Radar Gözlüğü: 14 Adım (Resimli)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

Geçen yaz Maine'de tatildeyken başka bir çiftle tanıştık: Mike ve Linda. Linda kördü ve (sanırım) ilk çocuklarının doğumundan beri kördü. Gerçekten çok hoşlardı ve birlikte çok güldük. Eve geldikten sonra kör olmanın nasıl bir şey olduğunu düşünmeden edemedim. Körlerin gözleri, köpekleri ve bastonları vardır ve eminim onlara yardımcı olacak bir sürü başka şey vardır. Ama yine de, birçok zorluk olmalı. Nasıl olacağını hayal etmeye çalıştım ve bir elektronik meraklısı olarak yapabileceğim bir şey olup olmadığını merak ettim.

20 yaşlarındayken bir yaz kaynakçıyla gözlerimi yaktım (uzun hikaye… aptal çocuk). Bu asla unutmayacağım bir şey. Her neyse, bir günlüğüne gözlerim yamalı. Annemin beni karşıdan karşıya geçirmeye çalıştığını hatırlıyorum. Ona arabaların durup durmadığını sormaya devam ettim. "Ben senin annenim… seni trafiğe çıkaracağımı mı sanıyorsun?" gibi bir şey söyledi. Gençken ne kadar salak olduğumu düşününce merak ettim. Ama yürürken yüzüme çarpmak üzere olan bir şey olup olmadığını bilmemekten kendimi alamadım. Yamaları çıkardığımızda çok mutlu oldum ve rahatladım. Körlük konusunda hayatımda yaşadığım 'deneyim'e yakın tek şey bu.

Geçenlerde, iş yerinde sağ gözünü kaybeden genç bir arkadaşım ve sağ tarafında bir şey olup olmadığını ona söylemesi için yaptığım bir cihaz hakkında başka bir Eğitici Kitap yazdım. Okumak isterseniz burada. Bu cihaz, ST Electronics'in Uçuş Süresi sensörünü kullandı. Bu projeyi bitirdikten yaklaşık bir dakika sonra, körlere yardım edecek bir cihaz yapabileceğime karar verdim. Bu projede kullandığım VL53L0X sensöründe VL53L1X adında bir abi/kardeş sensörü var. Bu cihaz, VL53L0X'ten daha büyük mesafeleri ölçebilir. Adafruit'ten VL53L0X için bir koparma panosu vardı ve VL53L1X için Sparkfun'dan bir koparma panosu vardı. Önde VL53L1X ve burun köprüsüne yakın gözlüğün arkasında dokunsal geri bildirim cihazı (titreşimli motor) ile bir çift gözlük oluşturmaya karar verdim. Motoru bir nesneye olan mesafeyle ters orantılı olarak titretirdim, yani bir nesne gözlüğe ne kadar yakınsa, o kadar çok titrerdi.

Burada şunu belirtmeliyim ki VL53L1X çok dar bir Görüş Alanına sahiptir (15-27 derece arasında programlanabilir), yani ÇOK yönlüdürler. Bu, iyi bir çözünürlük sağladığı için önemlidir. Buradaki fikir, kullanıcının kafasını bir radar anteni gibi hareket ettirebilmesidir. Bu, dar FOV ile birlikte kullanıcının farklı mesafelerdeki nesneleri daha iyi ayırt etmesine olanak tanır.

VL53L0X ve VL53L1X sensörleri hakkında bir not: bunlar uçuş süresi sensörleridir. Bu, bir LAZER darbesi gönderdikleri anlamına gelir (düşük güçte ve Kızılötesi spektrumda, bu nedenle güvenlidirler). Sensör, yansıyan darbenin geri geldiğini görmenin ne kadar sürdüğünü çarpar. Yani matematik/fen derslerinden hepimizin hatırladığı gibi mesafe X oranına eşittir, değil mi? Yani zamanı ikiye bölüp ışık hızıyla çarparsan mesafeyi bulursun. Ancak başka bir Instructables üyesinin de belirttiği gibi, gözlüklere LiDAR Gözlükleri denebilirdi, çünkü bu şekilde LAZER kullanmak Işık Mesafesi ve Menzil (LiDAR). Ama dediğim gibi, herkes LiDAR'ın ne olduğunu bilmiyor ama bence çoğu insan RADAR'ı biliyor. Kızılötesi ışık ve radyo elektromanyetik spektrumun bir parçası olsa da, ışık mikrodalga frekansları gibi bir radyo dalgası olarak kabul edilmez. O yüzden başlığı RADAR olarak bırakacağım ama şimdi anladınız.

Bu proje temelde diğer proje için olanla aynı şemayı kullanıyor… göreceğimiz gibi. Bu proje için büyük sorular, elektroniği gözlüklere nasıl monte edeceğiz ve ne tür gözlükler kullanacağız?

Adım 1: Gözlükler

Muhtemelen basit bir gözlük tasarlayıp 3D yazıcımla basabileceğime karar verdim. Ayrıca gözlüğün iskeletini veya çerçevesini yalnızca 3D yazdırmam gerektiğine karar verdim. Bileşenlerde lehimlemek için bir baskılı devre kartı eklerdim. Baskılı devre kartı (protoboard), tüm düzeneğe güç katacak çerçevelere eklenecektir. Çerçevelerin bir 3D render yukarıda gösterilmiştir.

STL dosyaları da bu adıma eklenir. Üç dosya vardır: left.stl, right.stl (kulaklıklar/kollar) veglass.stl (çerçeveler).

Adım 2: Baskılı Devre Kartı

Adafruit Perma-Proto Tam Boy Breadboard kullandım. Breadboard'u gözlüklerin önüne yerleştirdim ve ortaladım. Yaptığım gözlüğün üst kenarı bile protoboardun üst kısmıyla. Gözlüklerin üstten uzanan dikdörtgen kısmı, Uçuş Süresi sensörünün nihayetinde monte edileceği yerdir. Çerçevelerin bu kısmının üst kısmının iyi bir kısmı, protoboardun üzerine yapışır. Sensörün üstüne, sadece altına herhangi bir şey lehimlememiz gerekmediği için bu sorun değil.

Breadboard'un ortasında, gözlüklerde burun köprüsünün olacağı yerin neredeyse tam üstünde bir delik var. Çerçevedeki 4 deliği ince uçlu bir işaretleyici kullanarak protoboard üzerine işaretledim. Daha sonra breadboard'a delikler açtım.

Ardından çerçeveleri M2.5 vidaları kullanarak breadboard'a monte ettim. Benimkiler naylon ve bu amaçla Adafruit'ten tam bir vida seti aldım. Vidalar takıldıktan sonra bir işaretleyici aldım ve çerçevelerin çevresine breadboard üzerine bir çizgi çizdim. Benim için kulaklığın yerleştirileceği çerçevelerin kenarlarındaki girintileri düz bir şekilde işaretledim. Bu benim tercihim…ama belki çerçevenin kulak kısımlarının görünmesini istersiniz.

Adım 3: Kesmek

Sonra çerçeveleri breadboard'a tutmaktan 4 vidayı çıkardım. İşaretlediğimiz çizginin dışındaki malzemeleri kabaca çıkardım. Çizgilerden biraz uzak durmaya özen gösterdim çünkü bunu daha sonra sahip olduğum masa üstü bant zımpara ile düzeltecektim. Bir dosya kullanabilirsiniz… ama biz kendimizi aşıyoruz.

Elinizde ne varsa onu kullanarak çizgiyi kabaca kesebilirsiniz. Belki bir şerit testere? Bende yok. Basılı devre kartları için bir 'nibbler'ım var, onu kullandım. Aslında oldukça fazla zaman aldı ve yapması bir tür sürükleme. Ama baskılı devre kartı malzemesi parçalanıp çatlayabilir ve bu yüzden yavaş gitmek istedim. Etrafımda ve aynı zamanda burun bölgesine doğru kemirdim… ama sadece kabaca. Yukarıdaki resimde ne yaptığımı görebilirsiniz.

Adım 4: Zımparalama veya Dosyalama

Masa üstü bant zımparamı kullanarak malzemeyi çizgiye çok daha yakın bir şekilde çıkardım. Yine, başka bir şeyiniz yoksa bir dosya kullanabilirsiniz. Zımparalama hakkında burada söyleyebileceğim tek şey, zımpara makinesindeki aşındırıcının kumuna bağlı olarak, ne kadar malzeme çıkarmaya çalıştığınıza dikkat edin. Geri dönüş yok. Bazen tek bir kayma tahtayı mahvedebilir (veya en azından asimetrik veya lekeli görünmesini sağlar). Yani, zaman ayırın.

Öncesi ve sonrası resimlerimi yukarıda görebilirsiniz.

Adım 5: İnce Ayar

Çerçeveleri 4 vidayla yeniden taktım ve bant zımparaya geri döndüm. Çerçevelerin kenarlarına kadar çok dikkatli bir şekilde zımparaladım. Zımpara makinemde o kadar keskin bir dönüş yapamadığım için burun kısmında yuvarlak bir eğe kullanmam gerekti. Yukarıdaki nihai sonuçlarıma bakın.

Adım 6: Sensörü Ekleme

Bu noktada VL53L1X sensör devre kartını ekledim. Önce onları çerçevelerdeki deliklerden ve VL53L1X'teki deliklerden iterek iki uzun M2.5 naylon vida ekledim. Her vidaya bir naylon somun ekledim ve çok nazikçe sıktım. Her somunun üstüne iki (toplam dört) naylon pul ekledim. Bunlar, VL53L1X sensörünün protoboarda paralel uzandığından emin olmak için gereklidir.

6 konumlu bir klemens şeridini VL53L1X'in üst kısmındaki delikler çerçevelerin üstüne koyduğum iki vida ile (naylon rondelalar ile) hizalanacak şekilde panoya yerleştirdim. Vidaların uçlarına naylon somunlar ekledim ve tekrar hafifçe sıktım. Yukarıdaki resimlere bakın.

Adım 7: Şematik

Daha önce de söylediğim gibi, şematik, Çevresel Radar projesinin şemasıyla kabaca aynıdır. Bir fark, bir buton (parasal kontak anahtarı) eklememdir. Bir noktada modları değiştirmek veya bazı özellikleri uygulamak için birine ihtiyacımız olacağını hayal ediyorum… bu nedenle, şimdi sahip olmak daha sonra eklemekten daha iyidir.

Ayrıca 10K potansiyometre ekledim. Pot, yazılımın yanıt vereceği maksimum mesafe olarak kabul edeceği mesafeyi ayarlamak için kullanılır. Bunu bir hassasiyet kontrolü olarak düşünün.

Şematik yukarıda gösterilmiştir.

Parça listesi (daha önce vermem gerekirdi) aşağıdaki gibidir:

SparkFun Mesafe Sensörü Koparma - 4 Metre, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Titreşimli Mini Motor Disk - ÜRÜN ID: 1201Adafruit - Lityum İyon Polimer Pil - 3.7v 150mAh - ÜRÜN ID: 1317Adafruit Perma-Proto Tam Boy Breadboard PCB - Tekli - ÜRÜN ID: 1606Dokunsal Anahtar Butonları (6mm ince) x 20 paket - ÜRÜN ID: 1489Sparkfun - JST Dik Açılı Konnektör - Geçişli 2 Pinli - PRT-0974910K ohm direnç - Junkbox (zemine bakın) 10K-100K ohm direnç - Önemsiz kutu (10K dirençlerin yakınında zemine bakın)2N3904 NPN Transistör - Önemsiz kutu (veya bir arkadaşınıza telefon edin) Bazı bağlantı kablosu (22 gauge telli kullandım)

LiPo pili şarj etmek için ayrıca şunları da aldım: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly şarj cihazı - v1 - ÜRÜN ID: 1304

Adım 8: Bileşen Yerleştirme

Bileşenleri yerleştirme konusunda elimden geldiğince zeki olmaya çalışıyordum. Genelde güç ve toprak gibi belirli pinleri hizalamaya çalışırım… eğer yapabilirsem. En azından kablo uzunluklarını en aza indirmeye çalışıyorum. Titreşim motoru için burun köprüsünün olduğu yerde yukarıda bir boşluk bıraktığımdan emin olmam gerekiyordu. Sonunda yukarıdaki resimde görebileceğiniz yerleşime ulaştım.

9. Adım: Zemin

Önce tüm bileşenleri karar verdiğim pozisyonlarda panoya lehimledim. Ardından, toprak bağlantılarını ekledim. Uygun şekilde, PWB'deki büyük uzun şeritlerden biri hala açıktaydı, bu yüzden bunu ortak topraklama şeridi yaptım.

Yukarıdaki resim toprak bağlantılarını ve 10K direncini göstermektedir. Çoğu insanın işlerin nasıl yapılacağına dair kendi fikirleri olduğundan, size her kabloyu nereye yerleştireceğinizi söylemeyeceğim. Ben sadece sana ne yaptığımı göstereceğim.

Adım 10: Kablolar

Kalan kabloları yukarıdaki resimde gösterildiği gibi ekledim. Yerinde kalmasını sağlamak için titreşim motorunun altına bir parça çift yapışkan bant ekledim. Zaten motorun altına gelen yapışkan malzeme bana yeterince güçlü gelmedi.

Bağlantılarım için 22 gauge tel kullandım. Daha küçük bir şeyiniz varsa, onu kullanın. Elimdeki en küçüğü olduğu için 22 gauge kullandım.

Adım 11: Pil Braketi

LiPo pili tutmak için bir braketi 3D yazdırdım (yukarıda bir görüntüsü gösterilmektedir). Braketi yukarıda gösterildiği gibi bileşenlerden gözlüklerin karşı tarafına monte etmek için protokolde işaretler ve delikler açtım.

Burada, braketin çok ince ve dayanıksız olduğunu ve bunu destek malzemesiyle yazdırmam gerektiğini belirtmeliyim (bu proje için tüm parçalar için ABS plastik kullandım). Destek malzemesini çıkarmaya çalışırken braketi kolayca kırabilirsiniz, bu yüzden kolay gidin.

Parçalarımı güçlendirmek için yaptığım bir şey onları asetona batırmak. Elbette bunu yaparken çok dikkatli olmalısınız. İyi havalandırılmış bir alanda yapıyorum ve eldiven ve göz koruması kullanıyorum. Bunu destek malzemesini çıkardıktan sonra yapıyorum (elbette). Bir kap asetonum var ve cımbız kullanarak parçayı belki bir veya iki saniye tamamen asetona batırıyorum. Hemen çıkarıp kurumaya bırakıyorum. Parçalara dokunmadan önce genellikle bir saat veya daha uzun süre bırakırım. Aseton, ABS'yi kimyasal olarak 'eritir'. Bu, plastik katmanları kapatma etkisine sahiptir.

Braket için STL dosyası bu adıma eklenmiştir.

Adım 12: Programlama

Tüm bağlantılarımı iki kez kontrol ettikten sonra Trinket M0'ı programlamak için USB kablosunu taktım.

Yazılımı kurmak ve/veya değiştirmek için (bu adıma ekli) Arduino IDE'ye ve Trinket M0 pano dosyalarına ve Sparkfun'dan VL53L1X kitaplıklarına ihtiyacınız olacak. Bunların hepsi burada ve burada.

Bu konuda yeniyseniz, Adafruit M0'ı kullanma talimatlarını buradaki öğrenim sitelerinde izleyin. Yazılım (bu adıma eklenen) yüklendikten sonra, kart başlamalı ve USB seri bağlantısından gelen güçle çalışmalıdır. VL53L1X duvara veya elinize yakın olacak şekilde tahtanın kenarını hareket ettirin ve motorun titrediğini hissetmelisiniz. Titreşim, bir nesne cihazdan uzaklaştıkça genlik olarak düşmelidir.

Bu yazılımın bu konuda ilk geçiş olduğunu vurgulamak istiyorum. İki çift gözlük yaptım ve hemen iki tane daha yapacağım. Biz (ben ve bunun üzerinde çalışan en az bir kişi daha) yazılımı iyileştirmeye ve güncellemeleri burada yayınlamaya devam edeceğiz. Umudum, başkalarının da bunu deneyecek ve yaptıkları değişiklikleri/iyileştirmeleri (belki GitHub'a) gönderecek olmasıdır.

Adım 13: Çerçeveleri Bitirmek

Kulak parçalarını gözlüğün her iki yanındaki çentiğe yerleştirdim ve bir işaret ucu kullanarak aseton uyguladım. Asetonu emerim, böylece köşelere bastırdığımda iyi bir miktar elde ederim. Sıkıca takılırlarsa, aseton kılcal çekim yoluyla taşınır. Düz yerleştirildiklerinden emin oluyorum ve gerekirse onları en az bir saat yerinde tutacak bir şey kullanıyorum. Bazen tekrar başvuruyorum ve bir saat daha bekliyorum. Aseton harika bir bağ oluşturuyor ve gözlüklerim çerçeve sınırında oldukça güçlü görünüyor.

Tabii ki bu gözlükler sadece bir prototip, bu yüzden tasarımı basit tuttum ve bu yüzden gözlüğün kolları için menteşe yok. Her şeye rağmen oldukça iyi çalışıyorlar. Ancak, isterseniz, bunları her zaman menteşelerle yeniden tasarlayabilirsiniz.

Adım 14: Son Düşünceler

Sensörün güneş ışığında iyi çalışmadığını fark ettim. Bu, sensörün güneşten gelen IR ile doyurulduğundan emin olduğum için mantıklı, bunu sensörün yaydığı darbeden ayırmayı imkansız hale getiriyor. Yine de, iç mekanlarda ve geceleri ve belki bulutlu günlerde iyi gözlükler yaparlardı. Tabii ki, daha fazla test yapmam gerekiyor.

Tasarımı değiştirmek için yapacağım şeylerden biri, burun köprüsüne değen çentiğe bir çeşit kauçuk eklemek. Başınızı eğerseniz, gözlük yerçekimi kuvveti altında biraz deriden kalkarken titreşimi hissetmek zordur. Bence sürtünme yaratacak bir miktar kauçuk, gözlüğün burna sabitlenmesini sağlar, böylece titreşim ona aktarılabilir.

Gözlükle ilgili görüşlerinizi bekliyorum. Gözlüklerin insanlara faydası olur mu bilmiyorum ama sadece görmemiz gerekecek. Prototiplerin amacı budur: fizibilite, öğrenme ve iyileştirme.

Tasarıma daha fazla sensör eklenebilirdi. Bu prototip için bir tane kullanmayı seçtim çünkü birden fazla titreşim motorunun kullanıcının ayırt etmesinin daha zor olacağını düşünüyorum. Ancak gözlerden dışarı bakan iki sensöre sahip olmak iyi bir fikir olabilirdi. Ardından iki motor kullanarak gözlüğün her iki tarafını titretebilirsiniz. Titreşim yerine her kulağa beslenen sesi de kullanabilirsiniz. Yine fikir, bir prototip denemek ve biraz deneyim kazanmaktır.

Buraya kadar yaptıysanız, okuduğunuz için teşekkürler!