Detektor Kedipan Cahaya: 3 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Saya selalu terpesona oleh fakta bahwa elektronik menyertai kita. Hal ini hanya di mana-mana. Ketika kita berbicara tentang sumber cahaya (Bukan yang alami seperti bintang), kita harus memperhitungkan beberapa parameter: Kecerahan, warna dan, dalam hal ini adalah tampilan PC yang kita bicarakan, kualitas gambar.

Persepsi visual cahaya atau kecerahan sumber cahaya elektronik dapat dikontrol dengan berbagai cara ketika yang paling populer adalah melalui Pulse Width Modulation (PWM) - Cukup nyalakan dan matikan perangkat dengan sangat cepat sehingga transien tampak "tidak terlihat" oleh mata manusia. Tapi, seperti yang terlihat, itu tidak terlalu baik untuk mata manusia untuk penggunaan jangka panjang.

Ketika kita mengambil contoh, layar laptop dan mengurangi kecerahannya - mungkin tampak lebih gelap, tetapi ada banyak perubahan pada layar yang terjadi - berkedip. (Lebih banyak contoh tentang ini dapat ditemukan di sini)

Saya sangat terinspirasi oleh Ide video YouTube ini, penjelasan dan kesederhanaannya luar biasa. Dengan memasang perangkat sederhana yang siap pakai, ada potensi untuk membangun perangkat pendeteksi kedipan yang benar-benar portabel.

Perangkat yang akan kita buat adalah detektor kedipan sumber cahaya, menggunakan baterai surya kecil sebagai sumber cahaya, dan terdiri dari blok-blok berikut:

1. Panel surya kecil
2. Penguat audio terintegrasi
3. Pembicara
4. Jack untuk koneksi headphone, jika kami ingin menguji dengan sensitivitas yang lebih besar
5. Baterai Li-Ion yang dapat diisi ulang sebagai sumber daya
6. Konektor USB Type-C untuk koneksi pengisian daya
7. Indikator LED daya

Perlengkapan

Komponen elektronik

• Penguat Daya Audio Terintegrasi
• Pembicara 8 Ohm
• Baterai Li-Ion 3.7V 850mAh
• Jack Audio 3.5mm
• Baterai Surya Mini Pollycrystalline
• TP4056 - Papan Pengisian Li-Ion
• LED RGB (paket TH)
• 2 x 330 Ohm Resistor (paket TH)

Komponen Mekanik

• Tombol potensiometer
• Enklosur 3D-Printed (Opsional, kotak proyek off-shelf dapat digunakan)
• Sekrup berdiameter 4 x 5mm

Instrumen

• Besi solder
• Pistol lem panas
• obeng Phillips
• Kawat inti tunggal
• Pencetak 3D (Opsional)
• tang
• Pinset
• Pemotong

Langkah 1: Teori Operasi

Seperti yang disebutkan dalam pendahuluan, kedipan yang disebabkan oleh PWM. Menurut wikipedia, mata manusia dapat menangkap hingga 12 frame per detik. Jika frame rate melebihi angka itu, itu dianggap sebagai gerakan untuk penglihatan manusia. Oleh karena itu, jika ada perubahan cepat dari objek yang diamati, kita melihat intensitas rata-ratanya daripada urutan bingkai yang terpisah. Ada inti dari ide untuk PWM di sirkuit kontrol kecerahan: Karena kita hanya dapat melihat intensitas rata-rata frame rate yang lebih tinggi dari 12fps (Sekali lagi, menurut wikipedia), kita dapat dengan mudah menyesuaikan kecerahan (Duty Cycle) dari sumber cahaya powering melalui perubahan periode waktu, saat lampu menyala atau mati (Lebih lanjut tentang PWM), di mana frekuensi switching konstan dan jauh lebih besar dari 12Hz.

Proyek ini menjelaskan perangkat, yang volume dan frekuensi suaranya sebanding dengan kebisingan kedip yang disebabkan oleh PWM.

Panel Polikristalin Mini

Tujuan utama dari perangkat ini adalah untuk mengubah daya yang berasal dari sumber cahaya menjadi daya listrik, yang dapat dengan mudah dipanen. Salah satu sifat utama baterai ini, bahwa jika sumber cahaya tidak memberikan intensitas konstan yang stabil dan berubah dari waktu ke waktu, perubahan yang sama akan terjadi pada tegangan output panel ini. Jadi, itulah yang akan kami deteksi - perubahan intensitas dari waktu ke waktu

Penguat Audio

Output yang dihasilkan dari panel surya sebanding dengan tingkat intensitas rata-rata (DC) dengan tambahan perubahan intensitas dari waktu ke waktu (AC). Kami tertarik untuk mendeteksi hanya tegangan bolak-balik, dan cara termudah untuk mencapainya - sambungkan sistem audio. Amplifier audio yang digunakan dalam perancangan ini adalah PCB single-supply, dengan kapasitor DC-blocking di setiap sisi, baik input maupun output. Jadi, output panel surya terhubung langsung ke audio amplifier. Amp yang digunakan dalam desain ini sudah memiliki potensiometer dengan sakelar ON/OFF bawaan, sehingga ada kontrol penuh atas daya perangkat dan volume speaker.

Manajemen Baterai Li-Ion

Sirkuit pengisi daya baterai Li-Ion TP4056 ditambahkan ke proyek ini untuk membuat perangkat portabel dan dapat diisi ulang. Konektor USB-C berfungsi sebagai input untuk pengisi daya, dan baterai yang digunakan adalah 850mAh, 3.7V, yang cukup untuk keperluan yang kita perlukan dengan perangkat ini. Tegangan baterai bertindak sebagai catu daya utama untuk penguat audio, sehingga untuk seluruh perangkat.

Speaker sebagai Output Sistem

Speaker memainkan peran utama dalam perangkat. Saya memilih yang berukuran relatif kecil, dengan keterikatan yang kuat pada penutupnya, jadi saya juga akan mendengar frekuensi yang lebih rendah. Seperti yang telah disebutkan sebelumnya, frekuensi dan volume speaker dapat didefinisikan sebagai berikut:

f(Speaker) = f(AC dari Panel Surya) [Hz]

P(Speaker) = K*I(Intensitas puncak-ke-puncak sinyal AC dari panel surya) [W]

K - Apakah koefisien volume

Jack Audio

Jack 3.5mm digunakan jika kita ingin menghubungkan headphone. Pada perangkat ini, jack memiliki pin deteksi koneksi, yang terputus dari pin sinyal, ketika steker audio dicolokkan. Ini dirancang dengan cara ini untuk memberikan output ke satu jalur pada saat itu - Speaker ATAU headphone.

LED RGB

Di sini LED berfungsi ganda - menyala saat perangkat sedang diisi daya atau perangkat dihidupkan.

Langkah 2: Lampiran - Desain dan Pencetakan

3D Printer adalah alat yang hebat untuk enklosur dan kasing yang disesuaikan. Enclosure untuk proyek ini memiliki struktur yang sangat mendasar dengan beberapa fitur umum. Mari kita kembangkan langkah demi langkah:

Persiapan dan FreeCAD

Enklosur dirancang di FreeCAD (File proyek tersedia untuk diunduh di bagian bawah langkah ini), di mana badan perangkat dibuat terlebih dahulu, dan penutup padat dibuat sebagai bagian terpisah yang relatif terhadap badan. Setelah perangkat dirancang, ada kebutuhan untuk mengekspornya sebagai bodi dan penutup yang terpisah.

Panel surya mini dipasang pada penutup dengan area ukuran tetap, di mana area pemutus digunakan untuk kabel. Antarmuka pengguna tersedia di kedua sisi: lubang USB dan lubang LED|Jack|Potensiometer. Speaker memiliki area tersendiri, yaitu susunan lubang di bagian bawah bodi. Baterai berdekatan dengan speaker, ada tempat untuk masing-masing bagian, sehingga kita tidak perlu frustrasi saat merakit perangkat sama sekali.

Slicing dan Ultimaker Cura

Karena kami memiliki file STL, kami dapat melanjutkan ke proses konversi G-Code. Ada banyak metode untuk melakukannya, saya hanya akan meninggalkan parameter utama untuk pencetakan di sini:

• Perangkat Lunak: Ultimaker Cura 4.4
• Tinggi lapisan: 0.18mm
• Ketebalan dinding: 1.2mm
• Jumlah lapisan atas/bawah: 3
• Isi: 20%
• Nosel: 0.4mm, 215*C
• Tempat Tidur: Kaca, 60*C
• Dukungan: Ya, 15%

Langkah 3: Menyolder dan Merakit

Pematerian

Sementara 3D Printer sibuk mencetak enklosur kami, mari kita tutupi proses penyolderan. Seperti yang Anda lihat dalam skema, ini disederhanakan seminimal mungkin - itulah sebabnya semua bagian yang akan kita lampirkan semuanya tersedia sebagai blok terintegrasi yang independen. Nah, urutannya adalah:

1. Menyolder terminal baterai Li-Ion ke TP4056 BAT+ dan BAT- Pin
2. Menyolder VO+ dan VO- dari TP4056 ke terminal VCC dan GND penguat audio
3. Menyolder terminal "+" panel surya kecil ke VIN (baik L atau R) penguat audio, dan "-" ke ground ampli audio
4. Memasang LED Bi-color atau RGB ke dua resistor 220R dengan isolasi yang tepat
5. Solder anoda LED terlebih dahulu ke terminal sakelar penguat audio (Sambungan harus dilakukan pada terminal sakelar). Sangat disarankan untuk memeriksa terminal sakelar mana di sisi bawah PCB yang terhubung ke VCC - Yang tidak adalah pilihan kami
6. Anoda LED kedua harus disolder ke anoda dari dua LED SMD - keduanya memiliki koneksi anoda yang sama
7. Menyolder katoda LED ke GROUND penguat audio
8. Solder terminal speaker ke output penguat audio (Pastikan Anda telah memilih saluran yang sama pada input, KIRI atau KANAN)
9. Untuk memaksa speaker ke kondisi mati, solder terminal jack stereo 3,5 mm yang mencegah aliran arus melalui speaker.
10. Untuk membuat headphone menghasilkan suara di setiap sisi - L dan R, pendekkan terminal yang dijelaskan pada langkah sebelumnya secara bersamaan.

perakitan

Setelah enklosur dicetak, disarankan untuk merakit bagian demi bagian dengan memperhatikan tinggi bagian:

1. Membuat bingkai dari lem panas sesuai dengan penutup perimeter bagian dalam, dan menempatkan panel surya di sana
2. Memasang potensiometer dengan mur dan mesin cuci di sisi yang berlawanan
3. Merekatkan speaker dengan lem panas
4. Merekatkan baterai dengan lem panas
5. Merekatkan jack 3.5mm dengan lem panas
6. Merekatkan baterai dengan… lem panas
7. Merekatkan TP4056 dengan USB yang mengarah ke luar area potongan khusus dengan lem panas
8. Menempatkan kenop pada potensiometer
9. Penutup dan bodi pengikat dengan empat sekrup

Pengujian

Perangkat kami sudah siap dan siap digunakan! Untuk memeriksa perangkat dengan benar, perlu menemukan sumber cahaya yang dapat memberikan intensitas alternatif. Saya sarankan menggunakan remote control IR, karena memberikan intensitas bolak-balik yang frekuensinya terletak di wilayah bandwidth pendengaran manusia [20Hz:20KHz].

Jangan lupa untuk menguji semua sumber cahaya Anda di rumah.

Terima kasih sudah membaca!:)