Gezichtsaanraakalarm: 4 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Ons gezicht aanraken is een van de meest voorkomende manieren waarop we onszelf besmetten met virussen zoals Covid-19. Een academische studie in 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) wees uit dat we ons gezicht gemiddeld 23 keer per uur aanraken. Ik besloot een goedkoop apparaat met een laag stroomverbruik te ontwerpen dat je elke keer zou waarschuwen als je op het punt staat je gezicht aan te raken. Dit ruwe prototype kan heel gemakkelijk worden verfijnd en hoewel je dit waarschijnlijk niet de hele dag wilt dragen, kan het een goede manier zijn om je te trainen om het aanraken van je gezicht te verminderen en zo de verspreiding van het virus te verminderen.

De meeste vormen van bewegingsdetectie maken gebruik van versnellingsmeters of beeldverwerking. Deze zijn relatief duur, vergen continu stroom en dus ook een relatief grote accu. Ik wilde een apparaat maken dat alleen stroom verbruikt wanneer het gedrag het triggert, en dat voor minder dan $ 10 thuis kan worden gemaakt.

Het apparaat bestaat uit drie delen. Een ketting en twee kleine elastische banden aan elke pols. Het maakt gebruik van het principe dat een magneet die in de buurt van een draadspoel beweegt, een elektrische stroom in de draad genereert. Wanneer de hand naar het gezicht beweegt, genereert de magneet bij de pols een kleine spanning over de spoel. Dit wordt versterkt en als het hoger is dan een bepaalde drempel, schakelt het een kleine zoemer in.

Benodigdheden

• 100 - 200 meter magneetdraad. De meeste draad is te dik. Magneetdraad is geïsoleerd met een zeer fijne vernislaag, zodat je veel windingen in de spoel kunt maken en toch relatief klein en licht kunt houden. Ik gebruikte 34 AWG - dat is ongeveer 0,15 mm diameter
• Kabelbinders of plakband
• Een enkele voeding low power op-amp. Het moet kunnen werken op 3V. Ik heb een Microchip MCP601 gebruikt.
• 2 weerstanden (1M, 2K)
• 2K trimmerweerstand
• Een 3 - 5 V piëzo-zoemer
• Elke standaard npn-transistor (ik gebruikte een 2N3904)
• wat veroboard
• CR2032 (of een 3V knoopcelbatterij)
• 2 kleine krachtige magneten
• 2 dikke elastiekjes of wat compressieondersteunend materiaal (zoals compressiekousen)

Stap 1: Wind de spoel op

De spoel moet een doorlopend stuk draad zijn, dus het kan helaas niet worden vastgehaakt en losgemaakt als een ketting. Daarom is het belangrijk dat de spoeldiameter groot genoeg is om hem over je hoofd te krijgen. Ik heb de mijne om een cirkelvormige vorm (een prullenmand) met een diameter van ongeveer 23 cm (9 inch) gewikkeld. Hoe meer beurten, hoe beter. Ik ben de tel kwijtgeraakt van het aantal dat ik heb gemaakt, maar door de elektrische weerstand aan het einde te testen, denk ik dat ik ongeveer 150 beurten heb gekregen.

Neem de spoel voorzichtig uit de voormalige en zet de spoel vast met kabelbinders of tape. Het is belangrijk om geen van de delicate elektromagnetische draad te breken, omdat het bijna onmogelijk te repareren is. Als je de spoel hebt vastgezet, zoek je de twee uiteinden van de draad en verwijder je de vernis van de laatste cm (laatste halve inch) van elk uiteinde. Dit deed ik door de lak te smelten met een soldeerbout (zie bijgevoegde video).

Klik hier om een video te zien over het strippen van de solenoïdedraad

Deze uiteinden kunnen subtiel op uw detectorprintplaat worden gesoldeerd. Voor mijn prototype heb ik de uiteinden op een klein stukje apart veroboard met een socket-header gesoldeerd, zodat ik experiment kon gebruiken en startkabels kon gebruiken om het op verschillende circuitontwerpen aan te sluiten.

Stap 2: Bouw het detectorcircuit

Het schema en de eindschakeling zijn hierboven weergegeven.

Ik gebruik een opamp in een niet-inverterende configuratie om de zeer kleine spanning die over de spoel wordt gegenereerd te versterken. De versterking van deze versterker is de verhouding van weerstanden van R1 en R2. Het moet hoog genoeg zijn om de magneet te detecteren wanneer deze ongeveer 10 cm van de rand van de spoel relatief langzaam beweegt (ongeveer 20-30 cm/s), maar als u het te gevoelig maakt, kan het onstabiel worden en zal de zoemer continu klinken. Aangezien het optimale aantal afhangt van de daadwerkelijke spoel die u bouwt en de magneet die u gebruikt, raad ik u aan het circuit te bouwen met een variabele weerstand die kan worden ingesteld op elke waarde tot 2K. In mijn prototype vond ik dat een waarde van ongeveer 1.5K goed werkte.

Omdat de spoel ook verdwaalde radiogolven van verschillende frequenties zal opvangen, heb ik een condensator over R1 opgenomen. Dit werkt als een laagdoorlaatfilter. Bij elke frequentie hoger dan een paar hertz is de reactantie van deze condensator veel minder dan de waarde van R1 en dus valt de versterking weg.

Omdat de gain zo hoog is, zal de output van de opamp eigenlijk alleen "aan" (3V) of "uit" (0V) zijn. In eerste instantie, aangezien de MCP601 20mA kan uitvoeren, dacht ik dat hij in staat zou zijn om direct een piëzo-zoemer aan te sturen (deze hebben maar een paar mA nodig om te werken). Ik ontdekte echter dat de opamp moeite had om hem rechtstreeks aan te sturen, waarschijnlijk vanwege de capaciteit van de zoemer. Ik heb dit opgelost door de uitgang van de uitgang via een weerstand naar een npn-transistor te voeren die als een schakelaar werkt. R3 is gekozen om ervoor te zorgen dat de transistor volledig is ingeschakeld wanneer de uitvoer van de opamp 3V is. Om het stroomverbruik te minimaliseren, zou dit idealiter zo hoog moeten zijn als je kunt maken en er toch voor zorgen dat de transistor aan staat. Ik heb 5K gekozen om ervoor te zorgen dat deze schakeling met bijna elke populaire npn-transistor zou moeten werken.

Het laatste wat je nodig hebt is een batterij. Ik kon mijn prototype met succes gebruiken met een 3V knoopcelbatterij - maar het was nog gevoeliger en effectiever bij een iets hogere spanning en dus als je een kleine li-polybatterij (3.7V) kunt vinden, raad ik je aan die te gebruiken.

Stap 3: Maak de polsbandjes

Als een magneet dicht bij elke hand wordt gedragen, wordt de zoemer geactiveerd door de hand naar het gezicht te heffen. Ik besloot om twee polsbanden te maken met elastisch ondersteunend sokmateriaal en deze te gebruiken om twee kleine magneten om mijn pols te houden. Je zou ook kunnen experimenteren met een magnetische ring aan één vinger van elke hand.

De geïnduceerde stroom vloeit in één richting rond de spoel wanneer de magneet het gebied van de spoel binnenkomt en in de tegenovergestelde richting wanneer deze vertrekt. Omdat het prototypecircuit opzettelijk eenvoudig is, zal slechts één stroomrichting de zoemer activeren. Het zal dus zoemen wanneer de hand de ketting nadert of wanneer deze weggaat. Het is duidelijk dat we willen dat het op weg naar het gezicht zoemert en we kunnen de polariteit van de gegenereerde stroom veranderen door de magneet om te draaien. Experimenteer dus met de manier waarop de zoemer klinkt als de hand het gezicht nadert en markeer de magneet zodat je eraan denkt om hem op de juiste manier te dragen.

Stap 4: Testen

De grootte van de geïnduceerde stroom is gerelateerd aan hoe snel het magnetische veld verandert in de buurt van de spoel. Het is dus gemakkelijker om snelle bewegingen in de buurt van de spoel op te pikken dan langzame bewegingen ver weg. Met een beetje vallen en opstaan kreeg ik het betrouwbaar werkend toen ik de magneet met ongeveer 30 cm/s (1 ft/s) op een afstand van 15 cm (6 inch) bewoog. Een beetje meer afstemming zou dit met een factor twee of drie verbeteren.

Het is allemaal een beetje grof op dit moment, aangezien het prototype "through hole"-componenten gebruikt, maar alle elektronica kan gemakkelijk worden verkleind met behulp van componenten voor oppervlaktemontage en de beperkende grootte zou alleen de batterij zijn.