Sistema di avviso del livello di rumore non sicuro: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

L'Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) è il più grande spazio per i produttori della Rice University, che offre a tutti gli studenti uno spazio per progettare e prototipare soluzioni alle sfide del mondo reale. A tale scopo, l'OEDK ospita una serie di utensili elettrici e grandi macchinari che producono rumori forti e potenzialmente pericolosi. Sebbene l'OEDK abbia stabilito con successo una cultura della sicurezza intorno alla protezione degli occhi e ai guanti, non è stato in grado di stabilire la stessa cultura della sicurezza riguardo alla protezione dell'udito, a causa del fatto che gli utenti non sono sicuri di quando è necessaria la protezione dell'udito.

Il nostro team, Ring the Decibels, mira a risolvere questo problema progettando, costruendo e implementando un sistema di allarme che consiglia agli utenti OEDK di indossare una protezione acustica adeguata a livelli sonori non sicuri.

Passaggio 1: Panoramica

Questo dispositivo utilizza un microcontrollore Arduino Uno. I dati audio analogici vengono ricevuti da un fonometro a gravità, mediati e quindi utilizzati per attivare un'uscita digitale a strisce LED. I display visivi includono un gradiente che visualizza continuamente il livello medio di decibel e un set di cuffie che lampeggia in rosso una volta raggiunta una soglia di decibel predeterminata.

L'involucro è costituito da due lastre di compensato separate da due lastre di compensato circolari separate da distanziatori in alluminio. I display del gradiente e delle cuffie sono creati con acrilico smerigliato Tutti i componenti elettronici sono montati sulla piastra posteriore.

Dalle materie prime al montaggio a parete, questo dispositivo richiede solo meno di 2 ore per essere completato. Abbiamo imparato molto sul livellamento dei dati e sul controllo delle strisce LED attraverso questo progetto e speriamo che ti diverta a costruirlo!

Passaggio 2: componenti e strumenti necessari

Il costo totale dei materiali per questo dispositivo è di poco inferiore a $ 100. Poiché il nostro team sta costruendo questo dispositivo in massa, siamo stati in grado di acquistare alcuni materiali alla rinfusa per ridurre i costi. Inoltre, poiché stiamo costruendo questo dispositivo per e in uno spazio di produzione ingegneristica, abbiamo già avuto accesso a molti dei componenti e degli strumenti.

Le quantità dei componenti elencati di seguito sono per un dispositivo.

Componenti

• 1x Arduino Uno (o microcontrollore simile) con cavo USB
• 1x tagliere per prototipazione
• 1x Perfboard (opzionale)
• 2x cavi jumper maschio-maschio rossi
• 2x cavi jumper maschio-femmina rossi
• 2x cavi jumper maschio-maschio neri
• 2x cavi jumper maschio-femmina neri
• 3x cavi jumper maschio-maschio blu
• 2x cavi jumper blu maschio-femmina
• 1x adattatore di alimentazione 5V 1A
• 1x misuratore di livello sonoro analogico a gravità
• 1x striscia LED RGB indirizzabile individualmente WS2812B (almeno 20 LED)
• 6 pin testata maschio-maschio
• 2 resistenze da 330 Ohm
• 24" x 12" di compensato di betulla da 1/4"
• 7 "x 9" di 1/4" acrilico
• 9" x 9" di 1/8" acrilico (la larghezza può variare)
• 3x 1/4" esagonale / 2" 6-32 distanziali in alluminio femmina-femmina
• 6x 1/4" esagonale / 1 1/4" 6-32 distanziali in alluminio femmina-femmina
• Viti a testa piatta 18x 3/4" 6-32
• 18x n. 6 rondelle
• Distanziali in nylon femmina-femmina 8x 10 mm M2,5
• 4 x 25 mm M2,5 distanziali in nylon femmina-femmina
• 4 x 18 mm M2,5 distanziatori in nylon maschio-femmina
• 24 viti M2.5 da 6 mm

Utensili

• Arduino IDE
• Saldatore (HAKKO FM-204) con saldatura
• Colofonia Flusso
• Taglierina laser (EPILOG Fusion M2 40)
• Colla acrilica
• Sabbiatrice (opzionale)
• Carta vetrata
• Resina epossidica bicomponente
• Trapano a batteria
• Punta da trapano da 5/32"
• Punta da trapano da 1/8"
• Punta per svasatore da 1/2" 82º
• Trapano
• #5 Punta svasata
• cacciaviti
• Pistola per colla a caldo con stick di colla

Passaggio 3: preparare i LED

Tagliare due strisce delle strisce LED indirizzabili individualmente in corrispondenza dei contrassegni sulla striscia. Puoi tagliare qualsiasi numero di LED che desideri, assicurati solo di reinizializzare il numero di LED nel codice in un secondo momento. Abbiamo usato 10 LED per striscia.

Saldare i pin dell'intestazione su ciascuna delle 3 connessioni una della striscia LED. Assicurati di saldare l'estremità dell'ingresso dati (DI). Ripeti per l'altra striscia LED. Abbiamo usato un po' di flusso di colofonia spazzolato sui connettori delle strisce LED per facilitare la saldatura.

Piega e piega una delle strisce LED in una forma ad arco per adattarla alla curva del pezzo sfumato. Abbiamo ottenuto questo risultato creando un motivo ondulato con la striscia LED che poteva curvarsi su se stessa. Usando questa stessa tecnica, modella l'altra striscia LED per seguire la curva del pezzo delle cuffie.

Passaggio 4: assemblare il circuito

Inizia collegando il pin Arduino 5V alla barra di alimentazione sulla breadboard. Quindi, collega il pin del gruppo Arduino alla guida di terra sulla breadboard.

Collegamento delle strisce LED

Collega il pin 5 digitale di Arduino al connettore di ingresso dati (DI) su una striscia LED, aggiungendo una resistenza da 330 Ohm tra il pin 5 e il connettore DI. Collegare la barra di alimentazione della breadboard sulla breadboard al pin del connettore 5V sulla striscia LED e collegare la barra di massa della breadboard al connettore GND sulla striscia LED. Questa sarà la striscia LED per il display a gradiente.

Collega il pin 6 digitale di Arduino al connettore DI sull'altra striscia LED, aggiungendo una resistenza da 330 Ohm tra il pin 6 e il connettore DI. Collegare la barra di alimentazione della breadboard sulla breadboard al pin del connettore 5V sulla striscia LED e collegare la barra di massa della breadboard al connettore GND sulla striscia LED. Questa sarà la striscia LED per il display delle cuffie.

Collegamento del fonometro a gravità (il microfono)

Collega il pin analogico A0 di Arduino alla porta analogica del Gravity Sound Level Meter. Collegare la barra di alimentazione della breadboard sulla breadboard alla porta VCC sulla scheda Gravity e la barra di massa della breadboard alla porta GND sulla scheda Gravity.

Trasferimento del circuito alla Perf Board (opzionale)

Per mantenere tutti i componenti elettronici in posizione più a lungo, il nostro team ha deciso di spostare il nostro circuito su una scheda perf. Il nostro circuito non è molto complesso, quindi abbiamo usato un seghetto per tagliare una tavola di 4 cm x 6 cm in una tavola di 4 cm x 3 cm e abbiamo praticato nuovi fori di montaggio con una punta da 1/8 . Questo passaggio è completamente facoltativo.

Passaggio 5: modifica e carica il codice

Scarica il codice e aprilo nell'IDE di Arduino.

Verifica che il valore definito per il numero di LED su ciascuna striscia (NUM_LEDS_1 e NUM_LEDS_2) corrisponda al numero di LED tagliati per la prima striscia LED (il gradiente) e la seconda striscia LED (le cuffie). Se questi valori non corrispondono, modificare il numero sul codice.

Verifica e carica il codice sulla tua scheda Arduino.

Passaggio 6: preparare l'involucro di legno

Scarica il file per il taglio laser del legno.

Taglia al laser le piastre anteriore e posteriore e 6 supporti LED da compensato da 1/4 utilizzando le impostazioni appropriate sul tuo laser cutter. Sentiti libero di cambiare il logo raster sulla piastra frontale in qualsiasi disegno tu voglia.

Sul nostro laser cutter (EPILOG Fusion M2 40), abbiamo utilizzato le seguenti impostazioni:

• 4 velocità, 100 potenza, 10 frequenze per taglio vettoriale
• 50 velocità, 100 potenza, 300 DPI per l'incisione raster

Abbiamo usato una taglierina laser perché abbiamo accesso a uno sull'OEDK, ma puoi anche scaricare i file da usare come contorno per tagliare i pezzi con un router CNC o una sega a nastro.

Praticare 3 fori con una punta da 5/32" nella piastra anteriore nelle posizioni indicate dalle X rosse nell'immagine. Dovrebbe esserci un foro tra il gradiente e le cuffie, uno sotto la cuffia destra e uno sotto il logo. questi fori dalla parte anteriore. Questi fori saranno per i distanziatori da 2".

Appoggiare la piastra anteriore sopra la piastra posteriore in modo che siano entrambe orientate nella direzione mostrata nel file di taglio laser. Con una matita, traccia leggermente il contorno del gradiente e degli spazi per le cuffie, il foro del microfono e i 3 fori appena praticati nella piastra anteriore sulla piastra posteriore.

Praticare 3 fori con una punta da 5/32 nella piastra posteriore nelle posizioni appena trasferite dalla piastra anteriore. Svasare questi fori dal retro.

Passaggio 7: preparare i pezzi acrilici

Scarica il file di taglio laser acrilico da 1/4" e il file di taglio laser 1/8".

Taglia al laser i pezzi dell'inserto anteriore da 1/4 "di acrilico e i pezzi di supporto da 1/8" di acrilico usando le impostazioni appropriate sul tuo laser-cutter. Sul nostro laser cutter (EPILOG Fusion M2 40), abbiamo utilizzato le seguenti impostazioni:

• 2 velocità, 100 potenza, 100 frequenze per l'acrilico da 1/4"
• 4 velocità, 100 potenza, 100 frequenze per l'acrilico da 1/8"

Abbiamo usato una taglierina laser perché abbiamo accesso a uno sull'OEDK, ma puoi anche scaricare i file da usare come contorno per tagliare i pezzi con un router CNC o una sega a nastro. Inoltre, i pezzi di supporto possono essere tagliati da acrilico di qualsiasi larghezza, ma abbiamo riscontrato che 1/8 o più sottile ha funzionato abbastanza bene da essere attaccato al legno riducendo il peso.

Incolla ogni pezzo di supporto acrilico al corrispondente pezzo di inserto anteriore con colla acrilica in modo tale che quando i pezzi di inserto anteriore vengono posizionati nella piastra frontale, le linguette sui pezzi di supporto siano a filo con la parte posteriore della faccia anteriore.

Dopo che la colla si è fissata (almeno 30 minuti), glassare la parte anteriore e posteriore dei pezzi acrilici uniti per diffondere meglio la luce. Abbiamo usato una sabbiatrice per questo, ma funzionerà anche carta vetrata a grana fine (grana 600 o superiore) e un po' di olio di gomito.

Passaggio 8: attaccare i pezzi di acrilico all'involucro di legno

Appoggia la piastra frontale a faccia in giù e inserisci a secco i pezzi di acrilico negli spazi corrispondenti. Se i pezzi di acrilico hanno qualche problema ad adattarsi, carteggiare i bordi interni della piastra anteriore finché i pezzi di acrilico non si adattano.

Una volta ottenuta una buona aderenza, rimuovere i pezzi acrilici dalla piastra frontale e applicare una resina epossidica in due parti sulla superficie delle linguette dei pezzi di supporto che toccano il legno. Posiziona i pezzi acrilici nei loro spazi, premi verso il basso e lascia asciugare completamente la resina epossidica.

Passaggio 9: montare le schede elettroniche sull'involucro in legno

Utilizzando il contorno tracciato del foro del microfono sulla piastra posteriore, appoggiare il fonometro a gravità sulla piastra posteriore in modo tale che il microfono si allinei con il suo contorno. Segna dove si trovano i quattro fori di montaggio sulla scheda Gravity sulla piastra posteriore.

Lasciando il Gravity Sound Level Meter sulla piastra posteriore, sistema la scheda Arduino e la scheda perf sulla piastra posteriore. Orientare la scheda Adruino in modo che la presa di corrente punti verso il basso e lasci almeno 1/4 di spazio tra ciascuna scheda. L'esatto posizionamento di queste schede non è particolarmente importante purché le schede non si sovrappongano l'una all'altra o i contorni del gradiente e delle cuffie Abbiamo scelto di posizionare la scheda Arduino a sinistra della scheda Gravity e la scheda perf sopra la scheda Gravity.

Segna dove sono i fori di montaggio per le schede Arduino e perf sulla piastra posteriore.

Rimuovere l'elettronica dalla piastra posteriore e praticare tutti i fori appena contrassegnati con una punta da trapano da 1/8 . Poiché le nostre viti M2.5 richiedevano un foro svasato per essere a filo con la piastra posteriore, abbiamo svasato la piastra posteriore dalla faccia posteriore utilizzando un trapano a colonna.

Fissare il fonometro a gravità alla piastra posteriore utilizzando distanziatori e viti in nylon M2.5. Il microfono dovrebbe essere vicino alla piastra frontale, quindi per alzare il più possibile la scheda, abbiamo usato un distanziatore femmina-femmina da 25 mm e un distanziatore maschio-femmina da 18 mm.

Collega l'Arduino e la scheda perf alla piastra posteriore utilizzando distanziali e viti M2.5 femmina-femmina. La lunghezza del distanziatore non è critica, purché tutti i distanziatori utilizzati per una scheda siano della stessa lunghezza e siano sufficientemente corti da mantenere la scheda all'interno del dispositivo. Abbiamo usato distanziatori femmina-femmina da 10 mm.

Se il tuo circuito utilizza una breadboard invece di una perf board, monta semplicemente la breadboard con il suo supporto adesivo invece di utilizzare distanziatori e viti.

Una volta montata l'elettronica, cablare il circuito.

Passaggio 10: collegare i supporti LED

Sulla piastra posteriore, disegna 3 punti all'interno del contorno leggermente disegnato per il gradiente, come mostrato dalle X rosse. Dovrebbe esserci un foro su ciascuna estremità del gradiente e uno nel mezzo. Ripeti l'operazione all'interno del contorno per le cuffie come mostrato dalle X rosse.

Praticare dei fori con una punta da 5/32" dove sono stati appena disegnati i 6 punti. Svasare questi fori dal retro. Questi fori serviranno per i distanziatori da 1 1/4" per supportare le strisce LED.

Praticare dei fori con una punta da 5/32 su un'estremità di ciascuno dei 6 supporti LED. Svasare questi fori.

Attacca un supporto LED alla piastra posteriore in corrispondenza di ciascuno dei 6 fori all'interno del gradiente e dei contorni delle cuffie utilizzando un distanziatore da 1 1/4 . Utilizzare una rondella su ciascun lato del distanziatore tra il distanziatore e il legno. Allineare i supporti LED in modo che la striscia LED va posizionata sull'estremità non forata del supporto, la striscia LED sarà centrata nel gradiente o nelle cuffie.

Passaggio 11: assemblaggio finale e montaggio

Usa la colla a caldo per attaccare le strisce LED ai supporti LED. I fili di ingresso per le strisce LED devono essere orientati verso la parte inferiore del dispositivo.

Collega le strisce LED al circuito e collega l'adattatore di alimentazione 5V al cavo USB nell'Arduino.

Fissare la piastra anteriore alla piastra posteriore utilizzando i distanziatori da 2 , le rondelle 6-32 e le viti 6-32, posizionando le rondelle tra i distanziatori e il legno.

Montare il dispositivo su una parete utilizzando il foro di montaggio sulla piastra posteriore. Puoi usare una vite per legno nel muro o usare un gancio Command.

Collega il dispositivo e ottieni la protezione dell'udito!