نظارات الرادار: 14 خطوة (بالصور)

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56

في الصيف الماضي بينما كنا في إجازة في ولاية ماين ، التقينا بزوجين آخرين: مايك وليندا. كانت ليندا عمياء وكانت عمياء منذ ولادة طفلها الأول (على ما أعتقد). لقد كانوا لطيفين حقًا وكان لدينا الكثير من الضحك معًا. بعد أن عدنا إلى المنزل ، لم أستطع التوقف عن التفكير في ما سيكون عليه الأمر عندما تكون أعمى. المكفوفون يرون كلابًا وعصيًا وأنا متأكد من أن هناك الكثير من الأشياء الأخرى لمساعدتهم. ولكن لا يزال هناك الكثير من التحديات. حاولت أن أتخيل كيف سيكون الأمر وتساءلت ، بصفتي مهووسًا بالإلكترونيات ، إذا كان هناك شيء يمكنني فعله.

أحرقت عيني في أحد الصيف باستخدام عامل لحام عندما كان عمري حوالي 20 عامًا (قصة طويلة … طفل غبي). إنه شيء لن أنساه أبدًا. على أي حال ، كانت عيني مرقعة ليوم واحد. أتذكر والدتي وهي تحاول أن تمشي معي عبر الشارع. ظللت أسألها إذا كانت السيارات قد توقفت. قالت شيئًا مثل ، "أنا والدتك … هل تعتقد أنني سأخرجك إلى الزحام المروري؟" بالتفكير في ما كنت عليه عندما كنت مراهقًا ، تساءلت. لكنني لم أستطع التغلب على عدم معرفة ما إذا كان هناك شيء على وشك أن يضربني على وجهي أثناء مشي. كنت سعيدًا جدًا ومرتاحًا عندما أزلنا الرقع. هذا هو الشيء الوحيد القريب من "التجربة" الذي مررت به في حياتي فيما يتعلق بالعمى.

لقد كتبت مؤخرًا تعليمات أخرى حول صديق شاب في العمل فقد بصره في عينه اليمنى وجهازًا صنعته له لإخباره إذا كان هناك شيء ما في جانبه الأيمن. إذا كنت تريد قراءته هنا. استخدم هذا الجهاز مستشعر وقت الرحلة بواسطة ST Electronics. بعد حوالي دقيقة من الانتهاء من هذا المشروع ، قررت أنه يمكنني صنع جهاز لمساعدة المكفوفين. يحتوي مستشعر VL53L0X الذي استخدمته في هذا المشروع على مستشعر شقيق / أخت كبير يسمى VL53L1X. يمكن لهذا الجهاز قياس مسافات أكبر من VL53L0X. كان هناك لوحة اندلاع لـ VL53L0X من Adafruit وبالنسبة لـ VL53L1X كان هناك لوحة اندلاع من Sparkfun. قررت إنشاء زوج من النظارات مع VL53L1X في المقدمة وجهاز ردود الفعل اللمسية (محرك الاهتزاز) خلف النظارات بالقرب من جسر الأنف. أود أن أهتز المحرك متناسبًا عكسيا مع المسافة إلى الجسم ، أي كلما اقترب الجسم من النظارات ، زاد اهتزازه.

يجب أن أشير هنا إلى أن VL53L1X لديها مجال رؤية ضيق جدًا (قابل للبرمجة بين 15-27 درجة) مما يعني أنها اتجاهية جدًا. هذا مهم لأنه يعطي دقة جيدة. الفكرة هي أن المستخدم يمكنه تحريك رأسه مثل هوائي الرادار. هذا بالإضافة إلى مجال الرؤية الضيق يسمح للمستخدم بتمييز الأشياء بشكل أفضل على مسافات مختلفة.

ملاحظة حول مستشعرات VL53L0X و VL53L1X: إنها مستشعرات وقت الرحلة. هذا يعني أنهم يرسلون نبضة ليزر (طاقة منخفضة وفي طيف الأشعة تحت الحمراء بحيث تكون آمنة). يضاعف المستشعر المدة التي يستغرقها لرؤية النبض المنعكس يعود. إذن المسافة تساوي معدل X مرة كما نتذكر جميعًا من فصول الرياضيات / العلوم ، أليس كذلك؟ لذا ، اقسم الوقت على النصف واضرب في سرعة الضوء لتحصل على المسافة. ولكن كما أشار عضو آخر في Instructables ، كان من الممكن تسمية النظارات بنظارات LiDAR لأن استخدام الليزر بهذه الطريقة هو Light Distance and Ranging (LiDAR). ولكن كما قلت ، لا يعرف الجميع ما هو LiDAR ولكن أعتقد أن معظم الناس يعرفون RADAR. وبينما يعتبر ضوء الأشعة تحت الحمراء والراديو جزءًا من الطيف الكهرومغناطيسي ، فإن الضوء لا يعتبر موجة راديوية مثل ترددات الميكروويف. لذا ، سأترك العنوان باسم RADAR لكنك تفهم الآن.

يستخدم هذا المشروع أساسًا نفس التخطيطي المستخدم في المشروع الآخر … كما سنرى. الأسئلة الكبيرة لهذا المشروع هي ، كيف نركب الإلكترونيات على النظارات وما نوع النظارات التي نستخدمها؟

الخطوة 1: النظارات

قررت أنه يمكنني على الأرجح تصميم زوج بسيط من النظارات وطباعتها باستخدام الطابعة ثلاثية الأبعاد الخاصة بي. قررت أيضًا أنني بحاجة فقط إلى طباعة الهيكل العظمي أو الإطار للنظارات ثلاثية الأبعاد. سأضيف لوحة دوائر مطبوعة للحام في المكونات. سيتم توصيل لوحة الدوائر المطبوعة (protoboard) بالإطارات التي ستضيف قوة إلى التجميع بأكمله. يظهر عرض ثلاثي الأبعاد للإطارات أعلاه.

يتم أيضًا إرفاق ملفات STL بهذه الخطوة. توجد ثلاثة ملفات: left.stl و right.stl (قطع الأذن / الذراعين) و glasses.stl (الإطارات).

الخطوة 2: لوحة الدوائر المطبوعة

لقد استخدمت لوح تجارب Adafruit Perma-Proto بالحجم الكامل. وضعت اللوح فوق مقدمة الكؤوس وقمت بتوسيطها. الحافة العلوية للنظارات التي صنعتها حتى مع الجزء العلوي من اللوحة الأولية. الجزء المستطيل من النظارات الممتد من الأعلى هو المكان الذي سيتم فيه تركيب مستشعر Time-Of-Flight في النهاية. يلتصق جزء كبير من الجزء العلوي من هذا الجزء من الإطارات فوق اللوحة الأولية. هذا جيد لأننا لا نحتاج إلى لحام أي شيء في الجزء العلوي من المستشعر ، فقط الجزء السفلي.

يوجد ثقب في وسط لوح التجارب يكاد يكون بالضبط أعلى مكان وجود جسر الأنف في النظارات. لقد قمت بتمييز الثقوب الأربعة الموجودة في الإطار على اللوحة الأولية باستخدام علامة طرف دقيقة. ثم قمت بحفر الثقوب في اللوح.

بعد ذلك ، قمت بتركيب الإطارات على لوح التجارب باستخدام مسامير M2.5. المنجم من النايلون وحصلت على مجموعة كاملة من البراغي من Adafruit لهذا الغرض. بمجرد تثبيت البراغي ، أخذت علامة ورسمت خطًا حول الإطارات على لوح التجارب. بالنسبة لي ، قمت بتمييز المسافات البادئة على جانبي الإطارات حيث سيتم وضع قطع الأذن. هذا هو المفضل لدي … ولكن ربما تريد أن تكون أجزاء الأذن من الإطار مرئية.

الخطوة 3: قصها

بعد ذلك ، قمت بإخراج المسامير الأربعة من تثبيت الإطارات على اللوح. لقد قمت بإزالة تقريبية للمواد خارج الخط الذي وضعناه. كنت حريصًا على الابتعاد قليلاً عن الخطوط لأنني سأقوم بتنقيح ذلك لاحقًا باستخدام أداة صنفرة الحزام المنضدية التي أمتلكها. يمكنك استخدام ملف … لكننا نتقدم على أنفسنا.

يمكنك قطع تقريبي حول الخط باستخدام أي وسيلة لديك. ربما المنشار الحزامي؟ حسنًا ، ليس لدي واحدة. لدي "قضم" للوحات الدوائر المطبوعة لذلك استخدمت ذلك. لقد استغرق الأمر في الواقع وقتًا لا بأس به وهو نوع من السحب للقيام به. لكن مادة لوحات الدوائر المطبوعة يمكن أن تتحطم وتتشقق ولذا أردت أن أبطئ. قضمت طريقي في جميع الأنحاء وفي منطقة الأنف أيضًا … ولكن بشكل تقريبي فقط. يمكنك أن ترى ما كنت أفعله في الصورة أعلاه.

الخطوة 4: الصنفرة أو البرد

لقد قمت بإزالة المادة الأقرب بكثير من الخط باستخدام جهاز صنفرة الحزام المنضدي. مرة أخرى ، يمكنك استخدام ملف إذا لم يكن لديك أي شيء آخر. كل ما يمكنني قوله هنا عن الصنفرة هو أنه ، اعتمادًا على حبيبات المادة الكاشطة في الصنفرة ، اعتني بكمية المواد التي تحاول إزالتها. ليس هناك عودة. في بعض الأحيان ، يمكن أن يؤدي الانزلاق الفردي إلى تدمير اللوحة (أو على الأقل جعلها تبدو غير متناسقة أو ملطخة). لذا ، خذ وقتك.

يمكنك أن ترى صوري قبل وبعد الصورة أعلاه.

الخطوة 5: الضبط الدقيق

أعدت تركيب الإطارات بالمسامير الأربعة وعدت إلى ماكينة الصنفرة بالحزام. لقد غطيت بعناية فائقة حتى حافة الإطارات. لقد احتجت إلى استخدام ملف دائري في قسم الأنف لأنني لم أستطع جعل هذا المنعطف حادًا في أداة السنفرة الخاصة بي. انظر نتائجي النهائية أعلاه.

الخطوة السادسة: إضافة المستشعر

في هذه المرحلة ، أضفت لوحة اندلاع المستشعر VL53L1X. قمت أولاً بإضافة مسامير طويلة من النايلون M2.5 لدفعهما عبر الفتحات الموجودة في الإطارات وعبر الفتحات الموجودة في VL53L1X. أضفت صامولة من النايلون إلى كل برغي وشدتها برفق شديد. على الجزء العلوي من كل صمولة ، أضفت غسالتين (أربعة إجمال) من النايلون. هذه مطلوبة للتأكد من أن مستشعر VL53L1X متوازي مع اللوحة الأولية.

لقد وضعت شريطًا طرفيًا من 6 مواضع على اللوحة في موضع بحيث تصطف الثقوب الموجودة في الجزء العلوي من VL53L1X مع المسمارين اللذين أضعهما في الجزء العلوي من الإطارات (مع غسالات النايلون). أضفت صواميل نايلون إلى نهايات المسامير وشدتها برفق مرة أخرى. انظر إلى الصور أعلاه.

الخطوة 7: التخطيطي

كما قلت سابقًا ، التخطيطي هو تقريبًا نفس المخطط لمشروع Peripheral Radar. اختلاف واحد هو أنني أضفت زر ضغط (مفتاح اتصال نقدي). أتخيل أنه في مرحلة ما سنحتاج إلى واحد لتغيير الأوضاع أو تنفيذ بعض الميزات … لذا ، من الأفضل الحصول عليها الآن بدلاً من إضافتها لاحقًا.

أضفت أيضًا مقياس جهد 10 كيلو. يتم استخدام القدر لضبط المسافة التي سيعتبرها البرنامج أقصى مسافة للاستجابة لها. فكر في الأمر كعنصر تحكم في الحساسية.

يظهر التخطيطي أعلاه.

قائمة الأجزاء (التي كان يجب أن أقدمها سابقًا) هي كما يلي:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 متر ، VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - قرص محرك صغير يهتز - معرف المنتج: 1201 Adafruit - بطارية ليثيوم أيون بوليمر - 3.7 فولت 150 مللي أمبير - معرف المنتج: 1317 Adafruit Perma-Proto Full-size Breadboard PCB - فردي - المنتج المعرف: 1606 أزرار التبديل اللمسية (نحيفة 6 مم) × 20 حزمة - معرّف المنتج: 1489 Sparkfun - موصل الزاوية اليمنى JST - الثقب ثنائي السنون - PRT-0974910K أوم المقاوم - Junkbox (انظر على أرضيتك) 10K-100K أوم المقاوم - Junkbox (انظر على أرضيتك بالقرب من مقاومات 10K) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (أو اتصل بصديق) بعض أسلاك التوصيل (استخدمت مقياس 22 تقطعت بهم السبل)

لشحن بطارية LiPo ، قمت أيضًا بالحصول على: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon / LiPoly Charger - v1 - معرف المنتج: 1304

الخطوة 8: وضع المكونات

كنت أحاول أن أكون ذكيًا قدر الإمكان في وضع المكونات. عادةً ما أحاول أن أصطف دبابيس معينة مثل الطاقة والأرضية … إذا استطعت. أحاول على الأقل تقليل أطوال الأسلاك. كنت بحاجة إلى التأكد من ترك مساحة أعلى حيث يكون جسر الأنف لمحرك الاهتزاز. في النهاية وصلت إلى الموضع الذي يمكن رؤيته في الصورة أعلاه.

الخطوة 9: الأسباب

لقد قمت أولاً بلحام جميع المكونات باللوحة في المواضع التي حددتها. بعد ذلك ، أضفت وصلات أرضية. لا يزال أحد الشرائط الطويلة الكبيرة على PWB مكشوفًا بشكل ملائم ، لذا جعلت هذا الشريط الأرضي المشترك.

توضح الصورة أعلاه التوصيلات الأرضية والمقاوم 10 كيلو. لن أخبرك بمكان وضع كل سلك لأن معظم الناس لديهم أفكارهم الخاصة حول كيفية القيام بالأشياء. سأريكم فقط ما فعلته.

الخطوة العاشرة: الأسلاك

أضفت باقي الأسلاك كما هو موضح في الصورة أعلاه. أضفت قطعة من الشريط اللاصق المزدوج أسفل محرك الاهتزاز لضمان ثباتها في مكانها. لم تكن المادة اللاصقة التي ظهرت بالفعل في الجزء السفلي من المحرك قوية بما يكفي بالنسبة لي.

لقد استخدمت سلك قياس 22 لتوصيلاتي. إذا كان لديك شيء أصغر ، فاستخدمه. لقد استخدمت مقياس 22 لأن هذا هو أصغر مقياس لدي في متناول اليد.

الخطوة 11: حامل البطارية

لقد قمت بطباعة شريحة ثلاثية الأبعاد لحمل بطارية LiPo (يظهر عرض لها أعلاه). لقد قمت بتمييز وحفر ثقوب في لوح الحماية لتركيب الحامل على الجانب الآخر من الزجاج من المكونات كما هو موضح أعلاه.

يجب أن أشير هنا إلى أن الحامل رقيق للغاية واهل ويجب علي طباعته باستخدام مادة دعم (استخدمت بلاستيك ABS لجميع أجزاء هذا المشروع). يمكنك بسهولة كسر الدعامة في محاولة لإخراج مادة الدعم ، لذلك عليك بسهولة.

شيء واحد أفعله لجعل أجزائي أقوى هو غمسها في الأسيتون. بالطبع عليك أن تكون حريصًا جدًا عند القيام بذلك. أفعل ذلك في منطقة جيدة التهوية وأستخدم القفازات وحماية العين. أفعل ذلك بعد أن أزيل مادة الدعم (بالطبع). لدي وعاء من الأسيتون ، وباستخدام الملقط ، أغمس الجزء تمامًا في الأسيتون لمدة ثانية أو ثانيتين. أزيله على الفور وأتركه ليجف. عادةً ما أترك الأجزاء لمدة ساعة أو أكثر قبل أن ألمسها. سوف يقوم الأسيتون "بإذابة" الـ ABS كيميائيًا. هذا له تأثير ختم طبقات البلاستيك.

ملف STL للقوس مرفق بهذه الخطوة.

الخطوة 12: البرمجة

بعد التحقق مرتين من جميع اتصالاتي ، قمت بتوصيل كبل USB من أجل برمجة Trinket M0.

لتثبيت و / أو تعديل البرنامج (المرفق بهذه الخطوة) ، ستحتاج إلى Arduino IDE وملفات اللوحة الخاصة بـ Trinket M0 بالإضافة إلى مكتبات VL53L1X من Sparkfun. كل هذا هنا وهنا.

إذا كنت جديدًا عليه ، فاتبع الإرشادات الخاصة باستخدام Adafruit M0 على موقع التعلم الخاص بهم هنا. بمجرد تحميل البرنامج (المضاف إلى هذه الخطوة) ، يجب أن يبدأ تشغيل اللوحة وتشغيلها بالطاقة من اتصال USB التسلسلي. حرك جانب اللوحة مع VL53L1X بالقرب من الحائط أو من يدك وستشعر بأن المحرك يهتز. يجب أن يقل سعة الاهتزاز كلما ابتعد الجسم عن الجهاز.

أريد أن أؤكد أن هذا البرنامج هو أول تمريرة في هذا. لقد صنعت زوجين من النظارات وسأقوم بصنع اثنين آخرين على الفور. سنواصل (أنا وشخص آخر على الأقل يعمل على هذا) تحسين البرنامج ونشر أي تحديثات هنا. آمل أن يجرب الآخرون هذا أيضًا وينشروا (ربما على GitHub) أي تغييرات / تحسينات يجرونها.

الخطوة 13: الانتهاء من الإطارات

لقد قطعت قطع الأذن في الشق الموجود على جانبي النظارات وطبقت الأسيتون باستخدام طرف جديلة. لقد امتص الأسيتون حتى أحصل على كمية جيدة عندما أضغط عليه في الزوايا. إذا تم قطعها بإحكام ، فسيتم نقل الأسيتون عبر الجذب الشعري. أتأكد من وضعها بشكل مستقيم وإذا لزم الأمر ، أستخدم شيئًا لتثبيتها في مكانها لمدة ساعة على الأقل. أحيانًا أعيد تقديم الطلب وانتظر ساعة أخرى. يصنع الأسيتون رابطة كبيرة وتبدو نظارتي قوية جدًا عند حدود الإطار.

بالطبع ، هذه النظارات هي مجرد نموذج أولي ، لذلك أبقيت التصميم بسيطًا ولهذا السبب لا توجد مفصلات لأذرع النظارات. إنهم يعملون بشكل جيد على أي حال. ولكن ، إذا أردت ، يمكنك دائمًا إعادة تصميمها بمفصلات.

الخطوة 14: الأفكار النهائية

لقد لاحظت أن المستشعر لا يعمل بشكل جيد في ضوء الشمس. هذا منطقي لأنني متأكد من أن المستشعر مشبع بالأشعة تحت الحمراء من الشمس مما يجعل من المستحيل فصل ذلك عن النبض الذي يصدره المستشعر. ومع ذلك ، كانوا يصنعون أكوابًا جيدة في الداخل وفي الليالي وربما في الأيام الملبدة بالغيوم. بالطبع ، أنا بحاجة لإجراء المزيد من الاختبارات.

شيء واحد سأفعله لتغيير التصميم هو إضافة نوع من المطاط إلى الشق الذي يلمس جسر الأنف. إذا قلبت رأسك لأسفل ، فمن الصعب أن تشعر بالاهتزاز لأن النظارات ترفع عن الجلد قليلاً تحت تأثير الجاذبية. أعتقد أن بعض المطاط الناتج عن الاحتكاك سيبقي النظارات مثبتة في الأنف حتى يمكن نقل الاهتزاز إليها.

آمل أن أحصل على بعض التعليقات على النظارات. لا أعلم أن النظارات ستكون مفيدة للناس ولكن علينا فقط رؤيتها. هذا ما تدور حوله النماذج الأولية: الجدوى والتعلم والتحسينات.

يمكن إضافة المزيد من أجهزة الاستشعار إلى التصميم. اخترت استخدام واحد لهذا النموذج الأولي لأنني أعتقد أن أكثر من محرك اهتزاز سيكون من الصعب على المستخدم تمييزه. ولكن ربما كانت فكرة جيدة أن يكون لديك مستشعران موجهان للخارج من العين. ثم باستخدام محركين ، يمكنك اهتزاز كل جانب من الكؤوس. يمكنك أيضًا استخدام تغذية صوتية لكل أذن بدلاً من الاهتزاز. مرة أخرى ، الفكرة هي تجربة نموذج أولي والحصول على بعض الخبرة.

إذا وصلت إلى هذا الحد ، شكرًا على القراءة!