كاشف وميض الضوء: 3 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:38

لطالما كنت مفتونًا بحقيقة أن الإلكترونيات ترافقنا. إنه فقط في كل مكان. عندما نتحدث عن مصادر الضوء (وليست المصادر الطبيعية مثل النجوم) ، علينا أن نأخذ في الاعتبار عدة معايير: السطوع واللون ، وفي حالة شاشة الكمبيوتر التي نتحدث عنها ، جودة الصورة.

يمكن التحكم في الإدراك البصري للضوء أو سطوع مصدر الضوء الإلكتروني بطرق مختلفة عندما يكون الأكثر شيوعًا هو عن طريق تعديل عرض النبض (Pulse Width Modulation (PWM) - ما عليك سوى تشغيل الجهاز وإيقاف تشغيله بسرعة كبيرة بحيث تبدو العابرين "غير مرئية" للعين البشرية. ولكن ، كما يبدو ، فهي ليست جيدة جدًا للعيون البشرية لاستخدامها على المدى الطويل.

عندما نأخذ شاشة كمبيوتر محمول على سبيل المثال ونقلل سطوعها - قد يبدو أكثر قتامة ، ولكن تحدث الكثير من التغييرات على الشاشة - وميض. (يمكن العثور على مزيد من الأمثلة حول هذا هنا)

لقد ألهمتني فكرة فيديو YouTube هذا بشكل كبير ، وكان شرحه وبساطته رائعين. من خلال إرفاق أجهزة بسيطة جاهزة ، هناك إمكانية لبناء جهاز محمول للكشف عن الوميض.

الجهاز الذي نحن بصدد بناءه هو كاشف وميض مصدر الضوء ، باستخدام بطارية شمسية صغيرة كمصدر للضوء ، ويتكون من الكتل التالية:

1. لوحة شمسية صغيرة
2. مكبر صوت مدمج
3. مكبر الصوت
4. جاك لتوصيل سماعات الرأس ، إذا كنا نرغب في الاختبار بحساسية أكبر
5. بطارية ليثيوم أيون قابلة لإعادة الشحن كمصدر للطاقة
6. موصل USB من النوع C لتوصيل الشحن
7. مؤشر LED للطاقة

اللوازم

مكونات الكترونية

• مكبر صوت مدمج
• 8 أوم مكبر صوت
• 3.7V 850mAh بطارية ليثيوم أيون
• مقبس صوت 3.5 ملم
• بطارية شمسية صغيرة متعددة البلورات
• TP4056 - لوحة شحن ليثيوم أيون
• RGB LED (حزمة TH)

• 2 × 330 أوم مقاومات (عبوة TH)

المكونات الميكانيكية

• مقبض الجهد
• حاوية مطبوعة ثلاثية الأبعاد (اختياري ، يمكن استخدام صندوق مشروع جاهز)
• مسامير قطرها 4 × 5 مم

الادوات

• لحام حديد
• مسدس الغراء الساخن
• فيليبس مفك البراغي
• سلك أحادي النواة
• طابعة ثلاثية الأبعاد (اختياري)
• كماشة
• ملاقيط
• القاطع

الخطوة 1: نظرية العملية

كما ورد في المقدمة ، الخفقان الناجم عن PWM. وفقًا لويكيبيديا ، يمكن للعين البشرية التقاط ما يصل إلى 12 إطارًا في الثانية. إذا تجاوز معدل الإطارات هذا الرقم ، فإنه يعتبر بمثابة حركة للرؤية البشرية. ومن ثم ، إذا كان هناك تغيير سريع في الكائن الذي يتم ملاحظته ، فإننا نرى متوسط شدته بدلاً من تسلسل الإطارات المنفصلة. هناك جوهر لفكرة PWM في دوائر التحكم في السطوع: نظرًا لأنه يمكننا أن نرى فقط متوسط كثافة لمعدل إطارات أعلى من 12 إطارًا في الثانية (مرة أخرى ، وفقًا لـ ويكيبيديا) ، يمكننا بسهولة ضبط السطوع (دورة العمل) لتشغيل مصدر الضوء عبر فترات متغيرة من الوقت ، عندما يكون الضوء مضاءً أو مطفأً (المزيد عند PWM) ، حيث يكون تردد التبديل ثابتًا ويكون أكبر بكثير من 12 هرتز.

يصف هذا المشروع جهازًا يتناسب حجم صوته وتردده مع ضوضاء الخفقان الناتجة عن PWM.

لوحة صغيرة متعددة الكريستالات

الغرض الرئيسي من هذه الأجهزة هو تحويل الطاقة المشتقة من مصدر الضوء إلى طاقة كهربائية يمكن حصادها بسهولة. إحدى الخصائص الرئيسية لهذه البطارية ، أنه إذا كان مصدر الضوء لا يوفر كثافة ثابتة ثابتة ويتغير بمرور الوقت ، فستظهر نفس التغييرات على جهد الخرج لهذه اللوحة. لذلك ، هذا ما سنكتشفه - تغيرات الشدة بمرور الوقت

مكبر الصوت

يتناسب الإخراج الناتج من الألواح الشمسية مع متوسط مستوى الشدة (DC) مع تغييرات إضافية في الشدة بمرور الوقت (AC). نحن مهتمون باكتشاف الجهد المتردد فقط ، وأسهل طريقة لتحقيق ذلك - توصيل نظام الصوت. مضخم الصوت الذي تم استخدامه في هذا التصميم هو ثنائي الفينيل متعدد الكلور أحادي الإمداد ، مع مكثفات مانعة للتيار المستمر على كل جانب ، لكل من المدخلات والمخرجات. لذلك ، يتم توصيل خرج الألواح الشمسية مباشرة بمكبر الصوت. يحتوي الأمبير المستخدم في هذا التصميم بالفعل على مقياس جهد مزود بمفتاح تشغيل / إيقاف مدمج ، وبالتالي هناك تحكم كامل في طاقة الجهاز وحجم مكبر الصوت.

إدارة بطارية ليثيوم أيون

تمت إضافة دائرة شاحن بطارية الليثيوم أيون TP4056 إلى هذا المشروع من أجل جعل الجهاز محمولًا وقابلًا لإعادة الشحن. يعمل موصل USB-C كمدخل للشاحن ، والبطارية التي تم استخدامها هي 850 مللي أمبير ، 3.7 فولت ، وهو ما يكفي للأغراض التي نحتاج إلى متابعتها مع هذا الجهاز. يعمل جهد البطارية كمصدر طاقة رئيسي لمكبر الصوت ، وبالتالي لجهاز كامل.

مكبر الصوت كإخراج للنظام

يلعب مكبر الصوت دورًا رئيسيًا في الجهاز. اخترت حجمًا صغيرًا نسبيًا ، مع ارتباط قوي بالهيكل ، لذلك كنت أسمع ترددات أقل أيضًا. كما ذكرنا سابقًا ، يمكن تحديد التردد وحجم السماعة على النحو التالي:

f (مكبر الصوت) = f (تيار متردد من لوحة شمسية) [هرتز]

P (مكبر الصوت) = K * I (كثافة الذروة إلى الذروة لإشارة التيار المتردد من اللوحة الشمسية) [W]

ك - هو معامل حجم

مقبس الصوت

يتم استخدام مقبس مقاس 3.5 ملم في حالة رغبتنا في توصيل سماعات الرأس. في هذا الجهاز ، يحتوي المقبس على دبوس اكتشاف الاتصال ، والذي يتم فصله عن دبوس الإشارة ، عند توصيل قابس الصوت. وقد تم تصميمه بهذه الطريقة لتوفير الإخراج إلى مسار واحد في ذلك الوقت - مكبر الصوت أو سماعات الرأس.

RGB LED

تعمل LED هنا في مهمة مزدوجة - فهي تضيء عند شحن الجهاز أو تشغيل الجهاز.

الخطوة الثانية: الضميمة - التصميم والطباعة

تعد الطابعة ثلاثية الأبعاد أداة رائعة للمرفقات والحالات المخصصة. يحتوي الضميمة الخاصة بهذا المشروع على هيكل أساسي للغاية مع بعض الميزات المشتركة. دعنا نتوسع في الأمر خطوة بخطوة:

التحضير و FreeCAD

تم تصميم الضميمة في FreeCAD (ملف المشروع متاح للتنزيل في أسفل هذه الخطوة) ، حيث تم إنشاء جسم الجهاز أولاً ، وتم إنشاء غطاء صلب كجزء منفصل بالنسبة للجسم. بعد تصميم الجهاز ، يجب تصديره كجسم وغطاء منفصلين.

يتم تثبيت اللوحة الشمسية المصغرة على الغطاء بمساحة ذات حجم ثابت ، حيث يتم تخصيص منطقة القطع للأسلاك. واجهة المستخدم متاحة على كلا الجانبين: انقطاع USB و LED | جاك | فتحات مقياس الجهد. السماعة لها منطقة مخصصة لها ، وهي عبارة عن مجموعة من الثقوب في الجزء السفلي من الجسم. البطارية مجاورة للسماعة ، يوجد مكان لكل جزء من الأجزاء ، وبالتالي لن نشعر بالإحباط أثناء تجميع الجهاز تمامًا.

التقطيع و Ultimaker Cura

نظرًا لأن لدينا ملفات STL ، يمكننا المتابعة إلى عملية تحويل G-Code. هناك الكثير من الطرق للقيام بذلك ، سأترك هنا المعلمات الرئيسية للطباعة:

• البرنامج: Ultimaker Cura 4.4.2
• ارتفاع الطبقة: 0.18 مم
• سمك الجدار: 1.2 مم
• عدد الطبقات العلوية / السفلية: 3
• إنفيل: 20٪
• فوهة: 0.4 مم ، 215 * ج
• السرير: زجاج ، 60 * درجة مئوية
• الدعم: نعم ، 15٪

الخطوة 3: اللحام والتجميع

اللحيم

بينما تنشغل الطابعة ثلاثية الأبعاد بطباعة العلبة الخاصة بنا ، دعنا نغطي عملية اللحام. كما ترى في المخططات ، فقد تم تبسيطها إلى الحد الأدنى - وهذا هو السبب في أن جميع الأجزاء التي سنقوم بإرفاقها معًا متوفرة ككتل متكاملة مستقلة. حسنًا ، التسلسل هو:

1. لحام أطراف بطارية Li-Ion إلى TP4056 BAT + و BAT- دبابيس
2. لحام VO + و VO- من TP4056 إلى أطراف VCC و GND لمكبر الصوت
3. لحام طرف "+" للوحة شمسية صغيرة بـ VIN (إما L أو R) لمكبر الصوت ، و "-" بأرضي مضخم الصوت
4. إرفاق ثنائي اللون أو RGB LED بمقاومين 220R بعزل مناسب
5. لحام أنود LED الأول بطرف التبديل لمكبر الصوت (يجب أن يتم التوصيل على طرف المحول). يوصى بشدة بالتحقق من أي طرف من المحولات الموجودة على الجانب السفلي من PCB متصل بـ VCC - الخيار الذي ليس هو خيارنا
6. يجب أن يكون أنود LED الثاني ملحومًا بالأنود لكل من SMD LEDS - لديهم اتصال أنود مشترك
7. لحام كاثودات LED لتضخيم مكبر الصوت
8. محطات مكبرات الصوت اللحام لإخراج مضخم الصوت (تأكد من أنك اخترت نفس القناة عند الإدخال أو اليسار أو اليمين)
9. من أجل إجبار مكبر الصوت على إيقاف الحالة ، قم بتوصيل أطراف مقبس استريو مقاس 3.5 مم تمنع تدفق التيار عبر السماعة.
10. من أجل جعل سماعات الرأس تصدر صوتًا على كل جانب - L و R ، قم باختصار المحطات الموصوفة في الخطوة السابقة معًا.

المجسم

بعد طباعة العلبة ، يوصى بتجميع جزء بجزء فيما يتعلق بارتفاع الجزء:

1. عمل إطار من الغراء الساخن حسب المحيط الداخلي ووضع الألواح الشمسية فيه
2. إرفاق مقياس الجهد بجوز وغسالة على الجانب الآخر
3. مكبر الصوت مع الغراء الساخن
4. بطارية الإلتصاق بالغراء الساخن
5. لصق جاك 3.5 مم بالغراء الساخن
6. لصق البطارية بـ… غراء ساخن
7. لصق TP4056 مع توجيه USB خارج منطقة الفصل المخصصة له بالغراء الساخن
8. وضع مقبض على مقياس الجهد
9. ربط الغطاء والجسم بأربعة مسامير

اختبارات

جهازنا جاهز وجاهز للانطلاق! من أجل فحص الجهاز بشكل صحيح ، هناك حاجة للعثور على مصدر الضوء الذي قد يوفر كثافة بديلة. أوصي باستخدام جهاز التحكم عن بعد بالأشعة تحت الحمراء ، لأنه يوفر كثافة متناوبة يتردد ترددها في منطقة عرض النطاق الترددي لسمع الإنسان [20 هرتز: 20 كيلو هرتز].

لا تنس اختبار جميع مصادر الإضاءة في المنزل.

شكرا للقراءة!:)