Ljusflimmerdetektor: 3 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:41

Jag har alltid fascinerats av att elektronik följer med oss. Det är bara överallt. När vi pratar om ljuskällor (inte de naturliga som stjärnor), måste vi ta hänsyn till flera parametrar: Ljusstyrka, färg och, om det är PC -skärmen vi pratar om, bildkvalitet.

Den visuella uppfattningen av ljus eller ljusstyrka hos elektronisk ljuskälla kan styras på olika sätt när det mest populära är via Pulse Width Modulation (PWM) - Slå på och av enheten mycket snabbt så att transienterna verkar "osynliga" för mänskligt öga. Men som det verkar är det inte för bra för mänskliga ögon för långvarig användning.

När vi till exempel tar en bärbar datorskärm och minskar dess ljusstyrka - det kan tyckas mörkare, men det händer många förändringar på skärmen - flimrande. (Fler exempel på detta hittar du här)

Jag blev starkt inspirerad av en idé om den här YouTube -videon, förklaringen och enkelheten i den är bara fantastisk. Genom att fästa enkla hyllanordningar finns det en potential att bygga en helt bärbar flimrande detekteringsenhet.

Enheten vi håller på att bygga är en flimrande detektor för ljuskällor som använder ett litet solbatteri som ljuskälla och består av följande block:

1. Liten solpanel
2. Integrerad ljudförstärkare
3. Högtalare
4. Jack för hörlurar anslutning, om vi skulle vilja testa med större känslighet
5. Laddningsbart litiumjonbatteri som strömkälla
6. USB Type-C-kontakt för laddningsanslutning
7. Ström LED -indikator

Tillbehör

Elektroniska komponenter

• Integrerad ljudförstärkare
• 8 Ohm högtalare
• 3,7V 850mAh Li-Ion-batteri
• 3,5 mm ljuduttag
• Mini polykristallint solbatteri
• TP4056 - Li -Ion -laddningskort
• RGB LED (TH -paket)

• 2 x 330 Ohm motstånd (TH -paket)

Mekaniska komponenter

• Potentiometervred
• 3D-tryckt hölje (tillval, projektorlåda kan användas som tillval)
• 4 x 5 mm skruvar

Instrument

• Lödkolv
• Lim pistol
• stjärnskruvmejsel
• En ledarkabel
• 3D -skrivare (tillval)
• Tång
• Pincett
• Fräs

Steg 1: Operationsteori

Som det nämndes i inledningen, flimringen orsakad av PWM. Enligt wikipedia kan mänskligt öga fånga upp till 12 bilder per sekund. Om bildfrekvensen överstiger det antalet, betraktas det som rörelse för människosyn. Därför, om det sker en snabb förändring av objektet som observeras, ser vi dess genomsnittliga intensitet istället för sekvens av separerade ramar. Det finns en kärna i idén för PWM i ljusstyrkekretsar: Eftersom vi bara kan se en genomsnittlig intensitet med högre bildhastighet än 12 bilder per sekund (Återigen, enligt wikipedia), kan vi enkelt justera ljusstyrkan (Duty Cycle) för ljuskällan som drivs via förändrade tidsperioder, när ljuset är på eller av (Mer om PWM), där frekvensen för omkoppling är konstant och är mycket större än 12Hz.

Detta projekt beskriver en enhet vars ljudvolym och frekvens är proportionella mot flimrande brus som orsakas av PWM.

Mini polykristallin panel

Huvudsyftet med dessa enheter är att omvandla kraft som härrör från ljuskällan till elektrisk kraft, som enkelt kan skördas. En av de viktigaste egenskaperna hos detta batteri, att om ljuskällan inte ger stabil konstant intensitet och ändras över tiden, kommer samma förändringar att visas på utgångsspänningen på denna panel. Så det är vad vi ska upptäcka - intensitetsförändringarna över tid

Ljudförstärkare

Output som produceras från solpanelen är proportionell mot den genomsnittliga intensitetsnivån (DC) med ytterligare förändringar i intensitet över tiden (AC). Vi är intresserade av att bara detektera växelspänning och det enklaste sättet att uppnå det - anslut ljudsystem. Ljudförstärkaren som användes i denna design är ett kretskort med DC-blockerande kondensatorer på varje sida, både ingång och utgång. Så, solpanelens utgång är ansluten direkt till ljudförstärkaren. Förstärkare som används i denna design har redan en potentiometer med en inbyggd ON/OFF-omkopplare, så det finns fullständig kontroll över enhetens effekt och volym på högtalaren.

Li-jon batterihantering

TP4056 Li-Ion batteriladdarkrets har lagts till i detta projekt för att göra enheten bärbar och laddningsbar. USB-C-kontakten fungerar som ingång för laddare, och batteriet som användes är en 850mAh, 3,7V, vilket är tillräckligt för de ändamål vi behöver driva med den här enheten. Batterispänningen fungerar som huvudströmförsörjning för ljudförstärkaren, alltså för en hel enhet.

Högtalare som systemutgång

Högtalaren spelar huvudrollen i enheten. Jag valde en relativt liten, med fast fäste på höljet, så jag skulle också höra en lägre frekvens. Som det nämnts tidigare kan högtalarens frekvens och volym definieras enligt följande:

f (Högtalare) = f (AC från solpanel) [Hz]

P (högtalare) = K*I (intensitet topp-till-topp för AC-signal från solpanel) [W]

K - Är en volymkoefficient

Ljuduttag

3,5 mm jack används om vi vill ansluta hörlurar. I den här enheten har uttaget en anslutningsdetekteringsstift, som kopplas bort från signalstiftet, när ljudkontakten är ansluten. Den var utformad på detta sätt för att ge utgång till en enda väg vid den tiden - högtalare ELLER hörlurar.

RGB LED

Här lyser LED: n två gånger - den lyser när enheten laddas eller enheten slås på.

Steg 2: Kapsling - Design och utskrift

3D -skrivare är ett utmärkt verktyg för anpassade höljen och fodral. Kapsling för detta projekt har en mycket grundläggande struktur med några gemensamma funktioner. Låt oss utöka det steg för steg:

Förberedelse och FreeCAD

Lådan utformades i FreeCAD (projektfilen finns tillgänglig för nedladdning längst ner i detta steg), där enhetens kropp konstruerades först, och en solid kåpa konstruerades som en separat del i förhållande till kroppen. Efter att enheten designats måste det exporteras som separat hölje och lock.

Minisolpanelen är monterad på locket med fast storlek, där utskärningsområdet är avsett för ledningar. Användargränssnitt tillgängligt på båda sidor: USB -avstängning och LED | Jack | Potentiometerhål. Högtalaren har ett eget dedikerat område, som är en rad hål på undersidan av kroppen. Batteriet ligger intill högtalaren, det finns en plats för var och en av delarna, så vi behöver inte bli frustrerade när vi monterar enheten helt och hållet.

Skivning och Ultimaker Cura

Eftersom vi har STL-filer kan vi gå vidare till G-Code-konverteringsprocessen. Det finns många metoder för att göra det, jag lämnar här de viktigaste parametrarna för utskrift:

• Programvara: Ultimaker Cura 4.4
• Lagerhöjd: 0,18 mm
• Väggtjocklek: 1,2 mm
• Antal topp/botten lager: 3
• Påfyllning: 20%
• Munstycke: 0,4 mm, 215*C
• Säng: Glas, 60*C
• Support: Ja, 15%

Steg 3: Lödning och montering

Lödning

Medan 3D -skrivaren är upptagen med att skriva ut vårt hölje, låt oss täcka lödningsprocessen. Som du kan se i schemat är det förenklat till ett minimum - det är därför att alla delar som vi ska fästa helt och hållet är tillgängliga som oberoende integrerade block. Tja, sekvensen är:

1. Lödning av Li-Ion batteripolar till TP4056 BAT+ och BAT-pins
2. Lödning av VO+ och VO- av TP4056 till VCC- och GND-terminaler på ljudförstärkaren
3. Lödning "+" terminal på liten solpanel till VIN (antingen L eller R) på ljudförstärkare, och "-" till ljudförstärkarens mark
4. Ansluta Bi-färg eller RGB LED till två 220R motstånd med korrekt isolering
5. Lödning av den första LED -anoden till ljudförstärkarens omkopplare (anslutningen måste göras på omkopplarens kontakt). Vi rekommenderar starkt att kontrollera vilken kontakt på kontakten på undersidan av kretskortet som är ansluten till VCC - den som inte är vårt alternativ
6. Den andra LED -anoden ska lödas till en anod med antingen två SMD -LED: de har en gemensam anodanslutning
7. Lödning av LED -katoder till ljudförstärkarens JORD
8. Löd högtalarterminaler till ljudförstärkarens utgång (Se till att du har valt samma kanal vid ingång, VÄNSTER eller HÖGER)
9. För att tvinga högtalaren att stänga av, löd 3,5 mm stereokontakter som förhindrar att strömmen flödar genom högtalaren.
10. För att få hörlurar att producera ljud på varje sida - L och R, korta terminalerna som beskrivits i föregående steg tillsammans.

hopsättning

Efter att höljet har skrivits ut rekommenderas att montera del-för-del med avseende på delhöjd:

1. Att göra en ram av varmt lim enligt omslagets inre omkrets och placera solpanelen där
2. Fäst potentiometer med mutter och bricka på motsatt sida
3. Limhögtalare med varmt lim
4. Limbatteri med varmt lim
5. Limning av 3,5 mm jack med varmt lim
6. Limning av batteri med … hett lim
7. Limning av TP4056 med USB -pekning utanför sitt speciella avstängningsområde med varmt lim
8. Sätter en ratt på en potentiometer
9. Fästkåpa och hus med fyra skruvar

Testning

Vår enhet är klar och klar! För att kunna kontrollera enheten ordentligt måste det finnas en ljuskälla som kan ge alternativ intensitet. Jag rekommenderar att du använder IR -fjärrkontroll, eftersom den ger alternerande intensitet vars frekvens ligger i området för mänsklig hörselbandbredd [20Hz: 20KHz].

Glöm inte att testa alla dina ljuskällor hemma.

Tack för att du läser!:)