Radarglasögon: 14 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

I somras när vi var på semester i Maine träffade vi ett annat par: Mike och Linda. Linda var blind och hade varit blind sedan deras första barn (tror jag) föddes. De var riktigt trevliga och vi skrattade mycket tillsammans. Efter att vi kom hem kunde jag inte sluta tänka på hur det skulle vara att vara blind. De blinda har synögon och käppar och jag är säker på många andra saker som kan hjälpa dem. Men det måste finnas många utmaningar. Jag försökte föreställa mig hur det skulle vara och jag undrade, som elektroniknörd, om det var något jag kunde göra.

Jag brände ögonen en sommar med en svetsare när jag var runt 20 år (lång historia … dumt barn). Det är något jag aldrig kommer att glömma. Hur som helst, jag hade mina ögon lappade för en dag. Jag kommer ihåg att min mamma försökte leda mig tvärs över gatan. Jag frågade hela tiden om bilarna hade stannat. Hon sa något i stil med: "Jag är din mamma … tror du att jag skulle ge dig ut i trafiken?" När jag tänker tillbaka på vad jag var när jag var tonåring undrade jag. Men jag kunde inte komma över att inte veta om det var något som skulle slå mig i ansiktet när jag gick. Jag blev väldigt glad och lättad när vi tog av lapparna. Det är det enda nära "erfarenhet" som jag har haft i mitt liv när det gäller blindhet.

Jag skrev nyligen en annan instruerbar om en ung vän på jobbet som tappade synen på sitt högra öga och en apparat som jag gjorde för att han skulle berätta för honom om det var något på höger sida. Om du vill läsa den finns den här. Den enheten använde en Time-of-Flight-sensor från ST Electronics. Ungefär en minut efter att jag avslutat projektet bestämde jag mig för att jag skulle kunna skapa en enhet för att hjälpa blinda. VL53L0X -sensorn som jag använde i det projektet har en storebror/systersensor som kallas VL53L1X. Denna enhet kan mäta större avstånd än VL53L0X. Det fanns en breakout -bräda för VL53L0X från Adafruit och för VL53L1X fanns en breakout -bräda från Sparkfun. Jag bestämde mig för att skapa ett par glasögon med VL53L1X på framsidan och en haptisk återkopplingsenhet (vibrerande motor) bakom glasögonen nära näsbryggan. Jag skulle vibrera motorn omvänt proportionell mot avståndet till ett föremål, det vill säga ju närmare ett föremål var glasögonen, desto mer skulle det vibrera.

Jag bör notera här att VL53L1X har ett mycket smalt synfält (programmerbart mellan 15-27 grader) vilket betyder att de är MYCKET riktade. Detta är viktigt eftersom det ger bra upplösning. Tanken är att användaren kan röra huvudet som en radarantenn. Detta tillsammans med den smala FOV gör att användaren bättre kan urskilja objekt på olika avstånd.

En anteckning om VL53L0X- och VL53L1X-sensorerna: de är sensorer vid tidpunkt för flygning. Det betyder att de skickar ut en LASER -puls (låg effekt och i det infraröda spektrumet så att de är säkra). Sensorn gånger hur lång tid det tar att se den reflekterade pulsen komma tillbaka. Så distans är lika med hastighet X -tid som vi alla kommer ihåg från matte/naturvetenskapskurser, eller hur? Så dela tiden på hälften och multiplicera med ljusets hastighet så får du avstånd. Men som påpekades av en annan Instructables -medlem, kunde glasögonen ha kallats LiDAR -glasögon eftersom att använda en LASER på detta sätt är Light Distance and Ranging (LiDAR). Men som sagt, inte alla vet vad LiDAR är men jag tror att de flesta känner till RADAR. Och medan infrarött ljus och radio alla är en del av det elektromagnetiska spektrumet, anses ljus inte vara en radiovåg som mikrovågsfrekvenser är. Så jag lämnar titeln som RADAR men nu förstår du.

Detta projekt använder i princip samma schema som det för det andra projektet … som vi får se. De stora frågorna för detta projekt är, hur monterar vi elektroniken på glasögon och, vilken typ av glasögon använder vi?

Steg 1: Glasögonen

Jag bestämde mig för att jag förmodligen kunde designa ett enkelt par glasögon och skriva ut dem med min 3D -skrivare. Jag bestämde mig också för att jag bara behövde 3D -skriva ut glasögonets skelett eller ram. Jag skulle lägga till ett kretskort till lödning i komponenterna. Kretskortet (protoboard) skulle fästas på ramarna vilket skulle ge styrkan till hela enheten. En 3D -återgivning av ramarna visas ovan.

STL -filerna bifogas också till detta steg. Det finns tre filer: left.stl, right.stl (hörlurarna/armarna) och glass.stl (bågarna).

Steg 2: kretskortet

Jag använde en Adafruit Perma-Proto Full Sized Breadboard. Jag placerade brödbrädan över glasens framsida och centrerade dem. Överkanten på glasögonen gjorde jag även med toppen av protoboardet. Den rektangulära delen av glasögonen som sträcker sig från toppen är där Time-Of-Flight-sensorn så småningom kommer att monteras. En bra del av toppen av denna del av ramarna sticker upp ovanför protoboardet. Det här är OK eftersom vi inte behöver lödda något till sensorn, bara botten.

Det finns ett hål i mitten av brödbrädan som ligger nästan exakt ovanför där näsbron kommer att vara i glasen. Jag markerade de fyra hålen i ramen på protoboardet med en fin spetsmarkör. Jag borrade sedan hålen i brödbrädan.

Därefter monterade jag ramarna på brödbrädan med M2.5 -skruvar. Min är av nylon och jag fick ett helt kit med skruvar från Adafruit för detta ändamål. När skruvarna var fästa tog jag en markör och drog en linje runt ramarna på brödbrädet. För mig markerade jag rakt ner på fördjupningarna på sidorna av bågarna där hörselstyckena ska placeras. Detta är min preferens … men kanske vill du att ramens örondelar ska vara synliga.

Steg 3: Klipp ut det

Därefter tog jag tillbaka de 4 skruvarna från att hålla ramarna vid brödbrädet. Jag gjorde en grov borttagning av material utanför linjen vi markerade. Jag var noga med att hålla mig lite borta från linjerna eftersom jag skulle förfina detta senare med bordsskivan som jag har. Du kan använda en fil … men vi går före oss själva.

Du kan grovt skära runt linjen med vad du än har. Kanske en bandsåg? Tja, jag har inte en. Jag har en "nibbler" för kretskort så jag använde det. Det tog faktiskt ganska lång tid och det är typ av drag att göra. Men kretskortsmaterialet kan gå sönder och spricka och så ville jag gå långsamt. Jag nappade mig runt och även upp i näsan … men bara grovt. Du kan se vad jag gjorde på bilden ovan.

Steg 4: Slipning eller arkivering

Jag tog bort materialet mycket närmare linan med min bältesslip. Återigen kan du använda en fil om du inte har något annat. Allt jag kan säga här om slipning är att, beroende på slipkornen i slipmaskinen, var noga med hur mycket material du försöker ta bort. Det finns ingen återvändo. Ibland kan en enda glid förstöra brädan (eller åtminstone få den att se asymmetrisk eller fläckig ut). Så ta dig tid.

Du kan se mina före och efter bilder ovan.

Steg 5: Finjustering

Jag satte tillbaka ramarna med de 4 skruvarna och gick tillbaka till remsliparen. Jag slipade mycket noggrant ända upp till kanten på ramarna. Jag behövde använda en rund fil i nässektionen eftersom jag bara inte kunde göra den skarpa vändningen i min slipmaskin. Se mina slutresultat ovan.

Steg 6: Lägga till sensorn

Vid denna tidpunkt lade jag till VL53L1X sensor breakout board. Först lade jag till två långa M2.5 -nylonskruvar som skjuter dem genom hålen i ramarna och genom hålen i VL53L1X. Jag lade till en nylonmutter i varje skruv och spände dem försiktigt. Överst på varje mutter lade jag till två (fyra totalt) nylonbrickor. Dessa behövs för att säkerställa att VL53L1X -sensorn ligger parallellt med protobordet.

Jag placerade en 6 -polig plintremsa på brädet i ett läge så att hålen i toppen av VL53L1X stod i linje med de två skruvarna jag satte längst upp på ramarna (med nylonbrickorna). Jag la till nylonmuttrar i skruvarnas ändar och dra åt dem försiktigt igen. Se bilderna ovan.

Steg 7: Schematisk

Som jag sa tidigare är schemat ungefär detsamma som det för Perifer Radar -projektet. En skillnad är att jag lade till en tryckknapp (en växelkontakt). Jag föreställer mig att vi någon gång behöver ett för att byta läge eller implementera någon funktion … så det är bättre att ha det nu än att lägga till det senare.

Jag lade också till en 10K potentiometer. Potten används för att justera avståndet som programvaran kommer att betrakta som det maximala avståndet att svara på. Se det som en känslighetskontroll.

Schemat visas ovan.

Listan med delar (som jag borde ha gett tidigare) är följande:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 Meter, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibrerande minimotorskiva - PRODUKT ID: 1201Adafruit - Litiumjonpolymerbatteri - 3,7v 150mAh - PRODUKT ID: 1317Adafruit Perma -Proto brödbräda i full storlek - Single - PRODUCT ID: 1606Tactile Switch Buttons (6mm slim) x 20 pack - PRODUCT ID: 1489Sparkfun - JST Right -Angle Connector - Through -Hole 2 -Pin - PRT -0974910K ohm resistor - Junkbox (look on your floor) 10K -100K ohm resistor - Junkbox (titta på ditt golv nära 10K -motstånden) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (eller ring en vän) Någon anslutningskabel (jag använde 22 gauge strandad)

För att ladda LiPo -batteriet tog jag också upp: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly -laddare - v1 - PRODUKT -ID: 1304

Steg 8: Placering av komponenter

Jag försökte vara så smart som möjligt att placera komponenterna. Jag brukar försöka ställa upp vissa stift som kraft och jord … om jag kan. Jag försöker åtminstone minimera trådlängderna. Jag behövde vara säker på att lämna ett utrymme ovanför där näsbryggan är för vibrationsmotorn. Till slut kom jag till placeringen som kan ses på bilden ovan.

Steg 9: Grunder

Jag lödde först alla komponenter till styrelsen i de positioner jag hade bestämt mig för. Därefter lade jag till markanslutningar. Bekvämt var en av de stora långa remsorna på PWB fortfarande exponerad så jag gjorde detta till den gemensamma markremsan.

Bilden ovan visar jordanslutningarna och 10K -motståndet. Jag tänker inte berätta var du ska placera varje tråd eftersom de flesta har sina egna idéer om hur man gör saker. Jag ska bara visa dig vad jag gjorde.

Steg 10: Ledningar

Jag lade till resten av ledningarna som visas på bilden ovan. Jag lade till en bit dubbeltejp under vibrationsmotorn för att säkerställa att den hålls på plats. Det klibbiga materialet som redan kom på botten av motorn kändes inte tillräckligt starkt för mig.

Jag använde 22 gauge tråd för mina anslutningar. Om du har något mindre, använd det. Jag använde 22 gauge eftersom det är det minsta jag hade till hands.

Steg 11: Batterifäste

Jag 3D -skrivit ut en konsol för att hålla LiPo -batteriet (en återgivning av det visas ovan). Jag markerade och borrade hål i protoboardet för att montera fästet på motsatta sidan av glasögonen från komponenterna enligt bilden ovan.

Jag bör notera här att konsolen är mycket tunn och tunn och jag måste skriva ut den med stödmaterial (jag använde ABS -plast för alla delar för detta projekt). Du kan enkelt bryta fästet och försöka få bort stödmaterialet, så gå lätt.

En sak jag gör för att göra mina delar starkare är att doppa dem i aceton. Naturligtvis måste du vara mycket försiktig när du gör detta. Jag gör det i ett välventilerat område och jag använder handskar och ögonskydd. Jag gör detta efter att jag har tagit bort stödmaterialet (naturligtvis). Jag har en behållare med aceton och med en pincett doppar jag delen helt i aceton i kanske en sekund eller två. Jag tar omedelbart bort det och lägger det åt sidan för att torka. Jag lämnar vanligtvis delar i en timme eller mer innan jag rör dem. Acetonen kommer att "smälta" ABS kemiskt. Detta gör att plastskikten tätas.

STL -filen för fästet bifogas detta steg.

Steg 12: Programmering

Efter att ha kontrollerat alla mina anslutningar anslöt jag USB -kabeln för att programmera Trinket M0.

För att installera och/eller ändra programvaran (bifogad detta steg) behöver du Arduino IDE och kortfilerna för Trinket M0 samt biblioteken för VL53L1X från Sparkfun. Allt det här är här och här.

Om du är ny på det, följ instruktionerna för att använda Adafruit M0 på deras inlärningssida här. När programvaran (läggs till i det här steget) har laddats bör kortet starta och köra med ström från USB -seriell anslutning. Flytta sidan av brädet med VL53L1X nära en vägg eller din hand och du ska känna att motorn vibrerar. Vibrationen ska bli lägre i amplitud ju längre bort från enheten ett föremål är.

Jag vill betona att denna programvara är det allra första passet på detta. Jag har gjort två par glasögon och jag ska göra två till direkt. Vi (jag och minst en annan person som arbetar med detta) kommer att fortsätta att förfina programvaran och lägga upp eventuella uppdateringar här. Min förhoppning är att andra också ska prova detta och lägga upp (kanske till GitHub) alla ändringar/förbättringar de gör.

Steg 13: Avsluta ramarna

Jag knäppte öronbitarna i skåran på båda sidor av glasögonen och applicerade aceton med en cue-tip. Jag suger upp acetonen så jag får en bra mängd när jag trycker in den i hörnen. Om de knäpps fast så kommer acetonen att transporteras runt via kapillär attraktion. Jag ser till att de är placerade raka och vid behov använder jag något för att hålla dem på plats i minst en timme. Ibland ansöker jag igen och väntar en timme till. Acetonen gör en bra bindning och mina glasögon verkar ganska starka vid ramgränsen.

Naturligtvis är dessa glasögon bara en prototyp så jag höll designen enkel och det är därför det inte finns några gångjärn för glasögonens armar. De fungerar ganska bra i alla fall. Men om du vill kan du alltid göra om dem med gångjärn.

Steg 14: Sista tankarna

Jag har märkt att sensorn inte fungerar bra i solljus. Detta är meningsfullt eftersom jag är säker på att sensorn är mättad av IR från solen vilket gör det omöjligt att skilja den från pulsen som sensorn avger. Ändå skulle de göra bra glasögon inomhus och på nätterna och kanske grumliga dagar. Självklart måste jag göra fler tester.

En sak jag kommer att göra för att ändra designen är att lägga till någon form av gummi i skåran som berör näsbryggan. Om du tippar ner huvudet är det svårt att känna vibrationerna när glasögonen lyfter av huden lite under tyngdkraften. Jag tror att lite gummi för att skapa friktion kommer att hålla glasögonen fästa vid näsan så att vibrationerna kan överföras till den.

Jag hoppas få lite feedback på glasögonen. Jag vet inte att glasögonen kommer att vara till hjälp för människor men vi får bara se. Det är vad prototyper handlar om: genomförbarhet, lärande och förfining.

Fler sensorer kunde ha lagts till i designen. Jag valde att använda en för denna prototyp eftersom jag tror att mer än en vibrationsmotor kommer att bli svårare för användaren att urskilja. Men det kan ha varit en bra idé att ha två sensorer riktade ut från ögonen. Med två motorer kan du vibrera på varje sida av glasögonen. Du kan också använda ljud som matas till varje öra istället för vibrationer. Återigen är tanken att prova en prototyp och få lite erfarenhet.

Om du kom så långt, tack för att du läste!