משקפי אולטרסאונד: 14 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:17

הלוואי שהיית עטלף? רוצים לחוות אקו -מיקום? רוצים לנסות "לראות" בעזרת האוזניים? עבור ההוראה הראשונה שלי, אראה לך כיצד לבנות משקפי אולטראסוני משלך באמצעות שיבוט מיקרו -בקר Arduino, חיישן אולטרסוני Devantech ומשקפי ריתוך בסביבות 60 $ או פחות אם כבר יש לך רכיבי אלקטרוניקה סטנדרטיים. אתה יכול גם לדלג על האלקטרוניקה ולעשות מסכת עטלף פשוטה המושלמת ללבוש לסרט באטמן הבא. במקרה זה העלות תהיה רק כ -15 דולר. משקפי מגן אלה מאפשרים לך לחוות כיצד זה להשתמש ברמזים שמיעוניים כמו עטלף ומיועד לילדים במרכז מרכז מדעים ללמוד אקו -לוקציה. המטרה הייתה לשמור על עלויות נמוכות ככל האפשר, להימנע מהפיכת צורת האינטראקציה לגנרית או שאינה קשורה למטרה החינוכית שלה ולהבטיח כי צורת המכשיר הפיזית מגלמת את הנושא. לדיון יסודי יותר בעיצובו, עיינו בדף האינטרנט של הפרויקט. כדי לשמור על עלויות וגודל נמוך, שיבוט Arduino נבנה בשימוש, אך פרויקט זה עובד באותה מידה עם מיקרו-בקרי Arduino שנבנו מראש. משקפי מגן אלה נבנו עבור " קורס מחקר ועיצוב ממוקד משתמש דינאמי בתכנית לאמנויות, מדיה והנדסה באוניברסיטת מדינת אריזונה.

שלב 1: חומרים נחוצים

-ארדואינו או מיקרו-בקר דומה* (אם יש לך כסף אתה יכול לקנות מיני/ננו ארדואינו או להשתמש בבורדואינו, אחרת אראה לך כיצד להכין שיבוט ארדואינו קטן וזול.)-משקפי ריתוך (שלי הם מותג "Neiko" ונמצא בקלות ב- eBay כ"הפוך משקפי ריתוך "תמורת 3-10 דולר, הסוג הספציפי הזה עובד ממש טוב)-חיישן אולטרסאונד Deventech SRF05 (או חיישן דומה אחר-עם זאת, ל- SRF05 יש חיישן מאוד צריכת חשמל נמוכה של 4mA ורזולוציה נהדרת מ -3 ס"מ ל -4 מטרים, זה בערך 30 $)-משהו לעשות ממנו אוזניים (השתמשתי בקונוסים מפלסטיק, ראו גם: "איך בונים תחפושת עטלף טובה יותר")-סוג כלשהו של מארז לאלקטרוניקה-3/8 "תפר מפוצל גמיש צינורות מפותלים שחורים (להסתיר חוטי חיבור)-זמזם פיזו שיכול לפעול על חוטים שונים מסוג 5v-9v-פחית ריסוס פלסטיק (שחור) מיקרו-בקר אלקטרוניקה (ניתן לדלג על רכיבים אלה אם משתמשים בבקר שנבנה מראש)- שבב Atmega8 או 168 DIP מתוכנת Arduino.- Arduin חילוף o לוח או מתכנת USB ArduinoMini- לוח מחשב קטן (זמין ב- Radioshack)- מחבר סוללה 9V (זמין ב- Radioshack)- 7805 ווסת מתח 5v- קריסטל 16 מגהרץ (זמין @ sparkfun)- שני קבלים של 22pF (זמין @ sparkfun)- 10 מיקרופון קבל אלקטרוליטי- קבל אלקטרוליטי אחד מיקרו F- נגד 1k ו -1 LED (אופציונלי אך מומלץ מאוד)- טרנזיסטור 2N4401 (אופציונלי)- כותרות נקבה וזכר (אופציונאלי)- שקע DIP 28 פינים או שני שקע DIP 14 פינים (אופציונלי)- קטן קרש לחם לאב-טיפוס (אופציונלי) ניתן להשיג את רכיבי האלקטרוניקה גם באתר www.digikey.com או www.mouser.com כלים ואביזרים שתזדקק להם לצורך הלחמה אקדח דבק חם-דראמל-נייר-נייר דבק-נייר זכוכית-חוט חשפנים וכו '.

שלב 2: עיצוב כמה אוזניים

אתה חופשי להשתמש בדמיון שלך כדי לבנות את האוזניים שלך. אף משקפי עטלף לא צריכים להיות זהים! השתמשתי בקונוסים מפלסטיק המשמשים פיזיותרפיה, שהיתה לנו במקרה כמות גדולה במעבדה שלנו. אבל הדרכה זו נותנת אופציה נחמדה נוספת לאוזני עטלף. ראשית ציירתי אליפסה עם חריף וחתכתי אותה עם דרמל. שמרתי את חתיכת החיתוך לשימוש בחלק הפנימי של האוזן.

שלב 3: חותכים אוזניים

קיצצתי את חתיכות החיתוך של החרוט עם ה- Dremel, כך שהן קטנות יותר וחמות הדבקתי אותן בחלק הפנימי של חתיכות החרוט הגדולות יותר. הם לא התאימו בדיוק אבל לאחר שהחזיקו אותם במקומם ביד הדבק החם החזיק אותו במקום די טוב. אם תשאיר לעצמך מספיק מקום מתחת לאוזניים, תוכל בקלות להטמיע את האלקטרוניקה בתוך האוזן, אוזן אחת לבקר ואחת עבור הסוללה. למרבה הצער, לא השארתי מספיק מקום והייתי צריך להשתמש במארז חיצוני. אנא הקפד לא לשרוף את עצמך תוך שימוש באקדח דבק חם !!! אתה יכול גם להמיס בקלות את חרוטי הפלסטיק במקרה.

שלב 4: הכינו משקפי מגן

המשקפיים שרכשתי היו בצבע אקווה מבריק מאוד לא עטלף. כדי להפוך את המשקפיים לחלקים יותר, הוצא את העדשות (הסר תחילה את פי האף), שפשף אותן, והרסס בעזרת תרסיס פלסטי דיפ כדי לתת להן מרקם גומי עור נאה. לפני הריסוס הסתרתי את פנים המשקפיים ואת החלקים הנוגעים בעור בעזרת סרט מסקינג. כמו כן, לא מרחתי צבע על פיסת האף מכיוון שהצבע מפחית מעט את גמישות חומר המשקפיים וחתיכת האף נחוצה בכדי להחזיק את המשקפיים יחד. כמו כן תרצה לשייף ולרסס גם את האוזניים. אבק פלסטיק משופשף מגעיל את הריאות והעיניים, לכן אנא הרכיבו מסכה ומשקפי בטיחות בשלבים אלה. ריססתי כ- 3 שכבות עם כ-10-15 דקות בין השכבות כדי לקבל מרקם אחיד. כשהוא רטוב, הצבע נראה מבריק, אך הוא מתייבש למרקם מאט.

שלב 5: הרכבת אלקטרוניקה

שלבים אלה הם אופציונליים אם אתה משתמש במיקרו -בקר Arduino שנבנה כבר. עם זאת, מכיוון שאתה משתמש רק בכמות קטנה מיכולותיו, הגיוני יותר ליצור גרסת עצמות של Arduino שהיא הרבה יותר קטנה וזולה לשחזור. סעיף זה עשוי להיות מעט קשה למי שאין לו ניסיון באלקטרוניקה, אך אמור להיות קל עבור כל מי שהרכיב ערכת אלקטרוניקה פשוטה. מצורפת מערכון "סכמטי" לאלקטרוניקה. הסכימה נגזרת מאוד מהסכימה העצמאית של Atmega8 של David A. Mellis. אם יש עניין אכין מדריך ייעודי לשלב זה. מעגל החשמל המנותק הוא מתוך ספר המחשוב הפיזי של טום איגו. כללתי תמונה של גרסת לוח ה- PC (עם חיישן/זמזם לא מחובר) וכן גרסת אב טיפוס הבנויה על לוח לחם לעיון. גרסת לוח הלוח מראה גם כיצד לחבר את לוח ה- Arduino כמתכנת USB לשבב המיקרו. מכיוון שהשתמשתי בשקע DIP לשבב, אני יכול גם להסיר את השבב ולשים אותו בלוח ארדואינו כדי לתכנת אותו, אך יכול להיות מסובך לשלוף את השבב מבלי לכופף את כל הסיכות - זו הסיבה שכללתי את הנקבה סיכות כותרת עבור tx/rx. למרות הלוח צפוף מאוד, אתה יכול לראות שלכל הפינים של הבקר יש כרית הלחמה שניתן להתחבר אליה. מכיוון שהם אינם נחוצים לפרויקט זה לא הלחמתי כותרות נקבות לסיכות שאינן בשימוש, אך אילו היו, היו לך את מלוא היכולות של Arduino Diecimilia למעט USB על גבי לוח באריזה קטנה מאוד. רוחב הלוח הוא כמחצית מלוח ה- Diecimilia ובאותו אורך בערך. (הנה התקנה דומה.) אופציונלי להשתמש בטרנזיסטור כדי להפעיל את הבאזר, הארדואינו יכול לספק מספיק זרם מהסיכה עצמה. עם זאת, השימוש בטרנזיסטור מאפשר לך להשתמש במכשירי יצירת סאונד אחרים מלבד זמזם אם יש לך כזה.

שלב 6: הכינו חוט זמזם וחיישן

החיישן והזמזם הקולי זקוקים לחוטים ארוכים כדי לעבור מהמשקפיים אל האלקטרוניקה. החיישן האולטראסוני דורש 4 חוטים (5V, קרקע, הד, טריגר) והזמזם דורש שני חוטים (פלט דיגיטלי מהבקר, קרקע). עם קצת תכנון תוכל להשתמש בכבל סרט בעל 5 חוטים, אם יש לך אחד כזה ולחלוק את חיבור הקרקע בין הבאזר לחיישן. היה לי רק סרט בעל 4 חוטים אז השתמשתי בו עבור החיישן האולטראסוני והשתמשתי בכבל דו חוטי לזמזם. מכיוון שלזמזם יש שני מחברים הלחמתי שורה של כותרות נקבה לשני החוטים במרווח הנכון, כך אוכל להסיר בקלות את זמזם הפיצו במידת הצורך. לחיישן יש כמה חורי הלחמה להלחמה אליהם כדאי ללכת בראש ולהשתמש. הקפד להשתמש בצד הנכון, החורים בצד השני מיועדים לתכנות החיישן ולא יעבדו!

שלב 7: סיימו את החוטים

הבא סיכות כותרת זכר הלחמה לקצה השני של החוטים. (אלה יתחברו למיקרו -בקר.)

שלב 8: העלאת קוד

כדי להעלות את הקוד, חבר את סיכות 5V, הקרקע, TX, RX בלוח המחשב לאותם סיכות בלוח Arduino שהוסר באמצעות כמה חוטים. לאחר מכן חבר את סיכת האיפוס בלוח המחשב למקום שבו סיכה 13 הייתה נכנסת לשקע ה- DIP בלוח ה- Arduino. אם זה מבלבל, אנא ראה את התמונה שהיא משכפלת, למעט מיני Arduino. לאחר מכן פשוט עבר את הקוד המצורף בעורך Arduino (או דפדף ופתח את קובץ ה- pde בארדואינו לאחר ההורדה) ובחר את היציאה הסידרית המתאימה ואת שבב ה- Arduino שבו אתה משתמש ולחץ על כפתור ההעלאה. הקוד פועל על ידי הפעלת צפצופים ו ואז לשנות את מרווח הבי-ביפ בהתבסס על המרחק הנמדד על ידי החיישן. לכן, אם אתה קרוב לאובייקט, מרווח הבי-ביפים יורד והצפצופים מתרחשים מהר יותר. אם אתה רחוק מאובייקט, מרווח הבי-ביפים עולה כך שהצפצופים מתרחשים לאט יותר. הבקר בודק את המרחק כל 60 ms, כך שהמרווח בין צפצופים משתנה באופן דינמי. נכון לעכשיו הוא קנה מידה אז 1 אינץ 'עושה הבדל של 10ms במרווח בין צפצופים. זה גורם למשקפיים לעבוד טוב יותר למרחקים קרובים יותר, אך ניתן להגדיל אותם לעבודה טובה יותר למרחקים נוספים. ניסיתי קנה מידה מעריכי שהגדיל את הטווח למרחקים קרובים יותר (באמצעות fscale אבל נראה שזה לא שינה את התגובה הרבה תמורת טונות קוד, אז ביטלתי אותו.) מכיוון שהזמן שלוקח לקריאת המרחק תלוי מרחק האובייקט הנמצא (החיישן מחזיר פולסים באורך של עד 30ms) הקוד מודד את הזמן שלקח לקריאה ומפצה את זמני העיכוב בכמות זו. כל שורה בקוד מגיבה והיא (בתקווה) עצמית -מַסבִּיר.

שלב 9: הכנס את האלקטרוניקה למארז

חותכים את הצינור המפותל כך שיהיה באורך הנכון מהמשקפיים ועד למישהו או לכיס. הכנס את החוטים המתחברים לחיישן האולטרסאונד ולזמזם הפיצו בתוך הצינור המפותל התפר המפוצל. קדח חור במארז שלך שיכול להתאים לצינור המפותל. עשיתי זאת באמצעות גישת ניסוי וטעייה החל בגודל קטן והגדלת הקוטר עד שהצינור מתאים בדיוק. העבירו את החוטים דרך החור ואז סחטו פנימה את הצינור המפותל. הכבלים שלי מעט ארוכים ולכן נאלצתי לקפל אותם כך שיתאימו. חלק מהסקרו מחזיק את הלוח אל המארז.

שלב 10: חבר חוטים

עכשיו אתה יכול להשתמש בסיכות הכותרת הגברית בקצות החוטים שלך ולהתחבר לפינים המתאימים בלוח המחשב האישי (השתמש בסכימה!). אם אתה משתמש בארדואינו משלך, פשוט השתמש באותם מיפויי סיכה כמו בסכימה.

שלב 11: סגירת מארז

למארז זה היו ברגים כדי לסגור אותו, אך מארזים אחרים (פח אלטואיד?) יכולים פשוט להיסגר. מכיוון שלא הייתי בטוח אם זה עובד, השתמשתי בקלטת כדי לסגור אותו לעת עתה.

שלב 12: צרף אוזניים

כדי להצמיד את האוזניים עלינו לשים תחילה שני חריצים אנכיים עם הדרמל באוזניים כדי שהרצועה תעבור.

שלב 13: הצמדת אוזניים ממשיכה

לאחר שהעברתי את הרצועות דרך האוזניים, השתמשתי בוולקרו כדי להצמיד את האוזניים למשקפיים. בסופו של דבר זה היה קצת לא יציב, אבל מאוד מתכוונן כדי לגרום להם להצביע על הדרך הנכונה. הדבקתם הייתה קבועה יותר, אך הוולקרו שרד מספר הדגמות. החיישן האולטראסוני איכשהו התאים בצורה מושלמת להידחף למנגנון הנעילה לצורך יכולת ההפעלה של המשקפיים. עליך לשלוף מעט את החלק העליון של עדשת הפלסטיק מהחלק העדשה מפלסטיק כדי לפנות מקום ואז החיישן מתאים בדיוק פנימה. החיישן אכן קופץ לפעמים, כך שקצת דבק יכול לתקן אותו לתמיד. לרוע המזל שיטת ההתקשרות הזו אינה מאפשרת להפוך את העדשות למעלה יותר.

שלב 14: התנסות באקולוקציה

חבר סוללה הכנס את המארז לכיס שלך וחקור! ככל שאתה מתקרב לאובייקטים בקו הראייה שלך, כך הוא מצפצף מהר יותר, ככל שאתה מתקדם כך הוא מצפצף לאט יותר. נא לא ללבוש אלה בסביבות מסוכנות או בתנועה! משקפי מגן אלה מיועדים למטרות חינוכיות בלבד ומיועדים לסביבות מבוקרות מכיוון שהם נועדו לחסום את הראייה ההיקפית והראייה הרגילה שלך, כך שאתה סומך יותר על רמזים שמיעתיים. אינני אחראי לכל פציעה כתוצאה מרכישת משקפי מגן אלה! תודה! מכיוון שזה מבוסס על Arduino, תוכל להוסיף בקלות מודול זיגבי או blueSMIRF לממשקים אלה עם מחשבים באופן אלחוטי. עבודה בעתיד עשויה להיות הוספת חוגה להתאמת הרגישות והוספת מתג הפעלה/כיבוי.

פרס שני בתחרות הרובוטים Instructables ו- RoboGames