Trainingsbril voor afwisselende occlusie met hoog voltage [ATtiny13] - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

In mijn eerste instructable heb ik beschreven hoe ik een apparaat kan bouwen dat heel nuttig zou moeten zijn voor iemand die amblyopie (lui oog) wil behandelen. Het ontwerp was erg simplistisch en had enkele nadelen (er waren twee batterijen nodig en panelen met vloeibare kristallen werden aangedreven door laagspanning). Ik besloot het ontwerp te verbeteren door een spanningsvermenigvuldiger en externe schakeltransistors toe te voegen. Hogere complexiteit vereist het gebruik van SMD-componenten.

Stap 1: Disclaimer

Het gebruik van een dergelijk apparaat kan bij een klein deel van de gebruikers van het apparaat epileptische aanvallen of andere nadelige effecten veroorzaken. De constructie van een dergelijk apparaat vereist het gebruik van matig gevaarlijk gereedschap en kan schade aan eigendommen veroorzaken. U bouwt en gebruikt het beschreven apparaat op eigen risico

Stap 2: Onderdelen en gereedschappen

Onderdelen en materialen:

actieve sluiter 3D-bril

ATTINY13A-SSU

18x12mm AAN-UIT vergrendelende drukknopschakelaar (zoiets als deze, schakelaar die ik gebruikte had rechte, smallere draden)

2x SMD 6x6mm tactiele schakelknoppen

2x 10 uF 16V Case A 1206 tantaal condensator

100 nF 0805 condensator

3x 330 nF 0805 condensator

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

10k 0805 weerstand

15k 1206 weerstand

22k 1206 weerstand

9x 27ohm 0805 weerstand

3x 100k 1206 weerstand

6x BSS138 SOT-23-transistor

3x BSS84 SOT-23-transistor

61x44mm met koper beklede plaat

paar stukjes draad

3V batterij (CR2025 of CR2032)

isolatieband

plakband

Gereedschap:

diagonale snijder

tang

platte schroevendraaier

kleine kruiskopschroevendraaier

pincet

mes

zaag of ander gereedschap dat PCB's kan snijden;

0,8 mm boor:

boorpres of roterend gereedschap

natriumpersulfaat

plastic container en plastic gereedschap dat kan worden gebruikt om PCB uit de etsoplossing te halen

soldeerstation

soldeer

aluminiumfolie

AVR-programmeur (zelfstandige programmeur zoals USBasp of u kunt ArduinoISP gebruiken)

Laser Printer

glanzend papier

strijkijzer

Droog/nat schuurpapier korrel 1000

crème reiniger

oplosmiddel (bijvoorbeeld aceton of ontsmettingsalcohol)

permanente maker

Stap 3: PCB maken met behulp van de toneroverdrachtsmethode

U moet het spiegelbeeld van F. Cu (voorzijde) op glanzend papier afdrukken met een laserprinter (zonder instellingen voor tonerbesparing). De externe afmetingen van de afgedrukte afbeelding moeten 60,96 x 43,434 mm zijn (of zo dicht mogelijk bij elkaar). Ik heb enkelzijdig met koper bekleed bord gebruikt en aan de andere kant verbindingen gemaakt met dunne draden, zodat ik me geen zorgen hoefde te maken over het uitlijnen van twee koperlagen. U kunt desgewenst dubbelzijdige PCB's gebruiken, maar de volgende instructies zijn alleen voor enkelzijdige PCB's.

Snijd PCB op het formaat van de afgedrukte afbeelding, u kunt desgewenst een paar mm aan elke kant van de PCB toevoegen (zorg ervoor dat de PCB op uw bril past). Vervolgens moet u de koperlaag reinigen met nat fijn schuurpapier en vervolgens de deeltjes van schuurpapier verwijderen met een crèmereiniger (u kunt ook afwasmiddel of zeep gebruiken). Reinig het vervolgens met oplosmiddel. Daarna moet je heel voorzichtig zijn om koper niet met je vingers aan te raken.

Plaats de afgedrukte afbeelding op de printplaat en lijn deze uit met het bord. Leg vervolgens de printplaat op een vlakke ondergrond en bedek deze met een strijkijzer dat op de maximale temperatuur is ingesteld. Na korte tijd zou het papier aan de PCB moeten kleven. Houd het strijkijzer tegen PCB en papier gedrukt, van tijd tot tijd kunt u de positie van het strijkijzer veranderen. Wacht minimaal een paar minuten totdat het papier van kleur verandert in geel. Leg vervolgens de printplaat met papier 20 minuten in water (je kunt roomreiniger of afwasmiddel toevoegen). Wrijf vervolgens papier van PCB. Als er plaatsen zijn waar toner niet aan koper kleeft, gebruik dan een permanente marker om de toner te vervangen.

Meng vers water met natriumpersulfaat en plaats PCB in de etsoplossing. Probeer de oplossing op 40°C te houden. U kunt een plastic container op de radiator of een andere warmtebron plaatsen. Meng de oplossing van tijd tot tijd in de container. Wacht tot onbedekt koper volledig is opgelost. Als het klaar is, verwijdert u de PCB uit de oplossing en spoelt u deze af met water. Verwijder toner met aceton of schuurpapier.

Boor gaten in printplaat. Ik gebruikte een schroef als centerpons om de middelpunten van gaten te markeren voordat ik ging boren.

Stap 4: Microcontroller solderen en programmeren

Bedek koperen sporen in soldeer. Als er sporen zijn opgelost in etsoplossing, vervang deze dan door dunne draden. Soldeer ATtiny op PCB, evenals draden die de microcontroller met een programmeur verbinden. Upload hv_glasses.hex, behoud de standaard zekeringbits (H:FF, L:6A). Ik gebruikte USBasp en AVRDUDE. Voor het uploaden van een.hex-bestand moest ik de volgende opdracht uitvoeren:

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

Je merkt misschien dat ik de waarde -B (bitclock) van 8 die ik gebruikte om ATtiny in mijn eerste instructable te programmeren, moest wijzigen in 16. Het vertraagt het uploadproces, maar soms is het nodig om correcte communicatie tussen programmeur en microcontroller mogelijk te maken.

Nadat u het.hex-bestand naar ATtiny hebt geüpload, moet u de programmeerdraden van de PCB losmaken. Soldeer rest van componenten behalve omvangrijke SW1 AAN/UIT-schakelaar en transistors. Maak verbindingen aan de andere kant van het bord met draden. Bedek de hele printplaat behalve de transistorpads met aluminiumfolie om MOSFET's te beschermen tegen elektrostatische ontlading. Zorg ervoor dat uw soldeerstation goed is geaard. Pincetten die u gebruikt om componenten te plaatsen, moeten antistatische ESD-pincetten zijn. Ik gebruikte een paar oude pincetten die rondslingerden, maar ik verbond ze met aarde met draad. U kunt eerst BSS138-transistoren solderen en PCB's afdekken met meer folie als ze klaar zijn, omdat P-kanaal BSS84 MOSFET's bijzonder kwetsbaar zijn voor elektrostatische ontlading.

Soldeer SW1 als laatste, hoek de draden zodat het er hetzelfde uitziet als SS14-diodes of tantaalcondensatoren. Als SW1-draden breder zijn dan de pads op de PCB en ze kortsluiten naar andere tracks, knip ze dan af zodat ze geen problemen veroorzaken. Gebruik een behoorlijke hoeveelheid soldeer bij het verbinden van SW1 met PCB, aangezien tape die PCB en brilmontuur bij elkaar houdt direct over SW1 gaat en het enige spanning op soldeerverbindingen kan uitoefenen. Ik heb niets in J1-J4 geplaatst, LC-paneeldraden worden rechtstreeks op PCB gesoldeerd. Als u klaar bent, soldeert u de draden die naar de batterij gaan, plaatst u de batterij ertussen en zet u alles op zijn plaats met isolatietape. U kunt een multimeter gebruiken om te controleren of de volledige PCB veranderende spanningen op J1-J4-pads genereert. Als dit niet het geval is, meet dan de spanningen op eerdere fasen, controleer op kortsluitingen, niet-aangesloten kabels, gebroken sporen. Wanneer uw PCB spanningen op J1-J4 genereert die oscilleren tussen 0V en 10-11V, kunt u LC-panelen op J1-J4 solderen. Solderen of meten doe je alleen als de batterij is losgekoppeld.

Wanneer alles vanuit elektrisch oogpunt in elkaar is gezet, kunt u de achterkant van de PCB bedekken met isolatietape en de PCB met het brilmontuur verbinden door er tape omheen te plakken. Verberg de draden die de LC-panelen met de PCB verbinden op de plaats waar het originele batterijdeksel zat.

Stap 5: Ontwerpoverzicht

Vanuit het oogpunt van de gebruiker werken High Voltage Alternating Occlusion Training Glasses op dezelfde manier als een bril die wordt beschreven in mijn eerste instructable. SW2 aangesloten op een weerstand van 15k verandert de frequentie van het apparaat (2,5 Hz, 5,0 Hz, 7,5 Hz, 10,0 Hz, 12,5 Hz) en SW3 aangesloten op een weerstand van 22 k verandert hoe lang elk oog is afgesloten (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Nadat u de instellingen hebt ingesteld, moet u ongeveer 10 seconden wachten (10 seconden zonder knoppen aan te raken) voordat ze zijn opgeslagen in de EEPROM en worden geladen na het uitschakelen, bij de volgende lancering van het apparaat. Door beide knoppen tegelijkertijd in te drukken, worden de standaardwaarden ingesteld.

Ik gebruikte echter alleen PB5 (RESET, ADC0) pin van ATtiny als invoer. Ik gebruik ADC om de spanning te lezen op de uitgang van de spanningsdeler gemaakt van R1-R3. Ik kan deze spanning wijzigen door op SW2 en SW3 te drukken. De spanning is nooit laag genoeg om RESET te activeren.

Diodes D1-D4 en condensatoren C3-C6 vormen een 3 traps Dickson laadpomp. Laadpomp wordt aangedreven door PB1 (OC0A) en PB1 (OC0B) pinnen van microcontroller. OC0A- en OC0B-uitgangen genereren twee 4687,5 Hz vierkante golfvormen die 180 graden in fase zijn verschoven (wanneer OC0A HOOG is, is OC0B LAAG en vice versa). Veranderende spanningen op microcontroller-pinnen duwen spanningen op C3-C5-condensatorplaten op en neer met +BATT-spanning. Diodes laten lading stromen van de condensator waarvan de bovenplaat (een die is aangesloten op diodes) een hogere spanning heeft naar de bovenplaat met een lagere spanning. Natuurlijk werken diodes maar in één richting, dus de lading stroomt maar in één richting, dus elke volgende condensator laadt op tot een spanning die hoger is dan in de vorige condensator. Ik heb Schottky-diodes gebruikt, omdat ze een lage voorwaartse spanningsval hebben. Onder nullast is de spanningsvermenigvuldiging 3,93. Vanuit praktisch oogpunt zijn alleen de output van de laadpomp 100k weerstanden (stroom vloeit door 1 of 2 van hen tegelijkertijd). Onder die belasting is de spanning op de uitvoer van de laadpomp 3,93*(+BATT) minus ongeveer 1V, en het rendement van de laadpomp is ongeveer 75%. D4 en C6 verhogen de spanning niet, ze verminderen alleen spanningsrimpels.

Transistors Q1, Q4, Q7 en 100k weerstanden zetten laagspanning van microcontrolleruitgangen om in spanning van laadpompuitgang. Ik heb MOSFET's gebruikt om LC-panelen aan te sturen omdat er alleen stroom door hun poorten stroomt als de poortspanning verandert. 27ohm-weerstanden beschermen transistoren tegen grote overspanningspoortstromen.

Apparaat verbruikt ongeveer 1,5 mA.