Occhiali ad ultrasuoni: 14 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

Ti piacerebbe essere pipistrello? Vuoi provare l'ecolocalizzazione? Vuoi provare a "vedere" con le tue orecchie? Per il mio primo Instructable, ti mostrerò come costruire i tuoi occhiali a ultrasuoni usando un clone di microcontrollore Arduino, un sensore a ultrasuoni Devantech e occhiali per saldatura per circa $ 60 o meno se hai già componenti elettronici standard. Potresti anche saltare l'elettronica e creare una semplice maschera da pipistrello perfetta da indossare nel prossimo film di Batman. In tal caso, il costo sarebbe solo di circa $ 15. Questi occhiali ti permettono di provare cosa vuol dire usare segnali uditivi come un pipistrello e sono destinati ai bambini in un centro scientifico per conoscere l'ecolocalizzazione. L'obiettivo era mantenere i costi il più bassi possibile, evitare di rendere la forma dell'interazione generica o non correlata al suo scopo educativo e garantire che la forma fisica del dispositivo incarni l'oggetto. Per una discussione più approfondita del suo design, consultare la pagina web del progetto. Per mantenere bassi costi e dimensioni, viene comunque costruito un clone di Arduino, ma questo progetto funziona altrettanto bene con i microcontrollori Arduino precostruiti. Questi occhiali sono stati costruiti per " Dynamic User-centered Research and Design" nel programma Arts, Media & Engineering presso l'Arizona State University.

Passaggio 1: materiali necessari

-Arduino o un microcontrollore comparabile* (se hai i soldi puoi comprare l'Arduino mini/nano o usare un boarduino, altrimenti ti mostrerò come creare un clone Arduino piccolo ed economico per questo progetto.) -Occhiali per saldatura (I miei sono "Neiko" e si trovano facilmente su eBay come "Occhiali per saldatura ribaltabili" per 3-10 dollari spediti, questo tipo specifico funziona davvero bene) - Sensore a ultrasuoni Devantech SRF05 (o altro sensore comparabile - tuttavia, l'SRF05 ha un basso consumo energetico di 4mA e ottima risoluzione da 3 cm a 4 metri, costa circa $ 30)-qualcosa con cui fare orecchie (ho usato coni di plastica, vedi anche: "Come costruire un costume da pipistrello migliore")-qualche tipo di custodia per elettronica-3/8" split seam tubo flessibile nero contorto (per nascondere i cavi di collegamento)-cicalino piezo che può funzionare su 5v-9v-cavi assortiti-plasti-dip spray (nero)Microcontrollore Elettronica (questi componenti possono essere saltati se si utilizza un controller pre-costruito)- chip DIP Atmega8 o 168 programmato Arduino.- un Arduino di riserva o scheda o programmatore ArduinoMini USB - Piccola scheda PC (disponibile presso Radioshack)- Connettore batteria 9V (disponibile presso Radioshack)- Regolatore di tensione 7805 5V- Cristallo 16 MHz (disponibile presso sparkfun)- due condensatori da 22 pF (disponibile presso sparkfun)- 10 microF condensatore elettrolitico - 1 condensatore elettrolitico microF- resistenza 1k e 1 LED (opzionale ma altamente consigliato)- transistor 2N4401 (opzionale)- connettori femmina e maschio (opzionali) - presa DIP 28 pin o due prese DIP 14 pin (opzionale)- piccola breadboard per prototipazione (opzionale) I componenti elettronici possono essere ottenuti anche da www.digikey.com o www.mouser.com Strumenti e materiali di cui potresti aver bisogno-saldatore-pistola per colla a caldo-Dremel-news carta-nastro adesivo-carta vetrata-filo spogliarelliste ecc.

Passaggio 2: disegna alcune orecchie

Sei libero di usare la tua immaginazione per costruire le tue orecchie. Nessun pipistrello dovrebbe essere lo stesso! Ho usato coni di plastica che sono usati per la terapia fisica, di cui abbiamo avuto una grande scorta nel nostro laboratorio. Ma questo tutorial offre un'altra bella opzione per le orecchie da pipistrello. Per prima cosa ho disegnato un ovale con un pennarello e l'ho ritagliato con un Dremel. Ho salvato il pezzo tagliato da usare per l'interno dell'orecchio.

Passaggio 3: tagliare le orecchie

Ho rifilato i pezzi tagliati del cono con il Dremel, in modo che fossero più piccoli e li ho incollati a caldo all'interno dei pezzi più grandi del cono. Non si adattavano esattamente ma dopo averli tenuti in posizione a mano la colla a caldo li ha tenuti in posizione abbastanza bene. Se ti lasci abbastanza spazio sotto le orecchie, puoi facilmente incorporare l'elettronica all'interno dell'orecchio, un orecchio per il controller e uno per la batteria. Sfortunatamente, non ho lasciato abbastanza spazio e ho dovuto utilizzare una custodia esterna. Fai attenzione a non scottarti mentre usi una pistola per colla a caldo!!! Puoi anche sciogliere facilmente i coni di plastica per sbaglio.

Passaggio 4: preparare gli occhiali

Gli occhiali che ho acquistato erano di un colore acqua lucido molto poco simile a un pipistrello. Per rendere gli occhiali più sbiaditi, togli le lenti (rimuovi prima il nasello), carteggiale e spruzza con lo spray Plasti Dip per dare loro una bella consistenza di gomma coriacea. Prima di spruzzare, ho mascherato l'interno degli occhiali e le parti che toccano la pelle con del nastro adesivo. Inoltre non ho applicato alcuna vernice al nasello perché la vernice riduce un po' la flessibilità del materiale degli occhiali e il nasello è necessario per tenere insieme gli occhiali. Dovrai anche carteggiare e spruzzare anche le orecchie. La polvere di plastica sabbiata è dannosa per i polmoni e gli occhi, quindi per favore indossa una maschera e occhiali di sicurezza per questi passaggi. Ho spruzzato circa 3 mani con circa 10-15 minuti tra le mani per ottenere una consistenza uniforme. Quando è bagnata, la vernice appare lucida, ma si asciuga e diventa opaca.

Passaggio 5: assemblare l'elettronica

Questi passaggi sono facoltativi se si utilizza un microcontrollore Arduino già costruito. Tuttavia, poiché stai utilizzando solo una piccola parte delle sue capacità, ha più senso realizzare una versione barebone di un Arduino che è molto più piccola ed economica da riprodurre. Questa sezione potrebbe essere leggermente difficile per qualcuno senza esperienza di elettronica, ma dovrebbe essere facile per chiunque abbia assemblato un semplice kit di elettronica. In allegato uno schizzo "schematico" per l'elettronica. Lo schema è altamente derivato dallo schema Atmega8 Standalone di David A. Mellis. Se c'è interesse, creerò un Instructable dedicato per questo passaggio. Il circuito di alimentazione disaccoppiato è tratto dal libro Physical Computing di Tom Igoe. Ho incluso l'immagine della versione con scheda PC (con sensore/cicalino non collegato) e una versione di prototipazione costruita su una breadboard per riferimento. La versione breadboard mostra anche come collegare la scheda Arduino come programmatore USB per il chip del microcontrollore. Dato che ho usato una presa DIP per il chip, posso anche rimuovere il chip e inserirlo in una scheda Arduino per programmarlo, ma può essere difficile estrarre il chip senza piegare tutti i pin - ecco perché ho incluso la femmina pin di intestazione per tx/rx. Anche se la scheda è molto angusta, puoi vedere che tutti i pin del controller hanno un pad di saldatura disponibile a cui connettersi. Dal momento che non sono necessari per questo progetto, non ho saldato le intestazioni femminili ai pin inutilizzati, ma se lo fossero, avresti tutte le funzionalità di un Arduino Diecimilia tranne l'USB integrato in un pacchetto molto piccolo. La larghezza della tavola è circa la metà della tavola Diecimilia e circa la stessa lunghezza. (ecco una configurazione simile.) È facoltativo utilizzare un transistor per alimentare il cicalino, l'Arduino può fornire abbastanza corrente dal pin stesso. Tuttavia, l'utilizzo del transistor ti consente di utilizzare altri dispositivi per la produzione di suoni diversi da un cicalino, se ne hai uno.

Passaggio 6: preparare i cavi del cicalino e del sensore

Il sensore a ultrasuoni e il cicalino necessitano di lunghi cavi per passare dagli occhiali all'elettronica. Il sensore a ultrasuoni richiede 4 fili (5v, terra, eco, trigger) e il cicalino richiede due fili (uscita digitale dal controller, terra). Con un po' di pianificazione potresti usare un cavo a nastro a 5 fili, se ne hai uno e condividere la connessione di terra tra il cicalino e il sensore. Avevo solo un nastro a 4 fili, quindi l'ho usato per il sensore a ultrasuoni e ho usato un cavo a due fili per il cicalino. Poiché il cicalino ha due connettori, ho saldato una fila di connettori femmina ai due fili alla distanza corretta, in questo modo posso rimuovere facilmente il cicalino piezo se necessario. Il sensore ha alcuni fori di saldatura da saldare a cui dovresti andare e usare. Assicurati di utilizzare il lato corretto, i fori sull'altro lato servono per la programmazione del sensore e non funzioneranno!

Passaggio 7: terminare i fili

Prossimo pin di intestazione maschio a saldare all'altra estremità dei fili. (Questi si collegheranno al microcontrollore.)

Passaggio 8: caricare il codice

Per caricare il codice, collega i pin 5v, ground, TX, RX sulla scheda PC a quegli stessi pin su una scheda Arduino rimossa dal chip utilizzando alcuni fili. Quindi collegare il pin di ripristino sulla scheda PC al punto in cui il pin 13 andrebbe nella presa DIP sulla scheda Arduino. Se questo è fonte di confusione, vedere l'immagine che viene replicata, tranne che con un Arduino Mini. Successivamente basta semplicemente passare il codice allegato nell'editor di Arduino (o sfogliare e aprire il file.pde in Arduino dopo il download) e selezionare la porta seriale appropriata e il chip Arduino che si sta utilizzando e premere il pulsante di caricamento. Il codice funziona emettendo segnali acustici e variando poi l'intervallo tra i beep in base alla distanza misurata dal sensore. Quindi, se sei vicino a un oggetto, l'intervallo tra i segnali acustici diminuisce e i segnali acustici si verificano più velocemente. Se sei lontano da un oggetto, l'intervallo tra i segnali acustici aumenta in modo che i segnali acustici si verifichino più lentamente. Il controller controlla la distanza ogni 60 ms, quindi l'intervallo tra i bip cambia dinamicamente. Attualmente è ridimensionato in modo che 1 pollice faccia una differenza di 10 ms nell'intervallo tra i segnali acustici. Ciò fa sì che gli occhiali funzionino meglio per distanze più ravvicinate, ma possono essere aumentati per funzionare meglio per distanze maggiori. Ho provato un ridimensionamento esponenziale che ha aumentato l'intervallo a distanze più ravvicinate (usando fscale ma non sembrava cambiare molto la risposta in cambio di tonnellate di codice, quindi l'ho scartato.) Poiché il tempo necessario per leggere la distanza dipende da la distanza dell'oggetto rilevato (il sensore restituisce impulsi lunghi fino a 30 ms) il codice misura il tempo impiegato per ottenere la lettura e compensa i tempi di ritardo di tale importo. Ogni riga del codice è commentata ed è (si spera) auto -esplicativo.

Passaggio 9: mettere l'elettronica in un recinto

Taglia il tubo contorto in modo che sia della lunghezza giusta dagli occhiali alla mano o alla tasca di qualcuno. Metti i fili che si collegano al sensore a ultrasuoni e al cicalino piezoelettrico all'interno del tubo contorto della cucitura divisa. Praticare un foro nella custodia che possa adattarsi al tubo contorto. L'ho fatto usando un approccio per tentativi ed errori iniziando con una piccola dimensione e aumentando il diametro fino a quando il tubo non si adattava perfettamente. Far passare i fili attraverso il foro, quindi spremere nel tubo contorto. I miei cavi sono leggermente lunghi, quindi ho dovuto piegarli per adattarli. Alcuni Velcro tiene il circuito al recinto.

Passaggio 10: collegare i cavi

Ora puoi usare i pin dell'intestazione maschio alle estremità dei tuoi fili e collegarti ai pin appropriati sulla scheda PC (usa lo schema!). Se stai usando il tuo Arduino, usa semplicemente le stesse mappature dei pin dello schema.

Passaggio 11: chiudere l'allegato

Questa custodia aveva delle viti per tenerla chiusa, ma altre custodie (stagno altoidi?) potevano semplicemente chiudersi a scatto. Dato che non ero sicuro che funzionasse, ho usato del nastro adesivo per tenerlo chiuso per ora.

Passaggio 12: attaccare le orecchie

Per attaccare le orecchie dobbiamo prima mettere due fessure verticali con il dremel nelle orecchie per il passaggio del cinturino.

Passaggio 13: continua l'applicazione delle orecchie

Dopo aver fatto passare le cinghie attraverso le orecchie, ho usato il velcro per fissare le orecchie agli occhiali. Questo finì per essere in qualche modo instabile, ma altamente regolabile per farli puntare nel modo giusto. Incollarli sarebbe stato più permanente, ma il velcro è sopravvissuto a diverse dimostrazioni. Il sensore a ultrasuoni in qualche modo era perfetto per essere inserito nel meccanismo di bloccaggio per la capacità di ribaltamento degli occhiali. Devi estrarre leggermente la montatura degli occhiali di gomma dal pezzo di plastica dell'obiettivo dall'alto per fare spazio, quindi il sensore si adatta perfettamente. Il sensore a volte fuoriesce, quindi un po' di colla potrebbe ripararlo per sempre. Sfortunatamente questo metodo di fissaggio rende impossibile sollevare più le lenti.

Passaggio 14: sperimenta l'ecolocalizzazione

Collega una batteria, metti la custodia in tasca ed esplora! Più ti avvicini agli oggetti nel tuo campo visivo, più velocemente emette un segnale acustico, più ti allontani, più lentamente emette un segnale acustico. Si prega di non indossarli in ambienti pericolosi o nel traffico! Questi occhiali sono solo per scopi educativi e pensati per ambienti controllati poiché hanno lo scopo di bloccare la tua visione periferica e la visione regolare, quindi fai più affidamento sui segnali uditivi. Non sono responsabile per eventuali lesioni derivanti dall'uso di questi occhiali! Grazie! Poiché è basato su Arduino, puoi facilmente aggiungere un modulo Zigbee o blueSMIRF per interfacciarli con i computer in modalità wireless. Il lavoro futuro potrebbe essere l'aggiunta di un quadrante per regolare la sensibilità e l'aggiunta di un interruttore on/off.

Secondo Premio al Concorso Robot Instructables e RoboGames