3-akset magnetfeltsensor: 10 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:29

Trådløse kraftoverførselssystemer er godt på vej til at erstatte konventionel kabelført opladning. Lige fra små biomedicinske implantater hele vejen til trådløs opladning af store elektriske køretøjer. En integreret del af forskningen om trådløs strøm er at minimere magnetfeltets tæthed. Den internationale kommission for beskyttelse mod ikke-ioniserende stråling (ICNIRP) yder videnskabelig rådgivning og vejledning om sundheds- og miljøeffekter af ikke-ioniserende stråling (NIR) for at beskytte mennesker og miljø mod skadelig NIR-eksponering. NIR refererer til elektromagnetisk stråling såsom ultraviolet, lys, infrarød og radiobølger og mekaniske bølger som infra- og ultralyd. Trådløse opladningssystemer producerer skiftevis magnetiske felter, som kan være skadelige for mennesker og dyr i nærheden. For at kunne detektere disse felter og minimere dem i en realtest-testopsætning kræves et magnetfeltmåleenhed som Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spectral Analyzer. Disse enheder koster normalt op til $ 2000 og er omfangsrige og kan muligvis ikke nå smalle rum, hvor feltet skal måles. Derudover har disse enheder normalt flere funktioner end krævet til enkel feltmåling i trådløse kraftoverførselssystemer. Derfor ville udviklingen af en mindre, billigere version af feltmålere være af stor værdi.

Det nuværende projekt involverer design af et printkort til magnetfeltføling og også design af en ekstra enhed, der kan behandle de registrerede magnetfeltværdier og vise dem på et OLED- eller LCD -display.

Trin 1: Krav

Enheden har følgende krav:

1. Mål skiftevis magnetiske felter i området 10 - 300 kHz
2. Mål felter nøjagtigt op til 50 uT (Sikkerhedsgrænse fastsat af ICNIRP er 27 uT)
3. Mål felter i alle tre akser, og få deres resultat til at finde det faktiske felt på et givet tidspunkt
4. Vis magnetfeltet på en håndholdt måler
5. Vis en advarselsindikator, når feltet overstiger de standarder, der er fastsat af ICNIRP
6. Inkluder batteridrift, så enheden virkelig er bærbar

Trin 2: Systemoversigt

Trin 3: Valg af komponenter

Dette trin er sandsynligvis det mest tidskrævende trin, hvilket kræver betydelig tålmodighed for at vælge de rigtige komponenter til dette projekt. Som med de fleste andre elektronikprojekter kræver valg af komponenter omhyggelig undersøgelse af datablade for at sikre, at alle komponenterne er kompatible med hinanden og fungerer i det ønskede område af alle driftsparametre - i dette særlige tilfælde magnetfelter, frekvenser, spændinger osv.

De vigtigste komponenter, der er valgt til magnetfeltsensorens printkort, er tilgængelige i det vedhæftede excelark. De komponenter, der bruges til den håndholdte enhed, er som følger:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrokontroller
2. SunFounder I2C 20 x 4 seriel LCD -skærm
3. Cyclewet 3.3V-5V 4-kanals logisk niveauomformer tovejs skiftemodul
4. Trykknapkontakt
5. 2 position vippekontakt
6. 18650 Li-ion 3.7V celle
7. Adafruit PowerBoost 500 oplader
8. Printkort (SparkFun snappable)
9. Afvigelser
10. Tilslutning af ledninger
11. Header pins

Det nødvendige udstyr til dette projekt er som følger:

1. Loddeindretning og noget loddetråd
2. Bore
3. Trådskærer

Trin 4: Kredsløbsdesign og simulering

Trin 5: Design af printkortet

Når kredsløbets funktion er verificeret i LTSpice, er et PCB designet. Kobberplaner er designet på en måde, så de ikke forstyrrer magnetfeltsensorernes funktion. Det fremhævede grå område i PCB -layoutdiagrammet viser kobberplanerne på printkortet. Til højre vises også en 3D -visning af det designede printkort.

Trin 6: Opsætning af mikrokontrolleren

Den mikrokontroller, der er valgt til dette projekt, er Tiva C TM4C123GXL. Koden er skrevet i Energia for at gøre brug af eksisterende LCD -biblioteker til Arduino -familien af mikrokontrollere. Derfor kan koden, der er udviklet til dette projekt, også bruges med en Arduino -mikrokontroller i stedet for Tiva C (forudsat at du bruger de rigtige pin -tildelinger og ændrer koden i overensstemmelse hermed).

Trin 7: Få skærmen til at fungere

Skærmen og mikrokontrolleren er forbundet via I2C-kommunikation, som kun kræver to andre ledninger end a +5V forsyning og jord. LCD -kodestykker til rådighed for Arduino -familien af mikrokontrollere (LiquidCrystal -biblioteker) er blevet portet og brugt i Energia. Koden er angivet i den vedhæftede LCDTest1.ino -fil.

Nogle nyttige tips til displayet kan findes i følgende video:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Trin 8: 3D -udskrivning

En kasse til den håndholdte enhed er designet som vist på billedet ovenfor. Kassen hjælper med at holde brædderne på plads og ledningerne uforstyrrede. Boksen er designet til at have to afbrydelser for ledningerne at gå igennem, en afbrydelse til batteriindikatorens lysdioder og en hver til vippekontakten og trykknapkontakten. De nødvendige filer vedhæftes.

Trin 9: Interfacing alle komponenter

Mål dimensionerne på alle tilgængelige komponenter og læg dem ud ved hjælp af et grafisk værktøj som f.eks. Microsoft Visio. Når layoutet af alle komponenterne er planlagt, er det en god idé at prøve at placere dem i deres positioner for at få en fornemmelse af det endelige produkt. Det anbefales, at forbindelserne testes, efter at hver ny komponent er føjet til enheden. En oversigt over grænsefladeprocessen er vist på billederne ovenfor. Den 3D -trykte boks giver et rent udseende til enheden og beskytter også elektronikken indeni.

Trin 10: Enhedstest og demonstration

Den integrerede video viser enhedens betjening. Vippekontakten tænder enheden, og trykknappen kan bruges til at blande gennem de to displaytilstande.