Visokonaponske naočale za izmjenu okluzije [ATtiny13]: 5 koraka (sa slikama)

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

U svom prvom uputstvu opisao sam kako izgraditi uređaj koji bi trebao biti od velike pomoći nekome tko želi liječiti ambliopiju (lijeno oko). Dizajn je bio vrlo pojednostavljen i imao je neke nedostatke (zahtijevao je korištenje dvije baterije, a ploče s tekućim kristalima pogonjene niskim naponom). Odlučio sam poboljšati dizajn dodavanjem množitelja napona i vanjskih sklopnih tranzistora. Zbog veće složenosti potrebna je upotreba SMD komponenti.

Korak 1: Odricanje od odgovornosti

Korištenje takvog uređaja može uzrokovati epileptičke napade ili druge štetne učinke kod malog dijela korisnika uređaja. Izgradnja takvog uređaja zahtijeva uporabu umjereno opasnih alata i može uzrokovati štetu ili oštećenje imovine. Opisani uređaj izrađujete i koristite na vlastitu odgovornost

Korak 2: Dijelovi i alati

Dijelovi i materijali:

3D naočale s aktivnim kapcima

ATTINY13A-SSU

Prekidač sa zasunom za zaključavanje 18x12 mm (UKLJUČENO-ISKLJUČENO) (nešto poput ovoga, prekidač koji sam koristio imao je ravne, uže izvode)

2x taktilni prekidači SMD 6x6 mm

2x 10 uF 16V kućište A 1206 tantalni kondenzator

100 nF 0805 kondenzator

3x 330 nF 0805 kondenzator

4x SS14 DO-214AC (SMA) schottky dioda

10k 0805 otpornik

15k 1206 otpornik

22k 1206 otpornik

9x 27ohm 0805 otpornik

3x 100k 1206 otpornik

6x BSS138 SOT-23 tranzistor

3x BSS84 SOT-23 tranzistor

Bakar obložena ploča 61x44 mm

nekoliko komada žice

3V baterija (CR2025 ili CR2032)

izolacijska traka

samoljepljiva vrpca

Alati:

dijagonalni rezač

kliješta

odvijač s ravnim lopaticama

mali Phillips odvijač

pinceta

pomoćni nož

pila ili drugi alat koji može rezati PCB

Burgija 0,8 mm

bušilica ili rotacijski alat

natrijev persulfat

plastični spremnik i plastični alat koji se može koristiti za vađenje PCB -a iz otopine za jetkanje

lemna stanica

lem

aluminijska folija

AVR programer (samostalni programer poput USBaspa ili možete koristiti ArduinoISP)

laserski printer

Svjetlucavi papir

pegla za odjeću

Suhi/vlažni brusni papir od 1000 zrna

sredstvo za čišćenje kreme

otapalo (na primjer aceton ili alkohol za trljanje)

stalni proizvođač

Korak 3: Izrada PCB -a metodom prijenosa tonera

Morate ispisati zrcalnu sliku F. Cu (prednja strana) na sjajnom papiru pomoću laserskog pisača (bez uključenih postavki uštede tonera). Vanjske dimenzije ispisane slike trebaju biti 60,96x43,434 mm (ili što je moguće bliže). Koristio sam jednostranu bakrenu ploču i s druge strane spojio tankim žicama tako da nisam morao brinuti o poravnanju dva bakrena sloja. Možete koristiti dvostrane PCB -e ako želite, ali sljedeće upute bit će samo za jednostrane PCB -e.

Izrežite PCB na veličinu ispisane slike, možete dodati nekoliko mm sa svake strane PCB -a ako želite (pobrinite se da PCB odgovara vašim naočalama). Zatim ćete morati očistiti bakreni sloj mokrim finim brusnim papirom, a zatim ukloniti čestice koje su ostale brusnim papirom sredstvom za čišćenje kreme (možete koristiti i tekućinu za pranje posuđa ili sapun). Zatim ga očistite otapalom. Nakon toga trebate biti vrlo oprezni da ne dodirnete bakar prstima.

Stavite ispisanu sliku na vrh PCB -a i poravnajte je s pločom. Zatim stavite PCB na ravnu površinu i prekrijte je peglom za odjeću postavljenu na maksimalnu temperaturu. Nakon kratkog vremena papir bi se trebao zalijepiti za PCB. Glačalo držite pritisnuto na PCB -u i papiru, s vremena na vrijeme možete promijeniti položaj glačala. Pričekajte barem nekoliko minuta dok papir ne promijeni boju u žutu. Zatim stavite PCB s papirom u vodu (možete dodati sredstvo za čišćenje kreme ili tekućinu za pranje) na 20 minuta. Zatim trljajte papir s PCB -a. Ako se toner nije zalijepio za bakar, upotrijebite trajni marker za zamjenu tonera.

Pomiješajte svježu vodu s natrijevim persulfatom i stavite PCB u otopinu za jetkanje. Otopinu pokušajte držati na 40 ° C. Na radijator ili neki drugi izvor topline možete staviti plastičnu posudu. Povremeno miješajte otopinu u spremniku. Pričekajte da se nepokriveni bakar potpuno otopi. Kad je gotovo, uklonite PCB iz otopine i isperite je u vodi. Uklonite toner acetonom ili brusnim papirom.

Izbušite rupe u PCB -u. Koristio sam vijak kao središnji probijač za označavanje središta rupa prije bušenja.

Korak 4: Lemljenje i programiranje mikrokontrolera

Pokrijte bakrene tragove lemljenjem. Ako su neki tragovi otopljeni u otopini za jetkanje, zamijenite ih tankim žicama. Lemljenje ATtiny na PCB, kao i žice koje će povezati mikrokontroler s programatorom. Prenesite hv_glasses.hex, zadržite zadane bitove osigurača (H: FF, L: 6A). Koristio sam USBasp i AVRDUDE. Prijenos.hex datoteke zahtijevao je da izvršim sljedeću naredbu:

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

Možda ćete primijetiti da sam trebao promijeniti vrijednost -B (bitclock) s 8 koju sam koristio za programiranje ATtinyja u mojim prvim instrukcijama na 16. To usporava proces učitavanja, ali ponekad je potrebno dopustiti ispravnu komunikaciju između programera i mikrokontrolera.

Nakon što ste učitali.hex datoteku na ATtiny, odspojite programerske žice s PCB -a. Lemljenje ostalih komponenti osim glomaznog prekidača za uključivanje/isključivanje SW1 i tranzistora. Povežite žice sa druge strane ploče. Pokrijte cijelu PCB osim tranzistorskih pločica aluminijskom folijom kako biste zaštitili MOSFET -ove od elektrostatičkog pražnjenja. Uvjerite se da je vaša stanica za lemljenje pravilno uzemljena. Pinceta koju koristite za postavljanje komponenti trebala bi biti antistatička ESD. Koristio sam neke stare pincete koje su ležale uokolo, ali sam ih žicom spojio na masu. Tranzistore BSS138 možete prvo lemiti i po završetku prekriti PCB s više folije jer su P-kanalni BSS84 MOSFET-ovi posebno osjetljivi na elektrostatičko pražnjenje.

Lemljenje SW1 posljednje, kutite njegove vodove tako da izgleda slično SS14 diodama ili tantalskim kondenzatorima. Ako su vodiči SW1 širi od pločica na PCB-u i imaju kratki spoj na drugim kolosijecima, izrežite ih kako ne bi uzrokovali probleme. Upotrijebite pristojnu količinu lemljenja dok spajate SW1 s PCB -om jer će traka koja će držati PCB i okvir stakala zajedno ići izravno preko SW1 i može izazvati određenu napetost na lemnim spojevima. Nisam ništa stavio u J1-J4, žice LC ploče bit će lemljene izravno na PCB. Kada završite, lemite žice koje će ići na bateriju, umetnite bateriju između njih i pričvrstite je izolacijskom trakom. Pomoću multimetra možete provjeriti generira li kompletna PCB promjenjivi napon na jastučićima J1-J4. Ako nije, izmjerite napone u ranijim fazama, provjerite ima li kratkih spojeva, nepovezanih vodiča, prekinutih tragova. Kad vaše tiskano kolo stvara napone na J1-J4 koji osciliraju između 0V i 10-11V, možete lemiti LC ploče na J1-J4. Lemljenje ili mjerenje radite samo kad je baterija isključena.

Kad se sve spoji s električnog stajališta, stražnju stranu PCB -a možete prekriti izolacijskom trakom i spojiti PCB s okvirom naočala stavljajući traku oko njih. Sakrijte žice koje povezuju LC ploče s PCB -om na mjestu gdje je bio izvorni poklopac baterije.

Korak 5: Pregled dizajna

Sa stajališta korisnika, visokonaponske naočale za izmjenu okluzije rade na isti način kao naočale opisane u mojim prvim uputama. SW2 spojen na 15k otpornik mijenja frekvenciju uređaja (2.5Hz, 5.0Hz, 7.5Hz, 10.0Hz, 12.5Hz), a SW3 spojen na 22k otpornik mijenja koliko dugo je svako oko začepljeno (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Nakon što postavite postavke, trebate pričekati oko 10 sekundi (10 sekundi bez dodirivanja bilo koje tipke) da bi bile spremljene u EEPROM i učitane nakon isključivanja, pri sljedećem pokretanju uređaja. Pritiskanjem oba gumba istovremeno postavljaju se zadane vrijednosti.

Međutim, koristio sam samo PB5 (RESET, ADC0) pin ATtiny kao ulaz. Koristim ADC za očitavanje napona na izlazu razdjelnika napona od R1-R3. Ovaj napon mogu promijeniti pritiskom na SW2 i SW3. Napon nikada nije dovoljno nizak da pokrene RESET.

Diode D1-D4 i kondenzatori C3-C6 tvore trostupanjsku Dicksonovu pumpu za punjenje. Punjač se pokreće pinovima PB1 (OC0A) i PB1 (OC0B) mikrokontrolera. Izlazi OC0A i OC0B generiraju dva kvadratna valna oblika od 4687,5 Hz koji su fazno pomaknuti za 180 stupnjeva (kada je OC0A VISOKA, OC0B je NISKA i obrnuto). Promjena napona na pinovima mikrokontrolera gura napone na pločama kondenzatora C3-C5 gore i dolje za +BATT napon. Diode omogućuju protok naboja iz kondenzatora čija gornja ploča (ona koja je spojena na diode) ima veći napon u odnosu na onu na kojoj gornja ploča ima manji napon. Naravno, diode rade samo u jednom smjeru, pa naboj teče samo u jednom smjeru, pa se svaki sljedeći kondenzator u nizu puni na napon koji je veći nego u prethodnom kondenzatoru. Koristio sam Schottkyjeve diode jer imaju mali pad napona prema naprijed. Množenje napona bez opterećenja je 3,93. S praktičnog gledišta, samo opterećenje na izlazu pumpe za punjenje je 100 k otpornika (struja teče kroz 1 ili 2 njih u isto vrijeme). Pod tim opterećenjem, napon na izlaznoj pumpi je 3,93*(+BATT) minus oko 1V, a učinkovitost crpki za punjenje je približno 75%. D4 i C6 ne povećavaju napon, samo smanjuju valovitost napona.

Tranzistori Q1, Q4, Q7 i 100k otpornici pretvaraju niski napon s izlaza mikrokontrolera u napon s izlaza crpke za punjenje. Koristio sam MOSFET -ove za pogon LC panela jer struja teče kroz njihova vrata samo kad se promijeni napon na vratima. Otpornici od 27 ohma štite tranzistore od velikih prenaponskih struja.

Uređaj troši približno 1,5 mA.