Occhiali radar: 14 passaggi (con immagini)

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

L'estate scorsa mentre eravamo in vacanza nel Maine, abbiamo incontrato un'altra coppia: Mike e Linda. Linda era cieca ed era cieca dalla nascita (credo) del loro primo figlio. Erano davvero simpatici e ci siamo fatti un sacco di risate insieme. Dopo essere tornati a casa, non riuscivo a smettere di pensare a come sarebbe stato essere ciechi. I ciechi hanno cani per l'occhio vedente e bastoni e sono sicuro che molte altre cose per aiutarli. Ma ancora, ci devono essere molte sfide. Ho provato a immaginare come sarebbe stato e mi sono chiesto, da nerd dell'elettronica, se c'era qualcosa che potevo fare.

Mi sono bruciato gli occhi un'estate con un saldatore quando avevo circa 20 anni (storia lunga… ragazzo stupido). È qualcosa che non dimenticherò mai. Comunque, ho avuto gli occhi bendati per un giorno. Ricordo che mia madre cercava di accompagnarmi dall'altra parte della strada. Continuavo a chiederle se le macchine si erano fermate. Ha detto qualcosa del tipo: "Sono tua madre… pensi che ti porterei nel traffico?" Ripensando a quanto ero scemo da adolescente, mi sono chiesto. Ma non riuscivo a smettere di non sapere se c'era qualcosa che mi avrebbe colpito in faccia mentre camminavo. Ero molto felice e sollevato quando abbiamo tolto i cerotti. Questa è l'unica cosa vicina all'"esperienza" che ho avuto nella mia vita riguardo alla cecità.

Di recente ho scritto un altro Instructable su un giovane amico al lavoro che ha perso la vista dall'occhio destro e un dispositivo che ho realizzato per lui per dirgli se c'era qualcosa sul suo lato destro. Se vuoi leggerlo è qui. Quel dispositivo utilizzava un sensore del tempo di volo della ST Electronics. Circa un minuto dopo aver terminato quel progetto ho deciso che avrei potuto realizzare un dispositivo per aiutare i non vedenti. Il sensore VL53L0X che ho usato in quel progetto ha un sensore fratello/sorella maggiore chiamato VL53L1X. Questo dispositivo può misurare distanze maggiori rispetto al VL53L0X. C'era una breakout board per il VL53L0X di Adafruit e per il VL53L1X c'era una breakout board di Sparkfun. Ho deciso di creare un paio di occhiali con il VL53L1X sul davanti e un dispositivo di feedback tattile (motore vibrante) dietro gli occhiali vicino al ponte del naso. Farei vibrare il motore in modo inversamente proporzionale alla distanza da un oggetto, cioè più un oggetto era vicino agli occhiali, più vibrerebbe.

Dovrei notare qui che il VL53L1X ha un campo visivo molto stretto (programmabile tra 15-27 gradi), il che significa che sono MOLTO direzionali. Questo è importante in quanto fornisce una buona risoluzione. L'idea è che l'utente possa muovere la testa come un'antenna radar. Questo, insieme al FOV stretto, consente all'utente di distinguere meglio gli oggetti a diverse distanze.

Una nota sui sensori VL53L0X e VL53L1X: sono sensori a tempo di volo. Ciò significa che inviano un impulso LASER (a bassa potenza e nello spettro infrarosso, quindi sono al sicuro). Il sensore calcola il tempo necessario per vedere tornare l'impulso riflesso. Quindi la distanza è uguale al tasso X tempo, come tutti ricordiamo dalle lezioni di matematica/scienze, giusto? Quindi, dividi il tempo a metà e moltiplica per la velocità della luce e ottieni la distanza. Ma come è stato sottolineato da un altro membro di Instructables, gli occhiali avrebbero potuto essere chiamati LiDAR Glasses poiché l'utilizzo di un LASER in questo modo è Light Distance and Ranging (LiDAR). Ma come ho detto, non tutti sanno cosa sia LiDAR, ma penso che la maggior parte delle persone conosca il RADAR. E mentre la luce infrarossa e la radio fanno tutte parte dello spettro elettromagnetico, la luce non è considerata un'onda radio come lo sono le frequenze delle microonde. Quindi, lascerò il titolo come RADAR ma ora capisci.

Questo progetto utilizza sostanzialmente lo stesso schema dell'altro progetto… come vedremo. Le grandi domande per questo progetto sono: come montiamo l'elettronica sugli occhiali e che tipo di occhiali usiamo?

Passaggio 1: gli occhiali

Ho deciso che probabilmente avrei potuto progettare un semplice paio di occhiali e stamparli con la mia stampante 3D. Ho anche deciso che dovevo solo stampare in 3D lo scheletro o la montatura degli occhiali. Aggiungerei un circuito stampato per saldare i componenti. Il circuito stampato (scheda prototipale) sarebbe attaccato ai telai che aggiungerebbero forza all'intero assemblaggio. Sopra è mostrato un rendering 3D dei fotogrammi.

Anche i file STL sono allegati a questo passaggio. Ci sono tre file: left.stl, right.stl (gli auricolari/braccia) e glasses.stl (le cornici).

Passaggio 2: il circuito stampato

Ho usato una breadboard Adafruit Perma-Proto Full Size. Ho posizionato la breadboard sulla parte anteriore dei bicchieri e li ho centrati. Il bordo superiore degli occhiali l'ho realizzato anche con la parte superiore del protoboard. La parte rettangolare degli occhiali che si estende dalla parte superiore è dove verrà eventualmente montato il sensore Time-Of-Flight. Una buona parte della parte superiore di questa parte dei telai sporge sopra la scheda prototipi. Questo va bene in quanto non è necessario saldare nulla nella parte superiore del sensore, solo nella parte inferiore.

C'è un buco al centro della breadboard che si trova quasi esattamente sopra il punto in cui si troverà il ponte del naso negli occhiali. Ho segnato i 4 fori che sono nel telaio sulla scheda prototipi usando un pennarello a punta fine. Ho quindi praticato i fori nella breadboard.

Successivamente, ho montato i telai sulla breadboard utilizzando viti M2.5. I miei sono in nylon e ho preso un intero kit di viti da Adafruit per questo scopo. Una volta fissate le viti, ho preso un pennarello e ho tracciato una linea attorno ai telai sulla breadboard. Per me, ho segnato verso il basso i rientri sui lati dei telai in cui verranno posizionati gli auricolari. Questa è la mia preferenza… ma forse vorrai che le parti dell'orecchio della cornice siano visibili.

Passaggio 3: tagliarlo

Successivamente ho tolto le 4 viti dal fissaggio dei telai alla breadboard. Ho fatto una rimozione approssimativa del materiale al di fuori della linea che abbiamo segnato. Ho fatto attenzione a stare un po' lontano dalle linee perché l'avrei rifinito in seguito con la levigatrice a nastro da tavolo che ho. Puoi usare un file … ma stiamo anticipando noi stessi.

Puoi tagliare in modo approssimativo intorno alla linea usando qualsiasi mezzo a tua disposizione. Forse una sega a nastro? Beh, non ne ho uno. Ho un "roditore" per circuiti stampati, quindi l'ho usato. In realtà ci è voluto un bel po' di tempo ed è una specie di trascinamento da fare. Ma il materiale del circuito stampato può rompersi e rompersi, quindi volevo andare piano. Ho rosicchiato il mio modo intorno e anche nella zona del naso… ma solo approssimativamente. Puoi vedere cosa stavo facendo nella foto sopra.

Passaggio 4: levigatura o limatura

Ho rimosso il materiale molto più vicino alla linea usando la mia levigatrice a nastro da tavolo. Di nuovo, puoi usare un file se non hai nient'altro. Tutto quello che posso dire qui sulla levigatura è che, a seconda della grana dell'abrasivo nella levigatrice, fare attenzione a quanto materiale si tenta di rimuovere. Non c'è ritorno. A volte una singola scivolata può rovinare la tavola (o almeno farla sembrare asimmetrica o macchiata). Quindi, prenditi il tuo tempo.

Puoi vedere le mie foto prima e dopo sopra.

Passaggio 5: messa a punto fine

Ho riattaccato i telai con le 4 viti e sono tornato alla levigatrice a nastro. Ho levigato con molta molta attenzione fino al bordo dei telai. Avevo bisogno di usare una lima rotonda nella sezione del naso perché non riuscivo a fare una svolta così brusca nella mia levigatrice. Vedi i miei risultati finali sopra.

Passaggio 6: aggiunta del sensore

A questo punto ho aggiunto la breakout board del sensore VL53L1X. Per prima cosa ho aggiunto due lunghe viti in nylon M2.5 spingendole attraverso i fori nei telai e attraverso i fori nel VL53L1X. Ho aggiunto un dado di nylon a ciascuna vite e le ho serrate molto delicatamente. Sopra ogni dado ho aggiunto due (quattro in totale) rondelle di nylon. Questi sono necessari per assicurarsi che il sensore VL53L1X sia parallelo alla scheda prototipi.

Ho posizionato sulla scheda una morsettiera a 6 posizioni in modo che i fori nella parte superiore del VL53L1X siano allineati con le due viti che ho inserito nella parte superiore dei telai (con le rondelle di nylon). Ho aggiunto i dadi di nylon alle estremità delle viti e di nuovo, li ho serrati delicatamente. Vedi le immagini sopra.

Passaggio 7: schema

Come ho detto prima, lo schema è più o meno lo stesso di quello del progetto Peripheral Radar. Una differenza è che ho aggiunto un pulsante (un interruttore di contatto monetario). Immagino che a un certo punto ne avremo bisogno per cambiare modalità o implementare qualche funzionalità… quindi, meglio averlo ora che aggiungerlo in seguito.

Ho anche aggiunto un potenziometro da 10K. Il potenziometro viene utilizzato per regolare la distanza che il software considererà come la distanza massima a cui rispondere. Pensalo come un controllo della sensibilità.

Lo schema è mostrato sopra.

L'elenco delle parti (che avrei dovuto fornire prima) è il seguente:

Sensore di distanza SparkFun Breakout - 4 metri, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Mini disco motore vibrante - ID PRODOTTO: 1201Adafruit - Batteria ai polimeri di ioni di litio - 3.7v 150mAh - ID PRODOTTO: 1317Adafruit Perma-Proto PCB breadboard a grandezza naturale - Singolo - PRODOTTO ID: 1606Pulsanti per interruttori tattili (sottili da 6 mm) x confezione da 20 - ID PRODOTTO: 1489Sparkfun - Connettore ad angolo retto JST - Foro passante a 2 pin - Resistenza PRT-0974910K ohm - Junkbox (guarda sul tuo pavimento) Resistenza 10K-100K ohm - Junkbox (guarda sul tuo pavimento vicino ai resistori da 10K) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (o telefona a un amico) Alcuni cavi di collegamento (ho usato un cavo di calibro 22)

Per caricare la batteria LiPo ho anche raccolto: Adafruit - Micro Lipo - Caricabatterie USB LiIon/LiPoly - v1 - ID PRODOTTO: 1304

Passaggio 8: posizionamento dei componenti

Stavo cercando di essere il più intelligente possibile nel posizionare i componenti. Di solito cerco di allineare alcuni pin come alimentazione e massa … se posso. Cerco almeno di ridurre al minimo le lunghezze dei cavi. Avevo bisogno di essere sicuro di lasciare uno spazio sopra dove si trova il ponte del naso per il motore di vibrazione. Alla fine sono arrivato al posizionamento che si può vedere nella foto sopra.

Passaggio 9: motivi

Ho prima saldato tutti i componenti alla scheda nelle posizioni che avevo deciso. Successivamente, ho aggiunto le connessioni di terra. Convenientemente, una delle grandi strisce lunghe sul PWB era ancora esposta, quindi l'ho resa la striscia di terra comune.

L'immagine sopra mostra le connessioni di terra e la resistenza da 10K. Non ti dirò dove posizionare ogni filo poiché la maggior parte delle persone ha le proprie idee su come fare le cose. Ti mostrerò solo cosa ho fatto.

Passaggio 10: fili

Ho aggiunto il resto dei fili come mostrato nell'immagine sopra. Ho aggiunto un pezzo di nastro biadesivo sotto il motore di vibrazione per assicurarmi che sia tenuto in posizione. Il materiale appiccicoso che era già arrivato sul fondo del motore non mi sembrava abbastanza forte.

Ho usato un cavo calibro 22 per i miei collegamenti. Se hai qualcosa di più piccolo, usalo. Ho usato il calibro 22 perché è il più piccolo che avevo a portata di mano.

Passaggio 11: staffa della batteria

Ho stampato in 3D una staffa per contenere la batteria LiPo (un rendering è mostrato sopra). Ho segnato e praticato dei fori nella scheda prototipi per montare la staffa sul lato opposto degli occhiali dai componenti come mostrato sopra.

Devo notare qui che la staffa è molto sottile e fragile e devo stamparla con materiale di supporto (ho usato plastica ABS per tutte le parti per questo progetto). Puoi facilmente rompere la staffa cercando di togliere il materiale di supporto, quindi vacci piano.

Una cosa che faccio per rafforzare le mie parti è immergerle nell'acetone. Ovviamente devi stare molto attento a farlo. Lo faccio in una zona ben ventilata e uso guanti e protezione per gli occhi. Lo faccio dopo aver rimosso il materiale di supporto (ovviamente). Ho un contenitore di acetone e, usando una pinzetta, immergo completamente la parte nell'acetone per forse un secondo o due. Lo tolgo subito e lo metto da parte ad asciugare. Di solito lascio le parti per un'ora o più prima di toccarle. L'acetone "scioglierà" chimicamente l'ABS. Questo ha l'effetto di sigillare gli strati di plastica.

Il file STL per la staffa è allegato a questo passaggio.

Passaggio 12: programmazione

Dopo aver ricontrollato tutte le mie connessioni, ho collegato il cavo USB per programmare il Trinket M0.

Per installare e/o modificare il software (allegato a questo passaggio) avrai bisogno dell'IDE di Arduino e dei file della scheda per il Trinket M0, nonché le librerie per il VL53L1X di Sparkfun. Tutto questo è qui, e qui.

Se sei nuovo, segui le istruzioni per l'utilizzo di Adafruit M0 sul loro sito di apprendimento qui. Una volta caricato il software (aggiunto a questo passaggio) la scheda dovrebbe avviarsi e funzionare alimentata dalla connessione seriale USB. Sposta il lato della scheda con il VL53L1X vicino a un muro o alla tua mano e dovresti sentire il motore vibrare. La vibrazione dovrebbe diminuire di ampiezza quanto più un oggetto è lontano dal dispositivo.

Voglio sottolineare che questo software è il primo passo in questo. Ho fatto due paia di occhiali e ne farò subito altri due. Noi (io e almeno un'altra persona che ci lavora) continueremo a perfezionare il software e a pubblicare eventuali aggiornamenti qui. La mia speranza è che anche altri provino questo e pubblichino (magari su GitHub) eventuali modifiche/miglioramenti apportati.

Passaggio 13: rifinire le cornici

Ho fatto scattare gli auricolari nella tacca su entrambi i lati degli occhiali e ho applicato l'acetone usando un puntale. Assorbo l'acetone in modo da ottenere una buona quantità quando lo premo negli angoli. Se sono ben stretti, l'acetone verrà trasportato in giro attraverso l'attrazione capillare. Mi assicuro che siano posizionati dritti e se necessario uso qualcosa per tenerli in posizione per almeno un'ora. A volte mi rivolgo e aspetto un'altra ora. L'acetone crea un ottimo legame e i miei occhiali sembrano abbastanza resistenti al confine della montatura.

Ovviamente questi occhiali sono solo un prototipo, quindi ho mantenuto il design semplice ed è per questo che non ci sono cerniere per le aste degli occhiali. Funzionano abbastanza bene comunque. Ma, se vuoi, puoi sempre ridisegnarli con le cerniere.

Passaggio 14: Considerazioni finali

Ho notato che il sensore non funziona bene alla luce del sole. Questo ha senso poiché sono sicuro che il sensore è saturato dall'IR del sole, rendendo impossibile separarlo dall'impulso emesso dal sensore. Tuttavia, farebbero buoni occhiali al chiuso e nelle notti e forse nei giorni nuvolosi. Ovviamente devo fare altri test.

Una cosa che farò per cambiare il design è aggiungere una specie di gomma alla tacca che tocca il ponte del naso. Se inclini la testa verso il basso è difficile sentire la vibrazione poiché gli occhiali si sollevano leggermente dalla pelle sotto la forza di gravità. Penso che un po' di gomma per creare attrito manterrà gli occhiali fissati al naso in modo che le vibrazioni possano essere trasferite su di esso.

Spero di ricevere un feedback sugli occhiali. Non so se gli occhiali saranno utili alle persone, ma dovremo solo vedere. Ecco cosa sono i prototipi: fattibilità, apprendimento e perfezionamenti.

Altri sensori avrebbero potuto essere aggiunti al design. Ho scelto di usarne uno per questo prototipo perché penso che più di un motore a vibrazione sarà più difficile da distinguere per l'utente. Ma potrebbe essere stata una buona idea avere due sensori che puntano fuori dagli occhi. Quindi usando due motori potresti far vibrare ogni lato degli occhiali. Puoi anche utilizzare l'audio inviato a ciascun orecchio invece della vibrazione. Anche in questo caso, l'idea è di provare un prototipo e fare esperienza.

Se sei arrivato fin qui, grazie per aver letto!