Troosni osjetnik magnetskog polja: 10 koraka (sa slikama)

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

Bežični sistemi za prijenos energije na dobrom su putu da zamijene konvencionalno ožičeno punjenje. Od malih biomedicinskih implantata pa sve do bežičnog punjenja ogromnih električnih vozila. Sastavni dio istraživanja bežične energije je smanjenje gustoće magnetskog polja. Međunarodna komisija za zaštitu od nejonizujućih zračenja (ICNIRP) pruža naučne savjete i smjernice o zdravstvenim i okolišnim učincima neionizirajućeg zračenja (NIR) radi zaštite ljudi i okoliša od štetnog izlaganja NIR-u. NIR se odnosi na elektromagnetsko zračenje poput ultraljubičastog, svjetlosnog, infracrvenog i radio talasa te mehaničke valove poput infracrvenog i ultrazvuka. Bežični sustavi punjenja proizvode izmjenična magnetska polja koja bi mogla biti štetna za ljudska bića i životinje prisutne u blizini. Da biste mogli otkriti ta polja i minimizirati ih u stvarnom svijetu, potreban je uređaj za mjerenje magnetskog polja poput Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spektralnog analizatora. Ovi uređaji obično koštaju više od 2000 USD i glomazni su i možda neće moći doći do uskih prostora gdje je potrebno izmjeriti polje. Osim toga, ovi uređaji obično imaju više funkcija nego što je potrebno za jednostavno mjerenje polja u bežičnim sistemima za prijenos energije. Stoga bi razvoj manje, jeftinije verzije terenskih mjernih uređaja imao veliku vrijednost.

Trenutni projekt uključuje dizajn PCB -a za detekciju magnetskog polja, kao i dizajn dodatnog uređaja koji može obraditi osjetljive vrijednosti magnetskog polja i prikazati ih na OLED ili LCD ekranu.

Korak 1: Zahtjevi

Uređaj ima sljedeće zahtjeve:

1. Mjerite izmjenična magnetska polja u rasponu od 10 - 300 kHz
2. Tačno mjerite polja do 50 uT (sigurnosna granica koju je ICNIRP postavio je 27 uT)
3. Izmjerite polja na sve tri osi i dobijte njihovu rezultantu da pronađete stvarno polje u datoj točki
4. Prikažite magnetsko polje na ručnom mjeraču
5. Prikažite indikator upozorenja kada polje pređe standarde koje je postavio ICNIRP
6. Uključite rad baterije kako bi uređaj bio zaista prenosiv

Korak 2: Pregled sistema

Korak 3: Odabir komponenti

Ovaj korak je vjerovatno najveći korak koji zahtijeva dosta strpljenja za odabir odgovarajućih komponenti za ovaj projekt. Kao i kod većine drugih elektroničkih projekata, odabir komponenti zahtijeva pažljivo ispitivanje podatkovnih listova kako bi se uvjerile da su sve komponente međusobno kompatibilne i da rade u željenom rasponu svih radnih parametara - u ovom konkretnom slučaju, magnetskih polja, frekvencija, napona itd.

Glavne komponente odabrane za PCB osjetnika magnetskog polja dostupne su u priloženom Excel listu. Komponente koje se koriste za ručni uređaj su sljedeće:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrokontroler
2. SunFounder I2C serijski 20x4 LCD ekran
3. Cyclewet 3.3V-5V 4-kanalni logički pretvarač dvosmjernog pretvarača
4. Prekidač na dugme
5. Prekidač sa 2 položaja
6. 18650 Li-ion 3.7V ćelija
7. Adafruit PowerBoost 500 punjač
8. Tiskane ploče (SparkFun se može pričvrstiti)
9. Standoffs
10. Priključne žice
11. Igle zaglavlja

Oprema potrebna za ovaj projekt je sljedeća:

1. Uređaj za lemljenje i nešto žice za lemljenje
2. Drill
3. Rezač žice

Korak 4: Dizajn i simulacija kola

Korak 5: Dizajniranje PCB -a

Nakon što se rad kola potvrdi u LTSpice, dizajnira se PCB. Bakrene ravnine dizajnirane su na način da ne ometaju rad senzora magnetskog polja. Istaknuto sivo područje u dijagramu izgleda PCB -a prikazuje bakrene ravnine na PCB -u. S desne strane prikazan je i 3D prikaz dizajnirane PCB -a.

Korak 6: Postavljanje mikrokontrolera

Mikrokontroler odabran za ovaj projekt je Tiva C TM4C123GXL. Kôd je napisan u Energiji kako bi se iskoristile postojeće LCD biblioteke za porodicu Arduino mikrokontrolera. Slijedom toga, kôd razvijen za ovaj projekt može se koristiti i sa Arduino mikrokontrolerom umjesto sa Tiva C (pod uvjetom da koristite ispravne dodjele pinova i prema tome izmijenite kôd).

Korak 7: Pokretanje zaslona

Zaslon i mikrokontroler su povezani preko I2C komunikacije koja zahtijeva samo dvije žice osim napajanja i uzemljenja od +5V. Isječci LCD koda dostupni za Arduino porodicu mikrokontrolera (biblioteke LiquidCrystal) preneseni su i korišteni u Energiji. Kôd je dat u priloženoj datoteci LCDTest1.ino.

Nekoliko korisnih savjeta za prikaz možete pronaći u sljedećem videu:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Korak 8: 3D štampanje

Okvir kutije za ručni uređaj dizajniran je kako je prikazano na gornjoj slici. Kutija pomaže da se ploče drže na mjestu, a žice neometane. Kutija je dizajnirana tako da ima dva izreza za prolazak žica, jedan izrez za LED indikatore baterije i po jedan za prekidač i prekidač. Potrebne datoteke su priložene.

Korak 9: Povezivanje svih komponenti

Izmjerite dimenzije svih dostupnih komponenti i rasporedite ih pomoću grafičkog alata kao što je Microsoft Visio. Nakon što se planira raspored svih komponenti, dobra je ideja pokušati ih postaviti na njihova mjesta kako biste stekli osjećaj konačnog proizvoda. Preporučuje se testiranje veza nakon dodavanja svake nove komponente u uređaj. Pregled procesa povezivanja prikazan je na gornjim slikama. 3D štampana kutija daje čist izgled uređaju i štiti elektroniku iznutra.

Korak 10: Testiranje uređaja i demonstracija

Ugrađeni video prikazuje rad uređaja. Prekidač uključuje uređaj i pritisni gumb se može koristiti za miješanje kroz dva načina prikaza.