Тревога касания лица: 4 шага (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

Прикосновение к нашему лицу - один из наиболее распространенных способов заражения себя вирусами, такими как Covid-19. Академическое исследование, проведенное в 2015 году (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115), показало, что мы касаемся своего лица в среднем 23 раза в час. Я решил разработать недорогое устройство с низким энергопотреблением, которое будет предупреждать вас каждый раз, когда вы собираетесь прикоснуться к своему лицу. Этот грубый прототип можно очень легко доработать, и хотя вы вряд ли захотите носить его весь день, это может быть хорошим способом научить вас избегать прикосновений к лицу и, следовательно, уменьшить распространение вируса.

В большинстве форм обнаружения движения используются акселерометры или обработка изображений. Они относительно дороги, требуют непрерывного питания и, следовательно, имеют относительно большую батарею. Я хотел создать устройство, которое потребляет электроэнергию только тогда, когда его запускает поведение, и его можно было бы сделать дома менее чем за 10 долларов.

Устройство состоит из трех частей. Ожерелье и две маленькие резинки на каждом запястье. В нем используется принцип, согласно которому магнит, движущийся рядом с катушкой с проволокой, генерирует электрический ток в проволоке. Когда рука движется к лицу, магнит на запястье генерирует крошечное напряжение на катушке. Он усиливается, и если он превышает определенный порог, включается небольшой зуммер.

Запасы

• 100-200 метров провода соленоида. Большая часть проволоки слишком толстая. Провод соленоида изолирован очень тонким слоем лака, так что вы можете делать много витков в катушке, при этом сохраняя ее относительно небольшой и легкий. Я использовал 34 AWG - это примерно 0,15 мм в диаметре.
• Кабельные стяжки или скотч
• Операционный усилитель малой мощности с однополярным питанием. Он должен работать при напряжении 3 В. Я использовал Microchip MCP601.
• 2 резистора (1М, 2К)
• Подстроечный резистор 2K
• Пьезозуммер 3-5 В
• Любой базовый npn-транзистор (я использовал 2N3904)
• Некоторые вероборд
• CR2032 (или любая батарейка типа «таблетка» на 3 В)
• 2 небольших мощных магнита
• 2 толстых резинки или какой-либо поддерживающий компрессионный материал (например, компрессионные носки)

Шаг 1: Намотайте катушку

Катушка должна быть сплошным куском проволоки, поэтому, к сожалению, ее нельзя зацеплять и расцеплять, как ожерелье. Поэтому важно, чтобы диаметр катушки был достаточно большим, чтобы вы могли надеть ее на голову. Я намотал свой на круглую форму (корзину для бумаг) диаметром около 23 см (9 дюймов). Чем больше поворотов, тем лучше. Я потерял счет, но, проверив электрическое сопротивление в конце, я думаю, что в итоге получилось около 150 витков.

Осторожно извлеките катушку из каркаса и закрепите ее кабельной стяжкой или лентой. Важно не сломать какой-либо тонкий провод соленоида, так как его будет практически невозможно отремонтировать. Когда вы закрепите катушку, найдите два конца провода и удалите лак с последнего сантиметра (последней половины дюйма) каждого конца. Я сделал это, расплавив лак паяльником (см. Прилагаемое видео).

Нажмите здесь, чтобы посмотреть видео о том, как зачистить провод соленоида.

Эти концы можно аккуратно припаять к печатной плате детектора. Для своего прототипа я припаял концы к небольшому куску отдельной вероплаты с разъемом для разъема, так что я мог использовать эксперимент и использовать соединительные кабели для подключения его к разным схемам.

Шаг 2: Постройте схему детектора

Принципиальная и окончательная схема показаны выше.

Я использую операционный усилитель в неинвертирующей конфигурации, чтобы усилить очень небольшое напряжение, генерируемое на катушке. Коэффициент усиления этого усилителя равен отношению сопротивлений R1 и R2. Он должен быть достаточно высоким, чтобы обнаруживать магнит, когда он относительно медленно перемещается примерно на 10 см от края катушки (около 20-30 см / с), но если вы сделаете его слишком чувствительным, он может стать нестабильным, и зуммер будет звучать непрерывно.. Поскольку оптимальное количество будет зависеть от реальной катушки, которую вы создаете, и используемого магнита, я рекомендую вам построить схему с переменным резистором, который можно установить на любое значение до 2 кОм. В моем прототипе я обнаружил, что значение примерно 1,5 КБ работает хорошо.

Поскольку катушка также принимает паразитные радиоволны различных частот, я включил конденсатор через R1. Это действует как фильтр нижних частот. На любых частотах выше нескольких герц реактивное сопротивление этого конденсатора намного меньше, чем значение R1, и поэтому усиление падает.

Поскольку усиление очень велико, выход операционного усилителя действительно будет только «включен» (3 В) или «выключен» (0 В). Первоначально, поскольку MCP601 может выдавать 20 мА, я подумал, что он может напрямую управлять пьезозуммером (для работы требуется всего несколько мА). Однако я обнаружил, что операционный усилитель не может управлять им напрямую, вероятно, из-за емкости зуммера. Я решил эту проблему, подключив выходной сигнал через резистор к npn-транзистору, который действует как переключатель. R3 выбран, чтобы гарантировать, что транзистор полностью открыт, когда выход операционного усилителя составляет 3 В. Чтобы минимизировать энергопотребление, в идеале оно должно быть настолько высоким, насколько вы можете сделать, и при этом убедиться, что транзистор включен. Я выбрал 5K, чтобы эта схема могла работать практически с любыми популярными npn-транзисторами.

Последнее, что вам понадобится, это аккумулятор. Я смог успешно запустить свой прототип с батареей типа «таблетка» 3 В, но она была еще более чувствительной и эффективной при немного более высоком напряжении, поэтому, если вы найдете небольшую литий-полимерную батарею (3,7 В), я бы порекомендовал ее использовать.

Шаг 3: сделайте браслеты

Если поднести к каждой руке по магниту, поднятие руки к лицу вызовет срабатывание зуммера. Я решил сделать два браслета из эластичного поддерживающего материала носков и использовал их, чтобы держать два небольших магнита на моем запястье. Вы также можете поэкспериментировать с магнитным кольцом на одном пальце каждой руки.

Индуцированный ток течет в одном направлении вокруг катушки, когда магнит входит в область катушки, и в противоположном направлении, когда он выходит. Поскольку прототип схемы намеренно прост, только одно направление тока вызовет зуммер. Так что он будет гудеть, когда рука приближается к ожерелью, или когда оно отодвигается. Очевидно, мы хотим, чтобы он гудел по пути к лицу, и мы можем изменить полярность генерируемого тока, перевернув магнит. Так что поэкспериментируйте, с какой стороны будет звучать зуммер, когда рука приближается к лицу, и отметьте магнит, чтобы не забыть надеть его правильно.

Шаг 4: Тест

Величина индуцированного тока зависит от того, насколько быстро изменяется магнитное поле возле катушки. Таким образом, легче уловить быстрые движения рядом с катушкой, чем медленные движения вдали от нее. Немного проб и ошибок я смог заставить его работать надежно, когда я перемещал магнит со скоростью около 30 см / с (1 фут / с) на расстояние 15 см (6 дюймов). Немного дополнительной настройки улучшило бы это в два или три раза.

На данный момент это все немного грубо, поскольку в прототипе используются компоненты со сквозным отверстием, но вся электроника может быть легко уменьшена с помощью компонентов для поверхностного монтажа, а ограничивающим размером будет только батарея.