Kính bảo hộ siêu âm: 14 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Ước gì bạn là người dơi? Bạn muốn trải nghiệm Echolocation? Bạn muốn thử “tận mắt chứng kiến”? Đối với Tài liệu hướng dẫn đầu tiên của tôi, tôi sẽ chỉ cho bạn cách xây dựng kính bảo hộ siêu âm của riêng bạn bằng cách sử dụng bản sao vi điều khiển Arduino, cảm biến siêu âm Devantech và kính hàn với giá khoảng 60 đô la trở xuống nếu bạn đã có các linh kiện điện tử tiêu chuẩn. Bạn cũng có thể bỏ qua thiết bị điện tử và làm một chiếc mặt nạ người dơi đơn giản hoàn hảo để đeo cho bộ phim Batman tiếp theo. Trong trường hợp đó, chi phí sẽ chỉ khoảng 15 đô la. Những chiếc kính này cho phép bạn trải nghiệm cảm giác sử dụng các tín hiệu thính giác như một con dơi và dành cho trẻ em trong môi trường trung tâm khoa học để tìm hiểu về định vị bằng tiếng vang. Mục tiêu là giữ cho chi phí ở mức thấp nhất có thể, tránh làm cho hình thức của tương tác trở nên chung chung hoặc không liên quan đến mục đích giáo dục của nó và để đảm bảo rằng hình thức vật lý của thiết bị là hiện thân của chủ đề. Để thảo luận kỹ hơn về thiết kế của nó, vui lòng xem trang web của dự án. Khóa học Thiết kế và Nghiên cứu lấy Người dùng làm trung tâm "trong chương trình Nghệ thuật, Truyền thông & Kỹ thuật tại Đại học Bang Arizona.

Bước 1: Vật liệu cần thiết

-Arduino hoặc vi điều khiển tương đương * (nếu có tiền, bạn có thể mua Arduino mini / nano hoặc sử dụng boarduino, nếu không, tôi sẽ chỉ cho bạn cách tạo một bản sao Arduino nhỏ và rẻ cho dự án này.) - Kính hàn (Của tôi là Thương hiệu "Neiko" và dễ dàng được tìm thấy trên eBay dưới dạng "Kính hàn lật lên" với giá 3-10 đô la được vận chuyển, loại cụ thể này hoạt động thực sự tốt) -Cảm biến siêu âmevantech SRF05 (hoặc cảm biến tương đương khác - tuy nhiên, SRF05 có rất tiêu thụ điện năng thấp 4mA và độ phân giải lớn từ 3 cm đến 4 mét, khoảng 30 đô la) - một cái gì đó để làm cho tai khỏi (Tôi đã sử dụng nón nhựa, xem thêm: "Cách tạo trang phục người dơi đẹp hơn") - một số loại vỏ bọc cho thiết bị điện tử-Đường nối 3/8 "ống phức hợp màu đen linh hoạt (để ẩn dây kết nối)-còi piezo có thể chạy trên dây các loại 5v-9v-bình phun nhúng plasti (màu đen) Vi điều khiển Điện tử (có thể bỏ qua các thành phần này nếu sử dụng bộ điều khiển được tích hợp sẵn) - Arduino được lập trình chip Atmega8 hoặc 168 DIP. - Arduin dự phòng o bo mạch hoặc bộ lập trình ArduinoMini USB - Bo mạch PC nhỏ (có sẵn tại Radioshack) - Đầu nối pin 9V (có tại Radioshack) - Bộ điều chỉnh điện áp 7805 5v - Tinh thể 16 MHz (có sẵn @ sparkfun) - hai tụ điện 22pF (có sẵn @ sparkfun) - 10 microF tụ điện - 1 tụ điện microF - điện trở 1k và 1 đèn LED (tùy chọn nhưng rất được khuyến khích) - bóng bán dẫn 2N4401 (tùy chọn) - tiêu đề nữ và nam (tùy chọn) - ổ cắm DIP 28 chân hoặc hai ổ cắm DIP 14 chân (tùy chọn) - nhỏ breadboard để tạo mẫu (tùy chọn) Các thành phần điện tử cũng có thể được lấy từ www.digikey.com hoặc www.mouser.com Các công cụ và nguồn cung cấp mà bạn có thể cần-hàn sắt-súng bắn keo nóng-Dremel-news paper-masking tape-sandpaper-wire vũ nữ thoát y v.v.

Bước 2: Thiết kế một số tai

Bạn có thể tự do sử dụng trí tưởng tượng của mình để xây dựng đôi tai của mình. Không có kính bảo hộ dơi nào giống nhau! Tôi đã sử dụng nón nhựa dùng để vật lý trị liệu, thứ mà chúng tôi tình cờ có một nguồn cung lớn trong phòng thí nghiệm của mình. Nhưng hướng dẫn này cung cấp một lựa chọn tuyệt vời khác cho tai dơi, đầu tiên tôi vẽ một hình bầu dục bằng bút mài và cắt nó ra bằng chữ Dremel. Tôi đã lưu phần cắt để sử dụng cho bên trong tai.

Bước 3: Cắt tai

Tôi cắt các miếng hình nón đã cắt bằng máy Dremel, để chúng nhỏ hơn và dán nóng vào bên trong các miếng hình nón lớn hơn. Chúng không vừa chính xác nhưng sau khi giữ chúng cố định bằng tay, lớp keo nóng đã giữ nó ở vị trí khá tốt. Nếu bạn để đủ không gian dưới tai, bạn có thể dễ dàng nhúng các thiết bị điện tử vào bên trong tai, một tai cho bộ điều khiển và một cho pin. Thật không may, tôi đã không để lại đủ không gian và phải sử dụng một vỏ bọc bên ngoài, vui lòng cẩn thận để không bị bỏng khi sử dụng súng bắn keo nóng !!! Bạn cũng có thể dễ dàng làm chảy các nón nhựa một cách tình cờ.

Bước 4: Chuẩn bị Goggles

Kính bảo hộ mà tôi mua có màu thủy chung sáng bóng rất khó nhìn. Để làm cho kính trở nên bóng bẩy hơn, hãy lấy tròng kính ra (tháo miếng mũi trước), chà nhám và xịt bằng bình xịt Plasti Dip để tạo cho chúng một kết cấu cao su đẹp như da. Trước khi xịt, tôi dùng băng dính che mặt trong của kính bảo hộ và những phần tiếp xúc với da. Tôi cũng không sơn bất kỳ lớp sơn nào lên phần mũi vì sơn làm giảm độ linh hoạt của vật liệu làm kính che một chút và miếng mũi cần thiết để giữ kính với nhau. Bạn cũng sẽ muốn chà nhám và phun tai. Bụi nhựa có cát rất khó chịu cho phổi và mắt của bạn, vì vậy hãy đeo khẩu trang và kính bảo hộ cho các bước này. Xịt khoảng 3 lớp với khoảng 10-15 phút giữa các lớp để có kết cấu đều. Khi bị ướt, sơn có vẻ bóng, nhưng khô lại chuyển sang kết cấu mờ.

Bước 5: Lắp ráp thiết bị điện tử

Các bước này là tùy chọn nếu bạn sử dụng vi điều khiển Arduino đã được tích hợp sẵn. Tuy nhiên, vì bạn chỉ sử dụng một lượng nhỏ các khả năng của nó, nên sẽ hợp lý hơn khi tạo ra một phiên bản Arduino trần trụi nhỏ hơn và rẻ hơn nhiều để tái tạo. Phần này có thể hơi khó đối với những người không có kinh nghiệm về điện tử, nhưng sẽ dễ dàng đối với những ai đã lắp ráp một bộ thiết bị điện tử đơn giản. Một bản phác thảo "sơ đồ" cho thiết bị điện tử được đính kèm. Sơ đồ này rất có nguồn gốc từ sơ đồ Độc lập Atmega8 của David A. Mellis. Nếu có hứng thú, tôi sẽ thực hiện một Hướng dẫn dành riêng cho bước này. Mạch nguồn tách rời là từ cuốn sách Máy tính vật lý của Tom Igoe. Tôi đã gửi kèm hình ảnh của phiên bản bo mạch PC (không kết nối cảm biến / buzzer) cũng như phiên bản tạo mẫu được xây dựng trên breadboard để tham khảo. Phiên bản breadboard cũng chỉ ra cách kết nối bảng Arduino như một bộ lập trình USB cho chip vi điều khiển. Vì tôi sử dụng ổ cắm DIP cho chip, tôi cũng có thể tháo chip và đặt nó vào bảng Arduino để lập trình nó, nhưng có thể khó khăn khi kéo chip ra mà không làm cong tất cả các chân - đó là lý do tại sao tôi bao gồm cái chân tiêu đề cho tx / rx. Mặc dù bo mạch rất chật chội, bạn có thể thấy rằng tất cả các chân của bộ điều khiển đều có sẵn một miếng hàn để kết nối. Vì chúng không cần thiết cho dự án này nên tôi đã không hàn các tiêu đề nữ vào các chân không sử dụng nhưng nếu có, bạn sẽ có đầy đủ tính năng của Arduino Diecimilia ngoại trừ USB trên bo mạch trong một gói rất nhỏ. Chiều rộng của tấm ván xấp xỉ một nửa tấm ván Diecimilia và có cùng chiều dài. (đây là một thiết lập tương tự.) Có thể tùy chọn sử dụng bóng bán dẫn để cấp nguồn cho bộ rung, Arduino có thể cung cấp đủ dòng điện từ chính chân cắm. Tuy nhiên, việc sử dụng bóng bán dẫn cho phép bạn sử dụng các thiết bị tạo âm thanh khác ngoài bộ rung nếu bạn có.

Bước 6: Chuẩn bị bộ rung và dây cảm biến

Cảm biến siêu âm và còi cần có dây dài để chạy từ kính bảo hộ đến thiết bị điện tử. Cảm biến siêu âm yêu cầu 4 dây (5v, mặt đất, tiếng vang, kích hoạt) và bộ rung yêu cầu hai dây (đầu ra kỹ thuật số từ bộ điều khiển, mặt đất). Với một số kế hoạch, bạn có thể sử dụng cáp ribbon 5 dây, nếu bạn có và chia sẻ kết nối đất giữa bộ rung và cảm biến. Tôi chỉ có một dải băng 4 dây vì vậy tôi đã sử dụng nó cho cảm biến siêu âm và sử dụng một cáp hai dây cho bộ rung. Vì bộ rung có hai đầu nối nên tôi đã hàn một hàng đầu nối cái vào hai dây ở khoảng cách chính xác, bằng cách này, tôi có thể dễ dàng tháo bộ rung piezo nếu cần. Cảm biến có một số lỗ hàn để hàn mà bạn nên đi đầu và sử dụng. Đảm bảo sử dụng đúng mặt, các lỗ ở mặt còn lại là để lập trình cảm biến và sẽ không hoạt động!

Bước 7: Kết thúc dây

Tiếp theo hàn chân cắm đầu đực vào đầu còn lại của dây. (Chúng sẽ kết nối với bộ vi điều khiển.)

Bước 8: Tải lên mã

Để tải mã lên, hãy kết nối các chân 5v, nối đất, TX, RX trên bảng PC với các chân tương tự trên bảng Arduino đã loại bỏ chip bằng cách sử dụng một số dây. Sau đó, kết nối chân đặt lại trên bảng PC với chân 13 sẽ đi vào ổ cắm DIP trên bảng Arduino. Nếu điều này gây nhầm lẫn, vui lòng xem hình ảnh mà nó tái tạo, ngoại trừ với Arduino Mini. Tiếp theo, chỉ cần dán mã đính kèm trong trình chỉnh sửa Arduino (hoặc lướt qua và mở tệp.pde trong Arduino sau khi tải xuống) và chọn cổng nối tiếp thích hợp và chip Arduino bạn đang sử dụng và nhấn nút tải lên. Mã hoạt động bằng cách phát tiếng bíp và sau đó thay đổi khoảng thời gian giữa các tiếng bíp dựa trên khoảng cách mà cảm biến đo được. Vì vậy, nếu bạn ở gần một đối tượng, khoảng thời gian giữa các tiếng bíp sẽ giảm và tiếng bíp xảy ra nhanh hơn. Nếu bạn ở xa một đối tượng, khoảng thời gian giữa các tiếng bíp sẽ tăng lên nên tiếng bíp xảy ra chậm hơn. Bộ điều khiển kiểm tra khoảng cách sau mỗi 60ms, do đó, khoảng thời gian giữa các tiếng bíp sẽ tự động thay đổi. Hiện tại, nó được chia tỷ lệ để 1 inch tạo ra sự khác biệt 10ms trong khoảng thời gian giữa các tiếng bíp. Điều này làm cho kính hoạt động tốt hơn ở khoảng cách gần hơn, nhưng có thể tăng lên để hoạt động tốt hơn ở khoảng cách xa hơn. Tôi đã thử chia tỷ lệ theo cấp số nhân để tăng phạm vi ở khoảng cách gần hơn (sử dụng fscale nhưng nó dường như không thay đổi phản hồi nhiều để đổi lấy hàng tấn mã, vì vậy tôi đã loại bỏ nó.) Vì thời gian đọc khoảng cách phụ thuộc vào khoảng cách của đối tượng được cảm nhận (cảm biến trả về các xung dài tối đa 30ms), mã đo thời gian cần thiết để đọc và bù lại thời gian trễ bằng khoảng đó. -văn học.

Bước 9: Đặt đồ điện tử vào trong hộp

Cắt ống phức tạp để nó có độ dài phù hợp từ kính bảo hộ đến tay hoặc túi của một số người. Đặt các dây kết nối với cảm biến siêu âm và còi piezo bên trong đường ống phức tạp có đường nối đã tách. Khoan một lỗ trên vỏ bọc của bạn để có thể vừa với đường ống phức tạp. Tôi đã làm điều này bằng cách sử dụng phương pháp thử và sai bắt đầu với kích thước nhỏ và tăng đường kính cho đến khi ống vừa phải. Luồn dây qua lỗ sau đó chui vào ống xoắn. Dây cáp của tôi hơi dài nên tôi phải gấp chúng lại cho vừa vặn. Một số Velcro giữ bảng mạch vào vỏ.

Bước 10: Kết nối dây

Bây giờ bạn có thể sử dụng các chân cắm đầu đực ở các đầu dây của bạn và kết nối với các chân thích hợp trên bo mạch PC (sử dụng sơ đồ!). Nếu bạn đang sử dụng Arduino của riêng mình thì chỉ cần sử dụng các ánh xạ chân tương tự như trong giản đồ.

Bước 11: Đóng bao vây

Vỏ bọc này có các vít để giữ nó đóng lại nhưng các vỏ bọc khác (altoids thiếc?) Chỉ có thể đóng lại. Vì tôi không chắc liệu nó có hoạt động hay không, tôi đã dùng băng dính để giữ cho nó đóng lại.

Bước 12: Gắn tai

Để gắn tai trước tiên chúng ta phải đặt hai khe dọc với tai nghe cho dây đeo lọt qua.

Bước 13: Tiếp tục gắn tai

Sau khi luồn dây qua tai, tôi dùng Velcro để dán tai vào kính bảo hộ. Điều này cuối cùng có phần không ổn định, nhưng có thể điều chỉnh cao để đưa chúng đi đúng hướng. Việc dán chúng sẽ lâu hơn, nhưng Velcro đã tồn tại sau một số bản demo. Bạn phải kéo nhẹ khung bảo hộ cao su ra khỏi miếng thấu kính nhựa từ trên xuống để tạo khoảng trống thì cảm biến sẽ vừa khít. Thật không may, phương pháp gắn này khiến bạn không thể lật ống kính lên được nữa.

Bước 14: Trải nghiệm Echolocation

Cắm pin, đặt hộp vào túi của bạn và khám phá! Bạn càng đến gần các đối tượng trong tầm nhìn của mình, tiếng bíp càng nhanh, bạn càng đến xa, tiếng bíp càng chậm. Vui lòng không mặc những thứ này trong môi trường nguy hiểm hoặc khi tham gia giao thông! Những chiếc kính này chỉ dành cho mục đích giáo dục và dành cho những môi trường được kiểm soát vì chúng nhằm mục đích chặn tầm nhìn ngoại vi và tầm nhìn thông thường của bạn để bạn phụ thuộc nhiều hơn vào các tín hiệu thính giác. Tôi không chịu trách nhiệm cho bất kỳ thương tích nào do đeo kính bảo hộ này! Cảm ơn! Vì điều này dựa trên Arduino, bạn có thể dễ dàng thêm mô-đun Zigbee hoặc blueSMIRF để giao tiếp không dây những mô-đun này với máy tính. Công việc trong tương lai có thể là thêm một mặt số để điều chỉnh độ nhạy và thêm công tắc bật / tắt.

Giải nhì trong cuộc thi Robot hướng dẫn và RoboGames