לא מפריעים לעבודה של חיישני השדה המגנטי. האזור האפור המודגש בתרשים פריסת ה- PCB מציג את מטוסי הנחושת ב- PCB. מימין, מוצגת גם תצוגה תלת -ממדית של הלוח המודרני המעוצב.

שלב 6: הגדרת הבקר

המיקרו -בקר שנבחר לפרויקט זה הוא Tiva C TM4C123GXL. הקוד כתוב באנרגיה על מנת לעשות שימוש בספריות LCD קיימות למשפחת המיקרו -בקרי Arduino. כתוצאה מכך ניתן להשתמש בקוד שפותח לפרויקט זה גם עם מיקרו -בקר Arduino במקום ה- Tiva C (בתנאי שתשתמש בהקצאות הסיכה הנכונות ותשנה את הקוד בהתאם).

שלב 7: הפעלת המסך לעבודה

הצג ובקר המיקרו מתממשקים באמצעות תקשורת I2C הדורשת רק שני חוטים מלבד אספקת החשמל +5V. קטעי קוד ה- LCD הזמינים למשפחת המיקרו -בקרי Arduino (ספריות LiquidCrystal) הועברו והשתמשו בהם ב- Energia. הקוד ניתן בקובץ LCDTest1.ino המצורף.

כמה טיפים מועילים לתצוגה ניתן למצוא בסרטון הבא:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

שלב 8: הדפסה תלת מימדית

קופסת מארז למכשיר כף היד מעוצבת כפי שמוצג בתמונה למעלה. הקופסה מסייעת לשמור על הלוחות במקום ועל החוטים ללא הפרעה. התיבה מיועדת להכיל שתי חיתוכים לחוטים לעבור, חיתוך אחד עבור נוריות מחוון הסוללה, ואחת כל אחת למתג המתג ולחצן הלחיצה. מצורפים הקבצים הדרושים.

שלב 9: ממשק כל הרכיבים

מדוד את הממדים של כל הרכיבים הזמינים והנח אותם בעזרת כלי גרפי כגון Microsoft Visio. לאחר שתוכנן פריסת כל הרכיבים, כדאי לנסות ולמקם אותם בעמדותיהם כדי לקבל תחושה של המוצר הסופי. מומלץ לבדוק את החיבורים לאחר הוספת כל רכיב חדש למכשיר. סקירה כללית של תהליך הממשק מוצגת בתמונות למעלה. הקופסה המודפסת בתלת מימד מעניקה מראה נקי למכשיר ומגנה גם על האלקטרוניקה שבתוכה.

שלב 10: בדיקת מכשירים והדגמתם

הסרטון המוטבע מציג את פעולת המכשיר. מתג ההפעלה מפעיל את המכשיר וניתן להשתמש בלחצן הלחיצה כדי לדשדש בין שני מצבי התצוגה.