Radarske naočale: 14 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Prošlog ljeta, dok smo bili na odmoru u Maineu, upoznali smo još jedan par: Mikea i Lindu. Linda je bila slijepa i bila je slijepa od rođenja (mislim) njihovog prvog djeteta. Bili su jako lijepi i zajedno smo se puno smijali. Nakon što smo došli kući, nisam mogao prestati razmišljati o tome kako bi bilo biti slijep. Slijepi su vidjeli pse i štapove i siguran sam da im može pomoći još mnogo drugih stvari. No, ipak, mora biti puno izazova. Pokušao sam zamisliti kako bi to bilo i pitao sam se, kao štreber u elektronici, mogu li nešto učiniti.

Opekla sam oči jednog ljeta zavarivačem kad sam imala oko 20 godina (duga priča … glupo dijete). To je nešto što nikada neću zaboraviti. U svakom slučaju, dan sam imao zakrpljene oči. Sjećam se da me majka pokušala prošetati preko ulice. Stalno sam je pitao jesu li automobili stali. Rekla je nešto poput: "Ja sam tvoja majka … misliš li da bih te izveo u promet?" Razmišljajući o tome kakav sam ludak bio dok sam bio tinejdžer, zapitao sam se. Ali nisam mogao preboljeti ne znajući ima li nešto što će me udariti u lice dok sam hodao. Bio sam jako sretan i laknulo nam je kad smo skinuli flastere. To je jedina stvar bliska 'iskustvu' koje sam imao u životu u pogledu sljepoće.

Nedavno sam napisao još jedan Instructable o mladom prijatelju na poslu koji je izgubio vid na desnom oku i uređaju koji sam mu napravio da mu kaže ima li nešto s desne strane. Ako je želite pročitati, ovdje je. Taj je uređaj koristio senzor vremena leta od tvrtke ST Electronics. Otprilike minutu nakon završetka tog projekta odlučio sam da mogu napraviti uređaj za pomoć slijepima. Senzor VL53L0X koji sam koristio na tom projektu ima senzor velikog brata/sestre koji se zove VL53L1X. Ovaj uređaj može mjeriti veće udaljenosti od VL53L0X. Za VL53L0X iz Adafruit -a postojala je ploča za probijanje, a za VL53L1X Sparkfun. Odlučio sam stvoriti par naočala s VL53L1X na prednjoj strani i uređajem za haptičku povratnu spregu (vibracijski motor) iza naočala u blizini nosa. Vibrirao bih motor obrnuto proporcionalno udaljenosti od objekta, tj. Što je neki objekt bio bliže naočalama, to bi više vibrirao.

Ovdje bih trebao napomenuti da VL53L1X ima vrlo usko vidno polje (programabilno između 15-27 stupnjeva) što znači da su VRLO usmjereni. Ovo je važno jer daje dobru razlučivost. Ideja je da korisnik može pomicati glavu poput radarske antene. To zajedno s uskim FOV -om omogućuje korisniku bolje razlikovanje objekata na različitim udaljenostima.

Napomena o senzorima VL53L0X i VL53L1X: oni su senzori za vrijeme leta. To znači da oni šalju LASER impuls (male snage iu infracrvenom spektru tako da su sigurni). Senzor mjeri koliko je vremena potrebno da se vrati reflektirani puls. Dakle, udaljenost je jednaka stopi X vremena, koliko se svi sjećamo s sati matematike/prirodnih znanosti, zar ne? Dakle, podijelite vrijeme na pola i pomnožite sa brzinom svjetlosti i dobit ćete udaljenost. No, kako je istaknuo drugi član Instructablesa, naočale su se mogle nazvati LiDAR naočale jer se LASER na ovaj način koristi Light Distance and Ranging (LiDAR). Ali kao što sam rekao, ne znaju svi što je LiDAR, ali mislim da većina ljudi zna RADAR. I dok su infracrveno svjetlo i radio dio elektromagnetskog spektra, svjetlost se ne smatra radiovalom kao mikrovalne frekvencije. Dakle, ostavit ću naslov kao RADAR, ali sada, razumijete.

Ovaj projekt koristi u osnovi istu shemu kao i onaj za drugi projekt … kao što ćemo vidjeti. Velika pitanja za ovaj projekt su, kako montiramo elektroniku na naočale i kakve naočale koristimo?

Korak 1: Naočale

Odlučio sam da bih vjerojatno mogao dizajnirati jednostavne naočale i ispisati ih svojim 3D pisačem. Također sam odlučio da mi je potrebno samo 3D ispis kostura ili okvira naočala. Dodao bih tiskanu ploču za lemljenje komponenti. Ploča s tiskanim pločicama (protoboard) bila bi pričvršćena na okvire što bi povećalo čvrstoću cijelog sklopa. Gore je prikazan 3D prikaz okvira.

STL datoteke također su priložene ovom koraku. Postoje tri datoteke: left.stl, right.stl (slušalice/ruke) i naočale.stl (okviri).

Korak 2: Tiskana ploča

Koristio sam Adafruit Perma-Proto punu veličinu Breadboard-a. Postavio sam ploču iznad prednje strane čaša i centrirao ih. Gornji rub čaša napravio sam čak i s vrhom protoboarda. Pravokutni dio naočala koji se pruža s vrha mjesto je na kojem će se senzor Time-Of-Flight na kraju postaviti. Dobar dio vrha ovog dijela okvira strši iznad protobora. To je u redu jer ne moramo ništa lemiti na vrh senzora, samo na dno.

U sredini ploče postoji rupa koja je gotovo točno na mjestu gdje će nosni most biti u čašama. Označio sam 4 rupe u okviru na protoboru pomoću markera za fine vrhove. Zatim sam izbušio rupe u ploči.

Zatim sam okvire montirao na ploču pomoću vijaka M2.5. Moji su najlonski i za tu sam svrhu dobio cijeli set vijaka od Adafruit -a. Nakon što su vijci pričvršćeni, uzeo sam marker i povukao liniju oko okvira na ploču s ploču. Za mene sam izravno označio uvlake na stranama okvira na kojima će se nalaziti komadići za uši. Ovo je moja želja … ali možda ćete htjeti da ušni dijelovi okvira budu vidljivi.

Korak 3: Prestanite

Zatim sam izvadio 4 vijka iz držača okvira na ploči. Napravio sam grubo uklanjanje materijala izvan crte koju smo označili. Pazio sam da se držim malo dalje od redova jer bih to kasnije doradio sa stolnom brusilicom koju imam. Možete koristiti datoteku … ali mi idemo ispred sebe.

Možete grubo rezati oko crte koristeći bilo koja sredstva koja imate. Možda tračna pila? Pa ja ga nemam. Imam 'grickalicu' za tiskane ploče pa sam to i iskoristio. Zapravo je trebalo dosta vremena i to je prilično teško. No materijal tiskanih pločica može se razbiti i napuknuti pa sam htio ići polako. Grickao sam svoj put i također gore u područje nosa … ali samo otprilike. Na gornjoj slici možete vidjeti što sam radio.

Korak 4: Brušenje ili turpijanje

Uklonio sam materijal mnogo bliže liniji pomoću svoje stolne brusilice. Opet, možete koristiti datoteku ako nemate ništa drugo. Ovdje mogu samo reći o brušenju da, ovisno o brušenosti abraziva u brusilici, vodite računa o tome koliko materijala pokušavate ukloniti. Nema povratka. Ponekad jedan klizač može uništiti ploču (ili barem učiniti da izgleda asimetrično ili mrlje). Zato, uzmite si vremena.

Gore možete vidjeti moje slike prije i poslije.

Korak 5: Fino ugađanje

Ponovo sam pričvrstio okvire s 4 vijka i vratio se na brusilicu. Vrlo sam pažljivo brusio sve do ruba okvira. Morao sam upotrijebiti okruglu turpiju u odjeljku nosa jer jednostavno nisam mogao tako oštro okrenuti brusilicu. Pogledajte moje konačne rezultate gore.

Korak 6: Dodavanje senzora

U ovom trenutku dodao sam probojnu ploču senzora VL53L1X. Prvo sam dodao dva dugačka najlonska vijka M2.5 gurajući ih kroz rupe na okvirima i kroz rupe u VL53L1X. Na svaki vijak sam dodao najlonsku maticu i vrlo nježno ih zategnuo. Preko svake matice dodao sam dvije (četiri ukupno) najlonske podloške. Oni su potrebni kako bi se osiguralo da senzor VL53L1X leži paralelno s matičnom pločom.

Na ploču sam postavio priključnu traku sa 6 položaja tako da se rupe na vrhu VL53L1X poravnaju s dva vijka koja sam stavio na vrh okvira (s najlonskim podloškama). Na krajeve vijaka dodao sam najlonske matice i opet ih lagano zategnuo. Pogledajte gornje slike.

Korak 7: Shematski prikaz

Kao što sam već rekao, shema je otprilike ista kao ona za projekt Periferni radar. Jedna je razlika u tome što sam dodao gumb (prekidač za monetarni kontakt). Zamišljam da će nam u nekom trenutku trebati jedan za promjenu načina rada ili implementaciju neke značajke … pa, bolje da ga imamo sada nego da ga dodamo kasnije.

Dodao sam i potenciometar od 10K. Pot se koristi za podešavanje udaljenosti koju će softver smatrati najvećom udaljenošću na koju treba odgovoriti. Zamislite to kao kontrolu osjetljivosti.

Shema je prikazana gore.

Popis dijelova (koji sam trebao dati ranije) je sljedeći:

Proboj senzora udaljenosti SparkFun - 4 metra, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibracijski mini motorni disk - ID PROIZVODA: 1201Adafruit - Litij -ionska polimerna baterija - 3,7v 150mAh - ID PROIZVODA: 1317Adafruit Perma -Proto PCB u punoj veličini - Single - PRODUCT ID: 1606Taktilni prekidači (6 mm tanki) x 20 pakiranja - ID PROIZVODA: 1489Sparkfun - pravokutni konektor JST - 2 -pinski prolaz kroz otvor - PRT -0974910K ohmski otpornik - Junkbox (pogledajte na svom podu) 10K -100K ohmski otpornik - Bezvrijedna kutija (pogledajte na svom podu u blizini 10K otpornika) 2N3904 NPN tranzistor - bezvrijedna kutija (ili nazovite prijatelja) Neka žica za spajanje (koristio sam nasukan 22 mjerača)

Za punjenje LiPo baterije također sam uzeo: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly punjač - v1 - ID PROIZVODA: 1304

Korak 8: Postavljanje komponenti

Pokušavao sam biti što pametniji u postavljanju komponenti. Obično pokušavam poredati određene igle poput napajanja i mase … ako mogu. Pokušavam barem smanjiti duljinu žice. Morao sam biti siguran da ostavim prostor iznad mjesta gdje se nalazi nos za motor vibracije. Na kraju sam stigao do mjesta koje se može vidjeti na gornjoj slici.

Korak 9: Osnove

Prvo sam lemio sve komponente na ploču na pozicijama za koje sam se odlučio. Zatim sam dodao priključke za uzemljenje. Prikladno je da je jedna od velikih dugih traka na PWB -u još uvijek bila izložena pa sam ovo učinio uobičajenom trakom.

Gornja slika prikazuje uzemljenje i 10K otpornik. Neću vam reći gdje postaviti svaku žicu jer većina ljudi ima vlastite ideje o tome kako raditi. Samo ću vam pokazati što sam učinio.

Korak 10: Žice

Dodao sam ostatak žica kao što je prikazano na gornjoj slici. Dodao sam komad dvostruke ljepljive trake ispod vibracijskog motora kako bih se uvjerio da je pričvršćen. Ljepljivi materijal koji je već došao na dno motora nije mi se činio dovoljno čvrstim.

Za svoje veze koristio sam žicu kalibra 22. Ako imate nešto manje, upotrijebite ga. Koristio sam mjerač 22 jer je to najmanji koji sam imao pri ruci.

Korak 11: Nosač baterije

Ispisao sam 3D nosač za držanje LiPo baterije (prikaz je prikazan gore). Označio sam i izbušio rupe na protoboru za postavljanje nosača na suprotnu stranu stakala od komponenti kako je gore prikazano.

Ovdje bih trebao napomenuti da je držač vrlo tanak i slab i moram ga ispisati potpornim materijalom (za sve dijelove ovog projekta koristio sam ABS plastiku). Možete jednostavno slomiti držač pokušavajući skinuti potporni materijal pa idite polako.

Jedna stvar koju činim da učinim svoje dijelove jačim je umočiti ih u aceton. Naravno, morate biti vrlo oprezni u tome. Radim to u dobro prozračenom prostoru i koristim rukavice i zaštitu za oči. To činim nakon što uklonim materijal za podršku (naravno). Imam posudu s acetonom i, pincetom, potpuno umočim dio u aceton možda na sekundu ili dvije. Odmah ga izvadim i ostavim sa strane da se osuši. Obično ostavljam dijelove sat ili više prije nego ih dodirnem. Aceton će kemijski 'otopiti' ABS. To ima učinak brtvljenja slojeva plastike.

STL datoteka za zagradu priložena je ovom koraku.

Korak 12: Programiranje

Nakon što sam dvaput provjerio sve svoje veze, priključio sam USB kabel kako bih programirao Trinket M0.

Za instalaciju i/ili izmjenu softvera (u prilogu ovog koraka) trebat će vam Arduino IDE i datoteke ploča za Trinket M0, kao i knjižnice za VL53L1X iz Sparkfuna. Sve je to ovdje, i ovdje.

Ako ste tek počeli s njim, slijedite upute za korištenje Adafruit M0 na njihovom web mjestu za učenje ovdje. Nakon što se softver (dodan ovom koraku) učita, ploča bi se trebala pokrenuti i raditi na napajanju putem USB serijske veze. Pomaknite stranu ploče s VL53L1X blizu zida ili ruke i osjetit ćete kako motor vibrira. Amplituda vibracija trebala bi biti sve niža što je objekt dalje od uređaja.

Želim naglasiti da je ovaj softver prvi put u ovome. Napravio sam dva para naočala, a odmah ću napraviti još dva. Mi (ja i barem još jedna osoba koja radimo na ovome) nastavit ćemo poboljšavati softver i objavljivati sva ažuriranja ovdje. Nadam se da će i drugi pokušati ovo objaviti (možda na GitHub -u) sve promjene/poboljšanja koja naprave.

Korak 13: Dovršavanje okvira

Zabio sam komadiće ušiju u zarez s obje strane čaša i nanio aceton vrhom. Upijam aceton tako da dobijem dobru količinu kad ga utisnem u uglove. Ako se čvrsto zaglave, aceton će se prenositi kroz kapilarnu privlačnost. Pazim da su postavljeni ravno i ako je potrebno koristim nešto da ih držim na mjestu barem sat vremena. Ponekad se ponovno prijavim i pričekam još sat vremena. Aceton odlično povezuje, a moje naočale djeluju prilično snažno na granici okvira.

Naravno, ove naočale su samo prototip pa sam dizajn zadržao jednostavnim i zato nema šarki za krakove naočala. Ionako rade prilično dobro. No, ako želite, uvijek ste ih mogli redizajnirati sa šarkama.

Korak 14: Završne misli

Primijetio sam da senzor ne radi dobro na sunčevoj svjetlosti. To ima smisla jer sam siguran da je senzor zasićen infracrvenim zračenjem od sunca što onemogućuje njegovo odvajanje od impulsa koji senzor emitira. Ipak, činili bi dobre čaše u zatvorenom prostoru i noću, a možda i oblačnim danima. Naravno, moram napraviti još testova.

Jednu stvar koju ću učiniti da promijenim dizajn je dodati neku vrstu gume u usjek koji dodiruje nos. Ako nagnete glavu prema dolje, teško je osjetiti vibracije jer se naočale malo odvajaju od kože pod silom gravitacije. Mislim da će neka guma za stvaranje trenja držati naočale pričvršćene za nos tako da se vibracije mogu prenijeti na nju.

Nadam se da ću dobiti neke povratne informacije o naočalama. Ne znam da li će naočale biti od pomoći ljudima, ali samo ćemo morati vidjeti. To je ono o čemu se radi u prototipovima: izvedivost, učenje i usavršavanja.

U dizajn je moglo biti dodano više senzora. Odlučio sam se koristiti jedan za ovaj prototip jer mislim da će korisniku biti teže uočiti više od jednog vibracijskog motora. No, možda bi bilo dobro imati dva senzora usmjerena iz očiju. Zatim ste pomoću dva motora mogli vibrirati sa svake strane naočala. Također možete koristiti zvuk do svakog uha umjesto vibracije. Opet, ideja je isprobati prototip i steći malo iskustva.

Ako ste uspjeli ovako daleko, hvala na čitanju!