Radarbriller: 14 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Sidste sommer mens vi var på ferie i Maine, mødte vi et andet par: Mike og Linda. Linda var blind og havde været blind siden fødslen af (tror jeg) deres første barn. De var virkelig søde, og vi havde mange grin sammen. Efter vi kom hjem, kunne jeg ikke stoppe med at tænke på, hvordan det ville være at være blind. De blinde har øjehunde og stokke, og jeg er sikker på mange andre ting, der kan hjælpe dem. Men alligevel må der være mange udfordringer. Jeg forsøgte at forestille mig, hvordan det ville være, og jeg spekulerede på, som elektroniknørd, om der var noget, jeg kunne gøre.

Jeg brændte mine øjne en sommer med en svejser, da jeg var omkring 20 år (lang historie … dumt barn). Det er noget, jeg aldrig vil glemme. Anyway, jeg havde mine øjne patched for en dag. Jeg kan huske, at min mor forsøgte at føre mig på tværs af gaden. Jeg blev ved med at spørge hende, om bilerne var stoppet. Hun sagde noget i stil med: "Jeg er din mor … tror du, jeg ville føre dig ud i trafikken?" Når jeg tænker tilbage på, hvilken dweeb jeg var, da jeg var teenager, undrede jeg mig. Men jeg kunne ikke komme uden at vide, om der var noget ved at ramme mig i ansigtet, da jeg gik. Jeg var meget glad og lettet, da vi tog lapperne af. Det er det eneste, der er tæt på 'erfaring', som jeg har haft i mit liv med hensyn til blindhed.

Jeg skrev for nylig en anden instruerbar om en ung ven på arbejde, der mistede synet i sit højre øje og en enhed, jeg lavede for at fortælle ham, om der var noget på hans højre side. Hvis du vil læse den, er den her. Denne enhed brugte en Time-of-Flight-sensor fra ST Electronics. Cirka et minut efter at jeg havde afsluttet projektet, besluttede jeg, at jeg kunne lave en enhed til at hjælpe blinde. VL53L0X -sensoren, jeg brugte på det projekt, har en storebror/søstersensor kaldet VL53L1X. Denne enhed kan måle større afstande end VL53L0X. Der var et breakout board til VL53L0X fra Adafruit og til VL53L1X var der et breakout board fra Sparkfun. Jeg besluttede at oprette et par briller med VL53L1X på forsiden og en haptisk feedback -enhed (vibrerende motor) bag brillerne nær næseryggen. Jeg ville vibrere motoren omvendt proportional med afstanden til et objekt, dvs. jo tættere et objekt var på brillerne, jo mere ville det vibrere.

Jeg skal her bemærke, at VL53L1X har et meget smalt synsfelt (programmerbart mellem 15-27 grader), hvilket betyder, at de er MEGET retningsbestemte. Dette er vigtigt, da det giver god opløsning. Ideen er, at brugeren kan bevæge hovedet som en radarantenne. Dette sammen med den smalle FOV giver brugeren mulighed for bedre at skelne objekter på forskellige afstande.

En note om VL53L0X og VL53L1X sensorer: de er time-of-flight sensorer. Det betyder, at de sender en LASER -puls (lav effekt og i det infrarøde spektrum, så de er sikre). Sensoren gange, hvor lang tid det tager at se den reflekterede puls komme tilbage. Så afstand er lig med hastighed X tid, som vi alle husker fra matematik-/naturvidenskabelige klasser, ikke? Så del tiden i to og gang med lysets hastighed, og du får afstand. Men som det blev påpeget af et andet Instructables -medlem, kunne glassene have været kaldt LiDAR -briller, da brug af en LASER på denne måde er Light Distance and Ranging (LiDAR). Men som sagt ved ikke alle, hvad LiDAR er, men jeg tror, at de fleste kender RADAR. Og mens infrarødt lys og radio alle er en del af det elektromagnetiske spektrum, betragtes lys ikke som en radiobølge, som mikrobølgefrekvenser er. Så jeg efterlader titlen som RADAR, men nu forstår du.

Dette projekt bruger stort set den samme skematiske som den for det andet projekt … som vi vil se. De store spørgsmål til dette projekt er, hvordan vi monterer elektronikken på briller, og hvilken slags briller bruger vi?

Trin 1: Glassene

Jeg besluttede, at jeg nok kunne designe et simpelt par briller og printe dem med min 3D -printer. Jeg besluttede også, at jeg kun behøvede at 3D -printe skelettet eller rammen af glassene. Jeg vil tilføje et printkort til lodning i komponenterne. Printkortet (protoboard) ville blive fastgjort til rammerne, hvilket ville tilføre styrke til hele forsamlingen. En 3D -gengivelse af rammerne er vist ovenfor.

STL -filerne er også knyttet til dette trin. Der er tre filer: left.stl, right.stl (øretelefonerne/armene) og brillerne.stl (rammen).

Trin 2: Printkortet

Jeg brugte en Adafruit Perma-Proto fuld størrelse brødbræt. Jeg placerede brødbrættet over glassets forside og centrerede dem. Den øverste kant af glassene lavede jeg selv med toppen af protoboardet. Den rektangulære del af brillerne, der strækker sig ud fra toppen, er, hvor Time-Of-Flight-sensoren til sidst vil blive monteret. En god del af toppen af denne del af rammerne stikker op over protoboardet. Dette er OK, da vi ikke behøver at lodde noget til toppen af sensoren, kun bunden.

Der er et hul i midten af brødbrættet, der er næsten præcist oven på, hvor næseryggen vil være i glassene. Jeg markerede de 4 huller, der er i rammen, på protoboardet ved hjælp af en fin spidsmarkør. Jeg borede derefter hullerne i brødbrættet.

Derefter monterede jeg rammerne på brødbrættet ved hjælp af M2.5 -skruer. Mine er af nylon, og jeg fik et helt sæt skruer fra Adafruit til dette formål. Når skruerne var fastgjort tog jeg en markør og tegnede en streg rundt om rammerne på brødbrættet. For mig markerede jeg lige indrykningerne på siderne af rammerne, hvor ørestykkerne skal placeres. Dette er min præference … men måske vil du gerne have, at rammens øredele er synlige.

Trin 3: Skær det ud

Dernæst tog jeg de 4 skruer tilbage fra at holde rammerne til brødbrættet. Jeg fjernede groft materiale uden for den linje, vi markerede. Jeg var omhyggelig med at holde mig lidt væk fra linjerne, fordi jeg senere ville forfine dette med den båndslibemaskine, jeg har. Du kan bruge en fil … men vi går foran os selv.

Du kan groft skære rundt om linjen ved hjælp af de midler, du har. Måske en båndsav? Nå, jeg har ikke en. Jeg har en 'nibbler' til printkort, så jeg brugte det. Det tog faktisk en god del tid, og det er lidt af et træk at gøre. Men printkortmateriale kan gå i stykker og revne, og derfor ville jeg gå langsomt. Jeg nappede mig rundt og også op i næseområdet … men kun groft. Du kan se, hvad jeg lavede på billedet ovenfor.

Trin 4: Slibning eller arkivering

Jeg fjernede materialet meget tættere på linjen ved hjælp af min båndsliber. Igen kan du bruge en fil, hvis du ikke har noget andet. Alt, hvad jeg kan sige her om slibning, er, at du, afhængigt af slibekornen i slibemaskinen, skal passe på, hvor meget materiale du forsøger at fjerne. Der er ingen vej tilbage. Nogle gange kan et enkelt slip ødelægge brættet (eller i det mindste få det til at se asymmetrisk eller skavanket ud). Så tag dig god tid.

Du kan se mine før og efter billeder ovenfor.

Trin 5: Finjustering

Jeg fastgjorde rammerne igen med de 4 skruer og gik tilbage til remsliberen. Jeg slibede meget omhyggeligt helt op til kanten af rammerne. Jeg havde brug for at bruge en rund fil i næsesektionen, fordi jeg bare ikke kunne lave det skarpe sving i min sander. Se mine endelige resultater ovenfor.

Trin 6: Tilføjelse af sensoren

På dette tidspunkt tilføjede jeg VL53L1X sensor breakout board. Først tilføjede jeg to lange M2.5 nylonskruer, der skubbede dem gennem hullerne i rammerne og gennem hullerne i VL53L1X. Jeg tilføjede en nylonmøtrik til hver skrue og stramte dem meget forsigtigt. Over toppen af hver møtrik tilføjede jeg to (fire i alt) nylonskiver. Disse er nødvendige for at sikre, at VL53L1X -sensoren ligger parallelt med protoboardet.

Jeg placerede en klemrække med 6 positioner på brættet i en position, så hullerne i toppen af VL53L1X stod på linje med de to skruer, jeg satte øverst på rammene (med nylonskiverne). Jeg tilføjede nylonmøtrikker til enderne af skruerne og stramede dem forsigtigt igen. Se billederne ovenfor.

Trin 7: Skematisk

Som jeg sagde tidligere, er skematikken nogenlunde den samme som den for Peripheral Radar -projektet. En forskel er, at jeg tilføjede en trykknap (en kontaktkontakt til penge). Jeg forestiller mig, at vi på et tidspunkt skal bruge en til at ændre tilstande eller implementere en funktion … så det er bedre at have det nu end at tilføje det senere.

Jeg tilføjede også et 10K potentiometer. Gryden bruges til at justere den afstand, softwaren betragter som den maksimale afstand at reagere på. Tænk på det som en følsomhedskontrol.

Skematikken er vist ovenfor.

Delelisten (som jeg burde have givet tidligere) er som følger:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 Meter, VL53L1X - SEN -14722 Adafruit - Vibrerende mini -motorskive - PRODUKT ID: 1201Adafruit - Lithium -ion -polymerbatteri - 3,7v 150mAh - PRODUKT ID: 1317Adafruit Perma -Proto brødbræt i fuld 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 dit gulv i nærheden af 10K modstande) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (eller ring til en ven) Nogle tilslutningskabler (jeg brugte 22 gauge strandet)

For at oplade LiPo -batteriet skaffede jeg også: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly oplader - v1 - PRODUKT ID: 1304

Trin 8: Placering af komponenter

Jeg forsøgte at være så klog som muligt om at placere komponenterne. Jeg prøver normalt at stille visse stifter op som strøm og jord … hvis jeg kan. Jeg forsøger i det mindste at minimere trådlængder. Jeg var nødt til at være sikker på at efterlade et mellemrum over, hvor næseryggen er til vibrationsmotoren. Til sidst nåede jeg frem til placeringen, der kan ses på billedet ovenfor.

Trin 9: Grunde

Jeg lod først alle komponenterne til tavlen i de positioner, jeg havde besluttet mig for. Dernæst tilføjede jeg jordforbindelser. Praktisk nok var en af de store lange strimler på PWB stadig udsat, så jeg gjorde dette til den fælles jordstrimmel.

Billedet ovenfor viser jordforbindelserne og 10K modstanden. Jeg vil ikke fortælle dig, hvor du skal placere hver ledning, da de fleste mennesker har deres egne ideer om, hvordan man gør ting. Jeg vil bare vise dig, hvad jeg gjorde.

Trin 10: Ledninger

Jeg tilføjede resten af ledningerne som vist på billedet ovenfor. Jeg tilføjede et stykke tape med dobbelt stift under vibrationsmotoren for at sikre, at det holdes på plads. Det klæbrige materiale, der allerede kom på bunden af motoren, føltes ikke stærkt nok for mig.

Jeg brugte 22 gauge wire til mine forbindelser. Hvis du har noget mindre, så brug det. Jeg brugte 22 gauge, fordi det er det mindste, jeg havde ved hånden.

Trin 11: Batteribeslag

Jeg 3D -printede et beslag for at holde LiPo -batteriet (en gengivelse af det er vist ovenfor). Jeg markerede og borede huller i protoboardet for at montere beslaget på den modsatte side af glassene fra komponenterne som vist ovenfor.

Jeg skal her bemærke, at beslaget er meget tyndt og spinkelt, og jeg skal printe det med støttemateriale (jeg brugte ABS -plast til alle delene til dette projekt). Du kan let bryde beslaget og forsøge at få støttematerialet af, så gå let.

En ting jeg gør for at gøre mine dele stærkere er at dyppe dem i acetone. Selvfølgelig skal du være meget forsigtig med at gøre dette. Jeg gør det i et godt ventileret område, og jeg bruger handsker og øjenbeskyttelse. Jeg gør dette, efter at jeg har fjernet støttematerialet (selvfølgelig). Jeg har en beholder med acetone, og ved hjælp af en pincet dypper jeg delen helt ned i acetone i måske et sekund eller to. Jeg fjerner det straks og sætter det til side for at tørre. Jeg lader normalt dele stå i en time eller mere, før jeg rører ved dem. Acetonen vil 'smelte' ABS kemisk. Dette har den virkning, at tætningen af plastlagene forsegles.

STL -filen til beslaget er vedhæftet dette trin.

Trin 12: Programmering

Efter at have kontrolleret alle mine forbindelser, tilsluttede jeg USB -kablet for at programmere Trinket M0.

For at installere og/eller ændre softwaren (vedhæftet til dette trin) skal du bruge Arduino IDE og kortfilerne til Trinket M0 samt bibliotekerne til VL53L1X fra Sparkfun. Alt det er her, og her.

Hvis du er ny inden for det, skal du følge instruktionerne for brug af Adafruit M0 på deres læringssted her. Når softwaren (tilføjet til dette trin) er indlæst, bør kortet starte og køre med strøm fra USB seriel forbindelse. Flyt siden af brættet med VL53L1X tæt på en væg eller din hånd, og du skal føle motoren vibrere. Vibrationen skal blive lavere i amplitude jo længere væk fra enheden et objekt er.

Jeg vil understrege, at denne software er det allerførste pass på dette. Jeg har lavet to par glas, og jeg vil lave to mere med det samme. Vi (mig og mindst en anden person, der arbejder på dette) vil fortsætte med at forfine softwaren og sende eventuelle opdateringer her. Mit håb er, at andre også vil prøve dette og sende (måske til GitHub) eventuelle ændringer/forbedringer, de foretager.

Trin 13: Afslutning af rammerne

Jeg slog ørestykker ind i hakket på begge sider af glassene og påførte acetone ved hjælp af en cue-tip. Jeg opsuger acetonen, så jeg får en god mængde, når jeg trykker den ind i hjørnerne. Hvis de klikkes tæt ind, vil acetonen blive transporteret rundt via kapillær tiltrækning. Jeg sørger for, at de er placeret lige, og hvis det er nødvendigt, bruger jeg noget til at holde dem på plads i mindst en time. Nogle gange ansøger jeg igen og venter endnu en time. Acetonen gør et godt bånd, og mine briller virker ret stærke ved rammen.

Selvfølgelig er disse briller bare en prototype, så jeg holdt designet enkelt, og derfor er der ingen hængsler til brillernes arme. De fungerer i hvert fald ret godt. Men hvis du vil, kan du altid redesigne dem med hængsler.

Trin 14: Endelige tanker

Jeg har bemærket, at sensoren ikke gør det godt i sollys. Dette giver mening, da jeg er sikker på, at sensoren er mættet af IR fra solen, hvilket gør det umuligt at adskille den fra den puls, som sensoren udsender. Alligevel ville de lave gode glas indendørs og om natten og måske overskyede dage. Selvfølgelig skal jeg lave flere tests.

En ting, jeg vil gøre for at ændre designet, er at tilføje en slags gummi til hakket, der rører næseryggen. Hvis du vælter hovedet, er det svært at mærke vibrationen, når brillerne løfter lidt af huden under tyngdekraften. Jeg tror, at noget gummi for at skabe friktion vil holde glassene fastgjort til næsen, så vibrationerne kan overføres til den.

Jeg håber at få lidt feedback på brillerne. Jeg ved ikke, at brillerne vil være nyttige for folk, men vi må bare se. Det er hvad prototyper handler om: gennemførlighed, læring og forbedringer.

Flere sensorer kunne have været tilføjet til designet. Jeg valgte at bruge en til denne prototype, fordi jeg tror, at mere end en vibrationsmotor vil være sværere for brugeren at skelne. Men det kunne have været en god idé at have to sensorer rettet ud fra øjnene. Ved hjælp af to motorer kunne du vibrere på hver side af glassene. Du kan også bruge lyd til hvert øre i stedet for vibrationer. Igen er tanken at prøve en prototype og få lidt erfaring.

Hvis du nåede så langt, tak fordi du læste!