Occhiali da allenamento per occlusione alternata ad alta tensione [ATtiny13]: 5 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Nel mio primo tutorial, ho descritto come costruire un dispositivo che dovrebbe essere molto utile a qualcuno che vuole curare l'ambliopia (occhio pigro). Il design era molto semplicistico e presentava alcuni inconvenienti (richiedeva l'uso di due batterie e i pannelli a cristalli liquidi erano alimentati a bassa tensione). Ho deciso di migliorare il design aggiungendo un moltiplicatore di tensione e transistor di commutazione esterni. L'uso di componenti SMD richiede una maggiore complessità.

Passaggio 1: Dichiarazione di non responsabilità

L'uso di tale dispositivo può causare crisi epilettiche o altri effetti avversi in una piccola parte degli utenti del dispositivo. La costruzione di un tale dispositivo richiede l'uso di strumenti moderatamente pericolosi e può causare danni o danni alla proprietà. Costruisci e utilizzi il dispositivo descritto a tuo rischio

Passaggio 2: parti e strumenti

Parti e materiali:

occhiali 3D con otturatore attivo

ATTINY13A-SSU

Interruttore a pulsante a scatto ON-OFF 18x12mm (qualcosa del genere, l'interruttore che ho usato aveva cavi dritti e più stretti)

2 pulsanti per interruttori tattili SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V Case A condensatore al tantalio 1206

Condensatore 100 nF 0805

3x 330 nF 0805 condensatore

4x SS14 DO-214AC (SMA) diodo Schottky

Resistenza 10k 0805

Resistenza 15k 1206

Resistenza da 22k 1206

9x 27ohm 0805 resistore

3x 100k 1206 resistore

6x transistor BSS138 SOT-23

3x transistor BSS84 SOT-23

Scheda rivestita in rame 61x44mm

pochi pezzi di filo

Batteria 3V (CR2025 o CR2032)

nastro isolante

scotch

Utensili:

taglierina diagonale

pinze

cacciavite a lama piatta

piccolo cacciavite a croce

pinzette

coltello multiuso

sega o altro strumento in grado di tagliare PCB

Punta da trapano da 0,8 mm

trapano a colonna o utensile rotante

persolfato di sodio

contenitore di plastica e strumento di plastica che può essere utilizzato per estrarre il PCB dalla soluzione di incisione

stazione di saldatura

saldare

foglio di alluminio

Programmatore AVR (programmatore autonomo come USBasp o puoi usare ArduinoISP)

stampante laser

carta lucida

ferro da stiro

Carta vetrata a grana 1000 asciutta/umida

crema detergente

solvente (ad esempio acetone o alcol denaturato)

creatore permanente

Passaggio 3: creazione di PCB utilizzando il metodo di trasferimento del toner

È necessario stampare l'immagine speculare di F. Cu (lato anteriore) su carta lucida utilizzando una stampante laser (senza alcuna impostazione di risparmio toner attivata). Le dimensioni esterne dell'immagine stampata dovrebbero essere 60,96x43,434 mm (o il più vicino possibile). Ho usato una scheda rivestita di rame su un solo lato e ho realizzato collegamenti sull'altro lato con fili sottili, quindi non dovevo preoccuparmi di allineare due strati di rame. Se lo desideri, puoi utilizzare PCB a doppia faccia, ma le istruzioni successive saranno solo per PCB a lato singolo.

Taglia il PCB alla dimensione dell'immagine stampata, puoi aggiungere alcuni mm su ciascun lato del PCB se lo desideri (assicurati che il PCB si adatti ai tuoi occhiali). Successivamente dovrai pulire lo strato di rame usando carta vetrata fine bagnata, quindi rimuovere le particelle lasciate dalla carta vetrata con un detergente in crema (puoi anche usare detersivo per piatti o sapone). Quindi pulirlo con solvente. Dopodiché dovresti stare molto attento a non toccare il rame con le dita.

Metti l'immagine stampata sopra il PCB e allineala con la scheda Quindi metti il PCB su una superficie piana e coprilo con un ferro da stiro impostato alla temperatura massima. Dopo poco tempo la carta dovrebbe attaccarsi al PCB. Tieni il ferro premuto sul PCB e sulla carta, di tanto in tanto potresti cambiare la posizione del ferro. Attendere almeno qualche minuto, finché la carta non cambierà colore in gialla. Quindi metti il PCB con la carta nell'acqua (puoi aggiungere un detergente in crema o un detersivo per piatti) per 20 minuti. Quindi, strofina la carta dal PCB. Se ci sono punti in cui il toner non si è attaccato al rame, usa un pennarello indelebile per sostituire il toner.

Mescolare acqua dolce con persolfato di sodio e mettere il PCB nella soluzione di incisione. Cerca di mantenere la soluzione a 40°C. Puoi mettere un contenitore di plastica sopra il radiatore o un'altra fonte di calore. Di tanto in tanto mescolare la soluzione nel contenitore. Attendi che il rame scoperto si dissolva completamente. Al termine, rimuovere il PCB dalla soluzione e sciacquarlo con acqua. Rimuovere il toner con acetone o carta vetrata.

Praticare dei fori nel PCB. Ho usato la vite come punzone centrale per segnare i centri dei fori prima di forare.

Passaggio 4: saldatura e programmazione del microcontrollore

Coprire le tracce di rame nella saldatura. Se delle tracce sono state sciolte nella soluzione di incisione, sostituirle con fili sottili. Saldare ATtiny al PCB, così come i fili che collegheranno il microcontrollore a un programmatore. Carica hv_glasses.hex, mantieni i bit dei fusibili predefiniti (H:FF, L:6A). Ho usato USBasp e AVRDUDE. Il caricamento del file.hex mi ha richiesto di eseguire il seguente comando:

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

Potresti notare che avevo bisogno di cambiare il valore -B (bitclock) da 8 che ho usato per programmare ATtiny nel mio primo instructable a 16. Rallenta il processo di caricamento, ma a volte è necessario consentire una comunicazione corretta tra programmatore e microcontrollore.

Dopo aver caricato il file.hex su ATtiny, dissaldare i cavi del programmatore dal PCB. Saldare il resto dei componenti eccetto l'ingombrante interruttore ON/OFF SW1 e i transistor. Effettuare i collegamenti sull'altro lato della scheda con i fili. Coprire l'intero PCB tranne i pad dei transistor con un foglio di alluminio per proteggere i MOSFET dalle scariche elettrostatiche. Assicurati che la tua stazione di saldatura sia correttamente messa a terra. Le pinzette che usi per posizionare i componenti dovrebbero essere antistatiche ESD. Ho usato delle vecchie pinzette che erano in giro, ma le ho collegate a terra con un filo. È possibile saldare prima i transistor BSS138 e coprire il PCB con più pellicola quando sono finiti, poiché i MOSFET BSS84 a canale P sono particolarmente vulnerabili alle scariche elettrostatiche.

Saldare SW1 per ultimo, inclinare i suoi cavi in modo che assomigli ai diodi SS14 o ai condensatori al tantalio. Se i cavi SW1 sono più larghi dei pad sul PCB e vanno in cortocircuito su altre tracce, tagliali in modo che non causino problemi. Utilizzare una discreta quantità di saldatura durante l'unione di SW1 con PCB, poiché il nastro che terrà insieme il PCB e il telaio degli occhiali andrà direttamente su SW1 e potrebbe mettere in tensione i giunti di saldatura. Non ho inserito nulla in J1-J4, i fili del pannello LC verranno saldati direttamente al PCB. Quando hai finito, salda i fili che andranno alla batteria, metti la batteria tra di loro e fissa tutto in posizione con nastro isolante. È possibile utilizzare un multimetro per verificare se il PCB completo genera tensioni variabili sui pad J1-J4. In caso contrario, misurare le tensioni sugli stadi precedenti, verificare eventuali cortocircuiti, cavi non collegati, binari rotti. Quando il tuo PCB genera tensioni su J1-J4 che oscillano tra 0V e 10-11V, puoi saldare i pannelli LC a J1-J4. Si eseguono saldature o misurazioni solo quando la batteria è scollegata.

Quando tutto è assemblato dal punto di vista elettrico, puoi coprire il retro del PCB con del nastro isolante e unire il PCB con la cornice degli occhiali avvolgendoli del nastro. Nascondi i fili che collegano i pannelli LC al PCB nel punto in cui si trovava il coperchio della batteria originale.

Passaggio 5: panoramica del design

Dal punto di vista dell'utente, gli occhiali da allenamento per occlusione alternata ad alta tensione funzionano allo stesso modo degli occhiali descritti nel mio primo tutorial. SW2 collegato al resistore da 15k cambia la frequenza dei dispositivi (2,5Hz, 5,0Hz, 7,5Hz, 10,0Hz, 12,5Hz) e SW3 collegato al resistore da 22k cambia per quanto tempo ogni occhio è occluso (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Dopo aver impostato le impostazioni, è necessario attendere circa 10 secondi (10 secondi senza toccare alcun pulsante) affinché vengano archiviate in EEPROM e caricate dopo lo spegnimento, al successivo avvio del dispositivo. Premendo entrambi i pulsanti contemporaneamente si impostano i valori predefiniti.

Tuttavia, ho usato solo il pin PB5 (RESET, ADC0) di ATtiny come input. Sto usando ADC per leggere la tensione sull'uscita del partitore di tensione fatto di R1-R3. Posso cambiare questa tensione premendo SW2 e SW3. La tensione non è mai abbastanza bassa da attivare il RESET.

I diodi D1-D4 e i condensatori C3-C6 formano una pompa di carica Dickson a 3 stadi. La pompa di carica è azionata dai pin PB1 (OC0A) e PB1 (OC0B) del microcontrollore. Le uscite OC0A e OC0B generano due forme d'onda quadra a 4687,5 Hz sfasate di 180 gradi (quando OC0A è ALTO, OC0B è BASSO e viceversa). La modifica delle tensioni sui pin del microcontrollore spinge le tensioni sulle piastre del condensatore C3-C5 su e giù di + tensione BATT. I diodi consentono alla carica di fluire dal condensatore la cui piastra superiore (quella collegata ai diodi) ha una tensione maggiore rispetto a quella la cui piastra superiore ha una tensione inferiore. Ovviamente i diodi funzionano solo in una direzione, quindi la carica scorre solo in una direzione, quindi ogni condensatore successivo in sequenza si carica a una tensione maggiore rispetto al condensatore precedente. Ho usato diodi Schottky, poiché hanno una bassa caduta di tensione diretta. In assenza di carico la moltiplicazione della tensione è 3,93. Dal punto di vista pratico solo il carico sull'uscita della pompa di carica sono resistori da 100k (la corrente scorre attraverso 1 o 2 di essi contemporaneamente). Sotto tale carico, la tensione sull'uscita della pompa di carica è 3,93*(+BATT) meno circa 1 V e l'efficienza della pompa di carica è di circa il 75%. D4 e C6 non aumentano la tensione, riducono solo le increspature di tensione.

I transistor Q1, Q4, Q7 e le resistenze da 100k convertono la bassa tensione dalle uscite del microcontrollore in tensione dall'uscita della pompa di carica. Ho usato i MOSFET per pilotare i pannelli LC perché la corrente scorre attraverso i loro gate solo quando cambia la tensione del gate. I resistori da 27 ohm proteggono i transistor da grandi correnti di sovratensione.

Il dispositivo consuma circa 1,5 mA.