Sveglia al tocco del viso: 4 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Toccarci il viso è uno dei modi più comuni in cui ci infettiamo da virus come il Covid-19. Uno studio accademico del 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) ha rilevato che ci tocchiamo il viso in media 23 volte all'ora. Ho deciso di progettare un dispositivo a basso costo e bassa potenza che ti avvisasse ogni volta che stai per toccarti il viso. Questo prototipo grezzo potrebbe essere perfezionato molto facilmente e anche se è improbabile che tu voglia indossarlo tutto il giorno, potrebbe essere un buon modo per allenarti a ridurre il contatto con il viso e quindi ridurre la diffusione del virus.

La maggior parte delle forme di rilevamento del movimento utilizza accelerometri o elaborazione delle immagini. Questi sono relativamente costosi, richiedono alimentazione continua e quindi anche una batteria relativamente grande. Volevo creare un dispositivo che consumasse energia solo quando il comportamento lo attiva e che potesse essere realizzato a casa per meno di $ 10.

Il dispositivo ha tre parti. Una collana e due piccoli elastici su ogni polso. Usa il principio che un magnete che si muove vicino a una bobina di filo genera una corrente elettrica nel filo. Quando la mano si muove verso il viso, il magnete al polso genera una piccola tensione attraverso la bobina. Questa viene amplificata e se è superiore ad una certa soglia attiva un piccolo buzzer.

Forniture

• 100 - 200 metri di cavo del solenoide. La maggior parte dei fili è troppo spessa. Il filo del solenoide è isolato con uno strato di vernice molto sottile in modo da poter fare molte spire nella bobina pur mantenendola relativamente piccola e leggera. Ho usato 34 AWG - che ha un diametro di circa 0,15 mm
• Fascette o nastro adesivo
• Un unico amplificatore operazionale a bassa potenza. Deve poter funzionare a 3V. Ho usato un Microchip MCP601.
• 2 resistori (1M, 2K)
• Resistore trimmer 2K
• Un cicalino piezoelettrico da 3 - 5 V
• Qualsiasi transistor npn di base (ho usato un 2N3904)
• Alcuni veroboard
• CR2032 (o qualsiasi batteria a bottone da 3V)
• 2 piccoli potenti magneti
• 2 elastici spessi o materiale di supporto per la compressione (come i calzini a compressione)

Passaggio 1: avvolgere la bobina

La bobina deve essere un pezzo di filo continuo quindi purtroppo non può essere agganciata e sganciata come una collana. Pertanto è importante che il diametro della bobina sia abbastanza grande da poterlo mettere sopra la testa. Ho avvolto il mio attorno a un formatore circolare (un cestino della carta straccia) con un diametro di circa 23 cm (9 pollici). Più giri meglio è. Ho perso il conto di quanti ne ho fatti ma testando la resistenza elettrica alla fine credo di essere arrivato a circa 150 giri.

Prendi delicatamente la bobina dal primo e fissa la bobina con fascette o nastro adesivo. È importante non rompere nessuno dei delicati fili del solenoide poiché sarà quasi impossibile ripararlo. Quando hai fissato la bobina, trova le due estremità del filo e rimuovi la vernice dall'ultimo cm (ultimo mezzo pollice) di ciascuna estremità. L'ho fatto sciogliendo la vernice con un saldatore (vedi video allegato).

Fare clic qui per vedere il video su come spellare il cavo del solenoide

Queste estremità possono essere saldate delicatamente sulla scheda del rivelatore. Per il mio prototipo ho saldato le estremità su un piccolo pezzo di veroboard separato con un connettore femmina, in modo da poter sperimentare e utilizzare cavi jumper per collegarlo a diversi progetti di circuiti.

Passaggio 2: costruire il circuito del rivelatore

Lo schema e il circuito finale sono mostrati sopra.

Uso un amplificatore operazionale in una configurazione non invertente per amplificare la piccolissima tensione generata attraverso la bobina. Il guadagno di questo amplificatore è il rapporto tra le resistenze di R1 e R2. Deve essere abbastanza alto da rilevare il magnete quando si muove a circa 10 cm dal bordo della bobina in modo relativamente lento (circa 20-30 cm/s), ma se lo rendi troppo sensibile, può diventare instabile e il cicalino suonerà continuamente. Poiché il numero ottimale dipenderà dalla bobina effettiva che costruisci e dal magnete che usi, ti consiglio di costruire il circuito con un resistore variabile che può essere impostato su qualsiasi valore fino a 2K. Nel mio prototipo ho scoperto che un valore di circa 1,5K funzionava bene.

Poiché la bobina capterà anche onde radio parassite di varie frequenze, ho incluso un condensatore su R1. Funziona come un filtro passa basso. A qualsiasi frequenza superiore a pochi hertz la reattanza di questo condensatore è molto inferiore al valore di R1 e quindi l'amplificazione diminuisce.

Poiché il guadagno è così alto, l'uscita dell'amplificatore operazionale sarà davvero solo "on" (3V) o "off" (0V). Inizialmente, poiché l'MCP601 può emettere 20 mA, ho pensato che potesse essere in grado di pilotare direttamente un cicalino piezoelettrico (questi richiedono solo pochi mA per funzionare). Tuttavia ho scoperto che l'amplificatore operazionale ha faticato a pilotarlo direttamente, probabilmente a causa della capacità del cicalino. Ho risolto questo problema alimentando l'uscita dell'uscita attraverso un resistore a un transistor npn che si comporta come un interruttore. R3 viene scelto per assicurarsi che il transistor sia completamente acceso quando l'uscita dall'amplificatore operazionale è 3V. Per ridurre al minimo il consumo energetico, idealmente questo dovrebbe essere il più alto possibile e assicurarsi comunque che il transistor sia acceso. Ho scelto 5K per assicurarmi che questo circuito funzioni con quasi tutti i comuni transistor npn.

L'ultima cosa di cui hai bisogno è una batteria. Sono stato in grado di eseguire con successo il mio prototipo con una batteria a bottone da 3 V, ma era ancora più sensibile ed efficace a una tensione leggermente più alta e quindi se riesci a trovare una piccola batteria ai polimeri di litio (3,7 V) ti consiglio di usarla.

Passaggio 3: crea i cinturini da polso

Se un magnete viene indossato vicino a ciascuna mano, l'azione di alzare la mano verso il viso attiverà il cicalino. Ho deciso di creare due polsini con materiale elastico per calzini di supporto e li ho usati per tenere due piccoli magneti al polso. Potresti anche sperimentare con un anello magnetico su un dito di ogni mano.

La corrente indotta scorre in una direzione attorno alla bobina quando il magnete entra nella regione della bobina e nella direzione opposta quando esce. Poiché il circuito del prototipo è intenzionalmente semplice, solo una direzione della corrente attiverà il cicalino. Quindi ronzerà quando la mano si avvicina alla collana o quando si allontana. Ovviamente vogliamo che emetta un segnale acustico sulla strada per il viso e possiamo cambiare la polarità della corrente generata capovolgendo il magnete. Quindi sperimenta in che modo far suonare il cicalino quando la mano si avvicina al viso e segna il magnete in modo da ricordarti di indossarlo nel modo giusto.

Passaggio 4: prova

La dimensione della corrente indotta è correlata alla velocità con cui il campo magnetico cambia vicino alla bobina. Quindi è più facile rilevare movimenti veloci vicino alla bobina rispetto a movimenti lenti lontano da essa. Con un po' di tentativi ed errori sono riuscito a farlo funzionare in modo affidabile quando ho spostato il magnete a circa 30 cm/s (1 piede/s) a una distanza di 15 cm (6 pollici). Un po' più di messa a punto migliorerebbe questo di un fattore due o tre.

Al momento è tutto un po' grezzo poiché il prototipo utilizza componenti "a foro passante", ma tutta l'elettronica potrebbe essere facilmente ridotta utilizzando componenti a montaggio superficiale e la dimensione limite sarebbe solo la batteria.