Radarglass: 14 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

I fjor sommer mens vi var på ferie i Maine, møtte vi et annet par: Mike og Linda. Linda var blind og hadde vært blind siden fødselen til (tror jeg) deres første barn. De var veldig hyggelige og vi lo mye sammen. Etter at vi kom hjem kunne jeg ikke slutte å tenke på hvordan det ville være å være blind. De blinde har sett øyehunder og stokker, og jeg er sikker på mange andre ting som kan hjelpe dem. Men likevel må det være mange utfordringer. Jeg prøvde å forestille meg hvordan det ville være, og jeg lurte på som elektronikknerd om det var noe jeg kunne gjøre.

Jeg brente øynene en sommer med en sveiser da jeg var rundt 20 år (lang historie … dum gutt). Det er noe jeg aldri kommer til å glemme. Uansett, jeg hadde øynene mine lappet for en dag. Jeg husker min mor prøvde å føre meg over gaten. Jeg spurte henne stadig om bilene hadde stoppet. Hun sa noe sånt som: "Jeg er moren din … tror du jeg vil føre deg ut i trafikken?" Jeg tenkte tilbake på hvilken frykt jeg var da jeg var tenåring. Men jeg klarte ikke å komme over uten å vite om det var noe som skulle slå meg i ansiktet mens jeg gikk. Jeg ble veldig glad og lettet da vi tok av lappene. Det er det eneste som er nær "erfaring" som jeg har hatt i mitt liv med hensyn til blindhet.

Jeg skrev nylig en annen instruks om en ung venn på jobben som mistet synet på høyre øye og en enhet jeg laget for å fortelle ham om det var noe på høyre side. Hvis du vil lese den, er den her. Denne enheten brukte en Time-of-Flight-sensor fra ST Electronics. Omtrent et minutt etter at jeg hadde fullført prosjektet bestemte jeg meg for at jeg kunne lage en enhet for å hjelpe blinde. VL53L0X -sensoren jeg brukte på det prosjektet har en storebror/søstersensor kalt VL53L1X. Denne enheten kan måle større avstander enn VL53L0X. Det var et breakout -brett for VL53L0X fra Adafruit og for VL53L1X var det et breakout -brett fra Sparkfun. Jeg bestemte meg for å lage et par briller med VL53L1X på forsiden og en haptisk tilbakemelding (vibrerende motor) bak brillene nær nesebroen. Jeg ville vibrere motoren omvendt proporsjonal med avstanden til et objekt, dvs. jo nærmere et objekt var glassene, jo mer ville det vibrere.

Jeg bør legge merke til her at VL53L1X har et veldig smalt synsfelt (programmerbart mellom 15-27 grader) som betyr at de er MEGET retningsbestemte. Dette er viktig ettersom det gir god oppløsning. Tanken er at brukeren kan bevege hodet som en radarantenne. Dette sammen med den smale FOV lar brukeren bedre skjelne objekter på forskjellige avstander.

Et notat om VL53L0X- og VL53L1X-sensorene: de er tid-til-fly-sensorer. Dette betyr at de sender ut en LASER -puls (lav effekt og i det infrarøde spekteret slik at de er trygge). Sensoren ganger hvor lang tid det tar å se den reflekterte pulsen komme tilbake. Så avstand er lik rate X tid som vi alle husker fra matte/naturfagstimer ikke sant? Så, del tiden i to og multipliser med lysets hastighet, så får du avstand. Men som det ble påpekt av et annet Instructables -medlem, kunne brillene ha blitt kalt LiDAR -briller, ettersom bruk av en LASER på denne måten er Light Distance and Ranging (LiDAR). Men som sagt, ikke alle vet hva LiDAR er, men jeg tror de fleste kjenner RADAR. Og mens infrarødt lys og radio alle er en del av det elektromagnetiske spekteret, blir lys ikke betraktet som en radiobølge som mikrobølgefrekvenser er. Så jeg lar tittelen stå som RADAR, men nå forstår du.

Dette prosjektet bruker i utgangspunktet den samme skjematikken som den for det andre prosjektet … som vi får se. De store spørsmålene for dette prosjektet er, hvordan monterer vi elektronikken på briller, og hva slags briller bruker vi?

Trinn 1: Glassene

Jeg bestemte meg for at jeg sannsynligvis kunne designe et enkelt par briller og skrive dem ut med 3D -skriveren min. Jeg bestemte meg også for at jeg bare trengte å 3D -skrive ut skjelettet eller glassrammen. Jeg vil legge til et kretskort til lodding i komponentene. Kretskortet (protoboard) ville bli festet til rammene, noe som ville gi styrke til hele enheten. En 3D -gjengivelse av rammene er vist ovenfor.

STL -filene er også vedlagt dette trinnet. Det er tre filer: left.stl, right.stl (øretelefonene/armene) og brillene.stl (rammene).

Trinn 2: kretskortet

Jeg brukte et Adafruit Perma-Proto fullstort brødbrett. Jeg plasserte brødbrettet over glassets forside og sentrerte dem. Øverste kant på brillene laget jeg selv med toppen av protoboardet. Den rektangulære delen av brillene som strekker seg ut fra toppen er der Time-Of-Flight-sensoren til slutt vil bli montert. En god del av toppen av denne delen av rammene stikker opp over protoboardet. Dette er OK, da vi ikke trenger å lodde noe til toppen av sensoren, bare bunnen.

Det er et hull i midten av brødbrettet som er nesten nøyaktig på toppen av hvor nesebroen vil være i glassene. Jeg merket de 4 hullene som er i rammen på protoboardet med en fin spissmarkør. Jeg boret deretter hullene i brødbrettet.

Deretter monterte jeg rammene på brødbrettet med M2.5 -skruer. Mine er av nylon, og jeg fikk et helt sett med skruer fra Adafruit til dette formålet. Når skruene var festet tok jeg en markør og tegnet en strek rundt rammene på brødbrettet. For meg merket jeg rett ned innrykkene på sidene av rammene der ørebitene skal ligge. Dette er min preferanse … men kanskje du vil at øredelene på rammen skal være synlige.

Trinn 3: Kutte det ut

Deretter tok jeg de 4 skruene tilbake fra å holde rammene til brødbrettet. Jeg fjernet grovt materiale utenfor linjen vi merket. Jeg var nøye med å holde meg litt unna linjene fordi jeg ville finpusse dette senere med bordslipemaskinen jeg har. Du kan bruke en fil … men vi går foran oss selv.

Du kan grovt kutte rundt streken ved å bruke hva du enn måtte ha. Kanskje en båndsag? Vel, jeg har ikke en. Jeg har en "nibbler" for kretskort, så jeg brukte det. Det tok faktisk en god del tid, og det er litt trekk å gjøre. Men kretskortmateriale kan knuses og sprekke, og jeg ønsket å gå sakte. Jeg nappet meg rundt og også opp i nesen … men bare grovt. Du kan se hva jeg gjorde på bildet ovenfor.

Trinn 4: Sliping eller arkivering

Jeg fjernet materialet mye nærmere linjen ved å bruke beltepusseren på bordplaten. Igjen kan du bruke en fil hvis du ikke har noe annet. Alt jeg kan si her om sliping er at, avhengig av slipemiddelet i slipemaskinen, må du passe på hvor mye materiale du prøver å fjerne. Det er ingen vei tilbake. Noen ganger kan en enkelt glid ødelegge brettet (eller i det minste få det til å se asymmetrisk eller flekkete ut). Så ta deg god tid.

Du kan se mine før og etter bilder ovenfor.

Trinn 5: Finjustering

Jeg festet rammene igjen med de 4 skruene og gikk tilbake til beltemaskinen. Jeg pusset veldig forsiktig helt opp til kanten av rammene. Jeg trengte å bruke en rund fil i neseseksjonen fordi jeg rett og slett ikke kunne gjøre den skarpe svingen i slipemaskinen min. Se mine endelige resultater ovenfor.

Trinn 6: Legge til sensoren

På dette tidspunktet la jeg til VL53L1X sensor breakout board. Først la jeg til to lange M2,5 nylonskruer som presset dem gjennom hullene i rammene og gjennom hullene i VL53L1X. Jeg la til en nylonmutter i hver skrue og strammet dem veldig forsiktig. Over toppen av hver mutter la jeg til to (fire totalt) nylonskiver. Disse er nødvendige for å sikre at VL53L1X -sensoren ligger parallelt med protoboardet.

Jeg plasserte en 6 -posisjon terminallist på brettet i en posisjon slik at hullene i toppen av VL53L1X stilte opp med de to skruene jeg satte på toppen av rammene (med nylonskivene). Jeg la til nylonmuttere i endene på skruene og strammet dem forsiktig igjen. Se bildene ovenfor.

Trinn 7: Skjematisk

Som jeg sa tidligere, er skjemaet omtrent det samme som for Perifer Radar -prosjektet. En forskjell er at jeg la til en trykknapp (en bryter for pengekontakt). Jeg forestiller meg at vi på et tidspunkt trenger en for å endre modus eller implementere en funksjon … så det er bedre å ha den nå enn å legge den til senere.

Jeg har også lagt til et 10K potensiometer. Potten brukes til å justere avstanden programvaren vil betrakte som maksimal avstand å svare på. Tenk på det som en følsomhetskontroll.

Skjematisk er vist ovenfor.

Delelisten (som jeg burde ha gitt tidligere) er som følger:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 Meter, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibrerende minimotordisk - PRODUKT ID: 1201Adafruit - Litiumionpolymerbatteri - 3,7v 150mAh - PRODUKT ID: 1317Adafruit Perma -Proto brødbrett i full størrelse - enkelt - PRODUCT ID: 1606Tastile Switch Buttons (6mm slim) x 20 pack - PRODUCT ID: 1489Sparkfun - JST Right -Angle Connector - Through -Hole 2 -Pin - PRT -0974910K ohm resistor - Junkbox (look on your floor) 10K -100K ohm resistor - Junkbox (se på gulvet ditt i nærheten av 10K motstandene) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (eller ring en venn) Noen tilkoblingskabler (jeg brukte 22 gauge strandet)

For å lade LiPo -batteriet skaffet jeg også opp: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly -lader - v1 - PRODUKT ID: 1304

Trinn 8: Plassering av komponenter

Jeg prøvde å være så flink jeg kunne om å plassere komponentene. Jeg prøver vanligvis å stille opp visse pins som strøm og jord … hvis jeg kan. Jeg prøver i det minste å minimere trådlengder. Jeg måtte sørge for å la et mellomrom være der nesebroen er for vibrasjonsmotoren. Til slutt kom jeg til plasseringen som kan sees på bildet ovenfor.

Trinn 9: Begrunnelse

Jeg loddet først alle komponentene til brettet i stillingene jeg hadde bestemt meg for. Deretter la jeg til jordforbindelser. Praktisk nok var en av de store lange stripene på PWB fremdeles avslørt, så jeg gjorde dette til den vanlige bakken.

Bildet over viser jordforbindelsene og 10K -motstanden. Jeg skal ikke fortelle deg hvor du skal plassere hver ledning, ettersom de fleste har sine egne ideer om hvordan de skal gjøre ting. Jeg skal bare vise deg hva jeg gjorde.

Trinn 10: Ledninger

Jeg la til resten av ledningene som vist på bildet ovenfor. Jeg la til et stykke dobbeltsidig tape under vibrasjonsmotoren for å sikre at den holdes på plass. Det klissete materialet som allerede kom på bunnen av motoren føltes ikke sterkt nok for meg.

Jeg brukte 22 gauge wire for mine tilkoblinger. Hvis du har noe mindre, bruk det. Jeg brukte 22 gauge fordi det er det minste jeg hadde for hånden.

Trinn 11: Batteribrakett

I 3D trykte en brakett for å holde LiPo -batteriet (en gjengivelse av det er vist ovenfor). Jeg merket og boret hull i protoboardet for å montere braketten på motsatt side av brillene fra komponentene som vist ovenfor.

Jeg bør bemerke her at braketten er veldig tynn og spinkel, og jeg må skrive den ut med støttemateriale (jeg brukte ABS -plast til alle delene til dette prosjektet). Du kan enkelt bryte braketten og prøve å få av støttematerialet, så gå lett.

En ting jeg gjør for å gjøre delene mine sterkere, er å dyppe dem i aceton. Selvfølgelig må du være veldig forsiktig med å gjøre dette. Jeg gjør det i et godt ventilert område, og jeg bruker hansker og øyebeskyttelse. Jeg gjør dette etter at jeg har fjernet støttematerialet (selvfølgelig). Jeg har en beholder med aceton, og ved hjelp av pinsett dypper jeg delen helt i aceton i kanskje et sekund eller to. Jeg fjerner den umiddelbart og legger den til side for å tørke. Jeg lar vanligvis deler stå i en time eller mer før jeg berører dem. Acetonen vil "smelte" ABS kjemisk. Dette har effekten av å tette lagene av plast.

STL -filen for braketten er vedlagt dette trinnet.

Trinn 12: Programmering

Etter å ha dobbeltsjekket alle tilkoblingene mine, koblet jeg til USB -kabelen for å programmere Trinket M0.

For å installere og/eller endre programvaren (vedlagt dette trinnet) trenger du Arduino IDE og tavlefiler for Trinket M0 samt bibliotekene for VL53L1X fra Sparkfun. Alt dette er her, og her.

Hvis du er ny på det, følger du instruksjonene for bruk av Adafruit M0 på deres læringssted her. Når programvaren (lagt til dette trinnet) er lastet, bør kortet starte og kjøre på strøm fra USB -seriell tilkobling. Flytt siden av brettet med VL53L1X nær en vegg eller hånden din, og du skal føle motoren vibrere. Vibrasjonen bør bli lavere i amplitude jo lenger vekk fra enheten et objekt er.

Jeg vil understreke at denne programvaren er det aller første passet på dette. Jeg har laget to par briller, og jeg skal lage to til med en gang. Vi (jeg og minst en annen person som jobber med dette) vil fortsette å finjustere programvaren og legge ut oppdateringer her. Mitt håp er at andre også vil prøve dette og legge ut (kanskje til GitHub) eventuelle endringer/forbedringer de gjør.

Trinn 13: Fullfør rammene

Jeg knuste ørebitene i hakket på begge sider av glassene og påførte aceton ved hjelp av en cue-tip. Jeg suger opp acetonen, så jeg får en god mengde når jeg presser den inn i hjørnene. Hvis de blir festet tett, vil acetonen bli ført rundt via kapillær tiltrekning. Jeg sørger for at de er plassert rett, og om nødvendig bruker jeg noe for å holde dem på plass i minst en time. Noen ganger søker jeg på nytt og venter en time til. Acetonen gir et godt bånd og brillene mine virker ganske sterke ved rammen.

Selvfølgelig er disse brillene bare en prototype, så jeg holdt designet enkelt, og det er derfor det ikke er hengsler for armene på brillene. De fungerer ganske bra uansett. Men hvis du vil, kan du alltid redesigne dem med hengsler.

Trinn 14: Avsluttende tanker

Jeg har lagt merke til at sensoren ikke gjør det bra i sollys. Dette er fornuftig ettersom jeg er sikker på at sensoren er mettet av IR fra solen, noe som gjør det umulig å skille den fra pulsen som sensoren sender ut. Likevel lager de gode glass innendørs og om nettene og kanskje overskyede dager. Selvfølgelig må jeg gjøre flere tester.

En ting jeg vil gjøre for å endre designet er å legge til en slags gummi i hakket som berører nesebroen. Hvis du tipper hodet ned, er det vanskelig å kjenne vibrasjonen når brillene løfter seg litt av huden under tyngdekraften. Jeg tror litt gummi for å skape friksjon vil holde brillene festet til nesen slik at vibrasjonen kan overføres til den.

Jeg håper å få noen tilbakemeldinger på brillene. Jeg vet ikke at brillene vil være nyttige for folk, men vi må bare se. Det er det prototyper handler om: gjennomførbarhet, læring og forbedringer.

Flere sensorer kunne ha blitt lagt til designet. Jeg valgte å bruke en til denne prototypen fordi jeg tror mer enn én vibrasjonsmotor vil være vanskeligere for brukeren å se. Men det kan ha vært en god idé å ha to sensorer rettet ut fra øynene. Ved å bruke to motorer kan du vibrere på hver side av brillene. Du kan også bruke lyd som mates til hvert øre i stedet for vibrasjon. Igjen, ideen er å prøve en prototype og få litt erfaring.

Hvis du kom så langt, takk for at du leser!