Báo động bằng khuôn mặt: 4 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Chạm vào mặt là một trong những cách phổ biến nhất khiến chúng ta tự lây nhiễm vi-rút như Covid-19. Một nghiên cứu hàn lâm vào năm 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) cho thấy chúng ta chạm vào khuôn mặt trung bình 23 lần mỗi giờ. Tôi quyết định thiết kế một thiết bị tiết kiệm điện, chi phí thấp có thể cảnh báo bạn mỗi khi bạn chuẩn bị chạm vào mặt mình. Nguyên mẫu thô này có thể được tinh chế rất dễ dàng và mặc dù bạn không muốn mặc nó cả ngày, nhưng nó có thể là một cách tốt để huấn luyện bạn giảm chạm vào mặt và do đó giảm sự lây lan của vi rút.

Hầu hết các hình thức cảm biến chuyển động đều sử dụng gia tốc kế hoặc xử lý hình ảnh. Đây là loại tương đối đắt tiền, đòi hỏi nguồn điện liên tục và do đó cũng có một lượng pin tương đối lớn. Tôi muốn tạo ra một thiết bị chỉ tiêu thụ năng lượng khi hành vi kích hoạt nó và có thể được làm tại nhà với giá chưa đến 10 đô la.

Thiết bị có ba phần. Một chiếc vòng cổ và hai sợi dây thun nhỏ trên mỗi cổ tay. Nó sử dụng nguyên tắc nam châm di chuyển gần cuộn dây sẽ tạo ra dòng điện trong dây. Khi bàn tay di chuyển về phía mặt, nam châm ở cổ tay tạo ra một điện áp cực nhỏ trên cuộn dây. Điều này được khuếch đại và nếu nó cao hơn ngưỡng nhất định, nó sẽ bật một bộ rung nhỏ.

Quân nhu

• 100 - 200 mét dây điện từ. Hầu hết dây quá dày. Dây điện từ được cách điện bằng một lớp sơn bóng rất tốt để bạn có thể thực hiện nhiều vòng trong cuộn dây mà vẫn giữ cho nó tương đối nhỏ và nhẹ. Tôi đã sử dụng 34 AWG - có đường kính khoảng 0,15mm
• Dây buộc hoặc băng keo
• Một op-amp công suất thấp cung cấp duy nhất. Nó cần có thể hoạt động ở 3V. Tôi đã sử dụng Microchip MCP601.
• 2 điện trở (1M, 2K)
• Điện trở tông đơ 2K
• Bộ rung piezo 3 - 5 V
• Bất kỳ bóng bán dẫn npn cơ bản nào (tôi đã sử dụng 2N3904)
• Một số veroboard
• CR2032 (hoặc bất kỳ pin đồng xu 3V nào)
• 2 nam châm nhỏ cực mạnh
• 2 dây cao su dày hoặc một số vật liệu hỗ trợ nén (như vớ nén)

Bước 1: Cuộn dây

Cuộn dây cần phải là một đoạn dây liên tục nên rất tiếc, nó không thể được nối và tháo ra như một chiếc vòng cổ. Do đó, điều quan trọng là đường kính cuộn dây đủ lớn để bạn có thể vượt qua đầu của mình. Tôi quấn quanh một cái cũ hình tròn (một cái giỏ đựng giấy vụn) với đường kính khoảng 23 cm (9 inch). Càng nhiều lượt càng tốt. Tôi đã không đếm được mình đã thực hiện bao nhiêu vòng nhưng bằng cách kiểm tra điện trở cuối cùng, tôi nghĩ rằng tôi đã kết thúc với khoảng 150 vòng.

Nhẹ nhàng lấy cuộn dây ra khỏi cuộn dây trước và cố định cuộn dây bằng dây cáp hoặc băng dính. Điều quan trọng là không được làm đứt bất kỳ dây điện từ mỏng manh nào vì hầu như không thể sửa chữa được. Khi bạn đã cố định cuộn dây, hãy tìm hai đầu của dây và loại bỏ dầu bóng từ cm cuối cùng (nửa inch cuối cùng) của mỗi đầu. Tôi đã làm điều này bằng cách nấu chảy lớp sơn bóng bằng mỏ hàn (xem video đính kèm).

Bấm vào đây để xem video về cách tháo dây điện từ

Các đầu này có thể được hàn tinh vi vào bảng mạch máy dò của bạn. Đối với nguyên mẫu của tôi, tôi đã hàn các đầu vào một mảnh nhỏ của tấm veroboard riêng biệt với đầu cắm ổ cắm, để tôi có thể thử nghiệm và sử dụng cáp jumper để kết nối nó với các thiết kế mạch khác nhau.

Bước 2: Xây dựng mạch dò

Sơ đồ và mạch cuối cùng được hiển thị ở trên.

Tôi sử dụng một amp op trong cấu hình không đảo để khuếch đại điện áp rất nhỏ được tạo ra trên cuộn dây. Độ lợi của bộ khuếch đại này là tỷ số điện trở của R1 và R2. Nó cần đủ cao để phát hiện nam châm khi nó di chuyển cách mép cuộn dây khoảng 10cm tương đối chậm (khoảng 20-30cm / s) nhưng nếu bạn làm cho nó quá nhạy thì nó có thể mất ổn định và còi sẽ kêu liên tục.. Vì con số tối ưu sẽ phụ thuộc vào cuộn dây thực tế bạn chế tạo và nam châm bạn sử dụng, tôi khuyên bạn nên xây dựng mạch với một biến trở có thể được đặt thành bất kỳ giá trị nào lên đến 2K. Trong nguyên mẫu của mình, tôi thấy rằng giá trị xấp xỉ 1,5K hoạt động tốt.

Vì cuộn dây cũng sẽ nhận các sóng vô tuyến đi lạc có tần số khác nhau nên tôi đã bao gồm một tụ điện trên R1. Điều này hoạt động giống như một bộ lọc thông thấp. Tại bất kỳ tần số nào cao hơn một vài hertz, điện trở của tụ điện này nhỏ hơn nhiều so với giá trị của R1 và do đó độ khuếch đại giảm đi.

Vì mức tăng quá cao, đầu ra của amp op thực sự sẽ chỉ là "bật" (3V) hoặc "tắt" (0V). Ban đầu kể từ khi MCP601 có thể xuất ra 20mA, tôi nghĩ rằng nó có thể điều khiển trực tiếp bộ rung piezo (chúng chỉ yêu cầu một vài mA để hoạt động). Tuy nhiên, tôi thấy rằng amp op phải vật lộn để điều khiển nó trực tiếp, có thể là do điện dung của bộ rung. Tôi đã giải quyết điều này bằng cách cấp đầu ra của đầu ra thông qua một điện trở đến một bóng bán dẫn npn hoạt động giống như một công tắc. R3 được chọn để đảm bảo rằng bóng bán dẫn được bật hoàn toàn khi đầu ra từ amp Op là 3V. Để giảm thiểu mức tiêu thụ điện năng, lý tưởng nhất là mức tiêu thụ điện năng này phải cao nhất có thể mà vẫn đảm bảo rằng bóng bán dẫn đang bật. Tôi đã chọn 5K để đảm bảo rằng mạch này sẽ hoạt động với hầu hết mọi bóng bán dẫn npn phổ biến.

Điều cuối cùng bạn cần là pin. Tôi đã có thể chạy nguyên mẫu của mình thành công với pin đồng xu 3V - nhưng nó thậm chí còn nhạy hơn và hiệu quả hơn ở điện áp cao hơn một chút và vì vậy nếu bạn có thể tìm thấy pin li-poly nhỏ (3,7V), tôi khuyên bạn nên sử dụng loại pin đó.

Bước 3: Làm dây đeo cổ tay

Nếu một nam châm được đeo gần mỗi tay, hành động đưa tay về phía mặt sẽ kích hoạt còi. Tôi quyết định tạo hai dây đeo cổ tay bằng chất liệu tất hỗ trợ đàn hồi và sử dụng chúng để giữ hai nam châm nhỏ ở cổ tay. Bạn cũng có thể thử nghiệm với một chiếc nhẫn từ tính trên một ngón tay của mỗi bàn tay.

Dòng điện cảm ứng chạy theo một chiều xung quanh cuộn dây khi nam châm đi vào vùng của cuộn dây và ngược chiều khi nó rời khỏi. Bởi vì mạch nguyên mẫu là đơn giản có chủ đích, chỉ một hướng của dòng điện sẽ kích hoạt bộ rung. Vì vậy, nó sẽ vo ve khi bàn tay đến gần chiếc vòng cổ hoặc khi nó di chuyển ra xa. Rõ ràng là chúng ta muốn nó kêu vang trên đường tới mặt và chúng ta có thể thay đổi cực của dòng điện được tạo ra bằng cách lật nam châm. Vì vậy, hãy thử xem cách nào tạo ra tiếng kêu khi bàn tay đến gần mặt và đánh dấu nam châm để bạn nhớ đeo nó theo đúng chiều xung quanh.

Bước 4: Kiểm tra

Kích thước của dòng điện cảm ứng liên quan đến tốc độ thay đổi của từ trường gần cuộn dây. Vì vậy, nó dễ dàng nhận được các chuyển động nhanh gần cuộn dây hơn là các chuyển động chậm ở xa nó. Với một chút thử nghiệm và sai sót, tôi đã có thể làm cho nó hoạt động ổn định khi tôi di chuyển nam châm với tốc độ khoảng 30cm / s (1 ft / s) ở khoảng cách 15 cm (6 inch). Điều chỉnh nhiều hơn một chút sẽ cải thiện điều này bằng hệ số hai hoặc ba.

Tất cả đều hơi thô vào thời điểm hiện tại vì nguyên mẫu sử dụng các thành phần "xuyên lỗ" nhưng tất cả các thiết bị điện tử có thể dễ dàng thu nhỏ bằng cách sử dụng các thành phần gắn kết bề mặt và kích thước giới hạn sẽ chỉ là pin.