Kính đào tạo tắc mạch xen kẽ điện áp cao [ATtiny13]: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Trong tài liệu hướng dẫn đầu tiên của mình, tôi đã mô tả cách chế tạo một thiết bị sẽ khá hữu ích cho những ai muốn điều trị chứng nhược thị (mắt lười). Thiết kế rất đơn giản và có một số nhược điểm (nó yêu cầu sử dụng hai pin và các tấm tinh thể lỏng được điều khiển bởi điện áp thấp). Tôi quyết định cải thiện thiết kế bằng cách thêm hệ số nhân điện áp và các bóng bán dẫn chuyển mạch bên ngoài. Độ phức tạp cao hơn yêu cầu sử dụng các thành phần SMD.

Bước 1: Tuyên bố từ chối trách nhiệm

Việc sử dụng một thiết bị như vậy có thể gây ra co giật động kinh hoặc các tác dụng phụ khác ở một số ít người dùng thiết bị. Việc xây dựng một thiết bị như vậy đòi hỏi phải sử dụng các công cụ nguy hiểm vừa phải và có thể gây hại hoặc hư hỏng tài sản. Bạn tự chịu rủi ro khi xây dựng và sử dụng thiết bị được mô tả

Bước 2: Các bộ phận và công cụ

Các bộ phận và vật liệu:

kính 3D màn trập hoạt động

ATTINY13A-SSU

Công tắc nút nhấn chốt ON-OFF 18x12mm (thứ gì đó giống như thế này, công tắc tôi đã sử dụng có dây dẫn thẳng, hẹp hơn)

Nút chuyển đổi xúc giác 2x SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V Trường hợp Một tụ điện tantali 1206

Tụ điện 100 nF 0805

Tụ điện 3x 330 nF 0805

Điốt schottky 4x SS14 DO-214AC (SMA)

10k 0805 điện trở

15k 1206 điện trở

22k 1206 điện trở

Điện trở 9x 27ohm 0805

3x 100k 1206 điện trở

Bóng bán dẫn 6x BSS138 SOT-23

Bóng bán dẫn 3x BSS84 SOT-23

Bảng đồng 61x44mm

vài đoạn dây

Pin 3V (CR2025 hoặc CR2032)

Băng cách điện

băng dính

Công cụ:

máy cắt chéo

cái kìm

tuốc nơ vít cánh dẹt

tuốc nơ vít phillips nhỏ

cái nhíp

dao tiện ích

cưa hoặc công cụ khác có thể cắt PCB

Mũi khoan 0,8mm

khoan trước hoặc công cụ quay

natri persulfat

hộp nhựa và dụng cụ nhựa có thể được sử dụng để lấy PCB ra khỏi dung dịch ăn mòn

trạm hàn

chất hàn

giấy nhôm

Lập trình viên AVR (lập trình viên độc lập như USBasp hoặc bạn có thể sử dụng ArduinoISP)

Máy in laser

giấy bóng

bàn ủi quần áo

Giấy nhám khô / ướt 1000 grit

kem tẩy trang

dung môi (ví dụ axeton hoặc cồn tẩy rửa)

nhà sản xuất vĩnh viễn

Bước 3: Tạo PCB bằng phương pháp truyền mực

Bạn cần in hình ảnh phản chiếu của F. Cu (mặt trước) trên giấy bóng bằng máy in laser (không bật bất kỳ cài đặt tiết kiệm mực nào). Kích thước bên ngoài của hình ảnh in phải là 60,96x43,434mm (hoặc gần nhất có thể của bạn). Tôi đã sử dụng bảng đồng mạ một mặt và tạo kết nối ở mặt còn lại bằng dây mỏng nên tôi không phải lo lắng về việc căn chỉnh hai lớp đồng. Bạn có thể sử dụng PCB hai mặt nếu bạn thích, nhưng hướng dẫn tiếp theo sẽ chỉ dành cho PCB một mặt.

Cắt PCB theo kích thước của hình ảnh in, bạn có thể thêm vài mm vào mỗi cạnh của PCB nếu bạn muốn (đảm bảo rằng PCB sẽ vừa với kính của bạn). Tiếp theo, bạn sẽ cần làm sạch lớp đồng bằng cách sử dụng giấy nhám mịn ướt, sau đó loại bỏ các hạt do giấy nhám để lại bằng chất tẩy rửa dạng kem (bạn cũng có thể sử dụng nước rửa hoặc xà phòng). Sau đó làm sạch nó bằng dung môi. Sau đó, bạn phải rất cẩn thận để không chạm vào đồng bằng ngón tay của bạn.

Đặt hình ảnh đã in lên trên PCB và căn chỉnh nó với bo mạch Sau đó đặt PCB lên một bề mặt phẳng và phủ lên nó bằng bàn ủi quần áo được đặt ở nhiệt độ tối đa. Sau một thời gian ngắn, giấy sẽ dính vào PCB. Giữ sắt ép vào PCB và giấy, thỉnh thoảng bạn có thể thay đổi vị trí bàn ủi. Chờ ít nhất vài phút cho đến khi giấy chuyển màu sang màu vàng. Sau đó nhúng PCB bằng giấy vào nước (bạn có thể thêm chất làm sạch kem hoặc chất lỏng rửa) trong 20 phút. Tiếp theo, chà giấy từ PCB. Nếu có những chỗ mực không dính vào đồng, hãy sử dụng bút đánh dấu vĩnh viễn để thay thế mực.

Trộn nước ngọt với natri persulfat và cho PCB vào dung dịch khắc. Cố gắng giữ dung dịch ở 40 ° C. Bạn có thể đặt hộp nhựa lên trên bộ tản nhiệt hoặc nguồn nhiệt khác. Thỉnh thoảng trộn dung dịch trong thùng chứa. Chờ cho đồng không bị che phủ tan hoàn toàn. Khi hoàn tất, loại bỏ PCB khỏi dung dịch và rửa sạch trong nước. Loại bỏ mực bằng axeton hoặc giấy nhám.

Khoan lỗ trên PCB. Tôi sử dụng vít làm tâm đột lỗ để đánh dấu tâm của các lỗ trước khi khoan.

Bước 4: Hàn và lập trình vi điều khiển

Che các bản nhạc bằng đồng trong hàn. Nếu bất kỳ dấu vết nào bị hòa tan trong dung dịch ăn mòn, hãy thay thế chúng bằng dây mỏng. Hàn ATtiny với PCB, cũng như các dây sẽ kết nối vi điều khiển với một lập trình viên. Tải lên hv_glasses.hex, giữ các bit cầu chì mặc định (H: FF, L: 6A). Tôi đã sử dụng USBasp và AVRDUDE. Tải lên tệp.hex yêu cầu tôi thực hiện lệnh sau:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U flash: w: hv_glasses.hex

Bạn có thể nhận thấy rằng tôi cần thay đổi giá trị -B (bitclock) từ 8 mà tôi đã sử dụng để lập trình ATtiny trong hướng dẫn đầu tiên của tôi thành 16. Nó làm chậm quá trình tải lên, nhưng đôi khi cần cho phép giao tiếp chính xác giữa lập trình viên và vi điều khiển.

Sau khi bạn tải tệp.hex lên ATtiny, lập trình viên giải mã khỏi PCB. Hàn phần còn lại của các thành phần ngoại trừ công tắc BẬT / TẮT SW1 cồng kềnh và các bóng bán dẫn. Thực hiện kết nối ở phía bên kia của bảng bằng dây. Bao phủ toàn bộ PCB ngoại trừ tấm đệm bóng bán dẫn bằng lá nhôm để bảo vệ MOSFET hình thành phóng tĩnh điện. Đảm bảo rằng trạm hàn của bạn được nối đất đúng cách. Nhíp bạn sử dụng để đặt các thành phần phải là loại ESD chống tĩnh điện. Tôi đã sử dụng một số nhíp cũ nằm xung quanh, nhưng tôi đã kết nối chúng với đất bằng dây. Bạn có thể hàn các bóng bán dẫn BSS138 trước và phủ thêm giấy bạc vào PCB khi chúng được hoàn thiện, vì MOSFET BSS84 kênh P đặc biệt dễ bị phóng tĩnh điện.

Cuối cùng là hàn SW1, tạo góc các dây dẫn của nó để nó trông tương tự như điốt SS14 hoặc tụ điện tantali. Nếu các dây dẫn SW1 rộng hơn các miếng đệm trên PCB và chúng gây ngắn mạch cho các đường dẫn khác, hãy cắt chúng để chúng không gây ra bất kỳ sự cố nào. Sử dụng lượng chất hàn vừa phải trong khi nối SW1 với PCB, vì băng dính giữ PCB và khung kính lại với nhau sẽ đi trực tiếp qua SW1 và nó có thể gây ra một số căng thẳng trên các mối hàn. Tôi không đặt bất cứ thứ gì trong J1-J4, dây bảng LC sẽ được hàn trực tiếp vào PCB. Khi bạn hoàn thành, các dây hàn sẽ đi vào pin, hãy đặt pin giữa chúng và cố định tất cả bằng băng dính cách ly. Bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng để kiểm tra xem PCB hoàn chỉnh có tạo ra điện áp thay đổi trên miếng đệm J1-J4 hay không. Nếu không, hãy đo điện áp ở các giai đoạn trước đó, kiểm tra xem có đoản mạch, dây dẫn không kết nối, đường ray bị hỏng không. Khi PCB của bạn tạo ra điện áp trên J1-J4 dao động trong khoảng 0V đến 10-11V, bạn có thể hàn các tấm LC với J1-J4. Bạn chỉ thực hiện bất kỳ quá trình hàn hoặc đo nào khi pin bị ngắt kết nối.

Khi mọi thứ được kết hợp với nhau từ quan điểm điện, bạn có thể che mặt sau của PCB bằng băng cách ly và nối PCB với khung kính bằng cách dán băng xung quanh chúng. Giấu dây kết nối bảng LC với PCB ở nơi có nắp pin ban đầu.

Bước 5: Tổng quan về thiết kế

Theo quan điểm của người dùng, Kính đào tạo tắc mạch xen kẽ điện áp cao hoạt động giống như kính được mô tả trong tài liệu hướng dẫn đầu tiên của tôi. SW2 kết nối với điện trở 15k thay đổi tần số thiết bị (2,5Hz, 5,0Hz, 7,5Hz, 10,0Hz, 12,5Hz) và SW3 kết nối với điện trở 22k thay đổi trong thời gian mỗi mắt bị tắc (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Sau khi thiết lập cài đặt, bạn cần đợi khoảng 10 giây (10 giây không chạm vào bất kỳ nút nào) để chúng được lưu trữ trong EEPROM và được tải sau khi tắt nguồn, ở lần khởi chạy thiết bị tiếp theo. Nhấn đồng thời cả hai nút sẽ đặt giá trị mặc định.

Tuy nhiên, tôi chỉ sử dụng chân PB5 (RESET, ADC0) của ATtiny làm đầu vào. Tôi đang sử dụng ADC để đọc điện áp trên đầu ra của bộ chia điện áp làm bằng R1-R3. Tôi có thể thay đổi điện áp này bằng cách nhấn SW2 và SW3. Điện áp không bao giờ đủ thấp để kích hoạt ĐẶT LẠI.

Điốt D1-D4 và tụ điện C3-C6 tạo thành một máy bơm điện tích Dickson 3 giai đoạn. Bơm sạc được điều khiển bởi các chân PB1 (OC0A) và PB1 (OC0B) của bộ vi điều khiển. Đầu ra OC0A và OC0B tạo ra hai dạng sóng vuông 4687,5 Hz lệch pha nhau 180 độ (khi OC0A CAO, OC0B thấp và ngược lại). Thay đổi điện áp trên các chân vi điều khiển đẩy điện áp trên các bản tụ điện C3-C5 lên và xuống bằng điện áp + BATT. Điốt cho phép điện tích chảy từ tụ điện mà tấm trên cùng (một tấm được kết nối với điốt) có điện áp cao hơn đến tấm trên cùng có điện áp thấp hơn. Tất nhiên điốt chỉ hoạt động theo một hướng, vì vậy điện tích chỉ chạy theo một hướng, vì vậy mọi tụ điện tiếp theo trong thứ tự sẽ tích điện đến điện áp cao hơn tụ điện trước đó. Tôi đã sử dụng điốt Schottky vì chúng có điện áp chuyển tiếp thấp. Nhân điện áp không tải là 3,93. Từ quan điểm thực tế, chỉ tải trên đầu ra máy bơm phí là 100k điện trở (dòng điện chạy qua 1 hoặc 2 trong số chúng cùng một lúc). Dưới tải đó, điện áp trên đầu ra của máy bơm sạc là 3,93 * (+ BATT) trừ đi khoảng 1V và hiệu suất của máy bơm sạc là khoảng 75%. D4 và C6 không làm tăng hiệu điện thế, chúng chỉ làm giảm gợn sóng điện áp.

Các bóng bán dẫn Q1, Q4, Q7 và điện trở 100k chuyển đổi điện áp thấp từ đầu ra của bộ vi điều khiển thành điện áp từ đầu ra của máy bơm sạc. Tôi đã sử dụng MOSFET để điều khiển bảng LC vì dòng điện chỉ chạy qua cổng của chúng khi điện áp cổng thay đổi. Điện trở 27ohm bảo vệ bóng bán dẫn khỏi dòng cổng tăng đột biến lớn.

Thiết bị tiêu thụ khoảng 1,5 mA.