Waarschuwingssysteem voor onveilig geluidsniveau - Ajarnpa

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

De Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) is de grootste makerspace aan de Rice University en biedt alle studenten een ruimte om oplossingen voor echte uitdagingen te ontwerpen en te prototypen. Om dit doel te dienen, herbergt de OEDK een aantal elektrische gereedschappen en grote machines die luide, mogelijk onveilige geluiden produceren. Hoewel de OEDK met succes een veiligheidscultuur rond oogbescherming en handschoenen tot stand heeft gebracht, is ze er niet in geslaagd dezelfde veiligheidscultuur rond gehoorbescherming tot stand te brengen, omdat gebruikers niet zeker weten wanneer gehoorbescherming vereist is.

Ons team, Ring the Decibels, wil dit probleem oplossen door een waarschuwingssysteem te ontwerpen, te bouwen en te implementeren dat OEDK-gebruikers adviseert om geschikte gehoorbescherming te dragen bij onveilige geluidsniveaus.

Stap 1: Overzicht

Dit apparaat maakt gebruik van een Arduino Uno-microcontroller. Analoge geluidsgegevens worden ontvangen van een Gravity Sound Level Meter, gemiddeld en vervolgens gebruikt om een digitale LED-stripuitgang te activeren. De visuele displays bevatten een verloop dat continu het gemiddelde decibelniveau weergeeft en een koptelefoon die rood knippert zodra een vooraf bepaalde decibeldrempel is bereikt.

De behuizing is gemaakt van twee multiplex platen gescheiden door twee ronde multiplex platen gescheiden door aluminium afstandhouders. De gradiënt- en hoofdtelefoondisplays zijn gemaakt van mat acryl. Alle elektronische componenten zijn op de achterplaat gemonteerd.

Van grondstoffen tot montage aan de muur, dit apparaat duurt slechts minder dan 2 uur om te voltooien. We hebben veel geleerd over het afvlakken van gegevens en het besturen van LED-strips door dit project en we hopen dat je veel plezier hebt bij het bouwen ervan!

Stap 2: Benodigde componenten en gereedschappen

De totale kosten voor materialen voor dit apparaat zijn iets minder dan $ 100. Omdat ons team dit apparaat massaal bouwt, konden we sommige materialen in bulk kopen om de kosten te verlagen. Omdat we dit apparaat bouwen voor en in een technische makerspace, hadden we ook al toegang tot veel van de componenten en tools.

De hoeveelheden van de onderstaande componenten zijn voor één apparaat.

Componenten

• 1x Arduino Uno (of vergelijkbare microcontroller) met USB-kabel
• 1x Prototyping Breadboard
• 1x Perfboard (optioneel)
• 2x rode mannelijke-mannelijke jumperdraden
• 2x rode mannelijke-vrouwelijke jumperdraden
• 2x zwarte mannelijke en mannelijke verbindingsdraden
• 2x zwarte mannelijke-vrouwelijke jumperdraden
• 3x blauwe mannelijke-mannelijke jumperdraden
• 2x blauwe mannelijke-vrouwelijke jumperdraden
• 1x 5V 1A voedingsadapter
• 1x zwaartekracht analoge geluidsniveaumeter
• 1x individueel adresseerbare RGB LED WS2812B Strip (minstens 20 LED's)
• 6x mannelijk-mannelijke header-pinnen
• 2x 330 Ohm Weerstanden
• 24 "x 12" van 1/4" berken multiplex
• 7 "x 9" van 1/4" acryl
• 9 "x 9" of 1/8" acryl (breedte kan variëren)
• 3x 1/4" Hex / 2" 6-32 Vrouwelijk-Vrouwelijk Aluminium Afstandhouders
• 6x 1/4" Hex / 1 1/4" 6-32 Vrouwelijk-Vrouwelijk Aluminium Afstandhouders
• 18x 3/4" 6-32 schroeven met platte kop
• 18x nr. 6 ringen
• 8x 10 mm M2.5 vrouwelijke-vrouwelijke nylon afstandhouders
• 4x 25 mm M2.5 vrouwelijke-vrouwelijke nylon afstandhouders
• 4x 18 mm M2.5 mannelijk-vrouwelijk nylon afstandhouders
• 24x 6mm M2.5 Schroeven

Gereedschap

• Arduino IDE
• Soldeerbout (HAKKO FM-204) met soldeer
• Rosin Flux
• Lasersnijder (EPILOG Fusion M2 40)
• Acryllijm
• Zandstraler (optioneel)
• Schuurpapier
• 2-delige epoxy
• Draadloze boor
• 5/32 "boor
• 1/8 "boor
• 1/2" 82" verzinkboor
• Kolomboormachine
• #5 Verzinkboorbit
• Schroevendraaiers
• Heet lijmpistool met lijmstiften

Stap 3: Bereid de LED's voor

Knip twee strips van de individueel adresseerbare LED-strips bij de markeringen op de strip. U kunt elk gewenst aantal LED's knippen, maar zorg ervoor dat u het aantal LED's in de code later opnieuw initialiseert. We gebruikten 10 LED's per strip.

Soldeer header pinnen op elk van de 3 aansluitingen een van de LED-strip. Zorg ervoor dat u soldeert op het uiteinde van de gegevensinvoer (DI). Herhaal dit voor de andere ledstrip. We gebruikten een beetje hars flux geborsteld op de LED-strip connectoren om het solderen gemakkelijker te maken.

Buig en vouw een van de LED-strips in een boogachtige vorm om in de ronding van het verloopstuk te passen. Dit hebben we bereikt door met de ledstrip een golvend patroon te creëren dat over zichzelf kan buigen. Gebruik dezelfde techniek om de andere LED-strip te vormen om de ronding van het koptelefoonstuk te volgen.

Stap 4: Monteer het circuit

Begin met het aansluiten van de Arduino 5V-pin op de stroomrail op het breadboard. Verbind vervolgens de Arduino-groepspin met de grondrail op het breadboard.

De LED-strips aansluiten

Sluit de Arduino digitale pin 5 aan op de data-ingang (DI) connector op één LED-strip en voeg een weerstand van 330 Ohm toe tussen pin 5 en de DI-connector. Sluit de voedingsrail van het breadboard op het breadboard aan op de 5V-connectorpin op de ledstrip en sluit de massarail van de breadboard aan op de GND-connector op de ledstrip. Dit wordt de LED-strip voor de gradiëntweergave.

Sluit de Arduino digitale pin 6 aan op de DI-connector op de andere LED-strip en voeg een weerstand van 330 Ohm toe tussen pin 6 en de DI-connector. Sluit de voedingsrail van het breadboard op het breadboard aan op de 5V-connectorpin op de ledstrip en sluit de massarail van de breadboard aan op de GND-connector op de ledstrip. Dit wordt de LED-strip voor het display van de hoofdtelefoon.

De Gravity Sound Level Meter (de microfoon) aansluiten

Sluit de Arduino analoge pin A0 aan op de analoge poort van de Gravity Sound Level Meter. Sluit de voedingsrail van het breadboard op het breadboard aan op de VCC-poort op het Gravity-bord en de massarail van het breadboard op de GND-poort op het Gravity-bord.

Het circuit overbrengen naar het prestatiebord (optioneel)

Om alle elektronische componenten langer op hun plaats te houden, heeft ons team besloten om ons circuit naar een perf-board te verplaatsen. Ons circuit is niet erg complex, dus we hebben een ijzerzaag gebruikt om een geperforeerd bord van 4 cm x 6 cm in een bord van 4 cm x 3 cm te zagen en er nieuwe montagegaten in te boren met een 1/8 bit. Deze stap is volledig optioneel.

Stap 5: Bewerk en upload de code

Download de code en open deze in de Arduino IDE.

Controleer of de waarde die is gedefinieerd voor het aantal LED's op elke strip (NUM_LEDS_1 en NUM_LEDS_2) overeenkomt met het aantal LED's dat u knipt voor de eerste LED-strip (de gradiënt) en de tweede LED-strip (de hoofdtelefoon). Als deze waarden niet overeenkomen, wijzigt u het nummer op de code.

Controleer en upload de code naar uw Arduino-bord.

Stap 6: Bereid de houten behuizing voor

Download het bestand voor het lasersnijden van hout.

Lasergesneden de voor- en achterplaten en 6 LED-steunen van 1/4 multiplex met behulp van de juiste instellingen op uw lasersnijder. Voel je vrij om het gerasterde logo op de voorplaat te veranderen in elk gewenst ontwerp.

Op onze lasersnijder (EPILOG Fusion M2 40) hebben we de volgende instellingen gebruikt:

• 4 snelheden, 100 vermogen, 10 frequenties naar vector-cut
• 50 snelheid, 100 kracht, 300 DPI om te rasteren

We hebben een lasersnijder gebruikt omdat we er een hebben op de OEDK, maar je kunt de bestanden ook downloaden om te gebruiken als een omtrek om de stukken te snijden met een CNC-router of lintzaag.

Boor 3 gaten met een 5/32"-bit in de frontplaat op de locaties die worden aangegeven door de rode X'en in de afbeelding. Er moet één gat zijn tussen het verloop en de hoofdtelefoon, één onder de rechter hoofdtelefoon en één onder het logo. Verzinkboor deze gaten vanaf de voorkant. Deze gaten zijn voor de 2 "afstandhouders.

Leg de voorplaat op de achterplaat zodat ze beide zijn gericht in de richting zoals te zien in het lasersnijbestand. Trek met een potlood licht de omtrek van het verloop en de koptelefoonruimtes, het microfoongat en de 3 gaten die zojuist in de voorplaat zijn geboord op de achterplaat.

Boor 3 gaten met een 5/32 -bit in de achterplaat op de plaatsen die net zijn overgebracht van de voorplaat. Verzink deze gaten vanaf de achterkant.

Stap 7: Bereid de acrylstukken voor

Download het 1/4" acryl lasersnijbestand en het 1/8" lasersnijbestand.

Lasergesneden de voorste inzetstukken van 1/4" acryl en de steunstukken van 1/8" acryl met behulp van de juiste instellingen op uw lasersnijder. Op onze lasersnijder (EPILOG Fusion M2 40) hebben we de volgende instellingen gebruikt:

• 2 snelheden, 100 vermogen, 100 frequentie voor de 1/4" acryl
• 4 snelheden, 100 vermogen, 100 frequentie voor de 1/8" acryl

We hebben een lasersnijder gebruikt omdat we er een hebben op de OEDK, maar je kunt de bestanden ook downloaden om te gebruiken als een omtrek om de stukken te snijden met een CNC-router of lintzaag. Bovendien kunnen de steunstukken worden gesneden uit acryl van elke breedte, maar we vonden dat 1/8 of dunner goed genoeg werkte om aan het hout te bevestigen en tegelijkertijd het gewicht te verminderen.

Lijm elk achterstuk van acryl op het bijbehorende voorste inzetstuk met acryllijm, zodat wanneer de voorste inzetstukken in de voorplaat worden geplaatst, de lipjes op de steunstukken gelijk liggen met de achterkant van het voorvlak.

Nadat de lijm is uitgehard (minstens 30 minuten), bevriest u de voor- en achterkant van de samengevoegde acrylstukken om het licht beter te verspreiden. We hebben hiervoor een zandstraler gebruikt, maar fijn schuurpapier (korrel 600 of hoger) en wat elleboogvet zullen ook werken.

Stap 8: bevestig de acrylstukken aan de houten behuizing

Leg de frontplaat met de voorkant naar beneden en plaats de acrylstukken droog in hun corresponderende ruimtes. Als de acrylstukken moeite hebben met het passen, schuur dan de binnenranden van de voorplaat totdat de acrylstukken passen.

Zodra een goede pasvorm is bereikt, verwijdert u de acrylstukken van de voorplaat en brengt u een tweecomponentenepoxy aan op de voorkant van de lipjes van de steunstukken die het hout raken. Plaats de acrylstukken in hun ruimtes, druk ze naar beneden en laat de epoxy volledig drogen.

Stap 9: Monteer de elektronicaborden op de houten behuizing

Gebruik de getekende omtrek van het microfoongat op de achterplaat en leg de zwaartekrachtgeluidsniveaumeter zo op de achterplaat dat de microfoon uitgelijnd is met de omtrek ervan. Markeer waar de vier montagegaten op het Gravity-bord zich op de achterplaat bevinden.

Laat de Gravity Sound Level Meter op de achterplaat en plaats het Arduino-bord en het perf-bord op de achterplaat. Richt het Adruino-bord zodanig dat het stopcontact naar beneden wijst en laat ten minste 1/4 ruimte tussen elk bord. De exacte plaatsing van deze borden maakt niet uit, zolang de borden elkaar niet overlappen of de contouren van het verloop en koptelefoon We hebben ervoor gekozen om het Arduino-bord links van het Gravity-bord te plaatsen en het perf-bord boven het Gravity-bord.

Markeer waar de montagegaten zijn voor de Arduino en perf boards op de achterplaat.

Verwijder de elektronica van de achterplaat en boor alle gaten die zojuist zijn gemarkeerd met een boor van 1/8 . Omdat onze M2.5-schroeven een verzonken gat nodig hadden om gelijk met de achterplaat te passen, hebben we de achterplaat vanaf de achterkant verzonken met een boormachine.

Bevestig de Gravity Sound Level Meter aan de achterplaat met behulp van M2.5 nylon afstandhouders en schroeven. De microfoon moet zich dicht bij de voorplaat bevinden, dus om het bord zo veel mogelijk omhoog te brengen, hebben we een 25 mm vrouwelijk-vrouwelijk afstandsstuk en een 18 mm mannelijk-vrouwelijk afstandsstuk gebruikt.

Bevestig de Arduino en het perf-bord aan de achterplaat met behulp van M2.5 vrouwelijk-vrouwelijke afstandhouders en schroeven. De lengte van de afstandhouder is niet kritisch, zolang alle afstandhouders die voor één bord worden gebruikt dezelfde lengte hebben en kort genoeg zijn om het bord binnen het apparaat te houden. We gebruikten 10 mm vrouwelijk-vrouwelijke afstandhouders.

Als uw circuit een breadboard gebruikt in plaats van een perf-board, monteert u het breadboard gewoon met zijn zelfklevende achterkant in plaats van afstandhouders en schroeven te gebruiken.

Zodra de elektronica is gemonteerd, sluit u het circuit aan.

Stap 10: Bevestig de LED-steunen

Teken op de achterplaat 3 stippen binnen de licht getekende omtrek voor het verloop, zoals weergegeven door de rode X'en. Er moet één gat zijn aan elk uiteinde van het verloop en één in het midden. Herhaal dit binnen de omtrek voor de koptelefoon, zoals aangegeven door de rode X'en.

Boor gaten met een 5/32 "bit waar de 6 stippen net zijn getekend. Verzink deze gaten vanaf de achterkant. Deze gaten zijn voor de 1 1/4" afstandhouders om de LED-strips te ondersteunen.

Boor gaten met een 5/32 bit aan het ene uiteinde van elk van de 6 LED-steunen. Verzink deze gaten.

Bevestig een LED-steun aan de achterplaat bij elk van de 6 gaten in het verloop en de contouren van de hoofdtelefoon met behulp van een 1 1/4 afstandhouder. Gebruik een ring aan elke kant van de afstandhouder tussen de afstandhouder en het hout. Lijn de LED-steunen uit zodat de LED-strip wordt op het niet-geboorde uiteinde van de steun geplaatst, de LED-strip wordt gecentreerd in het verloop of koptelefoon.

Stap 11: Eindmontage en montage

Gebruik hete lijm om de LED-strips aan de LED-steunen te bevestigen. De ingangsdraden voor de LED-strips moeten naar de onderkant van het apparaat worden gericht.

Sluit de LED strips aan op de schakeling en sluit de 5V voedingsadapter aan op de USB kabel in de Arduino.

Bevestig de voorplaat aan de achterplaat met behulp van de 2 afstandhouders, 6-32 ringen en 6-32 schroeven, waarbij de ringen tussen de afstandhouders en het hout worden geplaatst.

Monteer het apparaat aan een muur met behulp van het montagegat op de achterplaat. U kunt een houtschroef in de muur gebruiken of een Command-haak gebruiken.

Sluit het apparaat aan en ontvang uw gehoorbescherming!