Rilevatore di sfarfallio di luce: 3 passaggi (con immagini)

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

Sono sempre stato affascinato dal fatto che l'elettronica ci accompagni. È proprio ovunque. Quando parliamo di sorgenti luminose (non quelle naturali come le stelle), dobbiamo tenere in considerazione diversi parametri: Luminosità, colore e, nel caso si tratta del display del PC, qualità dell'immagine.

La percezione visiva della luce o della luminosità della sorgente luminosa elettronica può essere controllata in vari modi quando il più popolare è tramite Pulse Width Modulation (PWM) - Basta accendere e spegnere il dispositivo molto velocemente in modo che i transitori sembrino "invisibili" per l'occhio umano. Ma, a quanto pare, non è troppo buono per gli occhi umani per un uso a lungo termine.

Quando prendiamo, ad esempio, il display di un laptop e ne riduciamo la luminosità - può sembrare più scuro, ma si verificano molti cambiamenti sullo schermo - lo sfarfallio. (Altri esempi su questo possono essere trovati qui)

Sono stato molto ispirato da un'idea di questo video di YouTube, la spiegazione e la semplicità sono semplicemente fantastiche. Collegando semplici dispositivi standard, è possibile creare un dispositivo di rilevamento dello sfarfallio totalmente portatile.

Il dispositivo che stiamo per costruire è un rilevatore di sfarfallio della sorgente luminosa, che utilizza una piccola batteria solare come sorgente luminosa, e consiste dei seguenti blocchi:

1. Piccolo pannello solare
2. Amplificatore audio integrato
3. Altoparlante
4. Jack per collegamento cuffie, se vorremmo testare con maggiore sensibilità
5. Batteria ricaricabile agli ioni di litio come fonte di alimentazione
6. Connettore USB di tipo C per la connessione di ricarica
7. Indicatore LED di alimentazione

Forniture

Componenti elettronici

• Amplificatore di potenza audio integrato
• Altoparlante da 8 Ohm
• Batteria agli ioni di litio da 3,7 V 850 mAh
• Jack audio da 3,5 mm
• Mini batteria solare policristallina
• TP4056 - Scheda di ricarica agli ioni di litio
• LED RGB (pacchetto TH)
• 2 resistenze da 330 Ohm (pacchetto TH)

Componenti meccanici

• Manopola del potenziometro
• Custodia stampata in 3D (può essere utilizzata una scatola di progetto pronta all'uso opzionale)
• Viti di diametro 4 x 5 mm

Strumenti

• Saldatore
• Pistola per colla a caldo
• cacciavite a stella
• Cavo unipolare
• Stampante 3D (opzionale)
• pinza
• pinzette
• taglierina

Passaggio 1: teoria del funzionamento

Come è stato menzionato nell'introduzione, lo sfarfallio causato dal PWM. Secondo Wikipedia, l'occhio umano può catturare fino a 12 fotogrammi al secondo. Se il frame rate supera quel numero, viene considerato come movimento per la visione umana. Quindi, se si osserva un rapido cambiamento di oggetto, ne vediamo l'intensità media invece della sequenza di fotogrammi separati. C'è un nucleo dell'idea per il PWM nei circuiti di controllo della luminosità: poiché possiamo vedere solo l'intensità media del frame rate superiore a 12 fps (di nuovo, secondo wikipedia), possiamo facilmente regolare la luminosità (Duty Cycle) dell'alimentazione della sorgente luminosa tramite periodi di tempo variabili, quando la luce è accesa o spenta (More on PWM), dove la frequenza di commutazione è costante ed è molto maggiore di 12Hz.

Questo progetto descrive un dispositivo, il cui volume e frequenza del suono sono proporzionali al rumore di sfarfallio causato dal PWM.

Mini pannello policristallino

Lo scopo principale di questi dispositivi è trasformare l'energia derivata dalla sorgente luminosa in energia elettrica, che può essere facilmente raccolta. Una delle proprietà chiave di questa batteria è che se la sorgente luminosa non fornisce un'intensità costante stabile e cambia nel tempo, le stesse modifiche si presenteranno sulla tensione di uscita di questo pannello. Quindi, questo è ciò che rileveremo: i cambiamenti di intensità nel tempo

Amplificatore audio

La potenza prodotta dal pannello solare è proporzionale al livello di intensità medio (DC) con ulteriori variazioni di intensità nel tempo (AC). Siamo interessati a rilevare solo la tensione alternata e il modo più semplice per ottenerlo: collegare il sistema audio. L'amplificatore audio utilizzato in questo progetto è un PCB a alimentazione singola, con condensatori di blocco CC su ciascun lato, sia in ingresso che in uscita. Quindi, l'uscita del pannello solare è collegata direttamente all'amplificatore audio. L'amplificatore utilizzato in questo progetto ha già un potenziometro con un interruttore ON/OFF integrato, quindi c'è il controllo completo sulla potenza del dispositivo e sul volume dell'altoparlante.

Gestione della batteria agli ioni di litio

A questo progetto è stato aggiunto il circuito caricabatteria Li-Ion TP4056 per rendere il dispositivo portatile e ricaricabile. Il connettore USB-C funge da ingresso per il caricabatterie e la batteria utilizzata è una 850 mAh, 3,7 V, sufficiente per gli scopi che dobbiamo perseguire con questo dispositivo. La tensione della batteria funge da alimentazione principale per l'amplificatore audio, quindi per un intero dispositivo.

Altoparlante come uscita di sistema

L'altoparlante svolge il ruolo principale nel dispositivo. Ne ho scelto uno di dimensioni relativamente piccole, con un solido attaccamento alla cassa, così avrei sentito anche frequenze più basse. Come accennato in precedenza, la frequenza e il volume dell'altoparlante possono essere definiti come segue:

f(altoparlante) = f(AC dal pannello solare) [Hz]

P(altoparlante) = K*I(Intensità picco-picco del segnale CA dal pannello solare) [W]

K - È un coefficiente di volume

Jack audio

Il jack da 3,5 mm viene utilizzato nel caso in cui desideriamo collegare le cuffie. In questo dispositivo, il jack ha un pin di rilevamento della connessione, che viene disconnesso dal pin del segnale, quando la spina audio è collegata. È stato progettato in questo modo per fornire l'uscita a un singolo percorso alla volta: altoparlante O cuffie.

LED RGB

Qui il LED ha una doppia funzione: si accende quando il dispositivo viene caricato o il dispositivo è acceso.

Passaggio 2: allegato - Progettazione e stampa

La stampante 3D è un ottimo strumento per custodie e custodie personalizzate. L'allegato per questo progetto ha una struttura molto semplice con alcune caratteristiche comuni. Approfondiamo passo dopo passo:

Preparazione e FreeCAD

L'involucro è stato progettato in FreeCAD (il file di progetto è disponibile per il download in fondo a questo passaggio), dove è stato costruito per primo il corpo del dispositivo e una copertura solida è stata costruita come parte separata rispetto al corpo. Dopo che il dispositivo è stato progettato, è necessario esportarlo come corpo e copertina separati.

Il mini pannello solare è montato sulla copertura con un'area di dimensioni fisse, dove l'area ritagliata è dedicata ai fili. Interfaccia utente disponibile su entrambi i lati: ritaglio USB e fori LED|Jack|Potenziometro. L'altoparlante ha una propria area dedicata, che è una serie di fori sul fondo del corpo. La batteria è adiacente all'altoparlante, c'è un posto per ciascuna delle parti, quindi non dovremo sentirci frustrati durante l'assemblaggio del dispositivo.

Slicing e Ultimaker Cura

Poiché abbiamo file STL, possiamo procedere al processo di conversione G-Code. Ci sono molti metodi per farlo, lascerò qui solo i parametri principali per la stampa:

• Software: Ultimaker Cura 4.4
• Altezza strato: 0,18 mm
• Spessore della parete: 1.2mm
• N. di strati superiore/inferiore: 3
• Riempimento: 20%
• Ugello: 0,4 mm, 215*C
• Letto: Vetro, 60*C
• Supporto: Sì, 15%

Passaggio 3: saldatura e assemblaggio

saldatura

Mentre la stampante 3D è impegnata a stampare il nostro involucro, copriamo il processo di saldatura. Come puoi vedere negli schemi, è semplificato al minimo indispensabile - questo è il motivo per cui tutte le parti che collegheremo insieme sono disponibili come blocchi integrati indipendenti. Bene, la sequenza è:

1. Saldare i terminali della batteria agli ioni di litio ai pin TP4056 BAT+ e BAT-
2. Saldatura VO+ e VO- di TP4056 ai terminali VCC e GND dell'amplificatore audio
3. Saldatura del terminale "+" del piccolo pannello solare al VIN (L o R) dell'amplificatore audio e "-" alla massa dell'amplificatore audio
4. Collegamento di LED bicolore o RGB a due resistori 220R con isolamento adeguato
5. Saldatura del primo anodo LED al terminale dell'interruttore dell'amplificatore audio (il collegamento deve essere effettuato sul terminale dell'interruttore). Si consiglia vivamente di verificare quale terminale dell'interruttore sul lato inferiore del PCB è collegato a VCC - Quello che non lo è è la nostra opzione
6. Il secondo anodo LED deve essere saldato all'anodo di uno dei due LED SMD - hanno una connessione anodo comune
7. Saldatura dei catodi LED al GROUND dell'amplificatore audio
8. Saldare i terminali degli altoparlanti all'uscita dell'amplificatore audio (assicurarsi di aver scelto lo stesso canale all'ingresso, SINISTRO o DESTRO)
9. Per forzare lo stato di spegnimento dell'altoparlante, saldare i terminali jack stereo da 3,5 mm che impediscono il flusso di corrente attraverso l'altoparlante.
10. Per fare in modo che le cuffie producano suono su ciascun lato - L e R, accorciare insieme i terminali descritti nel passaggio precedente.

Assemblea

Dopo aver stampato l'allegato, si consiglia di assemblare parte per parte per quanto riguarda l'altezza della parte:

1. Realizzare una cornice con la colla a caldo in base al perimetro interno della copertura e posizionare il pannello solare lì
2. Fissaggio del potenziometro con un dado e una rondella sul lato opposto
3. Incollare altoparlanti con colla a caldo
4. Incollare la batteria con la colla a caldo
5. Incollaggio jack da 3,5 mm con colla a caldo
6. Incollare la batteria con… colla a caldo
7. Incollaggio di TP4056 con USB che punta fuori dalla sua regione di ritaglio dedicata con colla a caldo
8. Mettere una manopola su un potenziometro
9. Fissaggio coperchio e corpo con quattro viti

test

Il nostro dispositivo è impostato e pronto per l'uso! Per controllare correttamente il dispositivo, è necessario trovare una fonte di luce che possa fornire un'intensità alternativa. Consiglio di utilizzare il telecomando IR, poiché fornisce un'intensità alternata la cui frequenza si trova nella regione della larghezza di banda dell'udito umano [20Hz:20KHz].

Non dimenticare di testare tutte le tue fonti di luce a casa.

Grazie per aver letto!:)