Lichtflikkerdetector - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:16

Ik ben altijd gefascineerd geweest door het feit dat elektronica ons vergezelt. Het is gewoon overal. Als we het hebben over lichtbronnen (niet de natuurlijke zoals sterren), moeten we rekening houden met verschillende parameters: helderheid, kleur en, in het geval dat het het pc-scherm is waar we het over hebben, beeldkwaliteit.

De visuele waarneming van licht of helderheid van een elektronische lichtbron kan op verschillende manieren worden geregeld, waarbij de meest populaire pulsbreedtemodulatie (PWM) is. Zet het apparaat eenvoudig heel snel aan en uit, zodat de transiënten "onzichtbaar" lijken voor het menselijk oog. Maar zoals het lijkt, is het niet zo goed voor het menselijk oog voor langdurig gebruik.

Als we bijvoorbeeld een laptopscherm nemen en de helderheid verminderen - het lijkt misschien donkerder, maar er zijn veel veranderingen op het scherm - flikkeren. (Meer voorbeelden hiervan vind je hier)

Ik was enorm geïnspireerd door een idee van deze YouTube-video, de uitleg en eenvoud ervan zijn gewoon geweldig. Door eenvoudige, kant-en-klare apparaten aan te sluiten, is er een potentieel om een volledig draagbaar flikkerdetectie-apparaat te bouwen.

Het apparaat dat we gaan bouwen is een flikkerende lichtbron, die een kleine zonnebatterij als lichtbron gebruikt, en bestaat uit de volgende blokken:

1. Klein zonnepaneel
2. Geïntegreerde audioversterker
3. Spreker
4. Jack voor koptelefoonaansluiting, als we met grotere gevoeligheid willen testen
5. Oplaadbare Li-Ion batterij als stroombron
6. USB Type-C-connector voor oplaadaansluiting
7. Voedings-LED-indicator

Benodigdheden

Elektronische componenten

• Geïntegreerde audio-eindversterker
• 8 Ohm luidspreker
• 3.7V 850mAh Li-Ion-batterij
• 3,5 mm audio-aansluiting
• Mini-pollykristallijne zonnebatterij
• TP4056 - Li-Ion Oplaadbord
• RGB-LED (TH-pakket)
• 2 x 330 Ohm Weerstanden (TH-pakket)

Mechanische componenten

• Potentiometer knop
• 3D-geprinte behuizing (optionele, off-shelf projectdoos kan worden gebruikt)
• 4 schroeven met een diameter van 5 mm

instrumenten

• Soldeerbout
• Heet lijmpistool
• kruiskopschroevendraaier
• Enkele kerndraad
• 3D-printer (optioneel)
• tang
• Pincet
• Snijder

Stap 1: Theorie van de werking

Zoals vermeld in de inleiding, wordt het flikkeren veroorzaakt door PWM. Volgens wikipedia kan het menselijk oog tot 12 frames per seconde opvangen. Als de framesnelheid dat aantal overschrijdt, wordt dit beschouwd als beweging voor het menselijk zicht. Als er dus een snelle verandering van het object wordt waargenomen, zien we de gemiddelde intensiteit in plaats van de opeenvolging van afzonderlijke frames. Er is een kern van het idee voor PWM in circuits voor helderheidsregeling: omdat we alleen de gemiddelde intensiteit van een hogere framesnelheid dan 12 fps kunnen zien (nogmaals, volgens wikipedia), kunnen we de helderheid (duty cycle) van de lichtbron eenvoudig aanpassen via veranderende perioden, wanneer het licht aan of uit is (Meer over PWM), waarbij de schakelfrequentie constant is en veel groter is dan 12 Hz.

Dit project beschrijft een apparaat waarvan het geluidsvolume en de frequentie evenredig zijn met flikkerende ruis veroorzaakt door PWM.

Mini polykristallijn paneel

Het belangrijkste doel van deze apparaten is om de stroom die van de lichtbron wordt afgeleid, om te zetten in elektrische stroom, die gemakkelijk kan worden geoogst. Een van de belangrijkste eigenschappen van deze batterij is dat als de lichtbron geen stabiele constante intensiteit levert en in de loop van de tijd verandert, dezelfde veranderingen zullen optreden op de uitgangsspanning van dit paneel. Dus dat is wat we gaan detecteren - de veranderingen van intensiteit in de loop van de tijd

Geluidsversterker

De output die wordt geproduceerd door het zonnepaneel is evenredig met het gemiddelde intensiteitsniveau (DC) met extra veranderingen in intensiteit in de tijd (AC). We zijn geïnteresseerd in het detecteren van alleen wisselspanning, en de eenvoudigste manier om dit te bereiken - sluit een audiosysteem aan. De audioversterker die in dit ontwerp is gebruikt, is een PCB met één voeding, met DC-blokkerende condensatoren aan elke kant, zowel in- als uitgang. De uitgang van het zonnepaneel is dus rechtstreeks verbonden met de audioversterker. De versterker die in dit ontwerp wordt gebruikt, heeft al een potentiometer met een ingebouwde AAN/UIT-schakelaar, dus er is volledige controle over het apparaatvermogen en het volume van de luidspreker.

Beheer van Li-ionbatterijen

TP4056 Li-Ion-batterijladercircuit werd aan dit project toegevoegd om het apparaat draagbaar en oplaadbaar te maken. USB-C-connector fungeert als ingang voor oplader, en de gebruikte batterij is een 850mAh, 3.7V, dat is voldoende voor de doeleinden die we met dit apparaat moeten nastreven. De batterijspanning fungeert als hoofdvoeding voor de audioversterker, dus voor een heel apparaat.

Luidspreker als systeemuitgang

Luidspreker speelt hoofdrol in het apparaat. Ik koos voor een relatief kleine, met stevige bevestiging aan de behuizing, zodat ik ook lagere frequenties zou horen. Zoals eerder vermeld, kunnen de frequentie en het volume van de luidspreker als volgt worden gedefinieerd:

f(Luidspreker) = f(AC van zonnepaneel) [Hz]

P(Luidspreker) = K*I(Intensiteit piek-tot-piek van AC-signaal van zonnepaneel) [W]

K - Is een volumecoëfficiënt

Audio kabel

3.5mm Jack wordt gebruikt in het geval dat we een koptelefoon willen aansluiten. In dit apparaat heeft de aansluiting een verbindingsdetectiepin, die wordt losgekoppeld van de signaalpin, wanneer de audiostekker wordt aangesloten. Het is op deze manier ontworpen om destijds uitvoer naar een enkel pad te bieden - luidspreker OF hoofdtelefoon.

RGB-LED

Hier heeft de LED een dubbele functie - hij licht op wanneer het apparaat wordt opgeladen of het apparaat wordt ingeschakeld.

Stap 2: Behuizing - Ontwerp en afdrukken

3D-printer is een geweldig hulpmiddel voor aangepaste behuizingen en koffers. Behuizing voor dit project heeft een zeer eenvoudige structuur met enkele gemeenschappelijke kenmerken. Laten we het stap voor stap uitbreiden:

Voorbereiding en FreeCAD

Behuizing is ontworpen in FreeCAD (het projectbestand kan onderaan deze stap worden gedownload), waarbij eerst de behuizing van het apparaat werd geconstrueerd en een solide afdekking werd geconstrueerd als een afzonderlijk onderdeel ten opzichte van de behuizing. Nadat het apparaat is ontworpen, moet het worden geëxporteerd als een afzonderlijke behuizing en hoes.

Het mini-zonnepaneel is op het deksel gemonteerd met een gebied met een vaste afmeting, waar het uitgesneden gebied is bestemd voor draden. Gebruikersinterface aan beide zijden beschikbaar: USB-uitsparing en LED|Jack|Potentiometergaten. Luidspreker heeft zijn eigen speciale gebied, dat is een reeks gaten aan de onderkant van het lichaam. De batterij grenst aan de luidspreker, er is een plaats voor elk van de onderdelen, dus we hoeven niet gefrustreerd te raken tijdens het monteren van het apparaat.

Snijden en Ultimaker Cura

Omdat we STL-bestanden hebben, kunnen we doorgaan naar het G-Code-conversieproces. Er zijn veel methoden om dit te doen, ik zal hier de belangrijkste parameters voor afdrukken achterlaten:

• Software: Ultimaker Cura 4.4
• Laaghoogte: 0,18 mm
• Wanddikte: 1,2 mm
• Aantal bovenste/onderste lagen: 3
• Invulling: 20%
• Pijp: 0.4mm, 215*C
• Bed: Glas, 60*C
• Ondersteuning: Ja, 15%

Stap 3: Solderen en monteren

Solderen

Terwijl de 3D-printer bezig is met het printen van onze behuizing, laten we het soldeerproces bespreken. Zoals je kunt zien in de schema's, is het vereenvoudigd tot een absoluut minimum - dat is de reden dat alle onderdelen die we samen gaan bevestigen beschikbaar zijn als onafhankelijke geïntegreerde blokken. Welnu, de volgorde is:

1. Solderen van Li-Ion accupolen aan TP4056 BAT+ en BAT- Pins
2. Solderen van VO+ en VO- van TP4056 naar VCC en GND-aansluitingen van audioversterker
3. Soldeer "+" aansluiting van klein zonnepaneel naar VIN (L of R) van audioversterker, en "-" naar aarde van audioversterker
4. Tweekleurige of RGB-LED bevestigen aan twee 220R-weerstanden met de juiste isolatie
5. Soldeer de eerste LED-anode aan de schakelaarterminal van de audioversterker (de verbinding moet worden gedaan op de terminal van de schakelaar). Het wordt ten zeerste aanbevolen om te controleren welke terminal van de schakelaar aan de onderkant van de PCB is aangesloten op VCC - Degene die dat niet is, is onze optie
6. De tweede LED-anode moet worden gesoldeerd aan de anode van twee SMD-LED's - ze hebben een gemeenschappelijke anodeverbinding
7. Solderen van LED-kathoden op GROUND van de audioversterker
8. Soldeer de luidsprekeraansluitingen aan de uitgang van de audioversterker (zorg ervoor dat je hetzelfde kanaal hebt gekozen bij de ingang, LINKS of RECHTS)
9. Om de luidspreker uit te schakelen, soldeert u 3,5 mm stereo jack-aansluitingen die voorkomen dat de stroom door de luidspreker loopt.
10. Om ervoor te zorgen dat de hoofdtelefoon aan elke kant geluid produceert - L en R, sluit u de aansluitingen die in de vorige stap zijn beschreven samen kort.

samenkomst

Nadat de bijlage is afgedrukt, wordt aanbevolen om de onderdelen deel voor deel te monteren met betrekking tot de hoogte van het onderdeel:

1. Een frame maken van hete lijm volgens de binnenomtrek van de omslag, en daar zonnepaneel plaatsen
2. Potentiometer bevestigen met een moer en een ring aan de andere kant
3. Luidspreker lijmen met hete lijm
4. Batterij lijmen met hete lijm
5. 3,5 mm jack lijmen met hete lijm
6. Batterij lijmen met … hete lijm
7. TP4056 lijmen met USB die buiten het speciale uitgesneden gebied wijst met hete lijm
8. Een knop op een potentiometer zetten
9. Bevestiging deksel en body met vier schroeven

Testen

Ons apparaat is klaar voor gebruik! Om het apparaat goed te kunnen controleren, moet er een lichtbron worden gevonden die een alternatieve intensiteit kan bieden. Ik raad het gebruik van een IR-afstandsbediening aan, omdat deze een wisselende intensiteit biedt waarvan de frequentie in het bandbreedtegebied van het menselijk gehoor ligt [20Hz:20KHz].

Vergeet niet al je lichtbronnen thuis te testen.

Bedankt voor het lezen!:)