Face Touch Alarm: 4 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:25

At røre ved vores ansigt er en af de mest almindelige måder, hvorpå vi inficerer os selv med vira som Covid-19. En akademisk undersøgelse i 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) fandt ud af, at vi rører vores ansigter i gennemsnit 23 gange i timen. Jeg besluttede at designe en billig enhed med lav effekt, der ville advare dig hver gang du er ved at røre ved dit ansigt. Denne grove prototype kan let forfines, og selvom det er usandsynligt, at du vil bære det hele dagen, kan det være en god måde at træne dig på at reducere ansigtsberøring og derfor reducere spredningen af virussen.

De fleste former for bevægelsesmåling bruger accelerometre eller billedbehandling. Disse er relativt dyre, kræver kontinuerlig strøm og derfor også et relativt stort batteri. Jeg ville lave en enhed, der kun bruger strøm, når adfærden udløser det, og som kunne laves hjemme for mindre end $ 10.

Enheden har tre dele. En halskæde og to små elastikker på hvert håndled. Det bruger princippet om, at en magnet, der bevæger sig i nærheden af en trådspole, genererer en elektrisk strøm i ledningen. Når hånden bevæger sig mod ansigtet, genererer magneten ved håndleddet en lille spænding over spolen. Dette forstærkes, og hvis det er højere end en bestemt tærskel, tændes det for en lille summer.

Forbrugsvarer

• 100 - 200 meter magnetventil. De fleste ledninger er for tykke. Magnetventil er isoleret med et meget fint lag lak, så du kan foretage masser af sving i spolen, mens du stadig holder den relativt lille og let. Jeg brugte 34 AWG - som er cirka 0,15 mm i diameter
• Kabelbindere eller sellotape
• En enkelt forsyning med lav effekt op-amp. Det skal kunne fungere ved 3V. Jeg brugte en Microchip MCP601.
• 2 modstande (1M, 2K)
• 2K trimmer modstand
• En 3 - 5 V piezo -summer
• Enhver grundlæggende npn -transistor (jeg brugte en 2N3904)
• Nogle veroboard
• CR2032 (eller ethvert 3V møntcellebatteri)
• 2 små kraftige magneter
• 2 tykke gummibånd eller noget kompressionsunderstøttende materiale (som kompressionsstrømper)

Trin 1: Vind spolen

Spolen skal være et sammenhængende stykke ledning, så den desværre ikke kan hektes og afkrogs som en halskæde. Derfor er det vigtigt, at spolens diameter er stor nok til, at du kan få den over hovedet. Jeg viklede min rundt om en cirkulær former (en papirkurv) med en diameter på ca. 23 cm (9 tommer). Jo flere sving jo bedre. Jeg mistede optællingen af, hvor mange jeg lavede, men ved at teste den elektriske modstand til sidst tror jeg, at jeg endte med omkring 150 sving.

Tag forsigtigt spolen fra førstnævnte, og fastgør spolen med kabelbindere eller tape. Det er vigtigt ikke at bryde nogen af de sarte magnetventiler, da det vil være næsten umuligt at reparere. Når du har spolen fastgjort, finder du de to ender af tråden og fjerner lakken fra de sidste cm (sidste halv tomme) i hver ende. Det gjorde jeg ved at smelte lakken med et loddejern (se vedhæftede video).

Klik her for at se video om, hvordan man fjerner magnetventilen

Disse ender kan loddes delikat på dit detektor printkort. Til min prototype lodde jeg enderne på et lille stykke separat veroboard med en stikhoved, så jeg kunne bruge eksperiment og bruge jumperkabler til at forbinde det til forskellige kredsløbssignaler.

Trin 2: Byg detektorkredsløbet

Det skematiske og sidste kredsløb er vist ovenfor.

Jeg bruger en op-forstærker i en ikke-inverterende konfiguration til at forstærke den meget lille spænding, der genereres over spolen. Forstærkningen af denne forstærker er forholdet mellem modstande på R1 og R2. Den skal være høj nok til at registrere magneten, når den bevæger sig ca. 10 cm fra spolens kant relativt langsomt (ca. 20-30 cm/s), men hvis du gør den for følsom, kan den blive ustabil, og summeren vil lyde konstant. Da det optimale tal vil afhænge af den faktiske spole, du bygger, og den magnet, du bruger, anbefaler jeg, at du bygger kredsløbet med en variabel modstand, der kan indstilles til en hvilken som helst værdi op til 2K. I min prototype fandt jeg ud af, at en værdi på cirka 1,5K fungerede godt.

Da spolen også vil opfange vildfarne radiobølger med forskellige frekvenser inkluderede jeg en kondensator på tværs af R1. Dette fungerer som et lavpasfilter. Ved enhver frekvens, der er højere end et par hertz, er reaktansen af denne kondensator meget mindre end værdien af R1, og derfor falder forstærkningen.

Da forstærkningen er så høj, vil op -forstærkerens output virkelig kun være "on" (3V) eller "off" (0V). Da MCP601 i første omgang kan levere 20mA, tænkte jeg, at den måske kunne drive en piezo -summer direkte (disse kræver kun et par mA for at fungere). Jeg fandt imidlertid ud af, at op -forstærkeren kæmpede for at køre den direkte, sandsynligvis på grund af summerens kapacitans. Jeg løste dette ved at fodre output fra output gennem en modstand til en npn -transistor, der fungerer som en switch. R3 vælges for at sikre, at transistoren er fuldt tændt, når output fra Op -forstærkeren er 3V. For at minimere strømforbruget ideelt set bør dette være så højt som du kan gøre det og stadig sikre, at transistoren er tændt. Jeg har valgt 5K for at sikre, at dette kredsløb skulle fungere med næsten enhver populær npn -transistor.

Det sidste du skal bruge er et batteri. Jeg var i stand til at køre min prototype med succes med et 3V møntcellebatteri - men det var endnu mere følsomt og effektivt ved lidt højere spænding, og hvis du kan finde et lille li -poly batteri (3,7V), vil jeg anbefale at bruge det.

Trin 3: Lav håndledsbåndene

Hvis en magnet bæres tæt på hver hånd, vil handlingen med at løfte hånden mod ansigtet udløse summeren. Jeg besluttede at oprette to håndledsbånd med elastisk støttestrømpe og brugte disse til at holde to små magneter ved mit håndled. Du kan også eksperimentere med en magnetisk ring på en finger på hver hånd.

Den inducerede strøm strømmer i en retning omkring spolen, når magneten kommer ind i spolens område og i den modsatte retning, når den forlader. Fordi prototypekredsløbet er forsætligt simpelt, vil kun en strømretning udløse summeren. Så det summer enten når hånden nærmer sig halskæden, eller når den bevæger sig væk. Det er klart, at vi vil have, at den summerer på vej til ansigtet, og vi kan ændre polariteten af den genererede strøm ved at vende magneten. Så eksperimenter med, hvilken vej rundt der får buzeren til at lyde, når hånden nærmer sig ansigtet og marker magneten, så du husker at bære den den rigtige vej.

Trin 4: Test

Størrelsen af den inducerede strøm hænger sammen med, hvor hurtigt magnetfeltet ændrer sig i nærheden af spolen. Så det er lettere at opfange hurtige bevægelser nær spolen end langsomme bevægelser langt væk fra den. Med en smule forsøg og fejl kunne jeg få det til at fungere pålideligt, da jeg flyttede magneten med omkring 30 cm/s (1 ft/s) i en afstand på 15 cm (6 tommer). Lidt mere tuning ville forbedre dette med en faktor to eller tre.

Det hele er lidt groft i øjeblikket, siden prototypen bruger "gennemgående huller" -komponenter, men al elektronik kan let krympe ved hjælp af overflademonterede komponenter, og den begrænsende størrelse ville bare være batteriet.