Sensor Medan Magnet 3-Sumbu: 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Sistem transfer daya nirkabel sedang dalam perjalanan untuk menggantikan pengisian kabel konvensional. Mulai dari implan biomedis kecil hingga pengisian ulang kendaraan listrik besar secara nirkabel. Bagian integral dari penelitian tentang daya nirkabel meminimalkan kepadatan medan magnet. Komisi Internasional untuk Perlindungan Radiasi Non-Pengion (ICNIRP) memberikan saran dan panduan ilmiah tentang efek kesehatan dan lingkungan dari radiasi non-pengion (NIR) untuk melindungi manusia dan lingkungan dari paparan NIR yang merugikan. NIR mengacu pada radiasi elektromagnetik seperti ultraviolet, cahaya, inframerah, dan gelombang radio, dan gelombang mekanik seperti infra dan ultrasound. Sistem pengisian nirkabel menghasilkan medan magnet bolak-balik yang dapat berbahaya bagi manusia dan hewan yang ada di sekitarnya. Untuk dapat mendeteksi medan ini dan meminimalkannya dalam pengaturan pengujian di dunia nyata, diperlukan alat pengukur medan magnet seperti Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spectral Analyzer. Perangkat ini biasanya berharga lebih dari $2000 dan berukuran besar dan mungkin tidak dapat menjangkau ruang sempit di mana bidang perlu diukur. Selain itu, perangkat ini biasanya memiliki lebih banyak fitur daripada yang diperlukan untuk pengukuran lapangan sederhana dalam sistem transfer daya nirkabel. Oleh karena itu, mengembangkan perangkat pengukur lapangan dengan versi yang lebih kecil dan lebih murah akan sangat bermanfaat.

Proyek saat ini melibatkan desain PCB untuk penginderaan medan magnet dan juga desain perangkat tambahan yang dapat memproses nilai medan magnet yang dirasakan dan menampilkannya pada layar OLED atau LCD.

Langkah 1: Persyaratan

Perangkat memiliki persyaratan berikut:

1. Ukur medan magnet bolak-balik dalam kisaran 10 – 300 kHz
2. Ukur bidang secara akurat hingga 50 uT (Batas keamanan yang ditetapkan oleh ICNIRP adalah 27 uT)
3. Ukur medan di ketiga sumbu dan dapatkan resultannya untuk menemukan medan sebenarnya pada titik tertentu
4. Tampilkan medan magnet pada meteran genggam
5. Menampilkan indikator peringatan ketika bidang melampaui standar yang ditetapkan oleh ICNIRP
6. Sertakan pengoperasian baterai sehingga perangkat benar-benar portabel

Langkah 2: Ikhtisar Sistem

Langkah 3: Memilih Komponen

Langkah ini mungkin merupakan langkah yang paling memakan waktu, membutuhkan kesabaran yang cukup untuk memilih komponen yang tepat untuk proyek ini. Seperti kebanyakan proyek elektronik lainnya, memilih komponen memerlukan pemeriksaan lembar data yang cermat untuk memastikan semua komponen kompatibel satu sama lain dan bekerja dalam kisaran yang diinginkan dari semua parameter operasi - dalam kasus khusus ini, medan magnet, frekuensi, tegangan, dll.

Komponen utama yang dipilih untuk PCB sensor medan magnet tersedia di lembar excel terlampir. Komponen yang digunakan untuk perangkat genggam adalah sebagai berikut:

1. Mikrokontroler Tiva C TM4C123GXL
2. Layar LCD SunFounder I2C Serial 20x4
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 saluran konverter tingkat logika modul shifter dua arah
4. Saklar tombol tekan
5. sakelar sakelar 2 posisi
6. 18650 sel Li-ion 3.7V
7. Pengisi Daya Adafruit PowerBoost 500
8. Papan sirkuit tercetak (SparkFun snappable)
9. Kebuntuan
10. Menghubungkan kabel
11. Pin header

Peralatan yang dibutuhkan untuk proyek ini adalah sebagai berikut:

1. Perangkat solder dan beberapa kawat solder
2. Mengebor
3. Alat pemotong kawat

Langkah 4: Desain dan Simulasi Sirkuit

Langkah 5: Merancang PCB

Setelah operasi sirkuit diverifikasi di LTSpice, PCB dirancang. Pesawat tembaga dirancang sedemikian rupa sehingga tidak mengganggu kerja sensor medan magnet. Wilayah abu-abu yang disorot dalam diagram tata letak PCB menunjukkan bidang tembaga pada PCB. Di sebelah kanan, tampilan 3D dari PCB yang dirancang juga ditampilkan.

Langkah 6: Menyiapkan Mikrokontroler

Mikrokontroler yang dipilih untuk proyek ini adalah Tiva C TM4C123GXL. Kode ditulis dalam Energia untuk memanfaatkan perpustakaan LCD yang ada untuk keluarga mikrokontroler Arduino. Akibatnya, kode yang dikembangkan untuk proyek ini juga dapat digunakan dengan mikrokontroler Arduino alih-alih Tiva C (asalkan Anda menggunakan penetapan pin yang tepat dan memodifikasi kode yang sesuai).

Langkah 7: Membuat Tampilan Bekerja

Layar dan mikrokontroler dihubungkan melalui komunikasi I2C yang hanya membutuhkan dua kabel selain catu daya +5V dan ground. Cuplikan kode LCD yang tersedia untuk keluarga mikrokontroler Arduino (liquidCrystal library) telah di-porting dan digunakan di Energia. Kode diberikan dalam file LCDTest1.ino terlampir.

Beberapa tips bermanfaat untuk tampilan dapat ditemukan di video berikut:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Langkah 8: Pencetakan 3D

Kotak penutup untuk perangkat genggam dirancang seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas. Kotak membantu menjaga papan tetap di tempatnya dan kabel tidak terganggu. Kotak ini dirancang untuk memiliki dua soket untuk dilalui kabel, satu soket untuk LED indikator baterai, dan masing-masing untuk sakelar sakelar dan sakelar tombol tekan. File yang diperlukan dilampirkan.

Langkah 9: Menghubungkan Semua Komponen

Ukur dimensi semua komponen yang tersedia dan susun menggunakan alat grafis seperti Microsoft Visio. Setelah tata letak semua komponen direncanakan, merupakan ide bagus untuk mencoba dan menempatkannya di posisinya untuk merasakan produk akhir. Disarankan agar koneksi diuji setelah setiap komponen baru ditambahkan ke perangkat. Gambaran proses interfacing ditunjukkan pada gambar di atas. Kotak cetak 3D memberikan tampilan yang bersih ke perangkat dan juga melindungi elektronik di dalamnya.

Langkah 10: Pengujian dan Demonstrasi Perangkat

Video yang disematkan menunjukkan pengoperasian perangkat. Sakelar sakelar menyalakan perangkat dan tombol tekan dapat digunakan untuk mengacak dua mode tampilan.