Naočare za vježbanje naizmjenične okluzije visokog napona [ATtiny13]: 5 koraka (sa slikama)

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

U svom prvom uputstvu opisao sam kako izgraditi uređaj koji bi trebao biti od velike pomoći nekome ko želi liječiti ambliopiju (lijeno oko). Dizajn je bio vrlo pojednostavljen i imao je nedostataka (zahtijevalo je korištenje dvije baterije, a ploče s tekućim kristalima pogonjene niskim naponom). Odlučio sam poboljšati dizajn dodavanjem multiplikatora napona i vanjskih sklopnih tranzistora. Zbog veće složenosti potrebna je upotreba SMD komponenti.

Korak 1: Odricanje odgovornosti

Upotreba takvog uređaja može uzrokovati epileptičke napade ili druge štetne učinke kod malog dijela korisnika uređaja. Konstrukcija takvog uređaja zahtijeva upotrebu umjereno opasnih alata i može uzrokovati štetu ili oštećenje imovine. Opisani uređaj pravite i koristite na vlastitu odgovornost

Korak 2: Dijelovi i alati

Dijelovi i materijali:

3D naočare sa aktivnim zatvaračem

ATTINY13A-SSU

Prekidač sa zasunom za zaključavanje 18x12 mm (UKLJUČENO-ISKLJUČENO) (nešto poput ovoga, prekidač koji sam koristio imao je ravne, uže provodnike)

2x SMD 6x6mm taktilni prekidači

2x 10 uF 16V kućište A 1206 tantalni kondenzator

100 nF 0805 kondenzator

3x 330 nF 0805 kondenzator

4x SS14 DO-214AC (SMA) šotki dioda

10k 0805 otpornik

15k 1206 otpornik

22k 1206 otpornik

9x 27ohm 0805 otpornik

3x 100k 1206 otpornik

6x BSS138 SOT-23 tranzistor

3x BSS84 SOT-23 tranzistor

61x44mm bakar obložena ploča

nekoliko komada žice

3V baterija (CR2025 ili CR2032)

izolacijska traka

selotejp

Alati:

dijagonalni rezač

kliješta

ravni odvijač

mali Phillips odvijač

pinceta

pomoćni nož

pila ili drugi alat koji može rezati PCB

Burgija 0,8 mm

bušilica ili rotacijski alat

natrijum persulfat

plastični spremnik i plastični alat koji se može koristiti za vađenje PCB -a iz otopine za jetkanje

lemna stanica

lemljenje

aluminijska folija

AVR programer (samostalni programer poput USBaspa ili možete koristiti ArduinoISP)

laserski štampač

sjajni papir

pegla za odeću

Suvi/vlažni brusni papir od 1000 peska

sredstvo za čišćenje kreme

otapalo (na primjer aceton ili alkohol za trljanje)

stalni proizvođač

Korak 3: Izrada PCB -a metodom prijenosa tonera

Morate odštampati zrcalnu sliku F. Cu (prednja strana) na sjajnom papiru pomoću laserskog štampača (bez uključenih postavki za uštedu tonera). Vanjske dimenzije odštampane slike treba da budu 60,96x43,434 mm (ili što je moguće bliže). Koristio sam jednostranu bakrenu ploču i s druge strane spojio tankim žicama tako da nisam morao brinuti o poravnanju dva sloja bakra. Možete koristiti dvostrane PCB -e ako želite, ali sljedeće upute bit će samo za jednostrane PCB -e.

Isecite PCB na veličinu odštampane slike, možete dodati nekoliko mm sa svake strane PCB -a ako želite (uverite se da PCB odgovara vašim naočarima). Zatim ćete morati očistiti bakreni sloj pomoću vlažnog finog brusnog papira, a zatim ukloniti čestice koje su ostale brusnim papirom sredstvom za čišćenje kreme (možete koristiti i tekućinu za pranje posuđa ili sapun). Zatim ga očistite rastvaračem. Nakon toga morate biti vrlo oprezni da ne dodirnete bakar prstima.

Stavite odštampanu sliku na vrh PCB -a i poravnajte je sa pločom. Zatim stavite PCB na ravnu površinu i prekrijte je peglom za odjeću postavljenu na maksimalnu temperaturu. Nakon kratkog vremena papir bi se trebao zalijepiti za PCB. Peglu držite pritisnutu na štampanoj ploči i papiru, s vremena na vrijeme možete promijeniti položaj pegle. Pričekajte barem nekoliko minuta dok papir ne promijeni boju u žutu. Zatim stavite PCB s papirom u vodu (možete dodati sredstvo za čišćenje kreme ili sredstvo za pranje) na 20 minuta. Zatim trljajte papir sa PCB -a. Ako postoje mjesta gdje se toner nije zalijepio za bakar, upotrijebite trajni marker za zamjenu tonera.

Pomiješajte svježu vodu s natrijevim persulfatom i stavite PCB u otopinu za jetkanje. Pokušajte držati otopinu na 40 ° C. Na radijator ili neki drugi izvor toplote možete staviti plastičnu posudu. Povremeno miješajte rastvor u posudi. Sačekajte da se nepokriveni bakar potpuno otopi. Kada je to gotovo, uklonite PCB iz otopine i isperite je u vodi. Uklonite toner acetonom ili brusnim papirom.

Izbušite rupe u PCB -u. Koristio sam vijak kao središnji probijač za označavanje središta rupa prije bušenja.

Korak 4: Lemljenje i programiranje mikrokontrolera

Pokrijte bakrene tragove lemljenjem. Ako su neki tragovi otopljeni u otopini za jetkanje, zamijenite ih tankim žicama. Lemiti ATtiny na PCB, kao i žice koje će povezati mikrokontroler sa programatorom. Otpremite hv_glasses.hex, zadržite zadane bitove osigurača (H: FF, L: 6A). Koristio sam USBasp i AVRDUDE. Otpremanje.hex datoteke zahtijevalo je da izvršim sljedeću naredbu:

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

Možda ćete primijetiti da sam morao promijeniti vrijednost -B (bitclock) sa 8 koju sam koristio za programiranje ATtinyja u mojim prvim instrukcijama na 16. To usporava proces učitavanja, ali ponekad je potrebno dopustiti ispravnu komunikaciju između programera i mikrokontrolera.

Nakon što ste učitali.hex datoteku na ATtiny, odspojite žice programera s PCB -a. Lemljenje ostalih komponenti osim glomaznog prekidača za uključivanje/isključivanje SW1 i tranzistora. Povežite žice sa druge strane ploče. Pokrijte cijelu PCB osim tranzistorskih pločica aluminijskom folijom kako biste zaštitili MOSFET -ove od elektrostatičkog pražnjenja. Uvjerite se da je vaša stanica za lemljenje pravilno uzemljena. Pinceta koju koristite za postavljanje komponenti trebala bi biti antistatička ESD. Koristio sam neke stare pincete koje su ležale okolo, ali sam ih spojio sa masom žicom. Možete prvo lemiti tranzistore BSS138 i po završetku prekriti PCB s više folije jer su P-kanalni BSS84 MOSFET-ovi posebno osjetljivi na elektrostatičko pražnjenje.

Lemljenje SW1 je poslednje, ugaono postavite njegove izvode tako da izgleda slično SS14 diodama ili tantalskim kondenzatorima. Ako su vodiči SW1 širi od pločica na PCB-u i imaju kratki spoj na drugim tračnicama, izrežite ih kako ne bi uzrokovali probleme. Upotrijebite pristojnu količinu lemljenja dok spajate SW1 s PCB -om jer će traka koja će držati PCB i okvir stakala zajedno ići direktno preko SW1 i može izazvati određenu napetost na lemnim spojevima. Nisam ništa stavio u J1-J4, žice LC ploče bit će lemljene direktno na PCB. Kada završite, lemite žice koje će ići na bateriju, umetnite bateriju između njih i pričvrstite je izolacijskom trakom. Možete koristiti multimetar za provjeru stvara li kompletna PCB generiranje promjenjivih napona na jastučićima J1-J4. Ako nije, izmjerite napone u ranijim fazama, provjerite ima li kratkih spojeva, nepovezanih vodiča, prekinutih tragova. Kada vaša PCB ploča generira napone na J1-J4 koji osciliraju između 0V i 10-11V, možete lemiti LC ploče na J1-J4. Lemljenje ili merenje vršite samo kada je baterija isključena.

Kad se sve spoji s električnog stajališta, stražnju stranu PCB -a možete pokriti izolacijskom trakom i spojiti PCB s okvirom naočala stavljajući traku oko njih. Sakrijte žice koje povezuju LC ploče s PCB -om na mjestu gdje je bio originalni poklopac baterije.

Korak 5: Pregled dizajna

Sa stajališta korisnika, visokonaponske naočare za izmjenu okluzije rade na isti način kao i naočale opisane u mojim prvim uputama. SW2 spojen na 15k otpornik mijenja frekvenciju uređaja (2,5Hz, 5,0Hz, 7,5Hz, 10,0Hz, 12,5Hz), a SW3 spojen na 22k otpornik mijenja koliko dugo je svako oko zatvoreno (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Nakon što postavite postavke, trebate pričekati oko 10 sekundi (10 sekundi bez dodirivanja bilo koje tipke) da bi bile spremljene u EEPROM i učitane nakon isključivanja, pri sljedećem pokretanju uređaja. Pritiskanjem oba dugmeta istovremeno postavljaju se podrazumevane vrednosti.

Međutim, koristio sam samo PB5 (RESET, ADC0) pin ATtiny kao ulaz. Koristim ADC za očitavanje napona na izlazu razdjelnika napona od R1-R3. Ovaj napon mogu promijeniti pritiskom na SW2 i SW3. Napon nikada nije dovoljno nizak da pokrene RESET.

Diode D1-D4 i kondenzatori C3-C6 tvore trostupanjsku Dicksonovu pumpu za punjenje. Pumpa za punjenje se pokreće pinovima PB1 (OC0A) i PB1 (OC0B) mikrokontrolera. Izlazi OC0A i OC0B generiraju dva kvadratna valna oblika od 4687,5 Hz koji su fazno pomaknuti za 180 stepeni (kada je OC0A VISOKA, OC0B je NISKA, i obrnuto). Promjena napona na pinovima mikrokontrolera gura napone na pločama kondenzatora C3-C5 prema gore i dolje za +BATT napon. Diode omogućuju protok naboja iz kondenzatora čija gornja ploča (ona koja je spojena na diode) ima veći napon u odnosu na onu na kojoj gornja ploča ima manji napon. Naravno, diode rade samo u jednom smjeru, pa naboj teče samo u jednom smjeru, pa se svaki sljedeći kondenzator u nizu puni na napon koji je veći nego u prethodnom kondenzatoru. Koristio sam Schottkyjeve diode jer imaju mali pad napona prema naprijed. Pod naponom bez opterećenja množenje je 3,93. S praktičnog gledišta, samo opterećenje na izlazu pumpe za punjenje je 100 k otpornika (struja protiče kroz 1 ili 2 od njih istovremeno). Pod tim opterećenjem, napon na izlaznoj pumpi je 3,93*(+BATT) minus oko 1V, a efikasnost pumpi za punjenje je približno 75%. D4 i C6 ne povećavaju napon, oni samo smanjuju talase napona.

Tranzistori Q1, Q4, Q7 i 100k otpornici pretvaraju niski napon sa izlaza mikrokontrolera u napon sa izlaza pumpe za punjenje. Koristio sam MOSFET -ove za pogon LC panela jer struja teče kroz njihove kapije samo kad se promijeni napon na vratima. Otpornici od 27 ohma štite tranzistore od velikih prenaponskih struja.

Uređaj troši približno 1,5 mA.