Kính radar: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Mùa hè năm ngoái khi đi nghỉ ở Maine, chúng tôi gặp một cặp đôi khác: Mike và Linda. Linda bị mù và đã bị mù từ khi sinh (tôi nghĩ) đứa con đầu lòng của họ. Họ thực sự rất tốt và chúng tôi đã có rất nhiều tiếng cười cùng nhau. Sau khi chúng tôi về nhà, tôi không thể ngừng nghĩ về việc bị mù sẽ như thế nào. Người mù có thể nhìn thấy chó và gậy bằng mắt và tôi chắc chắn sẽ giúp được họ rất nhiều thứ khác. Tuy nhiên, vẫn phải có rất nhiều thách thức. Tôi đã cố gắng tưởng tượng nó sẽ như thế nào và tôi tự hỏi, với tư cách là một người mê điện tử, liệu tôi có thể làm được gì không.

Tôi bị bỏng mắt vào một mùa hè với một anh thợ hàn khi tôi khoảng 20 tuổi (truyện dài… đứa trẻ câm). Đó là điều tôi sẽ không bao giờ quên. Dù sao thì tôi cũng đã được vá mắt trong một ngày. Tôi nhớ mẹ đã cố gắng dắt tôi qua đường. Tôi liên tục hỏi cô ấy xem xe đã dừng chưa. Cô ấy nói điều gì đó như, "Tôi là mẹ của bạn … bạn có nghĩ rằng tôi sẽ hướng dẫn bạn khi tham gia giao thông?" Nghĩ lại những gì tôi đã từng là một thiếu niên, tôi tự hỏi. Nhưng tôi không thể vượt qua vì không biết có thứ gì đó sắp đập vào mặt tôi khi tôi bước đi. Tôi rất hạnh phúc và nhẹ nhõm khi chúng tôi gỡ bỏ các bản vá lỗi. Đó là điều duy nhất gần với 'kinh nghiệm' mà tôi có trong đời liên quan đến chứng mù lòa.

Gần đây, tôi đã viết một bài giảng khác về một người bạn trẻ tại nơi làm việc bị mất thị lực ở mắt phải và một thiết bị mà tôi đã làm cho anh ấy để nói với anh ấy nếu có thứ gì đó ở bên phải của anh ấy. Nếu bạn muốn đọc nó ở đây. Thiết bị đó sử dụng cảm biến Thời gian bay của ST Electronics. Khoảng một phút sau khi hoàn thành dự án đó, tôi quyết định rằng tôi có thể làm một thiết bị để giúp đỡ người mù. Cảm biến VL53L0X tôi đã sử dụng trong dự án đó có một cảm biến anh / chị / em được gọi là VL53L1X. Thiết bị này có thể đo khoảng cách lớn hơn so với VL53L0X. Có một bảng đột phá cho VL53L0X từ Adafruit và cho VL53L1X có một bảng đột phá từ Sparkfun. Tôi quyết định tạo một cặp kính với VL53L1X ở phía trước và một thiết bị phản hồi xúc giác (động cơ rung) phía sau kính gần sống mũi. Tôi sẽ dao động động cơ tỷ lệ nghịch với khoảng cách đến một vật, tức là một vật càng gần kính thì nó càng dao động.

Tôi cần lưu ý ở đây rằng VL53L1X có Trường nhìn rất hẹp (có thể lập trình từ 15-27 độ) nghĩa là chúng RẤT có hướng. Điều này rất quan trọng vì nó mang lại độ phân giải tốt. Ý tưởng là người dùng có thể di chuyển đầu của họ giống như một ăng-ten radar. Điều này cùng với FOV hẹp cho phép người dùng phân biệt tốt hơn các đối tượng ở các khoảng cách khác nhau.

Lưu ý về cảm biến VL53L0X và VL53L1X: chúng là cảm biến thời gian bay. Điều này có nghĩa là chúng phát ra một xung LASER (công suất thấp và nằm trong phổ Hồng ngoại nên chúng an toàn). Cảm biến tính thời gian mất bao lâu để thấy xung phản xạ quay trở lại. Vì vậy, khoảng cách tương đương với tốc độ X thời gian như tất cả chúng ta nhớ từ các lớp toán / khoa học phải không? Vì vậy, chia đôi thời gian và nhân với tốc độ ánh sáng và bạn sẽ có được khoảng cách. Nhưng như đã được chỉ ra bởi một thành viên khác của Huấn luyện viên, chiếc kính có thể được gọi là Kính LiDAR vì sử dụng LASER theo cách này là Khoảng cách và Khoảng cách ánh sáng (LiDAR). Nhưng như tôi đã nói, không phải ai cũng biết LiDAR là gì nhưng tôi nghĩ hầu hết mọi người đều biết RADAR. Và trong khi ánh sáng hồng ngoại và sóng vô tuyến đều là một phần của quang phổ điện từ, ánh sáng không được coi là sóng vô tuyến như tần số vi sóng. Vì vậy, tôi sẽ để tiêu đề là RADAR nhưng bây giờ, bạn hiểu rồi.

Dự án này về cơ bản sử dụng cùng một sơ đồ với một sơ đồ cho dự án khác… như chúng ta sẽ thấy. Những câu hỏi lớn đặt ra cho dự án này là, làm thế nào để chúng ta gắn các thiết bị điện tử lên kính và chúng ta sử dụng loại kính nào?

Bước 1: Kính

Tôi quyết định rằng tôi có thể thiết kế một cặp kính đơn giản và in chúng bằng máy in 3D của mình. Tôi cũng quyết định rằng tôi chỉ cần in 3D khung xương hoặc khung của kính. Tôi muốn thêm một bảng mạch in để hàn trong các thành phần. Bảng mạch in (protoboard) sẽ được gắn vào các khung để tăng thêm sức mạnh cho toàn bộ lắp ráp. Kết xuất 3D của các khung được hiển thị ở trên.

Các tệp STL cũng được đính kèm trong bước này. Có ba tệp: left.stl, right.stl (tai nghe / cánh tay) và glass.stl (khung).

Bước 2: Bảng mạch in

Tôi đã sử dụng Adafruit Perma-Proto Full Sized Breadboard. Tôi đặt breadboard phía trước kính và căn giữa chúng. Cạnh trên của kính tôi đã thực hiện ngay cả với phần trên của bảng điều khiển. Phần hình chữ nhật của kính kéo dài ra khỏi đỉnh là nơi cuối cùng sẽ gắn cảm biến Thời gian bay. Một phần tốt của phần trên cùng của phần này của khung nhô lên phía trên bảng điều khiển. Điều này là ổn vì chúng ta không cần hàn bất cứ thứ gì vào đầu cảm biến mà chỉ cần hàn dưới cùng.

Có một lỗ ở trung tâm của breadboard gần như chính xác trên đỉnh của sống mũi sẽ nằm trong kính. Tôi đánh dấu 4 lỗ trên khung lên bảng điều khiển bằng bút đánh dấu đầu nhọn. Sau đó tôi khoan các lỗ vào breadboard.

Tiếp theo, tôi gắn các khung vào breadboard bằng vít M2.5. Của tôi là nylon và tôi đã nhận toàn bộ bộ vít từ Adafruit cho mục đích này. Sau khi các vít được gắn vào, tôi lấy bút đánh dấu và vẽ một đường xung quanh các khung lên bảng mạch. Đối với tôi, tôi đã đánh dấu thẳng xuống các vết lõm trên các cạnh của khung nơi các miếng tai sẽ được đặt. Đây là sở thích của tôi… nhưng có thể bạn sẽ muốn phần tai của khung được hiển thị.

Bước 3: Cắt nó ra

Tiếp theo, tôi tháo 4 vít trở lại từ việc giữ các khung vào breadboard. Tôi đã loại bỏ thô vật liệu bên ngoài đường mà chúng tôi đã đánh dấu. Tôi đã cẩn thận để tránh xa các đường kẻ một chút vì tôi sẽ tinh chỉnh điều này sau với máy chà nhám đai để bàn mà tôi có. Bạn có thể sử dụng một tệp… nhưng chúng tôi đang vượt lên chính mình.

Bạn có thể cắt thô xung quanh đường bằng bất kỳ phương tiện nào bạn có. Có thể là một chiếc cưa sắt? Tôi không có. Tôi có một 'nibbler' cho bảng mạch in nên tôi đã sử dụng nó. Nó thực sự mất một khoảng thời gian kha khá và việc này rất khó thực hiện. Nhưng vật liệu bảng mạch in có thể vỡ và nứt và vì vậy, tôi muốn đi chậm. Tôi nhấm nháp xung quanh và cả vùng mũi… nhưng chỉ gần như thôi. Bạn có thể thấy những gì tôi đã làm trong hình trên.

Bước 4: Chà nhám hoặc nộp hồ sơ

Tôi đã loại bỏ vật liệu gần dây hơn nhiều bằng cách sử dụng máy chà nhám đai trên mặt bàn của mình. Một lần nữa, bạn có thể sử dụng một tệp nếu bạn không có bất kỳ thứ gì khác. Tất cả những gì tôi có thể nói ở đây về chà nhám là, tùy thuộc vào độ mài mòn trong máy chà nhám, hãy cẩn thận với lượng vật liệu bạn cố gắng loại bỏ. Một đi không trở lại. Đôi khi một vết trượt có thể làm hỏng bảng (hoặc ít nhất là làm cho nó trông không đối xứng hoặc bị mờ). Vì vậy, hãy dành thời gian của bạn.

Bạn có thể xem hình ảnh trước và sau của tôi ở trên.

Bước 5: Tinh chỉnh

Tôi gắn lại các khung bằng 4 con vít và quay lại máy đánh đai. Tôi rất cẩn thận chà nhám ngay đến mép của khung. Tôi cần phải sử dụng một chiếc dũa tròn ở phần mũi vì tôi không thể tạo ra một cú xoay sắc nét như vậy trong chiếc máy đánh cát của mình. Xem kết quả cuối cùng của tôi ở trên.

Bước 6: Thêm cảm biến

Tại thời điểm này, tôi đã thêm bảng đột phá cảm biến VL53L1X. Đầu tiên, tôi thêm hai vít nylon dài M2.5 đẩy chúng qua các lỗ trên khung và qua các lỗ trên VL53L1X. Tôi thêm một đai ốc nylon vào mỗi con vít và siết chặt chúng thật nhẹ nhàng. Trên đầu mỗi đai ốc, tôi thêm hai (tổng cộng bốn) vòng đệm nylon. Những điều này là cần thiết để đảm bảo rằng cảm biến VL53L1X nằm song song với bo mạch chủ.

Tôi đặt dải đầu cuối 6 vị trí lên bảng ở vị trí sao cho các lỗ trên đỉnh của VL53L1X thẳng hàng với hai vít tôi đặt ở đầu khung (với vòng đệm nylon). Tôi thêm các đai ốc nylon vào đầu các con vít và một lần nữa, nhẹ nhàng siết chặt chúng. Xem những hình ảnh trên.

Bước 7: Sơ đồ

Như tôi đã nói trước đó, giản đồ gần giống như giản đồ cho dự án Radar ngoại vi. Một điểm khác biệt là tôi đã thêm một nút bấm (một công tắc tiếp xúc tiền tệ). Tôi tưởng tượng rằng một lúc nào đó chúng ta sẽ cần một cái để thay đổi chế độ hoặc triển khai một số tính năng… vì vậy, tốt hơn là nên có nó ngay bây giờ hơn là thêm nó sau.

Tôi cũng đã thêm một chiết áp 10K. Nồi được sử dụng để điều chỉnh khoảng cách mà phần mềm sẽ coi là khoảng cách tối đa để đáp ứng. Hãy coi nó như một điều khiển độ nhạy.

Sơ đồ được hiển thị ở trên.

Danh sách các bộ phận (mà tôi nên đưa ra trước đó) như sau:

Đột phá cảm biến khoảng cách SparkFun - 4 Mét, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Đĩa động cơ mini rung - ID SẢN PHẨM: 1201Adafruit - Pin Lithium Ion Polymer - 3.7v 150mAh - ID SẢN PHẨM: 1317Adafruit Perma-Proto Breadboard PCB - Đơn - SẢN PHẨM ID: 1606 Nút công tắc xoay (mỏng 6mm) x gói 20 - ID SẢN PHẨM: 1489Sparkfun - Đầu nối góc phải JST - Qua lỗ 2 chân - Điện trở PRT-0974910K ohm - Hộp đựng đồ (nhìn trên sàn nhà của bạn) Điện trở 10K-100K ohm - Junkbox (nhìn trên sàn nhà của bạn gần điện trở 10K) Bóng bán dẫn NPN 2N3904 - Junkbox (hoặc gọi cho bạn bè) Một số dây nối (tôi đã sử dụng dây 22 gauge)

Để sạc pin LiPo, tôi cũng đã mua: Adafruit - Micro Lipo - Bộ sạc USB LiIon / LiPoly - v1 - ID SẢN PHẨM: 1304

Bước 8: Vị trí các thành phần

Tôi đã cố gắng trở nên khéo léo nhất có thể trong việc sắp xếp các thành phần. Tôi thường thử và xếp một số chân nhất định như nguồn và nối đất… nếu tôi có thể. Tôi cố gắng giảm thiểu chiều dài dây ít nhất. Tôi cần đảm bảo để lại một khoảng trống phía trên nơi sống mũi cho động cơ rung. Cuối cùng thì tôi đã đến vị trí có thể nhìn thấy trong hình trên.

Bước 9: Căn cứ

Đầu tiên, tôi hàn tất cả các thành phần vào bo mạch ở các vị trí mà tôi đã quyết định. Tiếp theo, tôi đã thêm các kết nối mặt đất. Thuận tiện là một trong những dải dài lớn trên PWB vẫn bị lộ ra, vì vậy tôi đã biến nó thành dải mặt bằng chung.

Hình trên cho thấy các kết nối đất và điện trở 10K. Tôi sẽ không cho bạn biết nơi đặt mọi dây vì hầu hết mọi người đều có ý tưởng riêng về cách thực hiện mọi thứ. Tôi sẽ cho bạn thấy những gì tôi đã làm.

Bước 10: Dây

Tôi đã thêm phần còn lại của dây như trong hình trên. Tôi đã thêm một miếng băng dính kép bên dưới động cơ rung để đảm bảo nó được giữ đúng vị trí. Vật liệu dính ở đáy động cơ không đủ mạnh đối với tôi.

Tôi đã sử dụng dây 22 gauge cho các kết nối của mình. Nếu bạn có thứ gì đó nhỏ hơn, hãy sử dụng nó. Tôi đã sử dụng 22 gauge vì đó là chiếc nhỏ nhất mà tôi có trong tay.

Bước 11: Giá đỡ pin

Tôi đã in 3D một giá đỡ để giữ pin LiPo (hình minh họa của nó được hiển thị ở trên). Tôi đã đánh dấu và khoan các lỗ trên bảng điều khiển để gắn giá đỡ vào mặt đối diện của kính từ các thành phần như hình trên.

Tôi cần lưu ý ở đây rằng giá đỡ rất mỏng và mỏng manh và tôi phải in nó bằng vật liệu hỗ trợ (tôi đã sử dụng nhựa ABS cho tất cả các bộ phận của dự án này). Bạn có thể dễ dàng phá vỡ giá đỡ khi cố gắng lấy vật liệu hỗ trợ ra để dễ dàng.

Một điều tôi làm để làm cho các bộ phận của mình khỏe hơn là nhúng chúng vào axeton. Tất nhiên bạn phải rất cẩn thận khi làm điều này. Tôi làm điều đó ở một khu vực thông gió tốt và tôi sử dụng găng tay và kính bảo vệ mắt. Tôi thực hiện việc này sau khi xóa tài liệu hỗ trợ (tất nhiên). Tôi có một hộp đựng axeton và bằng cách sử dụng nhíp, tôi nhúng hoàn toàn phần này vào axeton trong một hoặc hai giây. Tôi ngay lập tức loại bỏ nó và đặt nó sang một bên để làm khô. Tôi thường để lại các bộ phận trong một giờ hoặc hơn trước khi tôi chạm vào chúng. Axeton sẽ làm 'tan chảy' ABS về mặt hóa học. Điều này có tác dụng làm kín các lớp nhựa.

Tệp STL cho dấu ngoặc được đính kèm ở bước này.

Bước 12: Lập trình

Sau khi kiểm tra kỹ tất cả các kết nối của mình, tôi đã gắn cáp USB để lập trình Trinket M0.

Để cài đặt và / hoặc sửa đổi phần mềm (đính kèm với bước này), bạn sẽ cần Arduino IDE và các tệp bảng cho Trinket M0 cũng như các thư viện cho VL53L1X từ Sparkfun. Tất cả những thứ đó đều ở đây, và ở đây.

Nếu bạn chưa quen với nó, hãy làm theo hướng dẫn sử dụng Adafruit M0 trên trang web học tập của họ tại đây. Sau khi phần mềm (được thêm vào bước này) được tải, bo mạch sẽ khởi động và chạy bằng nguồn từ kết nối nối tiếp USB. Di chuyển mặt bên của bảng có VL53L1X gần với tường hoặc tay của bạn và bạn sẽ cảm thấy động cơ rung. Dao động sẽ có biên độ càng thấp khi vật càng cách xa thiết bị.

Tôi muốn nhấn mạnh rằng phần mềm này là lần đầu tiên vượt qua điều này. Tôi đã làm hai cặp kính và tôi sẽ làm thêm hai chiếc nữa ngay lập tức. Chúng tôi (tôi và ít nhất một người khác đang làm việc này) sẽ tiếp tục tinh chỉnh phần mềm và đăng bất kỳ bản cập nhật nào tại đây. Tôi hy vọng rằng những người khác cũng sẽ thử điều này và đăng (có thể lên GitHub) bất kỳ thay đổi / cải tiến nào mà họ thực hiện.

Bước 13: Hoàn thiện khung

Tôi gài miếng tai vào rãnh ở cả hai bên kính và bôi axeton bằng cách sử dụng một đầu gợi ý. Tôi ngâm axeton nên khi ấn vào các góc sẽ có một lượng vừa đủ. Nếu chúng được siết chặt thì axeton sẽ được đưa đi xung quanh thông qua lực hút mao dẫn. Tôi đảm bảo rằng chúng được đặt thẳng hàng và nếu cần, tôi có thể dùng vật gì đó để giữ chúng cố định trong ít nhất một giờ. Đôi khi tôi nộp đơn lại và đợi thêm một giờ nữa. Axeton tạo ra một liên kết tuyệt vời và kính của tôi có vẻ khá bền ở ranh giới khung.

Tất nhiên, những chiếc kính này chỉ là một mẫu thử nghiệm, vì vậy tôi đã giữ thiết kế đơn giản và đó là lý do tại sao không có bản lề cho tay của kính. Dù sao thì chúng cũng hoạt động khá tốt. Tuy nhiên, nếu bạn muốn, bạn luôn có thể thiết kế lại chúng bằng bản lề.

Bước 14: Kết luận

Tôi nhận thấy rằng cảm biến không hoạt động tốt dưới ánh sáng mặt trời. Điều này có ý nghĩa vì tôi chắc chắn rằng cảm biến được bão hòa bởi IR từ ánh nắng mặt trời nên không thể tách nó khỏi xung mà cảm biến phát ra. Tuy nhiên, họ sẽ tạo ra những chiếc kính tốt trong nhà, vào ban đêm và có thể cả những ngày nhiều mây. Tất nhiên, tôi cần phải làm thêm các bài kiểm tra.

Một điều tôi sẽ làm để thay đổi thiết kế là thêm một số loại cao su vào phần notch chạm vào sống mũi. Nếu bạn cúi đầu xuống, bạn sẽ khó cảm nhận được độ rung khi kính nhấc ra khỏi da một chút dưới tác dụng của trọng lực. Tôi nghĩ rằng một số cao su để tạo ma sát sẽ giữ kính cố định vào mũi để rung động có thể được truyền sang nó.

Tôi hy vọng nhận được một số phản hồi về kính. Tôi không biết rằng chiếc kính sẽ hữu ích với mọi người nhưng chúng ta sẽ phải nhìn thấy. Đó là những gì mà nguyên mẫu hướng đến: tính khả thi, khả năng học hỏi và cải tiến.

Nhiều cảm biến có thể đã được thêm vào thiết kế. Tôi đã chọn sử dụng một động cơ cho nguyên mẫu này vì tôi nghĩ rằng nhiều hơn một động cơ rung sẽ khó nhận biết hơn đối với người dùng. Nhưng nó có thể là một ý tưởng hay nếu có hai cảm biến hướng ra từ mắt. Sau đó, sử dụng hai động cơ, bạn có thể rung mỗi bên của kính. Bạn cũng có thể sử dụng âm thanh được cấp cho mỗi tai thay vì rung. Một lần nữa, ý tưởng là thử một mẫu thử nghiệm và có được một số kinh nghiệm.

Nếu bạn đã làm được điều này, cảm ơn vì đã đọc!