الرادار المحيطي للمكفوفين: 14 خطوة

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

نتيجة لحادث مروع ، فقد صديق لي مؤخرًا بصره في عينه اليمنى. لقد كان عاطلاً عن العمل لفترة طويلة وعندما عاد أخبرني أن أحد أكثر الأشياء المقلقة التي عليه التعامل معها هو عدم معرفة ما هو على جانبه الأيمن. تعني الرؤية المحيطية الأقل الاصطدام بالأشياء والأشخاص. هذا أزعجني. قررت أنه يجب أن يكون هناك شيء يمكننا القيام به.

كنت أرغب في بناء جهاز يمكنه قياس المسافة إلى الأشياء الموجودة على الجانب الأيمن لصديقي. خطتي هي استخدام محرك لمسي ليهتز الجهاز بشكل يتناسب عكسياً مع المسافة إلى الجسم. ثم إذا كانت الأشياء بعيدة ، فلن يهتز المحرك ، وعندما يكون الجسم أقرب ، سيبدأ في الاهتزاز عند مستوى منخفض. إذا كان الكائن قريبًا ، فسيهتز على مستوى أعلى بكثير (أو أي مستوى تريده). يجب أن يكون الجهاز صغيرًا بما يكفي للتعليق على جانب الزجاج مع توجيه المستشعر إلى اليمين. كان صديقي يضع الجهاز على الجانب الأيمن من نظارته ولكن بالطبع بالنسبة لشخص آخر ، يمكن أن يكون الجانب الأيسر.

تذكرت أن لدي بعض أجهزة استشعار المسافة الصوتية في المنزل. لكنها كبيرة الحجم وضخمة بعض الشيء وأقل دقة ومن المحتمل أن تكون ثقيلة جدًا لاستخدامها على النظارات. بدأت في البحث عن شيء آخر.

ما وجدته هو مستشعر وقت الرحلة من ST Electronics VL53L0X. هذا هو كاشف ليزر الأشعة تحت الحمراء والأشعة تحت الحمراء في عبوة واحدة. يصدر نبضة من ضوء الليزر خارج النطاق المرئي للإنسان (940 نانومتر) ويسجل الوقت المنقضي الذي يستغرقه اكتشاف النبض المنعكس. يقسم هذه المرة على 2 ويضرب في سرعة الضوء مما ينتج عنه مسافة دقيقة جدًا بالمليمترات. يمكن لجهاز الاستشعار اكتشاف المسافة التي تصل إلى مترين ولكن كما رأيت ، فإن 1 متر هو الأفضل.

كما يحدث ، لدى Adafruit لوحة اندلاع VL53L0X. لذلك كنت بحاجة إلى محرك اهتزازي ، كان لديهم أيضًا ، ومتحكم دقيق لتشغيل كل شيء. تصادف أن لدي PJRC Teensy 3.2 في متناول يدي. على الرغم من أن حجمها أكبر مما كنت أريده ، إلا أنها تتمتع بالقدرة على تسجيل الوقت بسرعة بطيئة. كنت أرغب في خفض سرعة الساعة لتوفير الطاقة. وفيما يتعلق بمصدر الطاقة ، كان لدي منظم تعزيز Sparkfun في صندوق البريد غير المرغوب فيه مع حامل بطارية AAA. كان لدي كل ما أحتاجه.

الخطوة 1: النموذج الأولي

أخذت الأجزاء التي بحوزتي وصنعت نموذجًا أوليًا يدويًا للجهاز الذي تخيلته. لقد قمت بطباعة المقبض ولوحة التثبيت ثلاثية الأبعاد ولحمت جميع الأجهزة الإلكترونية على لوح Adafruit. لقد قمت بتوصيل المحرك الاهتزازي بـ Teensy عبر ترانزستور 2N3904 NPN. أضفت مقياس جهد لاستخدامه لتعيين أقصى مسافة سيستجيب لها الجهاز.

لقد تم تشغيله بحلول نهاية الأسبوع المقبل (انظر الصورة أعلاه). لم تكن جميلة لكنها أظهرت المبدأ. يمكن لصديقي أن يحمل الجهاز على جانبه الأيمن ويختبر ما إذا كان الجهاز مفيدًا أم لا وللمساعدة في تحسين ما يريد من الميزات.

الخطوة 2: النموذج الأولي رقم 2

بعد النموذج الأولي المحمول باليد بدأت في صنع نسخة أصغر. كنت أرغب في الاقتراب من هدفي المتمثل في صنع شيء يمكن وضعه على النظارات. سمح لي Teensy الذي استخدمته في النسخة المحمولة لي بإبطاء الساعة لتوفير الطاقة. لكن الحجم كان سيصبح عاملاً ولذا فقد تحولت إلى Adafruit Trinket M0. بينما يبلغ معدل الساعة 48 ميجاهرتز ، فإن معالج ARM الذي يعتمد عليه يمكن أن يعمل بشكل أبطأ. باستخدام مذبذب RC الداخلي ، يمكن تشغيله بسرعة 8 و 4 2 وحتى 1 ميجاهرتز.

جاء النموذج الأولي رقم 2 معًا بسرعة كبيرة كما كان لي في نهاية الأسبوع المقبل. كانت الدوائر هي نفسها النموذج الأولي رقم 1 باستثناء ARM M0. لقد قمت بطباعة حاوية صغيرة ثلاثية الأبعاد ووضعت أدلة على الظهر حتى يمكن انزلاقها على النظارات. انظر إلى الصورة أعلاه. في البداية يتم تسجيله بمعدل 48 ميجا هرتز.

الخطوة 3: النموذج الأولي رقم 3

لذلك ، يبدأ هذا Instructable حقًا هنا. قررت أن أصنع نموذجًا أوليًا أخيرًا. قررت أن أضغط عليه بأكبر قدر ممكن من استخدام PWB المخصص (وهو المكان الذي أنا متأكد من أننا نتجه إليه). سيكون الجزء المتبقي من Instructable هذا حول توضيح كيفية صنع واحدة. تمامًا مثل الأشخاص الذين يصنعون أيديًا مطبوعة ثلاثية الأبعاد للأطفال ذوي الإعاقة ، آمل أن يقوم الناس بصنعها لأي شخص يعاني من فقدان مماثل في الرؤية في العين.

احتفظت بقائمة الأجزاء مثل النموذج الأولي رقم 2 لكنني قررت إزالة مقياس الجهد. بعد التحدث مع صديقي قررنا تحديد أقصى مسافة باستخدام البرنامج. نظرًا لأن لدي القدرة على استخدام مستشعر اللمس باستخدام Teensy ، فيمكننا دائمًا ضبط المسافة القصوى عن طريق اللمس. لمسة واحدة تحدد مسافة قصيرة ، أو لمسة أكثر مسافة أطول ، لمسة أخرى لأطول مسافة ثم لمسة أخرى ، لف حولها إلى البداية. لكن في البداية ، سنستخدم مسافة ثابتة للمضي قدمًا.

الخطوة 4: الأجزاء

لهذا النموذج الأولي كنت بحاجة إلى لوحة أصغر. ذهبت مع Sparkfun protoboard (PRT-12702) لأن أبعادها الصغيرة (حوالي 1.8 "X 1.3") ستكون ذات حجم جيد للتصوير.

كنت بحاجة أيضًا إلى استخدام شيء آخر غير بطارية AAA كمصدر للطاقة. يبدو أن LiPo هو الخيار الصحيح لأنه سيكون لديه سعة تخزين ووزن خفيف. لقد جربت خلية عملة معدنية ولكن لم يكن لديها ما يكفي من القوة للتعامل مع المحرك لفترة طويلة جدًا. لقد اخترت LiPo صغيرًا بسعة 150 مللي أمبير.

كنت سأبقى مع Trinket M0 وبالطبع لوحة الاختراق VL53L0X.

الآن بعد أن وصلنا إلى التفاصيل ، إليك قائمة بأجزاء هذا النموذج الأولي:

Adafruit VL53L0X مستشعر وقت الرحلة - معرف المنتج: 3317 Adafruit - قرص محرك صغير يهتز - معرف المنتج: 1201 Adafruit - بطارية ليثيوم أيون بوليمر - 3.7 فولت 150 مللي أمبير - معرف المنتج: 1317 SparkFun - لوحة توصيل قابلة للحام - صغيرة - PRT-12702 Sparkfun - موصل JST بالزاوية اليمنى - ثقب من خلال ثقب ثنائي - PRT-09749 مقاوم 10 كيلو أوم - Junkbox (انظر إلى الأرضية) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (أو اتصل بصديق) بعض أسلاك التوصيل (لقد استخدمت مقياس 22 تقطعت بهم السبل)

لشحن بطارية LiPo ، قمت أيضًا بالحصول على:

Adafruit - Micro Lipo - شاحن USB LiIon / LiPoly - v1 - معرّف المنتج: 1304

الخطوة 5: التخطيطي

يظهر التخطيطي لهذا الجهاز أعلاه. سيكون إدخال اللمس لإصدار مستقبلي ولكنه يظهر في التخطيطي على أي حال. أيضًا ، يوفر المقاوم 10K بين Trinket M0 وقاعدة 2N3904 قاعدة كافية لتشغيل المحرك دون الضغط عليه بشدة.

ما يلي هو وصف التجميع خطوة بخطوة.

الخطوة 6: لوح الحماية

يعرف الكثير منكم من ذوي الخبرة هذا ، ولكن هذا مخصص لأولئك الذين قد يكونون جددًا في لحام الألواح الأولية:

تحتوي لوحة Sparkfun protoboard (PRT-12702) الموضحة أعلاه على 17 عمودًا (مجموعات) من 5 دبابيس على كل جانب من فجوة تبلغ ثلاثة أعشار البوصة. كل عمود عمودي من 5 دبابيس على جانبي الفجوة مشتركة مع بعضها البعض. أعني بهذا أن أي اتصال بدبوس في المجموعة هو اتصال بكل طرف آخر في المجموعة. بالنسبة لهذه اللوحة ، لا يبدو ذلك واضحًا ولكن يمكنك التحقق من ذلك إذا كنت تستخدم DVM (مقياس فولت رقمي). إذا نظرت إلى الخلف ، يمكنك فقط تحديد الآثار التي تربط المجموعات.

الخطوة 7: وضع المكون

ربما يتعين عليك لحام شرائح دبوس لكل من Trinket M0 و VL53L0X. كلاهما يأتي مع الشرائط لكنهما بحاجة إلى لحام. لدى Adafruit تعليمات في مركز التعلم الخاص بهم لكلا الجزأين. إذا كنت جديدًا على هذا ، فالرجاء الانتقال إلى هناك (هنا وهنا) قبل لحام الشرائط على الألواح. توفر شرائط الدبوس مظهرًا أقل من المقبس.

أول شيء يجب مراعاته عند لحام شيء ما على لوح أولي بمساحة محدودة هو وضع المكون. لقد وضعت Trinket و VL53L0X في المواضع الموضحة في الشكل أعلاه. يحتوي Trinket على دبابيس على حافتي اللوحة ولكن VL53L0X به 7 دبابيس على حافة واحدة من اللوحة. جانب VL53L0X الذي لا يحتوي على دبابيس سنستخدمه لتوصيل بعض المكونات … كما سنرى.

لقد قمت أيضًا بلحام مفتاح الشريحة في الموضع وقمت بلحام 2N3904. لقد قمت بتغميق الثقوب حيث يتم وضع تلك الأجزاء ، وبالنسبة للطراز 2N3904 ، فقد لاحظت أي المسامير هي المجمع والقاعدة والباعث. عندما تقوم بلحامها لأول مرة ، يجب أن تتركها بشكل عمودي على اللوحة حتى تتمكن من لحام الاتصالات الأخرى. ستتمكن لاحقًا من ثنيها (بعناية) بحيث تكون أقرب إلى أن تتدفق مع اللوحة.

ملاحظة: لا يتم لحام انفصال بطارية JST باللوحة في هذا الوقت. سيتم لحامها في الجزء الخلفي من اللوحة ولكن فقط بعد أن نقوم بتوصيل اتصالاتنا الأخرى. سيكون آخر شيء نلحمه.

الخطوة 8: الأسلاك

يوضح الرسم البياني أعلاه اللوحة الأولية مرة أخرى مع وجود ثقوب مظلمة حيث سيتم وضع المكونات. لقد أضفت الملصقات الخاصة بهم على طول الحواف لتسهيل توصيل الأسلاك. لاحظ أن محرك الاهتزاز معروض ولكنه سيكون موجودًا على الجانب الخلفي من اللوحة وسيتم توصيله في النهاية تقريبًا حتى الآن ، فقط تجاهله. أعرض أيضًا JST Battery Breakout بخط متقطع. كما هو موضح في الخطوة السابقة ، لا تقم بتوصيله ولكن يرجى ترك الفتحات الأربعة الموجودة أعلى اللوحة مفتوحة (على سبيل المثال ، لا تقم باللحام بها).

أفترض في هذه المرحلة أنك تعرف كيفية نزع العزل من السلك ، وصفيح الأطراف باللحام واللحام على السبورة. إذا لم يكن كذلك ، يرجى الذهاب لرؤية أحد Instructables على اللحام.

لهذه الخطوة ، اسلاك اللحام كما هو موضح باللون الأصفر. نقاط النهاية هي الثقوب التي يجب عليك اللحام بها. يجب عليك أيضًا لحام المقاوم 10 كيلو أوم على اللوحة كما هو موضح. الاتصالات التي يتم إجراؤها هي:

1. اتصال من الطرف الموجب للبطارية إلى طرف COMmon (المركز) لمفتاح الانزلاق. سيقوم جانب واحد من مفتاح الانزلاق بالاتصال بإدخال BAT في Trinket. يولد منظم Trinket الموجود على اللوحة 3.3 فولت من جهد إدخال أفضل التقنيات المتاحة.

2. اتصال من الطرف السالب (الأرضي) للبطارية إلى أرض Trinket.

3. اتصال من الطرف السالب (الأرضي) للبطارية إلى باعث 2N3904

4. اتصال من دبوس Trinket's 3.3 فولت (3V) إلى VIN الخاص بـ VL53L0X. سيعمل VL53L0X على تنظيم هذا إلى 2.8 فولت لاستخدامه الخاص. كما أنه يقوم بإخراج هذا الجهد إلى دبوس ولكننا لسنا بحاجة إليه لذلك سيتم تركه غير متصل.

الخطوة التاسعة: المزيد من الأسلاك

نضيف الآن المجموعة التالية من الأسلاك كما هو موضح أعلاه. فيما يلي قائمة بكل اتصال:

1. اتصال من دبوس Trinket المسمى بـ 2 إلى دبوس VL53L0X SCL. هذه هي إشارة ساعة I2C. بروتوكول I2C التسلسلي هو ما تستخدمه Trinket للتواصل مع VL53L0X.

2. اتصال من دبوس Trinket المسمى بـ 0 (صفر) إلى دبوس VL53L0X SDA. هذه هي إشارة بيانات I2C.

3. اتصال من دبوس VL53L0X GND عبر الفجوة الموجودة على اللوحة الأولية إلى باعث 2N3904. هذا يوفر الأرضية لـ VL53L0X.

4. اتصال من دبوس Trinket المسمى بـ 4 إلى المقاوم 10K. هذا هو محرك محرك الاهتزاز. يجب بالتأكيد أن يكون هذا السلك ملحومًا على الجانب الخلفي من اللوحة إذا اخترت نقطة الاتصال الخاصة بي.

تذكر أن أي مجموعة عمودية من 5 دبابيس مشتركة مع بعضها البعض حتى تتمكن من الاتصال في أي مكان في هذه المجموعة يكون مناسبًا. ستلاحظ في صور لوحي أنني غيرت بعض نقاط الاتصال الخاصة بي. طالما أنها الاتصال الصحيح ، فلا بأس بأي لوحة تختارها.

الخطوة 10: محرك الاهتزاز

يأتي محرك الاهتزاز مع ملصق قابل للجلد على ظهره. يمكنك سحب هذا لتكشف عن مادة لزجة تسمح للمحرك بأن يعلق في الجزء الخلفي من اللوحة (ولكن ، انظر التعليق أدناه قبل لصقه). لقد وضعته على اليسار (بالنظر إلى الجزء الخلفي من اللوحة) من لوحة JST Battery Breakout التي لم نعلقها بعد. لذا ، اترك بعض المساحة للوحة كسر بطارية JST. أردت أيضًا التأكد من أن العلبة المعدنية للمحرك لا تقصر أي دبابيس عبر فجوة اللوحة الأولية. لذلك ، قمت بقطع قطعة صغيرة من الشريط على الوجهين وألصقتها بالجزء الخلفي من الجانب اللاصق لمحرك الاهتزاز. ثم دفعت ذلك إلى الجزء الخلفي من اللوحة. يساعد على إبقاء العلبة المعدنية مرتفعة وبعيدًا عن أي دبابيس. لكن مع ذلك ، كن حذرًا في وضعه بطريقة لا تقصر أي دبابيس.

قم بتلحيم السلك الأحمر لمحرك الاهتزاز بالدبوس 3 فولت في Trinket. السلك الأسود لمحرك الاهتزاز ملحوم بمجمع 2N3904. عندما ينبض البرنامج بـ 2N3904 (يوفر منطقًا 1 مثل 3.3 فولت) ، يقوم الترانزستور بتشغيل توصيل السلك الأسود لمحرك الاهتزاز بالأرض (أو بالقرب منه). هذا يجعل المحرك يهتز.

كان بإمكاني إضافة بعض السعة عند نقطة اتصال السلك الأحمر لـ Vibration Motor. ولكن هناك سعة على خط Trinket 's 3.3V لذلك أنا متأكد من أنه جيد ولكن إذا كنت ترغب في إضافة بعض السعة الأخرى ، فيمكنك … طالما يمكنك الضغط عليها. لهذا الأمر ، يمكن توصيل السلك الأحمر مباشرة إلى الجانب الإيجابي لبطارية LiPo. اخترت جانب 3.3V للحفاظ على الجهد ثابتًا. حتى الآن ، يبدو أنها تعمل بشكل جيد.

الخطوة 11: أخيرًا وليس آخرًا …

أخيرًا ، قمنا بتوصيل لوحة اندلاع بطارية JST بالجانب الخلفي من اللوحة الأولية. لقد قمت بلحام دبابيس على اللوحة ووضعت لوحة فصل بطارية JST بحيث يكون جانبها العلوي مواجهًا للوح الأولي كما هو موضح أعلاه. تأكد من أنك قمت بلحام الأسلاك للبطارية الموجبة والأرض على المسامير الصحيحة عند وضع هذا الجزء. إذا كنت مخطئًا ، فستعكس القطبية تجاه الأجزاء ومن المحتمل أن تدمرها جميعًا. لذا يرجى التحقق وإعادة الفحص قبل لحام البطارية وتوصيلها.

الخطوة 12: البرمجيات

لتثبيت و / أو تعديل البرنامج ، ستحتاج إلى Arduino IDE وملفات اللوحة الخاصة بـ Trinket M0 بالإضافة إلى مكتبات VL53L0X. كل هذا هنا وهنا وهنا.

اتبع التعليمات الخاصة باستخدام Adafruit M0 على موقع التعلم الخاص بهم هنا.

بمجرد تحميل البرنامج ، يجب أن يبدأ تشغيل اللوحة وتشغيلها على اتصال USB التسلسلي. حرك جانب اللوحة مع VL53L0X بالقرب من الحائط أو من يدك وستشعر بأن المحرك يهتز. يجب أن يقل سعة الاهتزاز كلما ابتعد الجسم عن الجهاز.

يتم شرح السلوك المرئي في الجهاز إلى حد ما في التعليقات في شفرة المصدر. لكن يجب أن يوضح الرسم البياني المرفق هذه النقطة جيدًا. يجب ألا يبدأ الجهاز في الاهتزاز إلا بعد مسافة 863 مم تقريبًا من الجسم. سيصل إلى أقصى مستوى اهتزاز عند 50 مم من الجسم. إذا اقتربت من شيء أقرب من 50 مم ، فلن ينتج الجهاز أي اهتزاز أكثر مما يحدث عند 50 مم.

الخطوة 13: الضميمة

لقد صممت حاوية وطبعتها ثلاثية الأبعاد في بلاستيك ABS. يمكنك طباعته في PLA أو ABS أو أي مادة تريدها. أستخدم ABS لأنني أستطيع لحام قطع الأسيتون على السبورة إذا لزم الأمر. اللوحة التي صممتها بسيطة وتحتوي على فتحة لمنفذ USB على Trinket وفتحة لمفتاح الطاقة. لقد صنعت اللوحين معًا بأذرع صغيرة على جانبي الصندوق. لا يعجبني كثيرًا لذا من المحتمل أن أغيره. بالطبع ، يمكنك إجراء أي تغييرات ترغب في رؤيتها.

في الوقت الحالي بالنسبة لهذا الإصدار ، يجب فتح الصندوق لفصل بطارية LiPo لإعادة شحنها. إذا قمت بإنشاء لوحة دوائر كهربائية لهذا المشروع ، فسأضيف موصلًا آخر لتسهيل الوصول إلى البطارية دون فتح الصندوق. قد يكون من الممكن القيام بذلك على تصميم لوح الحماية هذا وعمل فتحة للموصل للشحن. إذا كنت ترغب في تجربة هذا يرجى مشاركة النتائج الخاصة بك.

تمكنت من تصميم صندوق لم أكرهه تمامًا. سنستخدم هذا لاختبار النظام. لقد قمت بإرفاق الجزء العلوي والسفلي من المربع كملفات STL بالإضافة إلى القوس / الدليل الذي أضفته إلى الجزء السفلي. لقد أضفت زوجًا من الأدلة باستخدام الأسيتون لتلحيم الأجزاء معًا كيميائيًا. إذا قمت بذلك ، كن حذرًا. تستطيع أن ترى التجميع أعلاه.

الخطوة 14: ماذا الآن؟

تحقق مني … أنا عجوز وربما نسيت شيئًا ما أو أفسدت. أنا أعيد قراءة هذا والتحقق منه ، لكن لا يزال بإمكاني تفويت بعض الأشياء. لا تتردد في إخباري بكل ما فعلته / أخطأت.

والآن بعد أن قمت ببناء لوحة الرادار المحيطية وتحميلها وبطارية LiPo في علبة مطبوعة ثلاثية الأبعاد لطيفة (عندما أنتهي منها أو ، إذا فعلت بنفسك) ، ماذا ستفعل بعد ذلك؟ أعتقد أنه يجب أن تحصل على خبرة في كيفية عملها وإجراء تعديلات على البرنامج. تنص اتفاقية الترخيص في البرنامج على أنه يمكنك استخدامه ولكن إذا أجريت أي تغييرات ، فستتم مطالبتك بمشاركتها. أنا لا أقول أن برنامج هذا المشروع معقد أو مذهل بطريقة ما. إنها تحقق أهدافها ولكن هناك مجال للتحسين. ساعد في تحسين هذا الجهاز ومشاركته معنا جميعًا. تذكر أن هذا المشروع يدور حول مساعدة الناس. لذا ، ساعدوا!