Osäkert ljudnivåvarningssystem: 11 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:44

Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) är den största makerspace vid Rice University, vilket ger ett utrymme för alla studenter att designa och prototypa lösningar på verkliga utmaningar. För att uppnå detta ändamål rymmer OEDK ett antal elverktyg och stora maskiner som producerar höga, potentiellt osäkra ljud. Även om OEDK framgångsrikt har etablerat en säkerhetskultur kring ögonskydd och handskar, har den inte kunnat upprätta samma säkerhetskultur kring hörselskydd, eftersom användare är osäkra på när hörselskydd krävs.

Vårt team, Ring the Decibels, syftar till att lösa detta problem genom att designa, bygga och implementera ett varningssystem som rekommenderar OEDK -användare att bära lämpligt hörselskydd vid osäkra ljudnivåer.

Steg 1: Översikt

Denna enhet använder en Arduino Uno mikrokontroller. Analog ljuddata tas emot från en Gravity Sound Level Meter, i genomsnitt och används sedan för att utlösa en digital LED -remsautgång. De visuella displayerna innehåller en gradient som kontinuerligt visar den genomsnittliga decibelnivån och en uppsättning hörlurar som blinkar rött när en förutbestämd decibel tröskel har uppnåtts.

Höljet är tillverkat av två plywoodplattor åtskilda av två cirkulära plywoodplattor åtskilda av aluminiumavstånd. Gradient- och hörlurskärmarna är skapade med frostad akryl Alla elektroniska komponenter är monterade på bakplattan.

Från råvaror till montering på väggen tar den här enheten bara mindre än 2 timmar att slutföra. Vi lärde oss mycket om datautjämning och styrning av LED -remsor genom detta projekt och vi hoppas att du har roligt att bygga det!

Steg 2: Komponenter och verktyg behövs

Den totala kostnaden för material för denna enhet är lite under $ 100. Eftersom vårt team bygger denna enhet i massor kunde vi köpa några material i bulk för att minska kostnaden. Eftersom vi bygger den här enheten för och i en konstruktionsutrymme har vi redan haft tillgång till många komponenter och verktyg.

Mängderna av komponenterna som anges nedan är för en enhet.

Komponenter

• 1x Arduino Uno (eller liknande mikrokontroller) med USB -kabel
• 1x prototypbrödbräda
• 1x Perfboard (tillval)
• 2x röda man-hanstrumpeltrådar
• 2x röda man-kvinnliga bygeltrådar
• 2x svarta manliga-manliga tröjor
• 2x svarta man-kvinnliga bygeltrådar
• 3x blå tröjor för man-han
• 2x blå man-kvinnliga bygeltrådar
• 1x 5V 1A nätadapter
• 1x Gravity Analog ljudnivåmätare
• 1x individuellt adresserbar RGB LED WS2812B -remsa (minst 20 lysdioder)
• 6x Man-Man Header Pins
• 2x 330 Ohm motstånd
• 24”x 12” av 1/4”björkplywood
• 7 "x 9" av 1/4 "akryl
• 9 "x 9" av 1/8 "akryl (bredd kan variera)
• 3x 1/4 "Hex / 2" 6-32 Kvinna-Kvinna Aluminium Standoffs
• 6x 1/4 "Hex/1 1/4" 6-32 Kvinna-Kvinna Aluminium Standoffs
• 18x 3/4 "6-32 plattskruvar
• 18x nr 6 brickor
• 8x 10mm M2.5 Kvinna-Kvinna Nylon Standoffs
• 4x 25 mm M2.5 Kvinna-Kvinna Nylon Standoffs
• 4x 18 mm M2.5 man-hona nylonstopp
• 24x 6 mm M2,5 skruvar

Verktyg

• Arduino IDE
• Lödkolv (HAKKO FM-204) med lödning
• Kolofonium Flux
• Laserskärare (EPILOG Fusion M2 40)
• Akryllim
• Sandblästrare (tillval)
• Sandpapper
• 2-delad epoxi
• Sladdlös borr
• 5/32 "borr
• 1/8 "borr
• 1/2 "82º försänkningsbit
• Drill Press
• #5 Motborra
• Skruvmejslar
• Hotlimpistol med limpinnar

Steg 3: Förbered lysdioderna

Skär två remsor av de individuellt adresserbara LED -remsorna vid markeringarna på remsan. Du kan skära valfritt antal lysdioder som du vill, var noga med att återinitiera antalet lysdioder i koden senare. Vi använde 10 lysdioder per remsa.

Lödhuvudstiften på var och en av de 3 anslutningarna en av LED -remsan. Var noga med att lödda på dataingången (DI). Upprepa för den andra LED -remsan. Vi använde lite kolofoniumflöde borstat på LED -stripkontakterna för att underlätta lödningen.

Böj och vik en av LED-remsorna till en bågliknande form så att den passar kurvan för lutningsstycket. Vi uppnådde detta genom att skapa ett vågigt mönster med LED -remsan som kunde kurva sig själv. Använd samma teknik och forma den andra LED -remsan så att den följer kurvan för hörlurarna.

Steg 4: Montera kretsen

Börja med att ansluta Arduino 5V -stiftet till kraftskenan på brödbrädet. Anslut sedan Arduino -gruppstiftet till markskenan på brödbrädet.

Anslutning av LED -remsor

Anslut Arduino digital pin 5 till dataingången (DI) -kontakten på en LED -remsa, lägg till ett 330 Ohm motstånd mellan pin 5 och DI -kontakten. Anslut brädbrädans kraftskena på brödbrädan till 5V -kontaktstiftet på LED -remsan och anslut brödbrädans jordskena till GND -kontakten på LED -remsan. Detta blir LED -remsan för gradientdisplayen.

Anslut Arduino digital stift 6 till DI -kontakten på den andra LED -remsan och lägg till ett 330 Ohm motstånd mellan stift 6 och DI -kontakten. Anslut brädbrädans kraftskena på brödbrädan till 5V -kontaktstiftet på LED -remsan och anslut brödbrädans jordskena till GND -kontakten på LED -remsan. Detta kommer att vara LED -remsan för hörlurarna.

Ansluta Gravity Sound Level Meter (mikrofonen)

Anslut den analoga Arduino -stift A0 till den analoga porten på Gravity Sound Level Meter. Anslut brädbrädans kraftskena på brödbrädan till VCC -porten på Gravity -brädet och brödbrädans markskena till GND -porten på Gravity -brädet.

Överföra kretsen till Perf Board (valfritt)

För att hålla alla elektroniska komponenter på plats längre bestämde vårt team att flytta vår krets till ett perf -kort. Vår krets är inte särskilt komplex, så vi använde en bågfil för att skära en 4 cm x 6 cm perfekt bräda till en 4 cm x 3 cm bräda och borrade nya monteringshål i den med en 1/8 bit. Detta steg är helt valfritt.

Steg 5: Redigera och ladda upp koden

Ladda ner koden och öppna den i Arduino IDE.

Kontrollera att värdet som definierats för antalet lysdioder på varje remsa (NUM_LEDS_1 och NUM_LEDS_2) matchar antalet lysdioder du skär för den första LED -remsan (gradienten) och den andra LED -remsan (hörlurarna). Om dessa värden inte stämmer ändrar du numret på koden.

Verifiera och ladda upp koden till ditt Arduino -kort.

Steg 6: Förbered trähöljet

Ladda ner trälaserskärningsfilen.

Laserskär fram- och bakplattorna och 6 LED-stöd från 1/4 plywood med lämpliga inställningar på din laserskärare. Ändra gärna den rasterade logotypen på frontplattan till vilken design du vill.

På vår laserskärare (EPILOG Fusion M2 40) använde vi följande inställningar:

• 4 hastigheter, 100 effekt, 10 frekvenser till vektorsnitt
• 50 hastigheter, 100 effekt, 300 DPI för rastergravering

Vi använde en laserskärare eftersom vi har tillgång till en på OEDK, men du kan också ladda ner filerna som en kontur för att klippa bitarna med en CNC-router eller bandsåg.

Borra 3 hål med en 5/32 "bit i frontplattan på de platser som visas med de röda X -erna på bilden. Det ska finnas ett hål mellan lutningen och hörlurarna, ett under den högra hörlurarna och ett under logotypen. Försänkning dessa hål framifrån. Dessa hål kommer att vara för de 2 "standoffs.

Lägg den främre plattan ovanpå bakplattan så att de båda är orienterade i den riktning som syns i laserskärningsfilen. Med en penna kan du spåra konturerna av lutnings- och hörlursutrymmena, mikrofonhålet och de tre hålen som precis borrats i den främre plattan på bakplattan.

Borra 3 hål med en 5/32 bit i bakplattan på de platser som just överförts från frontplattan. Försänka dessa hål från baksidan.

Steg 7: Förbered akrylstyckena

Ladda ner 1/4 "akryllaserskärningsfil och 1/8" laserskärningsfil.

Laserskär de främre insatsbitarna från 1/4 "akryl och bakstycket från 1/8" akryl med lämpliga inställningar på din laserskärare. På vår laserskärare (EPILOG Fusion M2 40) använde vi följande inställningar:

• 2 hastigheter, 100 effekt, 100 frekvenser för 1/4 "akryl
• 4 hastigheter, 100 effekt, 100 frekvenser för 1/8 "akryl

Vi använde en laserskärare eftersom vi har tillgång till en på OEDK, men du kan också ladda ner filerna som en kontur för att klippa bitarna med en CNC-router eller bandsåg. Dessutom kan stödbitarna skäras av akryl av valfri bredd, men vi tyckte att 1/8 tum eller tunnare fungerade tillräckligt bra för att fästa på träet samtidigt som vikten minskades.

Lim varje bakstycke i akryl med motsvarande främre insatsdel med akryllim så att när de främre insatsbitarna placeras i den främre plattan, flikarna på stödstyckena ligger i linje med baksidan av framsidan.

När limmet har stelnat (minst 30 minuter), frostas fram- och baksidan av de sammanfogade akrylbitarna för att sprida ljuset bättre. Vi använde en sandblåsare för detta, men fint sandpapper (600 grit eller högre) och lite armbågsfett fungerar också.

Steg 8: Fäst akrylstyckena på trähöljet

Lägg framplattan med framsidan nedåt och torka in akrylbitarna i motsvarande utrymmen. Om akrylbitarna har problem med att passa, slipa de inre kanterna på frontplattan tills akrylbitarna passar.

När en bra passform har uppnåtts, ta bort akrylbitarna från frontplattan och applicera en tvådelad epoxi på ytan på flikarna på stödbitarna som berör träet. Placera akrylbitarna i sina utrymmen, tryck ner och låt epoxin torka helt.

Steg 9: Montera elektronikkorten på trähöljet

Använd den spårade konturen av mikrofonhålet på bakplattan och lägg Gravity Sound Level Meter på bakplattan så att mikrofonen ligger i linje med dess kontur. Markera var de fyra monteringshålen på Gravity -kortet sitter på bakplattan.

Lämna Gravity Sound Level Meter på bakplattan, ordna Arduino -kortet och perf -kortet på bakplattan. Rikta Adruino -kortet så att eluttaget pekar nedåt och lämnar minst 1/4 mellanrum mellan varje bräda. Den exakta placeringen av dessa brädor spelar ingen roll så länge brädorna inte överlappar varandra eller konturerna av lutningen och hörlurarna. Vi valde att sätta Arduino -kortet till vänster om Gravity -kortet och perf -kortet ovanför Gravity -kortet.

Markera var monteringshålen är för Arduino- och perf -brädorna på bakplattan.

Ta bort elektroniken från bakplattan och borra alla hål som precis är markerade med en 1/8 borr. Eftersom våra M2.5 -skruvar krävde ett motborrat hål för att sitta i linje med bakplattan, motborrade vi bakplattan från baksidan med hjälp av en borrpress.

Fäst Gravity -ljudnivåmätaren på bakplattan med hjälp av M2.5 -nylonstopp och skruvar. Mikrofonen ska vara nära frontplattan, så för att höja kortet så mycket som möjligt använde vi en 25 mm kvinnlig-kvinnlig distans och en 18 mm man-kvinnlig avstånd.

Fäst Arduino- och perf-kortet på bakplattan med hjälp av M2.5 kvinnliga-kvinnliga avstånd och skruvar. Längden på avståndet är inte avgörande, så länge alla avstånd som används för ett bräde är lika långa och är tillräckligt korta för att hålla kortet inuti enheten. Vi använde 10 mm kvinnliga-kvinnliga avstånd.

Om din krets använder en brödbräda istället för en perfbräda, montera helt enkelt brödbrädan med den självhäftande baksidan istället för att använda avstånd och skruvar.

När elektroniken är monterad, koppla upp kretsen.

Steg 10: Fäst LED -stödet

På bakplattan, rita 3 prickar inuti den lättdragna konturen för lutningen som visas med de röda X -talet. Det ska finnas ett hål i varje ände av lutningen och ett i mitten. Upprepa detta inuti konturen för hörlurarna som visas med de röda X: erna.

Borra hål med en 5/32 "bit där de 6 punkterna just drogs. Försänka dessa hål från baksidan. Dessa hål kommer att vara för 1 1/4" distanser för att stödja LED -remsorna.

Borra hål med en 5/32 bit i ena änden av vart och ett av de 6 LED -stödena. Försänka dessa hål.

Fäst ett LED -stöd på bakplattan vid vart och ett av de 6 hålen i lutningen och hörlurarnas konturer med en 1 1/4 distans. Använd en bricka på varje sida av distansen mellan distansen och träet. Rikta in LED -stödet så att LED-remsan är placerad på stödets icke-borrade ände, LED-remsan kommer att vara centrerad i lutningen eller hörlurarna.

Steg 11: Slutmontering och montering

Använd varmt lim för att fästa LED -remsorna på LED -stödet. Ingångstrådarna för LED -remsorna bör riktas mot enhetens undersida.

Anslut LED -remsorna till kretsen och anslut 5V -nätadaptern till USB -kabeln i Arduino.

Fäst den främre plattan på den bakre plattan med hjälp av 2 distanser, 6-32 brickor och 6-32 skruvar, placera brickorna mellan distanserna och träet.

Montera enheten på en vägg med hjälp av monteringshålet på bakplattan. Du kan använda en träskruv i väggen eller använda en kommandokrok.

Anslut enheten och få ditt hörselskydd!