Troosni osjetnik magnetskog polja: 10 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:37

Bežični sustavi prijenosa energije na dobrom su putu da zamijene konvencionalno ožičeno punjenje. Od malih biomedicinskih implantata pa sve do bežičnog punjenja ogromnih električnih vozila. Sastavni dio istraživanja bežične energije je smanjenje gustoće magnetskog polja. Međunarodna komisija za zaštitu od neionizirajućeg zračenja (ICNIRP) pruža znanstvene savjete i smjernice o učincima neionizirajućeg zračenja na zdravlje i okoliš (NIR) za zaštitu ljudi i okoliša od štetnog izlaganja NIR-u. NIR se odnosi na elektromagnetsko zračenje poput ultraljubičastog, svjetlosnog, infracrvenog i radiovalova te mehaničke valove poput infracrvenog i ultrazvuka. Bežični sustavi punjenja proizvode izmjenična magnetska polja koja bi mogla biti štetna za ljudska bića i životinje prisutne u blizini. Da biste mogli otkriti ta polja i minimizirati ih u stvarnom svijetu, potreban je uređaj za mjerenje magnetskog polja poput Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spektralnog analizatora. Ovi uređaji obično koštaju više od 2000 USD i glomazni su i možda neće moći doći do uskih prostora gdje je potrebno izmjeriti polje. Osim toga, ti uređaji obično imaju više značajki nego što je potrebno za jednostavno mjerenje polja u sustavima bežičnog prijenosa energije. Stoga bi razvoj manje, jeftinije verzije terenskih mjernih uređaja imao veliku vrijednost.

Trenutni projekt uključuje dizajn PCB -a za otkrivanje magnetskog polja, kao i dizajn dodatnog uređaja koji može obraditi osjetljive vrijednosti magnetskog polja i prikazati ih na OLED ili LCD zaslonu.

Korak 1: Zahtjevi

Uređaj ima sljedeće zahtjeve:

1. Mjerite izmjenična magnetska polja u rasponu od 10 - 300 kHz
2. Precizno izmjerite polja do 50 uT (sigurnosna granica koju postavlja ICNIRP je 27 uT)
3. Izmjerite polja u sve tri osi i dobijte njihovu rezultantu da pronađete stvarno polje u određenoj točki
4. Prikažite magnetsko polje na ručnom mjeraču
5. Prikažite indikator upozorenja kada polje pređe standarde koje je postavio ICNIRP
6. Uključite rad baterije kako bi uređaj bio doista prenosiv

Korak 2: Pregled sustava

Korak 3: Odabir komponenti

Ovaj korak je vjerojatno najveći korak koji zahtijeva dosta strpljenja za odabir odgovarajućih komponenti za ovaj projekt. Kao i kod većine drugih elektroničkih projekata, odabir komponenti zahtijeva pomno ispitivanje podatkovnih listova kako bi se provjerile jesu li sve komponente međusobno kompatibilne i rade u željenom rasponu svih radnih parametara - u ovom konkretnom slučaju, magnetskih polja, frekvencija, napona itd.

Glavne komponente odabrane za PCB osjetnika magnetskog polja dostupne su u priloženom Excel listu. Komponente koje se koriste za ručni uređaj su sljedeće:

1. Mikrokontroler Tiva C TM4C123GXL
2. SunFounder I2C serijski 20x4 LCD zaslon
3. Cyclewet 3.3V-5V 4-kanalni logički pretvarač razine dvosmjernog mjenjača
4. Prekidač na gumb
5. Preklopni prekidač u 2 položaja
6. 18650 Li-ion 3.7V ćelija
7. Adafruit PowerBoost 500 punjač
8. Tiskane ploče (SparkFun se može pričvrstiti)
9. Zastoji
10. Spajanje žica
11. Igle zaglavlja

Za ovaj projekt potrebna je sljedeća oprema:

1. Uređaj za lemljenje i nešto žice za lemljenje
2. Bušilica
3. Rezač žice

Korak 4: Dizajn i simulacija kruga

Korak 5: Projektiranje PCB -a

Nakon što se rad kruga provjeri u LTSpice, projektira se PCB. Bakrene ravnine dizajnirane su na način da ne ometaju rad senzora magnetskog polja. Istaknuto sivo područje u dijagramu izgleda PCB -a prikazuje bakrene ravnine na PCB -u. S desne strane prikazan je i 3D prikaz projektirane PCB -a.

Korak 6: Postavljanje mikrokontrolera

Mikrokontroler odabran za ovaj projekt je Tiva C TM4C123GXL. Kôd je napisan u Energiji kako bi se iskoristile postojeće LCD knjižnice za obitelj mikrokontrolera Arduino. Slijedom toga, kôd razvijen za ovaj projekt može se koristiti i s Arduino mikrokontrolerom umjesto Tiva C (pod uvjetom da koristite ispravne dodjele pinova i prema tome izmijenite kôd).

Korak 7: Pokretanje zaslona

Zaslon i mikrokontroler povezani su putem I2C komunikacije koja zahtijeva samo dvije žice osim napajanja i uzemljenja a +5V. Isječci LCD koda dostupni za obitelj mikrokontrolera Arduino (biblioteke LiquidCrystal) preneseni su i korišteni u Energiji. Kôd je dat u priloženoj datoteci LCDTest1.ino.

Nekoliko korisnih savjeta za zaslon možete pronaći u sljedećem videu:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Korak 8: 3D ispis

Okvir kutije za ručni uređaj dizajniran je kako je prikazano na gornjoj slici. Kutija pomaže zadržati ploče na mjestu, a žice neometane. Kutija je dizajnirana tako da ima dva izreza za prolaz žica, jedan izrez za LED indikatore baterije i po jedan za prekidač i prekidač. Priložene su potrebne datoteke.

Korak 9: Povezivanje svih komponenti

Izmjerite dimenzije svih dostupnih komponenti i rasporedite ih pomoću grafičkog alata kao što je Microsoft Visio. Nakon što se planira raspored svih komponenti, dobro je pokušati ih postaviti na njihova mjesta kako biste stekli osjećaj konačnog proizvoda. Preporučuje se testiranje veza nakon dodavanja svake nove komponente u uređaj. Pregled procesa povezivanja prikazan je na gornjim slikama. 3D tiskana kutija daje čist izgled uređaju i štiti elektroniku iznutra.

Korak 10: Testiranje uređaja i demonstracija

Ugrađeni video prikazuje rad uređaja. Prekidač uključuje uređaj, a gumb se može koristiti za miješanje kroz dva načina prikaza.