3 Eksenli Manyetik Alan Sensörü: 10 Adım (Resimli)

2025 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2025-01-23 15:13

Kablosuz güç aktarım sistemleri, geleneksel kablolu şarjın yerini alma yolunda ilerliyor. Minik biyomedikal implantlardan devasa elektrikli araçları kablosuz olarak şarj etmeye kadar. Kablosuz güç araştırmasının ayrılmaz bir parçası, manyetik alan yoğunluğunu en aza indirmektir. Uluslararası İyonize Olmayan Radyasyondan Korunma Komisyonu (ICNIRP), insanları ve çevreyi zararlı NIR maruziyetinden korumak için iyonlaştırıcı olmayan radyasyonun (NIR) sağlık ve çevresel etkileri hakkında bilimsel tavsiye ve rehberlik sağlar. NIR, ultraviyole, ışık, kızılötesi ve radyo dalgaları gibi elektromanyetik radyasyonu ve kızılötesi ve ultrason gibi mekanik dalgaları ifade eder. Kablosuz şarj sistemleri, çevrede bulunan insanlar ve hayvanlar için zararlı olabilecek alternatif manyetik alanlar üretir. Bu alanları tespit edebilmek ve gerçek dünya test düzeneğinde en aza indirebilmek için Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spektral Analizör gibi bir manyetik alan ölçüm cihazı gereklidir. Bu cihazlar genellikle 2000 dolardan fazlaya mal olur ve hacimlidir ve alanın ölçülmesi gereken dar alanlara ulaşamayabilir. Ek olarak, bu cihazlar genellikle kablosuz güç aktarım sistemlerinde basit alan ölçümü için gerekenden daha fazla özelliğe sahiptir. Bu nedenle, saha ölçüm cihazlarının daha küçük, daha ucuz bir versiyonunu geliştirmek çok değerli olacaktır.

Mevcut proje, manyetik alan algılaması için bir PCB tasarımı ve ayrıca algılanan manyetik alan değerlerini işleyebilen ve bunları bir OLED veya LCD ekranda görüntüleyebilen ek bir cihazın tasarımını içermektedir.

Adım 1: Gereksinimler

Cihaz aşağıdaki gereksinimlere sahiptir:

1. 10 – 300 kHz aralığında alternatif manyetik alanları ölçün
2. Alanları 50 uT'ye kadar doğru bir şekilde ölçün (ICNIRP tarafından belirlenen güvenlik sınırı 27 uT'dir)
3. Her üç eksendeki alanları ölçün ve belirli bir noktada gerçek alanı bulmak için bunların sonuçlarını alın
4. Manyetik alanı el tipi bir ölçüm cihazında görüntüleyin
5. Alan ICNIRP tarafından belirlenen standartların üzerine çıktığında bir uyarı göstergesi görüntüleyin
6. Cihazın gerçekten taşınabilir olması için pille çalıştırmayı dahil edin

2. Adım: Sisteme Genel Bakış

Adım 3: Bileşenleri Seçme

Bu adım muhtemelen en çok zaman alan adımdır ve bu proje için doğru bileşenleri seçmek için büyük sabır gerektirir. Diğer elektronik projelerinin çoğunda olduğu gibi, bileşenlerin seçilmesi, tüm bileşenlerin birbiriyle uyumlu olduğundan ve tüm çalışma parametrelerinin istenen aralığında çalıştığından emin olmak için veri sayfalarının dikkatli bir şekilde incelenmesini gerektirir - bu özel durumda, manyetik alanlar, frekanslar, voltajlar vb.

Manyetik alan sensörü PCB için seçilen ana bileşenler ekteki excel sayfasında mevcuttur. El cihazı için kullanılan bileşenler aşağıdaki gibidir:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrodenetleyici
2. SunFounder I2C Seri 20x4 LCD ekran
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 kanallı mantık seviye dönüştürücü çift yönlü kaydırma modülü
4. Düğme anahtarı
5. 2 konumlu geçiş anahtarı
6. 18650 Li-ion 3.7V hücre
7. Adafruit PowerBoost 500 Şarj Cihazı
8. Baskılı devre kartları (SparkFun takılabilir)
9. zıtlıklar
10. Bağlantı telleri
11. Başlık pimleri

Bu proje için gerekli ekipman aşağıdaki gibidir:

1. Lehimleme cihazı ve bazı lehim teli
2. Delmek
3. Tel makası

Adım 4: Devre Tasarımı ve Simülasyonu

Adım 5: PCB'yi Tasarlamak

Devrenin çalışması LTSpice'de doğrulandıktan sonra bir PCB tasarlanır. Bakır uçaklar, manyetik alan sensörlerinin çalışmasına engel olmayacak şekilde tasarlanmıştır. PCB yerleşim şemasında vurgulanan gri bölge, PCB üzerindeki bakır düzlemleri gösterir. Sağda, tasarlanan PCB'nin bir 3D görünümü de gösterilmektedir.

Adım 6: Mikrodenetleyiciyi Ayarlama

Bu proje için seçilen mikrodenetleyici Tiva C TM4C123GXL'dir. Kod, Arduino mikro denetleyici ailesi için mevcut LCD kitaplıklarından yararlanmak için Energia'da yazılmıştır. Sonuç olarak, bu proje için geliştirilen kod Tiva C yerine Arduino mikrodenetleyici ile de kullanılabilir (doğru pin atamalarını kullanmanız ve kodu buna göre değiştirmeniz şartıyla).

7. Adım: Ekranı Çalıştırma

Ekran ve mikro denetleyici, +5V besleme ve toprak dışında yalnızca iki kablo gerektiren I2C iletişimi aracılığıyla arabirim oluşturur. Arduino mikro denetleyici ailesi (LiquidCrystal kitaplıkları) için mevcut olan LCD kod parçacıkları Energia'da taşınmış ve kullanılmıştır. Kod ekteki LCDTest1.ino dosyasında verilmiştir.

Ekran için bazı yararlı ipuçları aşağıdaki videoda bulunabilir:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Adım 8: 3D Baskı

El cihazı için bir muhafaza kutusu, yukarıdaki resimde gösterildiği gibi tasarlanmıştır. Kutu, panoların yerinde kalmasına ve tellerin bozulmadan kalmasına yardımcı olur. Kutu, kabloların geçmesi için iki oyuk, pil gösterge LED'leri için bir oyuk ve geçiş anahtarı ve basmalı düğme anahtarı için birer oyuk olacak şekilde tasarlanmıştır. Gerekli dosyalar ektedir.

Adım 9: Tüm Bileşenlerin Arayüz Oluşturulması

Mevcut tüm bileşenlerin boyutlarını ölçün ve Microsoft Visio gibi bir grafik aracı kullanarak bunları düzenleyin. Tüm bileşenlerin yerleşimi planlandıktan sonra, nihai ürün hakkında bir fikir edinmek için onları konumlarına yerleştirmeye çalışmak iyi bir fikirdir. Cihaza her yeni bileşen eklendikten sonra bağlantıların test edilmesi önerilir. Arayüz oluşturma işlemine genel bir bakış, yukarıdaki resimlerde gösterilmektedir. 3D baskılı kutu, cihaza temiz bir görünüm kazandırır ve ayrıca içindeki elektronik aksamı korur.

Adım 10: Cihaz Testi ve Gösterimi

Gömülü video, cihazın çalışmasını gösterir. Geçiş anahtarı cihazı açar ve basma düğmesi iki ekran modu arasında geçiş yapmak için kullanılabilir.