Radarske naočare: 14 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Prošlog ljeta, dok smo bili na odmoru u Maineu, upoznali smo još jedan par: Mikea i Lindu. Linda je bila slijepa i bila je slijepa od rođenja (mislim) njihovog prvog djeteta. Zaista su bili lijepi i zajedno smo se puno smijali. Nakon što smo došli kući, nisam mogao prestati razmišljati o tome kako bi bilo biti slijep. Slijepi su vidjeli pse i štapove i siguran sam da im može pomoći još mnogo drugih stvari. Ali ipak, mora biti puno izazova. Pokušao sam zamisliti kako bi to bilo i pitao sam se, kao štreber u elektronici, mogu li nešto učiniti.

Opekla sam oči jednog ljeta zavarivačem kad sam imala oko 20 godina (duga priča … glupo dijete). To je nešto što nikada neću zaboraviti. U svakom slučaju, dan sam imao zakrpljene oči. Sjećam se da me je majka pokušala prošetati preko ulice. Stalno sam je pitao jesu li automobili stali. Rekla je nešto poput: "Ja sam tvoja majka … misliš li da bih te izveo u promet?" Razmišljajući o tome šta sam bio tweeb dok sam bio tinejdžer, zapitao sam se. Ali nisam mogao preboljeti ne znajući ima li nešto što će me udariti u lice dok sam hodao. Bio sam jako sretan i laknulo nam je kad smo skinuli flastere. To je jedina stvar bliska 'iskustvu' koje sam imao u životu u vezi sa sljepoćom.

Nedavno sam napisao još jedan Instructable o mladom prijatelju na poslu koji je izgubio vid na desno oko i uređaju koji sam mu napravio da mu kaže ima li nešto na desnoj strani. Ako želite da je pročitate, ovde je. Taj uređaj je koristio senzor vremena leta kompanije ST Electronics. Otprilike minutu nakon završetka tog projekta odlučio sam da mogu napraviti uređaj za pomoć slijepima. Senzor VL53L0X koji sam koristio na tom projektu ima senzor velikog brata/sestre koji se zove VL53L1X. Ovaj uređaj može mjeriti veće udaljenosti od VL53L0X. Za VL53L0X iz Adafruit -a postojala je ploča za probijanje, a za VL53L1X Sparkfun. Odlučio sam stvoriti par naočala s VL53L1X na prednjoj strani i uređajem za haptičku povratnu spregu (vibracijski motor) iza naočala u blizini prelaza nosa. Vibrirao bih motor obrnuto proporcionalno udaljenosti od objekta, tj. Što je neki objekt bio bliže naočalama, to bi više vibrirao.

Ovdje bih trebao primijetiti da VL53L1X ima vrlo usko vidno polje (programabilno između 15-27 stepeni) što znači da su VRLO usmjereni. Ovo je važno jer daje dobru rezoluciju. Ideja je da korisnik može pomicati glavu poput radarske antene. Ovo zajedno s uskim FOV -om omogućuje korisniku da bolje razlikuje objekte na različitim udaljenostima.

Napomena o senzorima VL53L0X i VL53L1X: oni su senzori za vrijeme leta. To znači da oni šalju LASER impuls (male snage i infracrvenog spektra tako da su sigurni). Senzor mjeri koliko je vremena potrebno da se reflektirani impuls vrati. Dakle, udaljenost je jednaka stopi X vremena, koliko se svi sjećamo sa časova matematike/prirodnih nauka, zar ne? Dakle, podijelite vrijeme na pola i pomnožite sa brzinom svjetlosti i dobit ćete udaljenost. No, kako je istaknuo drugi član Instructablesa, naočale su se mogle nazvati LiDAR naočale jer se LASER na ovaj način koristi za svjetlosnu udaljenost i domet (LiDAR). Ali kao što sam rekao, ne znaju svi šta je LiDAR, ali mislim da većina ljudi zna RADAR. I dok su infracrveno svjetlo i radio dio elektromagnetskog spektra, svjetlost se ne smatra radio talasom kao što su to mikrovalne frekvencije. Dakle, ostavit ću naslov kao RADAR, ali sada, razumijete.

Ovaj projekt koristi u osnovi istu shemu kao i onaj za drugi projekt … kao što ćemo vidjeti. Velika pitanja za ovaj projekt su, kako montiramo elektroniku na naočale i kakve naočare koristimo?

Korak 1: Naočare

Odlučio sam da vjerovatno mogu dizajnirati jednostavne naočare i odštampati ih svojim 3D štampačem. Takođe sam odlučio da mi je potrebno samo 3D štampanje kostura ili okvira naočara. Dodao bih štampanu ploču za lemljenje komponenti. Štampana ploča (protoboard) bila bi pričvršćena na okvire što bi dodalo snagu cijelom sklopu. 3D prikaz okvira prikazan je gore.

STL datoteke su također priložene ovom koraku. Postoje tri datoteke: left.stl, right.stl (slušalice/ruke) i glasses.stl (okviri).

Korak 2: Štampana ploča

Koristio sam Adafruit Perma-Proto punu veličinu ploče. Postavio sam ploču preko prednje strane čaša i centrirao ih. Gornji rub čaša sam napravio čak i sa vrhom protoboarda. Pravokutni dio naočara koji se pruža s vrha je mjesto na kojem će se senzor Time-Of-Flight na kraju postaviti. Dobar dio vrha ovog dijela okvira viri iznad protobora. To je u redu jer ne moramo ništa lemiti na vrh senzora, samo na dno.

U sredini ploče postoji rupa koja se nalazi gotovo točno na mjestu gdje će nosni most biti u čašama. Označio sam 4 rupe u okviru na protoboru pomoću markera sa finim vrhom. Zatim sam izbušio rupe u ploči.

Zatim sam okvire montirao na ploču pomoću vijaka M2.5. Moji su najlonski i za tu sam svrhu dobio cijeli set vijaka od Adafruit -a. Kad su vijci pričvršćeni, uzeo sam marker i povukao liniju oko okvira na ploču. Za mene sam ravno označio udubljenja na stranama okvira na kojima će se nalaziti ušice. Ovo je moja želja … ali možda ćete htjeti da ušni dijelovi okvira budu vidljivi.

Korak 3: Prestanite

Zatim sam izvadio četiri vijka iz držanja okvira na ploči. Uradio sam grubo uklanjanje materijala izvan crte koju smo označili. Pazio sam da se držim malo dalje od redova jer bih to kasnije doradio sa stonom brusilicom koju imam. Možete koristiti datoteku … ali mi napredujemo.

Možete grubo rezati oko crte koristeći bilo koja sredstva koja imate. Možda tračna pila? Pa, nemam ga. Imam 'grickalicu' za tiskane ploče pa sam to i iskoristio. Zapravo je potrajalo dosta vremena i to je prilično teško. No, materijal tiskanih ploča može se razbiti i napuknuti, pa sam htio ići polako. Grickao sam svoj put, a isto tako i gore u područje nosa … ali samo otprilike. Na gornjoj slici možete vidjeti šta sam radio.

Korak 4: Brušenje ili turpijanje

Uklonio sam materijal mnogo bliže liniji pomoću svoje stolne brusilice. Opet, možete koristiti datoteku ako nemate ništa drugo. Ovdje mogu samo reći o brušenju da, ovisno o brušenosti abraziva u brusilici, vodite računa o tome koliko materijala pokušavate ukloniti. Nema nazad. Ponekad jedan klizač može uništiti ploču (ili barem učiniti da izgleda asimetrično ili mrlje). Dakle, ne žurite.

Gore možete vidjeti moje slike prije i poslije.

Korak 5: Fino podešavanje

Ponovo sam pričvrstio okvire sa 4 vijka i vratio se do brusilice. Vrlo sam pažljivo brusio sve do ruba okvira. Morao sam upotrijebiti okruglu turpiju u odjeljku nosa jer jednostavno nisam mogao tako oštro okrenuti brusilicu. Pogledajte moje konačne rezultate gore.

Korak 6: Dodavanje senzora

U ovom trenutku dodao sam probojnu ploču senzora VL53L1X. Prvo sam dodao dva dugačka najlonska vijka M2.5 gurajući ih kroz rupe na okvirima i kroz rupe u VL53L1X. Na svaki vijak sam dodao najlonsku maticu i vrlo nježno ih zategnuo. Preko svake matice dodao sam dvije (četiri ukupno) najlonske podloške. Oni su potrebni kako bi se osiguralo da senzor VL53L1X leži paralelno s protoborom.

Na ploču sam postavio priključnu traku sa 6 položaja tako da se rupe na vrhu VL53L1X poravnaju s dva vijka koja sam stavio na vrh okvira (s najlonskim podloškama). Dodao sam najlonske matice na krajeve vijaka i opet ih lagano zategnuo. Pogledajte gornje slike.

Korak 7: Shema

Kao što sam već rekao, shema je otprilike ista kao ona za projekt Periferni radar. Jedna razlika je u tome što sam dodao dugme (prekidač za monetarni kontakt). Zamišljam da će nam u jednom trenutku trebati jedan za promjenu načina rada ili implementaciju neke funkcije … pa, bolje je imati ga sada nego dodati kasnije.

Dodao sam i potenciometar od 10K. Pot se koristi za podešavanje udaljenosti koju će softver smatrati najvećom udaljenošću na koju treba odgovoriti. Zamislite to kao kontrolu osjetljivosti.

Shema je prikazana gore.

Lista dijelova (koju sam trebao dati ranije) je sljedeća:

SparkFun senzor udaljenosti - 4 metra, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibracijski mini motorni disk - ID PROIZVODA: 1201Adafruit - Litij -ionska polimerna baterija - 3.7v 150mAh - ID PROIZVODA: 1317Adafruit Perma -Proto PCB u punoj veličini - Single - PRODUCT ID: 1606Taktilni prekidači (6 mm tanki) x 20 pakovanja - ID PROIZVODA: 1489Sparkfun - pravokutni konektor JST - 2 -pinski prolaz kroz otvor - PRT -0974910K ohmski otpornik - Junkbox (pogledajte na svom podu) 10K -100K ohmski otpornik - Bezvrijedna kutija (pogledajte na svom podu u blizini 10K otpornika) 2N3904 NPN tranzistor - bezvrijedna kutija (ili nazovite prijatelja) Neka žica za spajanje (koristio sam nasukan 22 mjerača)

Za punjenje LiPo baterije također sam uzeo: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly punjač - v1 - ID PROIZVODA: 1304

Korak 8: Postavljanje komponenti

Pokušavao sam biti što pametniji u postavljanju komponenti. Obično pokušavam poredati određene igle poput napajanja i mase … ako mogu. Pokušavam barem smanjiti dužine žice. Morao sam biti siguran da ostavim prostor iznad mjesta gdje se nalazi nos za motor vibracije. Na kraju sam stigao do mjesta koje se može vidjeti na gornjoj slici.

Korak 9: Osnove

Prvo sam lemio sve komponente na ploču na pozicijama za koje sam se odlučio. Zatim sam dodao priključke za uzemljenje. Prikladno je da je jedna od velikih dugih traka na PWB -u još uvijek bila izložena, pa sam ovo učinio uobičajenom trakom.

Gornja slika prikazuje uzemljenje i 10K otpornik. Neću vam reći gdje postaviti svaku žicu jer većina ljudi ima vlastite ideje o tome kako raditi stvari. Samo ću vam pokazati šta sam uradio.

Korak 10: Žice

Dodao sam ostatak žica kao što je prikazano na gornjoj slici. Dodao sam komad dvostruke ljepljive trake ispod motora za vibracije kako bih bio siguran da je pričvršćen. Ljepljivi materijal koji je već došao na dno motora nije mi se činio dovoljno čvrstim.

Za svoje veze koristio sam žicu kalibra 22. Ako imate nešto manje, upotrijebite ga. Koristio sam mjerač 22 jer je to najmanji koji sam imao pri ruci.

Korak 11: Nosač baterije

Odštampao sam 3D držač za držanje LiPo baterije (prikaz je prikazan gore). Označio sam i izbušio rupe na protoboru za postavljanje držača na suprotnu stranu čaša od komponenti kao što je prikazano gore.

Ovdje bih trebao napomenuti da je držač vrlo tanak i slab i moram ga odštampati potpornim materijalom (za sve dijelove ovog projekta koristio sam ABS plastiku). Lako možete slomiti držač pokušavajući skinuti materijal za podršku, pa idite polako.

Jedna stvar koju radim da učinim svoje dijelove jačim je umočiti ih u aceton. Naravno, morate biti vrlo oprezni pri ovome. Radim to u dobro prozračenom prostoru i koristim rukavice i zaštitu za oči. To činim nakon što uklonim materijal za podršku (naravno). Imam posudu s acetonom i pincetom potpuno uranjam dio u aceton možda na sekundu ili dvije. Odmah ga uklanjam i ostavljam sa strane da se osuši. Obično ostavljam dijelove sat ili više prije nego ih dodirnem. Aceton će kemijski 'otopiti' ABS. To ima učinak brtvljenja slojeva plastike.

STL datoteka za zagradu je priložena ovom koraku.

Korak 12: Programiranje

Nakon što sam dvaput provjerio sve svoje veze, priključio sam USB kabel kako bih programirao Trinket M0.

Za instalaciju i/ili izmjenu softvera (u prilogu ovog koraka) trebat će vam Arduino IDE i datoteke ploča za Trinket M0, kao i biblioteke za VL53L1X iz Sparkfuna. Sve je to ovde, i ovde.

Ako ste tek počeli s tim, slijedite upute za upotrebu Adafruit M0 na njihovoj web stranici za učenje ovdje. Nakon što se softver (dodan ovom koraku) učita, ploča bi se trebala pokrenuti i raditi na napajanju putem USB serijske veze. Pomaknite stranu ploče s VL53L1X blizu zida ili ruke i trebali biste osjetiti kako motor vibrira. Amplituda vibracije bi trebala biti manja što je udaljeniji predmet od uređaja.

Želim naglasiti da je ovaj softver prvi put u ovome. Napravio sam dva para naočara, a odmah ću napraviti još dva. Mi (ja i barem još jedna osoba koja radimo na ovome) nastavit ćemo poboljšavati softver i objavljivati sva ažuriranja ovdje. Nadam se da će i drugi pokušati ovo objaviti (možda na GitHub -u) sve promjene/poboljšanja koja naprave.

Korak 13: Dovršavanje okvira

Zabio sam komadiće ušiju u zarez na obje strane čaša i nanio aceton vrhom. Upijam aceton tako da dobijem dobru količinu kad ga pritisnem u uglove. Ako se čvrsto zaglave, aceton će se prenositi kroz kapilarnu privlačnost. Pazim da budu postavljeni ravno i ako je potrebno koristim nešto da ih držim na mjestu barem sat vremena. Ponekad se ponovo prijavim i čekam još sat vremena. Aceton odlično povezuje i moje naočale izgledaju prilično snažno na granici okvira.

Naravno, ove naočale su samo prototip pa sam dizajn zadržao jednostavnim i zato nema šarki za krakove naočala. Ionako prilično dobro funkcioniraju. Ali, ako želite, uvijek biste ih mogli redizajnirati sa šarkama.

Korak 14: Završne misli

Primetio sam da senzor ne radi dobro na sunčevoj svetlosti. Ovo ima smisla jer sam siguran da je senzor zasićen infracrvenim zračenjem od sunca što onemogućava odvajanje tog od impulsa koji senzor emituje. Ipak, pravile bi dobre čaše u zatvorenom prostoru i noću, a možda i oblačno. Naravno, moram napraviti još testova.

Jedna stvar koju ću učiniti da promijenim dizajn je dodavanje neke vrste gume u zarez koji dodiruje nos. Ako nagnete glavu prema dolje, teško je osjetiti vibracije dok se naočale malo odvajaju od kože pod silom gravitacije. Mislim da će neka guma za stvaranje trenja držati naočale pričvršćene za nos tako da se vibracije mogu prenijeti na nju.

Nadam se da ću dobiti neke povratne informacije o naočalama. Ne znam da li će naočare biti od koristi ljudima, ali samo ćemo morati vidjeti. To je ono o čemu se radi u prototipovima: izvodljivost, učenje i usavršavanja.

U dizajn je moglo biti dodano više senzora. Odlučio sam se koristiti jedan za ovaj prototip jer mislim da će korisniku biti teže uočiti više od jednog vibracijskog motora. No, možda bi bilo dobro imati dva senzora usmjerena iz očiju. Pomoću dva motora mogli ste vibrirati sa svake strane stakala. Također možete koristiti zvuk do svakog uha umjesto vibracije. Opet, ideja je isprobati prototip i steći iskustvo.

Ako ste uspjeli do sada, hvala na čitanju!