Berøringsalarm for ansikt: 4 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:21

Å berøre ansiktet vårt er en av de vanligste måtene vi infiserer oss selv på med virus som Covid-19. En akademisk studie i 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) fant at vi i gjennomsnitt berører ansiktene våre 23 ganger i timen. Jeg bestemte meg for å designe en billig enhet med lav effekt som varsler deg hver gang du skal berøre ansiktet ditt. Denne grove prototypen kan lett foredles, og selv om du neppe vil bruke denne hele dagen, kan det være en god måte å lære deg å redusere ansiktsberøring og dermed redusere spredningen av viruset.

De fleste former for bevegelsesfølelse bruker akselerometre eller bildebehandling. Disse er relativt dyre, krever kontinuerlig strøm og derfor også et relativt stort batteri. Jeg ønsket å lage en enhet som bare bruker strøm når atferden utløser det, og som kan gjøres hjemme for mindre enn $ 10.

Enheten har tre deler. Et halskjede og to små elastikkbånd på hvert håndledd. Den bruker prinsippet om at en magnet som beveger seg nær en trådspole genererer en elektrisk strøm i ledningen. Når hånden beveger seg mot ansiktet, genererer magneten ved håndleddet en liten spenning over spolen. Dette forsterkes, og hvis det er høyere enn en viss terskel, slår den på en liten summer.

Rekvisita

• 100 - 200 meter magnetventil. De fleste ledninger er for tykke. Magnetventilen er isolert med et veldig fint lakkstrøk, slik at du kan gjøre mange svinger i spolen mens du fortsatt holder den relativt liten og lett. Jeg brukte 34 AWG - som er omtrent 0,15 mm i diameter
• Kabelbindere eller sellotape
• En forsyning med lav effekt op-amp. Den må kunne fungere ved 3V. Jeg brukte en Microchip MCP601.
• 2 motstander (1M, 2K)
• 2K trimmer motstand
• En 3 - 5 V piezo -summer
• Enhver grunnleggende npn -transistor (jeg brukte en 2N3904)
• Noen veroboard
• CR2032 (eller et 3V myntcellebatteri)
• 2 små kraftige magneter
• 2 tykke gummibånd eller noe komprimeringsstøttemateriale (som kompresjonssokker)

Trinn 1: Vind spolen

Spolen må være ett sammenhengende stykke tråd, så den kan dessverre ikke hektes og krokes som et halskjede. Derfor er det viktig at spolediameteren er stor nok til at du kan få den over hodet. Jeg viklet min rundt en sirkulær former (en papirkurv) med en diameter på ca 23 cm (9 tommer). Jo flere svinger jo bedre. Jeg mistet tellingen på hvor mange jeg laget, men ved å teste den elektriske motstanden på slutten tror jeg at jeg endte opp med rundt 150 svinger.

Ta spolen fra førstnevnte forsiktig, og fest spolen med kabelbånd eller tape. Det er viktig å ikke ødelegge den delikate magnetventilen, da det vil være nesten umulig å reparere. Når du har spolen sikret, finner du de to endene av tråden og fjerner lakken fra den siste cm (siste halv tomme) i hver ende. Jeg gjorde dette ved å smelte lakken med et loddejern (se vedlagte video).

Klikk her for å se video om hvordan du fjerner magnetventilen

Disse endene kan loddes delikat på detektorkretsen. For prototypen min loddet jeg endene på et lite stykke separat veroboard med en stikkontakt, slik at jeg kunne bruke eksperiment og bruke jumperkabler for å koble den til forskjellige kretsdesigner.

Trinn 2: Bygg detektorkretsen

Den skjematiske og siste kretsen er vist ovenfor.

Jeg bruker en op-forsterker i en ikke-inverterende konfigurasjon for å forsterke den svært lille spenningen som genereres over spolen. Gevinsten til denne forsterkeren er forholdet mellom motstander på R1 og R2. Den må være høy nok til å oppdage magneten når den beveger seg omtrent 10 cm fra kanten av spolen relativt sakte (ca. 20-30 cm/s), men hvis du gjør den for sensitiv, kan den bli ustabil og summeren vil lyde kontinuerlig. Siden det optimale tallet vil avhenge av den faktiske spolen du bygger og magneten du bruker, anbefaler jeg at du bygger kretsen med en variabel motstand som kan settes til en verdi på opptil 2K. I min prototype fant jeg ut at en verdi på omtrent 1,5K fungerte bra.

Siden spolen også vil fange opp herreløse radiobølger med forskjellige frekvenser, inkluderte jeg en kondensator på tvers av R1. Dette fungerer som et lavpassfilter. Ved alle frekvenser høyere enn noen få hertz er reaktansen til denne kondensatoren mye mindre enn verdien av R1, og forsterkningen faller derfor.

Siden forsterkningen er så høy, vil effekten til op -forsterkeren egentlig bare være "på" (3V) eller "av" (0V). I utgangspunktet siden MCP601 kan levere 20mA tenkte jeg at den kanskje kunne drive en piezo -summer direkte (disse krever bare noen få mA for å fungere). Imidlertid fant jeg ut at forsterkeren slet med å kjøre den direkte, sannsynligvis på grunn av kapasiteten til summeren. Jeg løste dette ved å mate utgangen fra utgangen gjennom en motstand til en npn -transistor som fungerer som en bryter. R3 er valgt for å sikre at transistoren er helt på når utgangen fra Op -forsterkeren er 3V. For å minimere strømforbruket ideelt sett bør dette være så høyt du kan klare det og fortsatt sørge for at transistoren er på. Jeg har valgt 5K for å sikre at denne kretsen skal fungere med nesten alle populære npn -transistorer.

Det siste du trenger er et batteri. Jeg klarte å kjøre prototypen min vellykket med et 3V myntcellebatteri - men det var enda mer følsomt og effektivt ved litt høyere spenning, og hvis du finner et lite li -poly -batteri (3,7V), vil jeg anbefale å bruke det.

Trinn 3: Lag armbåndene

Hvis en magnet bæres nær hver hånd, vil handlingen med å løfte hånden mot ansiktet utløse summeren. Jeg bestemte meg for å lage to håndleddsbånd med elastisk støttestrømpe og brukte disse til å holde to små magneter ved håndleddet. Du kan også eksperimentere med en magnetisk ring på en finger på hver hånd.

Den induserte strømmen strømmer i en retning rundt spolen når magneten kommer inn i spolens område og i motsatt retning når den forlater. Fordi prototypekretsen er bevisst enkel, vil bare en strømretning utløse summeren. Så det vil surre enten når hånden nærmer seg kjedet eller når den beveger seg bort. Tydeligvis vil vi at den skal summere på vei til ansiktet, og vi kan endre polariteten til den genererte strømmen ved å snu magneten. Så eksperimenter med hvilken vei rundt summeren høres når hånden nærmer seg ansiktet og merk magneten slik at du husker å bruke den på riktig måte.

Trinn 4: Test

Størrelsen på den induserte strømmen er relatert til hvor raskt magnetfeltet endres i nærheten av spolen. Så det er lettere å plukke opp raske bevegelser nær spolen enn langsomme bevegelser langt unna den. Med litt prøving og feiling klarte jeg å få den til å fungere pålitelig da jeg flyttet magneten på omtrent 30 cm/s (1 fot/s) i en avstand på 15 cm (6 tommer). Litt mer tuning ville forbedre dette med en faktor på to eller tre.

Det hele er litt rått for øyeblikket siden prototypen bruker "gjennomgående hull" -komponenter, men all elektronikken kan lett krympes ved hjelp av overflatemonterte komponenter, og den begrensende størrelsen ville bare være batteriet.