3-akse magnetfeltsensor: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Trådløse kraftoverføringssystemer er på god vei til å erstatte konvensjonell kablet lading. Alt fra bittesmå biomedisinske implantater helt til å lade store elektriske biler trådløst. En integrert del av forskningen om trådløs strøm er å minimere tetthet av magnetfelt. Den internasjonale kommisjonen for ikke-ioniserende strålevern (ICNIRP) gir vitenskapelig råd og veiledning om helse- og miljøeffekter av ikke-ioniserende stråling (NIR) for å beskytte mennesker og miljø mot skadelig NIR-eksponering. NIR refererer til elektromagnetisk stråling som ultrafiolett, lys, infrarød og radiobølger, og mekaniske bølger som infra- og ultralyd. Trådløse ladesystemer produserer vekslende magnetfelt som kan være skadelig for mennesker og dyr i nærheten. For å kunne oppdage disse feltene og minimere dem i et testoppsett i den virkelige verden, kreves en magnetisk feltmåler som Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spectral Analyzer. Disse enhetene koster vanligvis oppover $ 2000 og er omfangsrike og kan ikke nå trange områder der feltet måles. I tillegg har disse enhetene vanligvis flere funksjoner enn nødvendig for enkel feltmåling i trådløse kraftoverføringssystemer. Derfor vil det være av stor verdi å utvikle en mindre, billigere versjon av feltmålere.

Det nåværende prosjektet innebærer design av en PCB for magnetfeltføling og også design av en ekstra enhet som kan behandle de registrerte magnetfeltverdiene og vise dem på en OLED- eller LCD -skjerm.

Trinn 1: Krav

Enheten har følgende krav:

1. Mål vekslende magnetfelt i området 10 - 300 kHz
2. Mål felt nøyaktig opp til 50 uT (Sikkerhetsgrense satt av ICNIRP er 27 uT)
3. Mål felt i alle tre aksene og få resultatet til å finne det faktiske feltet på et gitt punkt
4. Vis magnetfeltet på en håndholdt måler
5. Vis en advarselsindikator når feltet går over standardene som er satt av ICNIRP
6. Inkluder batteridrift slik at enheten er virkelig bærbar

Trinn 2: Systemoversikt

Trinn 3: Velge komponenter

Dette trinnet er trolig det mest tid som tar skritt, og krever betydelig tålmodighet for å velge de riktige komponentene for dette prosjektet. Som med de fleste andre elektronikkprosjekter krever valg av komponenter grundig undersøkelse av datablad for å sikre at alle komponentene er kompatible med hverandre og fungerer i det ønskede området for alle driftsparametere - i dette spesielle tilfellet magnetfelt, frekvenser, spenninger etc.

De viktigste komponentene som er valgt for magnetfeltsensor -kretskortet er tilgjengelige i det vedlagte excel -arket. Komponentene som brukes til den håndholdte enheten er som følger:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrokontroller
2. SunFounder I2C 20 x 4 seriell LCD -skjerm
3. Cyclewet 3.3V-5V 4-kanals logisk nivåomformer toveis skiftemodul
4. Trykknappbryter
5. 2 -stillings vippebryter
6. 18650 Li-ion 3.7V celle
7. Adafruit PowerBoost 500 lader
8. Kretskort (SparkFun snappable)
9. Standoffs
10. Tilkobling av ledninger
11. Toppstifter

Utstyret som kreves for dette prosjektet er som følger:

1. Loddeinnretning og litt loddetråd
2. Bore
3. Wire cutter

Trinn 4: Kretsdesign og simulering

Trinn 5: Utforming av kretskortet

Når kretsoperasjonen er bekreftet i LTSpice, er et PCB designet. Kobberfly er designet på en måte som gjør at de ikke forstyrrer magnetfeltsensorene. Det markerte gråområdet i PCB -oppsettdiagrammet viser kobberplanene på kretskortet. Til høyre vises også en 3D -visning av det designet PCB.

Trinn 6: Sette opp mikrokontrolleren

Mikrokontrolleren som er valgt for dette prosjektet er Tiva C TM4C123GXL. Koden er skrevet i Energia for å kunne bruke eksisterende LCD -biblioteker for Arduino -familien av mikrokontrollere. Følgelig kan koden som er utviklet for dette prosjektet også brukes med en Arduino mikrokontroller i stedet for Tiva C (forutsatt at du bruker de riktige pinnetildelingene og endrer koden deretter).

Trinn 7: Få skjermen til å fungere

Displayet og mikrokontrolleren er tilkoblet via I2C-kommunikasjon, som bare krever to andre ledninger enn a +5V forsyning og jord. LCD -kodestykkene som er tilgjengelige for Arduino -familien av mikrokontrollere (LiquidCrystal -biblioteker) har blitt portet og brukt i Energia. Koden er gitt i den vedlagte LCDTest1.ino -filen.

Noen nyttige tips for skjermen finner du i følgende video:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Trinn 8: 3D -utskrift

En skapboks for den håndholdte enheten er utformet som vist på bildet ovenfor. Boksen hjelper til med å holde brettene på plass og ledningene uforstyrret. Boksen er designet for å ha to utsnitt for ledningene å gå gjennom, en avbrudd for batteriindikatorlampene og en hver for vippebryteren og trykknappbryteren. De nødvendige filene er vedlagt.

Trinn 9: Grensesnitt for alle komponentene

Mål dimensjonene til alle tilgjengelige komponenter og legg dem ut ved hjelp av et grafisk verktøy som Microsoft Visio. Når oppsettet for alle komponentene er planlagt, er det en god idé å prøve å plassere dem i posisjonene sine for å få en følelse av det endelige produktet. Det anbefales at tilkoblingene testes etter at hver ny komponent er lagt til enheten. En oversikt over grensesnittprosessen er vist på bildene ovenfor. Den 3D -trykte boksen gir et rent utseende til enheten og beskytter også elektronikken inni.

Trinn 10: Enhetstesting og demonstrasjon

Den innebygde videoen viser enhetens drift. Vippebryteren slår på enheten og trykknappen kan brukes til å bla gjennom de to visningsmodusene.