مستشعر المجال المغناطيسي ثلاثي المحاور: 10 خطوات (بالصور)

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

أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية في طريقها لاستبدال الشحن السلكي التقليدي. بدءًا من عمليات الزرع الطبية الحيوية الصغيرة وصولاً إلى إعادة شحن السيارات الكهربائية الضخمة لاسلكيًا. جزء لا يتجزأ من البحث حول الطاقة اللاسلكية هو تقليل كثافة المجال المغناطيسي. تقدم اللجنة الدولية للحماية من الإشعاع غير المؤين (ICNIRP) المشورة العلمية والتوجيهات بشأن الآثار الصحية والبيئية للإشعاع غير المؤين (NIR) لحماية الناس والبيئة من التعرض الضار بالأشعة تحت الحمراء. يشير NIR إلى الإشعاع الكهرومغناطيسي مثل الأشعة فوق البنفسجية والضوء والأشعة تحت الحمراء والموجات الراديوية والموجات الميكانيكية مثل الأشعة تحت الحمراء والموجات فوق الصوتية. تنتج أنظمة الشحن اللاسلكي مجالات مغناطيسية متناوبة يمكن أن تكون ضارة للإنسان والحيوانات الموجودة في المنطقة المجاورة. لتكون قادرًا على اكتشاف هذه الحقول وتقليلها في إعداد اختبار في العالم الحقيقي ، يلزم وجود جهاز قياس مجال مغناطيسي مثل Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spectral Analyzer. عادة ما تكلف هذه الأجهزة ما يزيد عن 2000 دولار وهي ضخمة وقد لا تتمكن من الوصول إلى المساحات الضيقة حيث يحتاج الحقل إلى القياس. بالإضافة إلى ذلك ، تحتوي هذه الأجهزة عادةً على ميزات أكثر مما هو مطلوب للقياس الميداني البسيط في أنظمة نقل الطاقة اللاسلكية. ومن ثم ، فإن تطوير إصدار أصغر وأرخص من أجهزة القياس الميدانية سيكون ذا قيمة كبيرة.

يتضمن المشروع الحالي تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور لاستشعار المجال المغناطيسي وأيضًا تصميم جهاز إضافي يمكنه معالجة قيم المجال المغناطيسي المستشعر وعرضها على شاشة OLED أو LCD.

الخطوة 1: المتطلبات

يتوافر بالجهاز المتطلبات التالية:

1. قياس المجالات المغناطيسية المتناوبة في نطاق 10-300 كيلو هرتز
2. قياس الحقول بدقة تصل إلى 50 uT (حد الأمان الذي حددته ICNIRP هو 27 uT)
3. قم بقياس الحقول في جميع المحاور الثلاثة واحصل على ناتجها للعثور على الحقل الفعلي عند نقطة معينة
4. اعرض المجال المغناطيسي على عداد محمول باليد
5. اعرض مؤشر تحذير عندما يتجاوز الحقل المعايير التي حددتها ICNIRP
6. قم بتضمين تشغيل البطارية حتى يكون الجهاز محمولًا حقًا

الخطوة 2: نظرة عامة على النظام

الخطوة 3: اختيار المكونات

ربما تكون هذه الخطوة هي الخطوة التي تستغرق وقتًا طويلاً ، وتتطلب قدرًا كبيرًا من الصبر لاختيار المكونات المناسبة لهذا المشروع. كما هو الحال مع معظم مشاريع الإلكترونيات الأخرى ، يتطلب اختيار المكونات فحصًا دقيقًا لأوراق البيانات للتأكد من أن جميع المكونات متوافقة مع بعضها البعض وتعمل في النطاق المطلوب لجميع معلمات التشغيل - في هذه الحالة بالذات ، المجالات المغناطيسية والترددات والفولتية ، إلخ.

المكونات الرئيسية المختارة لمستشعر المجال المغناطيسي ثنائي الفينيل متعدد الكلور متوفرة في ورقة إكسل المرفقة. المكونات المستخدمة للجهاز المحمول هي كما يلي:

1. متحكم Tiva C TM4C123GXL
2. شاشة SunFounder I2C Serial 20x4 LCD
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 قناة مستوى منطق محول وحدة ناقل الحركة ثنائية الاتجاه
4. ضغط زر التبديل
5. 2 تبديل تبديل الموقف
6. 18650 خلية ليثيوم أيون 3.7 فولت
7. شاحن Adafruit PowerBoost 500
8. لوحات الدوائر المطبوعة (SparkFun snappable)
9. المواجهات
10. توصيل الأسلاك
11. دبابيس الرأس

المعدات المطلوبة لهذا المشروع هي كما يلي:

1. جهاز لحام وبعض أسلاك اللحام
2. تدريبات
3. قاطع الاسلاك

الخطوة 4: تصميم الدوائر والمحاكاة

الخطوة 5: تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور

بمجرد التحقق من تشغيل الدائرة في LTSpice ، يتم تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تم تصميم الطائرات النحاسية بطريقة لا تتداخل مع عمل مستشعرات المجال المغناطيسي. تُظهر المنطقة الرمادية المميزة في مخطط تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور المستويات النحاسية على لوحة الدوائر المطبوعة. على اليمين ، يتم أيضًا عرض عرض ثلاثي الأبعاد لثنائي الفينيل متعدد الكلور المصمم.

الخطوة السادسة: إعداد وحدة التحكم الدقيقة

المتحكم الدقيق الذي تم اختياره لهذا المشروع هو Tiva C TM4C123GXL. تمت كتابة الكود في Energia للاستفادة من مكتبات LCD الحالية لعائلة Arduino من وحدات التحكم الدقيقة. وبالتالي ، يمكن أيضًا استخدام الكود الذي تم تطويره لهذا المشروع مع متحكم Arduino بدلاً من Tiva C (بشرط استخدام تعيينات الدبوس الصحيحة وتعديل الكود وفقًا لذلك).

الخطوة 7: تشغيل الشاشة

يتم توصيل الشاشة ووحدة التحكم الدقيقة عبر اتصال I2C الذي لا يتطلب سوى سلكين بخلاف مصدر التيار الكهربائي a + 5V والأرضي. تم نقل مقتطفات رمز LCD المتاحة لعائلة Arduino من المتحكمات الدقيقة (مكتبات LiquidCrystal) واستخدامها في Energia. الرمز موجود في ملف LCDTest1.ino المرفق.

يمكن العثور على بعض النصائح المفيدة حول العرض في الفيديو التالي:

www.youtube.com/watch؟v=qI4ubkWI_f4

الخطوة 8: الطباعة ثلاثية الأبعاد

تم تصميم صندوق إحاطة للجهاز المحمول باليد كما هو موضح في الصورة أعلاه. يساعد الصندوق في الحفاظ على الألواح في مكانها وعدم إزعاج الأسلاك. تم تصميم الصندوق بحيث يحتوي على فتحتين لتمرير الأسلاك من خلاله ، وفتحة واحدة لمصابيح LED الخاصة بمؤشر البطارية ، وواحدة لمفتاح التبديل ومفتاح زر الضغط. الملفات الضرورية مرفقة.

الخطوة 9: ربط جميع المكونات

قم بقياس أبعاد جميع المكونات المتاحة ووضعها باستخدام أداة رسومية مثل Microsoft Visio. بمجرد تخطيط تخطيط جميع المكونات ، من الجيد محاولة وضعها في مواقعها للتعرف على المنتج النهائي. يوصى باختبار التوصيلات بعد إضافة كل مكون جديد إلى الجهاز. يتم عرض نظرة عامة على عملية التفاعل في الصور أعلاه. يعطي الصندوق المطبوع ثلاثي الأبعاد مظهرًا نظيفًا للجهاز ويحمي أيضًا الأجهزة الإلكترونية الموجودة بداخله.

الخطوة 10: اختبار الجهاز والشرح

يوضح الفيديو المضمن تشغيل الجهاز. يعمل مفتاح التبديل على تشغيل الجهاز ويمكن استخدام زر الضغط للتبديل بين وضعي العرض.