Kacamata Pelatihan Oklusi Bergantian Tegangan Tinggi [ATtiny13]: 5 Langkah (dengan Gambar)

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

Dalam instruksi pertama saya, saya telah menjelaskan cara membuat perangkat yang seharusnya cukup membantu seseorang yang ingin mengobati ambliopia (mata malas). Desainnya sangat sederhana dan memiliki beberapa kekurangan (memerlukan penggunaan dua baterai dan panel kristal cair digerakkan oleh tegangan rendah). Saya memutuskan untuk meningkatkan desain dengan menambahkan pengganda tegangan dan transistor switching eksternal. Kompleksitas yang lebih tinggi membutuhkan penggunaan komponen SMD.

Langkah 1: Penafian

Penggunaan perangkat tersebut dapat menyebabkan serangan epilepsi atau efek samping lainnya pada sebagian kecil pengguna perangkat. Konstruksi perangkat semacam itu memerlukan penggunaan alat yang cukup berbahaya dan dapat menyebabkan kerugian atau kerusakan pada properti. Anda membuat dan menggunakan perangkat yang dijelaskan dengan risiko Anda sendiri

Langkah 2: Suku Cadang dan Alat

Bagian dan bahan:

kacamata 3D rana aktif

ATTINY13A-SSU

Sakelar tombol tekan ON-OFF 18x12mm (kira-kira seperti ini, sakelar yang saya gunakan memiliki sadapan yang lurus dan lebih sempit)

2x tombol sakelar taktil SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V Kasus A 1206 kapasitor tantalum

100 nF 0805 kapasitor

3x330 nF 0805 kapasitor

4x SS14 DO-214AC (SMA) dioda schottky

10k 0805 resistor

15k 1206 resistor

22k 1206 resistor

9x 27ohm 0805 resistor

3x 100k 1206 resistor

6x BSS138 SOT-23 transistor

3x BSS84 SOT-23 transistor

61x44mm papan berlapis tembaga

beberapa potong kawat

Baterai 3V (CR2025 atau CR2032)

pita isolasi

selotip

Peralatan:

pemotong diagonal

Tang

obeng pipih

obeng phillips kecil

pinset

kegunaan pisau

gergaji atau alat lain yang dapat memotong PCB

mata bor 0.8mm

bor pres atau alat putar

natrium persulfat

wadah plastik dan alat plastik yang dapat digunakan untuk mengeluarkan PCB dari larutan etsa

stasiun solder

pateri

alumunium foil

Programmer AVR (programmer mandiri seperti USBasp atau Anda dapat menggunakan ArduinoISP)

printer laser

kertas mengkilap

setrika pakaian

Amplas kering/basah 1000 grit

pembersih krim

pelarut (misalnya aseton atau alkohol gosok)

pembuat permanen

Langkah 3: Membuat PCB Menggunakan Metode Transfer Toner

Anda perlu mencetak gambar cermin F. Cu (sisi depan) pada kertas glossy menggunakan printer laser (tanpa pengaturan hemat toner). Dimensi eksternal gambar yang dicetak harus 60.96x43.434mm (atau sedekat mungkin). Saya telah menggunakan papan berlapis tembaga satu sisi dan membuat koneksi di sisi lain dengan kabel tipis sehingga saya tidak perlu khawatir untuk menyelaraskan dua lapisan tembaga. Anda dapat menggunakan PCB dua sisi jika Anda suka, tetapi instruksi selanjutnya hanya untuk PCB satu sisi.

Potong PCB seukuran gambar yang dicetak, Anda dapat menambahkan beberapa mm ke setiap sisi PCB jika Anda suka (pastikan PCB sesuai dengan kacamata Anda). Selanjutnya Anda perlu membersihkan lapisan tembaga menggunakan amplas halus basah, kemudian menghilangkan partikel yang tertinggal dari amplas dengan krim pembersih (Anda juga dapat menggunakan cairan pembersih atau sabun). Kemudian bersihkan dengan pelarut. Setelah itu Anda harus sangat berhati-hati untuk tidak menyentuh tembaga dengan jari Anda.

Letakkan gambar tercetak di atas PCB dan sejajarkan dengan papan Kemudian letakkan PCB di permukaan yang rata dan tutupi dengan setrika pakaian yang diatur ke suhu maksimal. Setelah beberapa saat kertas harus menempel pada PCB. Tekan terus setrika ke PCB dan kertas, dari waktu ke waktu Anda dapat mengubah posisi setrika. Tunggu setidaknya beberapa menit, sampai kertas berubah warna menjadi kuning. Kemudian masukkan PCB dengan kertas ke dalam air (Anda dapat menambahkan pembersih krim atau cairan pencuci) selama 20 menit. Selanjutnya, gosok kertas dari PCB. Jika ada tempat di mana toner tidak menempel pada tembaga, gunakan spidol permanen untuk mengganti toner.

Campur air tawar dengan natrium persulfat dan masukkan PCB ke dalam larutan etsa. Usahakan agar larutan tetap pada suhu 40 °C. Anda dapat meletakkan wadah plastik di atas radiator atau sumber panas lainnya. Dari waktu ke waktu campuran larutan dalam wadah. Tunggu hingga tembaga yang tidak tertutup benar-benar larut. Setelah selesai, lepaskan PCB dari larutan dan bilas dengan air. Hapus toner dengan aseton atau amplas.

Bor lubang di PCB. Saya menggunakan sekrup sebagai pukulan tengah untuk menandai pusat lubang sebelum mengebor.

Langkah 4: Solder dan Pemrograman Mikrokontroler

Tutup trek tembaga di solder. Jika ada trek yang larut dalam larutan etsa, gantilah dengan kabel tipis. Solder ATtiny ke PCB, serta kabel yang akan menghubungkan mikrokontroler ke programmer. Unggah hv_glasses.hex, pertahankan bit sekering default (H:FF, L:6A). Saya menggunakan USBasp dan AVRDUDE. Mengunggah file.hex mengharuskan saya untuk menjalankan perintah berikut:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U flash:w:hv_glasses.hex

Anda mungkin memperhatikan bahwa saya perlu mengubah nilai -B (bitclock) dari 8 yang saya gunakan untuk memprogram ATtiny dalam instruksi pertama saya menjadi 16. Ini memperlambat proses pengunggahan, tetapi terkadang perlu untuk memungkinkan komunikasi yang benar antara programmer dan mikrokontroler.

Setelah Anda mengunggah file.hex ke ATtiny, lepaskan kabel programmer dari PCB. Solder sisa komponen kecuali sakelar ON/OFF SW1 besar dan transistor. Buat koneksi di sisi lain papan dengan kabel. Tutup seluruh PCB kecuali bantalan transistor dengan aluminium foil untuk melindungi MOSFET dari pelepasan muatan listrik statis. Pastikan stasiun solder Anda diarde dengan benar. Pinset yang Anda gunakan untuk menempatkan komponen harus yang ESD anti-statis. Saya menggunakan beberapa pinset tua yang tergeletak di sekitar, tetapi saya menghubungkannya ke ground dengan kawat. Anda dapat menyolder transistor BSS138 terlebih dahulu dan menutupi PCB dengan lebih banyak foil setelah selesai, karena MOSFET BSS84 saluran-P sangat rentan terhadap pelepasan muatan listrik statis.

Solder SW1 terakhir, miringkan ujungnya sehingga terlihat mirip dengan dioda SS14 atau kapasitor tantalum. Jika kabel SW1 lebih lebar dari pad pada PCB, dan kabel tersebut mengalami hubungan arus pendek ke trek lain, potonglah agar tidak menimbulkan masalah. Gunakan jumlah solder yang layak saat menghubungkan SW1 dengan PCB, karena pita yang akan menahan PCB dan bingkai kacamata bersama-sama akan langsung melewati SW1 dan dapat menimbulkan ketegangan pada sambungan solder. Saya tidak menempatkan apa pun di J1-J4, kabel panel LC akan disolder langsung ke PCB. Setelah selesai, solder kabel yang akan masuk ke baterai, letakkan baterai di antara mereka dan kencangkan semuanya dengan pita isolasi. Anda dapat menggunakan multimeter untuk memeriksa apakah PCB lengkap menghasilkan tegangan yang berubah pada bantalan J1-J4. Jika tidak, ukur voltase pada tahap sebelumnya, periksa apakah ada korsleting, kabel yang tidak terhubung, trek yang rusak. Ketika PCB Anda menghasilkan tegangan pada J1-J4 yang berosilasi antara 0V dan 10-11V, Anda dapat menyolder panel LC ke J1-J4. Anda melakukan penyolderan atau pengukuran apa pun hanya saat baterai dilepas.

Ketika semuanya disatukan dari sudut pandang listrik, Anda dapat menutupi bagian belakang PCB dengan selotip dan menyambungkan PCB dengan bingkai kacamata dengan menempelkan selotip di sekelilingnya. Sembunyikan kabel yang menghubungkan panel LC ke PCB di tempat penutup baterai asli berada.

Langkah 5: Ikhtisar Desain

Dari sudut pandang pengguna, Kacamata Pelatihan Oklusi Bolak-Balik Tegangan Tinggi bekerja dengan cara yang sama seperti kacamata yang dijelaskan dalam instruksi pertama saya. SW2 yang terhubung ke resistor 15k mengubah frekuensi perangkat (2.5Hz, 5.0Hz, 7.5Hz, 10.0Hz, 12.5Hz), dan SW3 yang terhubung ke resistor 22k mengubah berapa lama setiap mata tersumbat (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Setelah Anda mengatur pengaturan, Anda perlu menunggu sekitar 10 detik (10 detik tidak menyentuh tombol apa pun) untuk disimpan di EEPROM dan dimuat setelah dimatikan, pada peluncuran perangkat berikutnya. Menekan kedua tombol secara bersamaan menetapkan nilai default.

Namun, saya hanya menggunakan pin PB5(RESET, ADC0) dari ATtiny sebagai input. Saya menggunakan ADC untuk membaca tegangan pada output pembagi tegangan yang terbuat dari R1-R3. Saya dapat mengubah tegangan ini dengan menekan SW2 dan SW3. Tegangan tidak pernah cukup rendah untuk memicu RESET.

Dioda D1-D4 dan kapasitor C3-C6 membentuk pompa muatan Dickson 3 tahap. Charge pump digerakkan oleh pin PB1(OC0A) dan PB1(OC0B) dari mikrokontroler. Output OC0A dan OC0B menghasilkan dua bentuk gelombang persegi 4687,5 Hz yang fasenya bergeser 180 derajat (ketika OC0A HIGH, OC0B LOW, dan sebaliknya). Perubahan tegangan pada pin mikrokontroler mendorong tegangan pada pelat kapasitor C3-C5 naik turun sebesar +BATT tegangan. Dioda memungkinkan muatan mengalir dari kapasitor yang pelat atas (yang terhubung ke dioda) memiliki tegangan lebih tinggi ke pelat atas yang bertegangan lebih rendah. Tentu saja dioda bekerja hanya dalam satu arah, sehingga muatan mengalir hanya dalam satu arah, sehingga setiap kapasitor berikutnya secara berurutan mengisi tegangan yang lebih tinggi dari pada kapasitor sebelumnya. Saya telah menggunakan dioda Schottky, karena memiliki penurunan tegangan maju yang rendah. Di bawah tanpa beban perkalian tegangan adalah 3,93. Dari sudut pandang praktis, hanya beban pada keluaran pompa pengisian yang merupakan resistor 100k (arus mengalir melalui 1 atau 2 resistor secara bersamaan). Di bawah beban tersebut, tegangan keluaran pompa pengisian adalah 3,93*(+BATT) minus sekitar 1V, dan efisiensi pompa pengisian sekitar 75%. D4 dan C6 tidak meningkatkan tegangan, mereka hanya mengurangi riak tegangan.

Transistor Q1, Q4, Q7 dan resistor 100k mengubah tegangan rendah dari keluaran mikrokontroler menjadi tegangan dari keluaran pompa muatan. Saya telah menggunakan MOSFET untuk menggerakkan panel LC karena arus mengalir melalui gerbangnya hanya ketika tegangan gerbang berubah. Resistor 27ohm melindungi transistor dari arus gerbang lonjakan besar.

Perangkat mengkonsumsi sekitar 1,5 mA.