Face Touch Alarm: 4 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:37

Att röra vid ansiktet är ett av de vanligaste sätten att vi infekterar oss själva med virus som Covid-19. En akademisk studie 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) visade att vi vidrör våra ansikten i genomsnitt 23 gånger per timme. Jag bestämde mig för att designa en enhet med låg kostnad och låg effekt som varnar dig varje gång du ska röra vid ditt ansikte. Denna grova prototyp kan lätt förädlas och även om det är osannolikt att du vill ha den hela dagen, kan det vara ett bra sätt att träna dig på att minska ansiktsrörelser och därför minska spridningen av viruset.

De flesta former av rörelsedetektering använder accelerometrar eller bildbehandling. Dessa är relativt dyra, kräver kontinuerlig effekt och därför också ett relativt stort batteri. Jag ville göra en enhet som bara förbrukar ström när beteendet utlöser det, och som kan göras hemma för mindre än $ 10.

Enheten har tre delar. Ett halsband och två små elastiska band på varje handled. Den använder principen att en magnet som rör sig nära en trådspole genererar en elektrisk ström i tråden. När handen rör sig mot ansiktet genererar magneten vid handleden en liten spänning över spolen. Detta förstärks och om det är högre än ett visst tröskelvärde slår det på en liten summer.

Tillbehör

• 100 - 200 meter magnetventil. De flesta trådar är för tjocka. Magnetventilen är isolerad med ett mycket fint lacklack så att du kan göra massor av varv i spolen samtidigt som den är relativt liten och lätt. Jag använde 34 AWG - som är cirka 0,15 mm i diameter
• Buntband eller säljband
• En förstärkare med låg effekt. Den måste kunna fungera med 3V. Jag använde en Microchip MCP601.
• 2 motstånd (1M, 2K)
• 2K trimmermotstånd
• En 3 - 5 V piezo -summer
• Alla grundläggande npn -transistorer (jag använde en 2N3904)
• Något veroboard
• CR2032 (eller något 3V myntcellsbatteri)
• 2 små kraftfulla magneter
• 2 tjocka gummiband eller något kompressionsstödmaterial (som kompressionsstrumpor)

Steg 1: Vinda upp spolen

Spolen måste vara en kontinuerlig bit tråd så att den tyvärr inte kan krokas och krokas som ett halsband. Därför är det viktigt att spolens diameter är tillräckligt stor för att du ska få den över huvudet. Jag lindade min runt en cirkulär formare (en papperskorg) med en diameter på cirka 23 cm (9 tum). Ju fler vändningar desto bättre. Jag tappade räkningen på hur många jag gjorde men genom att testa det elektriska motståndet i slutet tror jag att jag slutade med runt 150 varv.

Ta försiktigt spolen från den förra och säkra spolen med kabelband eller tejp. Det är viktigt att inte bryta någon av de känsliga magnetventilerna eftersom det är nästan omöjligt att reparera. När du har spolen säkrad, hitta de två ändarna av tråden och ta bort lacken från de sista cm (sista halv tummen) i varje ände. Jag gjorde detta genom att smälta lacken med ett lödkolv (se videon bifogad).

Klicka här för att se en video om hur du tar bort magnetventilen

Dessa ändar kan lödas fint på ditt detektorkrets. Till min prototyp lödde jag ändarna på en liten bit separat veroboard med en socket -header, så att jag kunde använda experiment och använda bygelkablar för att ansluta den till olika kretsdesigner.

Steg 2: Bygg detektorkretsen

Den schematiska och slutliga kretsen visas ovan.

Jag använder en op-förstärkare i en icke-inverterande konfiguration för att förstärka den mycket små spänningen som genereras över spolen. Förstärkarens förstärkning är förhållandet mellan resistanser på R1 och R2. Den måste vara tillräckligt hög för att detektera magneten när den rör sig cirka 10 cm från spolens kant relativt långsamt (cirka 20-30 cm/s) men om du gör den för känslig kan den bli instabil och summern kommer att låta kontinuerligt. Eftersom det optimala antalet beror på den faktiska spolen du bygger och magneten du använder rekommenderar jag att du bygger kretsen med ett variabelt motstånd som kan ställas in till valfritt värde upp till 2K. I min prototyp fann jag att ett värde på cirka 1,5K fungerade bra.

Eftersom spolen också kommer att hämta svaga radiovågor med olika frekvenser inkluderade jag en kondensator över R1. Detta fungerar som ett lågpassfilter. Vid alla frekvenser som är högre än några få hertz är reaktansen hos denna kondensator mycket mindre än värdet på R1 och därför sjunker förstärkningen.

Eftersom förstärkningen är så hög kommer effektförstärkaren egentligen bara att vara "på" (3V) eller "av" (0V). Ursprungligen eftersom MCP601 kan mata ut 20mA tänkte jag att den kanske kan driva en piezosummer direkt (dessa kräver bara några mA för att fungera). Jag fann dock att op -förstärkaren kämpade för att köra den direkt, troligen på grund av summerns kapacitans. Jag löste detta genom att mata utgången från utgången genom ett motstånd till en npn -transistor som fungerar som en switch. R3 väljs för att se till att transistorn är helt på när utgången från Op amp är 3V. För att minimera energiförbrukningen bör detta vara så högt som möjligt och ändå se till att transistorn är på. Jag har valt 5K för att säkerställa att denna krets ska fungera med nästan alla populära npn -transistorer.

Det sista du behöver är ett batteri. Jag kunde köra min prototyp framgångsrikt med ett 3V myntcellsbatteri - men det var ännu mer känsligt och effektivt vid något högre spänning och så om du kan hitta ett litet li -poly batteri (3.7V) skulle jag rekommendera att använda det.

Steg 3: Gör armbanden

Om en magnet bärs nära varje hand, kommer handlingen att höja handen mot ansiktet att utlösa summern. Jag bestämde mig för att skapa två handledsband med elastiskt stödstrumpor och använde dessa för att hålla två små magneter vid min handled. Du kan också experimentera med en magnetring på ett finger på varje hand.

Den inducerade strömmen flyter i en riktning runt spolen när magneten kommer in i spolens område och i motsatt riktning när den lämnar. Eftersom prototypkretsen är avsiktligt enkel kommer endast en strömriktning att utlösa summern. Så det surrar antingen när handen närmar sig halsbandet eller när den rör sig bort. Uppenbarligen vill vi att den ska summera på väg mot ansiktet och vi kan ändra polariteten hos den genererade strömmen genom att vända magneten. Så experimentera med vilken väg runt som får summern att låta när handen närmar sig ansiktet och markera magneten så att du kommer ihåg att bära den på rätt sätt.

Steg 4: Testa

Storleken på den inducerade strömmen är relaterad till hur snabbt magnetfältet ändras nära spolen. Så det är lättare att plocka upp snabba rörelser nära spolen än långsamma rörelser långt bort från den. Med lite försök och fel kunde jag få den att fungera pålitligt när jag flyttade magneten med cirka 30 cm/s (1 fot/s) på ett avstånd av 15 cm (6 tum). Lite mer tuning skulle förbättra detta med en faktor två eller tre.

Det är lite grovt just nu eftersom prototypen använder "genomgående hål" -komponenter men all elektronik kan lätt krympa med hjälp av ytmonterade komponenter och den begränsande storleken skulle bara vara batteriet.