Ultraljudsglasögon: 14 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Önskar du att du var fladdermus? Vill du uppleva ekolokalisering? Vill du försöka "se" med dina öron? För min första Instructable kommer jag att visa dig hur du bygger dina egna ultraljudsglasögon med en Arduino mikrokontroller klon, Devantech ultraljudssensor och svetsglasögon för cirka $ 60 eller mindre om du redan har vanliga elektronikkomponenter. Du kan också hoppa över elektroniken och göra en enkel fladdermus-mask perfekt att bära till nästa Batman-film. I så fall skulle kostnaden bara vara cirka $ 15. Dessa skyddsglasögon låter dig uppleva hur det är att använda ljudsignaler som en fladdermus och är avsedd för barn i en science center -miljö för att lära sig om ekolokalisering. Målet var att hålla kostnaderna så låga som möjligt, undvika att göra interaktionsformen generisk eller inte relaterad till dess pedagogiska syfte och att se till att den fysiska formen av enheten förkroppsligar ämnet. För en mer ingående diskussion om dess design, se projektets webbsida. För att hålla kostnader och storlek låg, byggs en Arduino-klon dock, men det här projektet fungerar lika bra med förbyggda Arduino-mikrokontroller. Dessa glasögon byggdes för " Dynamisk användarcentrerad forskning och design "-kurs i programmet Arts, Media & Engineering vid Arizona State University.

Steg 1: Nödvändiga material

-Arduino eller jämförbar mikrokontroller* (om du har pengar kan du köpa Arduino mini/nano eller använda en boarduino, annars visar jag dig hur du gör en liten och billig Arduino-klon för det här projektet.)-Svetsglasögon (mina är "Neiko" -märke och finns lätt på eBay som "Vänd upp svetsglasögon" för 3-10 dollar levereras, den här specifika typen fungerar riktigt bra) -Devantech SRF05 Ultrasonic Sensor (eller annan jämförbar sensor-SRF05 har dock en mycket bra låg strömförbrukning på 4mA och bra upplösning från 3 cm till 4 meter, det handlar om $ 30) -något att göra öron av (jag använde plastkottar, se också: "Hur man bygger en bättre fladdermusdräkt")-någon typ av hölje för elektronik-3/8 "delad söm flexibel svart invecklad slang (för att dölja anslutningskablar) -piezo summer som kan köras på 5v-9v-assorterade trådar-plast-dip sprayburk (svart) Microcontroller Electronics (dessa komponenter kan hoppas över om du använder en förbyggd styrenhet)- Arduino programmerat Atmega8 eller 168 DIP-chip.- ett extra Arduin o kort eller ArduinoMini USB-programmerare- Litet PC-kort (finns på Radioshack)- 9V batterikontakt (finns på Radioshack)- 7805 5v spänningsregulator- 16 MHz kristall (tillgänglig @ sparkfun)- två 22pF kondensatorer (tillgängliga @ sparkfun)- 10 microF elektrolytkondensator- 1 mikroF elektrolytkondensator- 1k motstånd och 1 LED (valfritt men rekommenderas starkt)- 2N4401 transistor (tillval)- hon- och hanrubrik (tillval)- 28-stifts DIP-uttag eller två 14-stifts DIP-uttag s (tillval)- liten brödbräda för prototyper (tillval) Elektronikkomponenterna kan också erhållas från www.digikey.com eller www.mouser.com Verktyg och tillbehör du kan behöva lödjärn-hett limpistol-Dremel-nyhetspapper-maskeringstejp-sandpapper-tråd strippare etc.

Steg 2: Designa några öron

Du är fri att använda din fantasi för att bygga dina öron. Inga batglasögon ska vara desamma! Jag använde plastkottar som används för sjukgymnastik, som vi råkade ha ett stort utbud av i vårt labb. Men denna handledning ger ett annat bra alternativ för fladdermusöron. Jag ritade först en oval med en skärpa och klippte ut den med en Dremel. Jag sparade avskärningsbiten för att användas för insidan av örat.

Steg 3: Skär öronen

Jag klippte av de avskurna bitarna av konen med Dremel, så att de var mindre och varmlimmade dem på insidan av de större konbitarna. De passade inte exakt men efter att ha hållit dem på plats för hand höll det heta limet på plats ganska bra. Om du lämnar tillräckligt med utrymme under öronen kan du enkelt bädda in elektroniken inuti örat, ett öra för kontrollen och ett för batteriet. Tyvärr lämnade jag inte tillräckligt med utrymme och var tvungen att använda ett externt hölje. Var försiktig så att du inte bränner dig när du använder en varm limpistol !!! Du kan också enkelt smälta plastkottarna av misstag.

Steg 4: Förbered glasögon

Skyddsglasögonen som jag köpte var en mycket un-batlike blank akvafärg. För att göra glasögonen mer sladdriga, ta ut linserna (ta först bort näsdelen), slipa dem och spraya med Plasti Dip -spray för att ge dem en fin läderaktig gummistruktur. Innan jag sprayade maskerade jag insidan av glasögonen och delarna som vidrör huden med maskeringstejp. Jag applicerade inte heller någon färg på näsan eftersom färgen minskar glasögonmaterialets flexibilitet lite och näsan är nödvändig för att hålla glasögonen ihop. Du kommer också att vilja slipa och spraya öronen också. Slipat plastdamm är otäckt för dina lungor och ögon, så använd mask och skyddsglasögon för dessa steg. Jag sprayade cirka 3 lager med cirka 10-15 minuter mellan skikten för att få en jämn konsistens. När den är våt verkar färgen blank, men den torkar till en matt konsistens.

Steg 5: Montera elektronik

Dessa steg är valfria om du använder en redan byggd Arduino -mikrokontroller. Men eftersom du bara använder en liten del av dess möjligheter är det mer meningsfullt att göra en barebones -version av en Arduino som är mycket mindre och billigare att reproducera. Det här avsnittet kan vara lite svårt för någon som inte har erfarenhet av elektronik, men bör vara enkelt för alla som har monterat ett enkelt elektronikpaket. En "schematisk" skiss för elektroniken bifogas. Schemat är starkt härledt från David A. Mellis Atmega8 fristående schema. Om det finns intresse kommer jag att göra en dedikerad instruktör för detta steg. Den frikopplade strömkretsen är från Tom Igoes bok om fysisk beräkning. Jag inkluderade bild av PC -kortversionen (med sensor/summer inte ansluten) samt en prototypversion byggd på ett brödbräda för referens. Brödbrädversionen visar också hur du ansluter Arduino -kortet som en USB -programmerare för mikrokontrollerchipet. Eftersom jag använde ett DIP -uttag för chipet kan jag också ta bort chipet och lägga det i ett Arduino -kort för att programmera det, men det kan vara svårt att dra ut chipet utan att böja alla stiften - det var därför jag inkluderade honan rubrikstift för tx/rx. Även om kortet är väldigt trångt kan du se att alla stiften på styrenheten har en lödkudde att ansluta till. Eftersom de inte är nödvändiga för det här projektet löd jag inte kvinnliga rubriker till de oanvända stiften, men om de var det skulle du ha full kapacitet för en Arduino Diecimilia förutom inbyggd USB i ett mycket litet paket. Brädets bredd är ungefär hälften av Diecimilia -brädan och ungefär lika lång. (här är en liknande inställning.) Det är valfritt att använda en transistor för att driva summern, Arduino kan ge tillräckligt med ström från själva stiftet. Med transistorn kan du dock använda andra ljudframställande enheter än en summer om du har en.

Steg 6: Förbered summer och sensorkablar

Ultraljudssensorn och summern behöver långa ledningar för att gå från glasögonen till elektroniken. Ultraljudssensorn kräver 4 ledningar (5v, jord, eko, utlösare) och summern kräver två ledningar (digital utgång från styrenhet, jord). Med lite planering kan du använda en 5 -trådig bandkabel, om du har en och dela jordanslutningen mellan summern och sensorn. Jag hade bara ett 4 -trådigt band så jag använde det för ultraljudssensorn och använde en tvåtrådig kabel för summern. Eftersom summern har två kontakter, lödde jag en rad honhuvud på de två ledningarna med rätt avstånd, så kan jag enkelt ta bort piezo -summern om det behövs. Sensorn har några lödhål som du bör gå till och använda. Se till att använda rätt sida, hålen på andra sidan är för programmering av sensorn och fungerar inte!

Steg 7: Slutför trådarna

Nästa lödningstappar för hanlod till den andra änden av trådarna. (Dessa kommer att ansluta till mikrokontrollern.)

Steg 8: Ladda upp kod

För att ladda upp koden, anslut 5v-, jord-, TX-, RX -stiften på PC -kortet till samma stift på ett chip som tagits bort Arduino -kortet med några ledningar. Anslut sedan återställningsstiftet på PC -kortet till där stift 13 skulle gå i DIP -uttaget på Arduino -kortet. Om detta är förvirrande, se bilden som detta replikerar, förutom med en Arduino Mini. Därefter bara förbi den bifogade koden i Arduino -redigeraren (eller bläddra till och öppna.pde -filen i Arduino efter nedladdning) och välj lämplig serieport och Arduino -chip du använder och tryck på uppladdningsknappen. Koden fungerar genom att spela pip och sedan varierar inter-pipintervallet baserat på avståndet som mäts av sensorn. Så, om du är nära ett objekt, minskar interpipintervallet och pip hörs snabbare. Om du är långt borta från ett objekt ökar interpipintervallet så att pipen uppträder långsammare. Regulatorn kontrollerar avståndet var 60: e ms, så interpepsintervallet ändras dynamiskt. För närvarande är det skalat så 1 tum gör en skillnad på 10 ms i interpipintervall. Detta gör att skyddsglasögonen fungerar bättre för närmare avstånd, men kan ökas för att fungera bättre för ytterligare avstånd. Jag försökte en exponentiell skalning som ökade räckvidden på närmare avstånd (med fscale men det verkade inte förändra svaret så mycket i utbyte mot massor av kod, så jag skrotade det.) Eftersom tiden det tar att läsa avståndet beror på avståndet för objektet som avkänns (sensorn returnerar pulser upp till 30 ms långa) koden mäter den tid det tog att få avläsningen och kompenserar fördröjningstiderna med det beloppet. varje rad på koden kommenteras och är (förhoppningsvis) själv -förklarande.

Steg 9: Lägg elektronik i ett hölje

Skär den invecklade slangen så att den är rätt längd från glasögonen till någons hand eller ficka. Sätt kablarna som ansluter till ultraljudssensorn och piezo -summern inuti den delade sömslingan. Borra ett hål i ditt hölje som passar den invecklade slangen. Jag gjorde detta med ett försök och fel -tillvägagångssätt som började med en liten storlek och ökade diametern tills slangen passade precis. Dra ledningarna genom hålet och pressa sedan in den invecklade slangen. Mina kablar är något långa så jag var tvungen att vika dem för att passa. Vissa kardborreband håller kretskortet vid höljet.

Steg 10: Anslut kablar

Nu kan du använda de manliga huvudstiften i ändarna på dina ledningar och ansluta till lämpliga stift på PC -kortet (använd schemat!). Om du använder din egen Arduino använder du bara samma stiftmappningar som i schemat.

Steg 11: Stäng bilaga

Detta hölje hade skruvar för att hålla det stängt men andra höljen (altoids tenn?) Kunde bara snäppa. Eftersom jag inte var säker på om det fungerade använde jag tejp för att hålla det stängt för tillfället.

Steg 12: Fäst öron

För att fästa öronen måste vi först sätta två vertikala slitsar med dremeln i öronen för att remmen ska passera igenom.

Steg 13: Fästa öron fortsätter

Efter att ha kört remmarna genom öronen använde jag kardborreband för att fästa öronen på glasögonen. Detta slutade med att vara något instabilt, men mycket justerbart för att få dem att peka på rätt sätt. Limning av dem hade varit mer permanent, men kardborrbandet har överlevt flera demos. Ultraljudssensorn passade på något sätt perfekt för att skjutas in på låsmekanismen för att skydda glasögonen. Du måste dra ut gummibrillen från linsstycket i plast något uppifrån för att få plats så att sensorn passar in. Sensorn dyker upp ibland, så lite lim kan fixa det för gott. Tyvärr gör denna infästningsmetod det omöjligt att vända linserna längre.

Steg 14: Upplev ekolokalisering

Anslut ett batteri, lägg höljet i fickan och utforska! Ju närmare du kommer till föremål i din siktlinje, ju snabbare det piper, ju längre du kommer desto långsammare piper det. Använd inte dessa i farliga miljöer eller i trafik! Dessa glasögon är endast avsedda för utbildningsändamål och är avsedda för kontrollerade miljöer eftersom de är avsedda att blockera din perifera syn och regelbundna syn så att du är mer beroende av hörselstämmor. Jag ansvarar inte för eventuella skador på grund av att jag bär dessa glasögon! Tack! Eftersom detta är baserat på Arduino kan du enkelt lägga till en Zigbee- eller blueSMIRF -modul för att ansluta dessa till datorer trådlöst. Framtida arbete kan vara att lägga till en urtavla för att justera känsligheten och lägga till en på/av -knapp.

Andra pris i Instructables och RoboGames Robot Contest