Система оповещения о небезопасном уровне шума: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) - это крупнейшее производственное пространство в Университете Райса, где все студенты могут разрабатывать и создавать прототипы решений для реальных задач. Для этой цели в OEDK имеется ряд электроинструментов и крупногабаритного оборудования, издающего громкие, потенциально опасные звуки. В то время как OEDK успешно установил культуру безопасности в отношении защиты глаз и перчаток, ему не удалось создать такую же культуру безопасности в отношении средств защиты органов слуха из-за того, что пользователи не уверены, когда требуются средства защиты органов слуха.

Наша команда Ring the Decibels стремится решить эту проблему путем разработки, создания и внедрения системы оповещения, которая советует пользователям OEDK носить соответствующие средства защиты органов слуха при небезопасных уровнях звука.

Шаг 1. Обзор

В этом устройстве используется микроконтроллер Arduino Uno. Аналоговые звуковые данные принимаются от измерителя уровня шума гравитации, усредняются и затем используются для запуска вывода цифровой светодиодной ленты. Визуальные дисплеи включают градиент, который непрерывно отображает средний уровень децибел, и набор наушников, которые мигают красным при достижении заданного порога децибел.

Кожух состоит из двух фанерных пластин, разделенных двумя круглыми фанерными пластинами, разделенными алюминиевыми стойками. Градиент и дисплеи наушников созданы из матового акрила. Все электронные компоненты прикреплены к задней панели.

От сырья до монтажа на стене - это устройство занимает менее 2 часов. В этом проекте мы много узнали о сглаживании данных и управлении светодиодными лентами, и мы надеемся, что вам понравится создавать его!

Шаг 2. Необходимые компоненты и инструменты

Общая стоимость материалов для этого устройства чуть меньше 100 долларов. Поскольку наша команда строит это устройство массово, мы смогли закупить некоторые материалы оптом, чтобы снизить стоимость. Кроме того, поскольку мы создаем это устройство для инженерных сетей, у нас уже был доступ ко многим компонентам и инструментам.

Указанные ниже количества компонентов указаны для одного устройства.

Компоненты

• 1x Arduino Uno (или аналогичный микроконтроллер) с USB-кабелем
• 1x прототипирование макета
• 1x перфорированная плита (необязательно)
• 2x красные перемычки между мужчинами и женщинами
• 2x красные перемычки между мужчинами и женщинами
• 2x черные перемычки между мужчинами и женщинами
• 2x черные перемычки между мужчинами и женщинами
• 3x синих провода для перемычки между мужчинами и женщинами
• 2x синие перемычки между мужчинами и женщинами
• 1x адаптер питания 5V 1A
• 1x Гравитационный аналоговый измеритель уровня звука
• 1x индивидуально адресуемая светодиодная лента WS2812B RGB (минимум 20 светодиодов)
• 6x штырей заголовка папа-папа
• 2 резистора 330 Ом
• 24 "x 12" из 1/4 "березовой фанеры
• 7 дюймов x 9 дюймов из 1/4 дюйма акрила
• 9 дюймов на 9 дюймов из 1/8 дюйма акрила (ширина может варьироваться)
• 3x 1/4 "шестигранные / 2" 6-32 алюминиевые стойки с гнездом-гнездом
• 6x 1/4 дюйма с шестигранной головкой / 1 1/4 дюйма 6-32 Алюминиевые стойки с гнездом-гнездом
• 18x 3/4 дюйма 6-32 Винты с плоской головкой
• 18 шайб № 6
• Нейлоновые стойки 8x 10 мм M2.5, гнездо-гнездо
• 4x 25 мм M2,5 нейлоновые стойки для женщин и мужчин
• 4x 18 мм M2,5 нейлоновые стойки для мужчин и женщин
• 24 винта 6 мм M2,5

Инструменты

• IDE Arduino
• Паяльник (HAKKO FM-204) с припоем
• Канифольный флюс
• Лазерный резак (EPILOG Fusion M2 40)
• Акриловый клей
• Пескоструйный аппарат (по желанию)
• Наждачная бумага
• Двухкомпонентная эпоксидная смола
• Аккумуляторная дрель
• Сверло 5/32"
• Сверло 1/8"
• Зенковка 1/2 "82º
• Сверлильный станок
• Бита с цековкой # 5
• Отвертки
• Пистолет для горячего клея с клеевыми стержнями

Шаг 3: Подготовьте светодиоды

Отрежьте две полосы светодиодных лент с индивидуальной адресацией по отметкам на полосе. Вы можете вырезать любое количество светодиодов, которое хотите, только не забудьте повторно инициализировать количество светодиодов в коде позже. Мы использовали 10 светодиодов на полосу.

Припаяйте штырьки заголовка к каждому из 3 соединений одной светодиодной ленты. Обязательно припаяйте конец входа данных (DI). Повторите то же самое для другой светодиодной ленты. Мы нанесли немного канифольного флюса на разъемы светодиодных лент, чтобы упростить пайку.

Согните и сложите одну из светодиодных лент, придав ей дугообразную форму, чтобы она соответствовала изгибу градиентной детали. Мы достигли этого, создав волнистый узор из светодиодной ленты, которая могла изгибаться сама по себе. Используя ту же технику, сформируйте вторую светодиодную ленту так, чтобы она повторяла изгиб наушников.

Шаг 4: соберите схему

Начните с подключения вывода Arduino 5V к шине питания на макетной плате. Затем подключите групповой контакт Arduino к шине заземления на макетной плате.

Подключение светодиодных лент

Подключите цифровой контакт 5 Arduino к разъему ввода данных (DI) на одной светодиодной полосе, добавив резистор 330 Ом между контактом 5 и разъемом DI. Подключите шину питания макета на макетной плате к контакту разъема 5 В на светодиодной ленте и подключите шину заземления макетной платы к разъему GND на светодиодной ленте. Это будет светодиодная лента для отображения градиента.

Подключите цифровой контакт 6 Arduino к разъему DI на другой светодиодной полосе, добавив резистор 330 Ом между контактом 6 и разъемом DI. Подключите шину питания макета на макетной плате к контакту разъема 5 В на светодиодной ленте и подключите шину заземления макетной платы к разъему GND на светодиодной ленте. Это будет светодиодная лента для дисплея наушников.

Подключение измерителя уровня шума силы тяжести (микрофона)

Подключите аналоговый вывод A0 Arduino к аналоговому порту измерителя уровня шума Gravity. Подключите шину питания макета на макетной плате к порту VCC на плате Gravity, а шину заземления макета к порту GND на плате Gravity.

Перенос схемы на Perf Board (необязательно)

Чтобы все электронные компоненты оставались на месте дольше, наша команда решила перенести нашу схему на перфокарную плату. Наша схема не очень сложна, поэтому мы использовали ножовку, чтобы разрезать перфорированную плату размером 4 см x 6 см на плату размером 4 см x 3 см, и просверлили в ней новые монтажные отверстия с помощью бита 1/8 дюйма. Этот шаг не является обязательным.

Шаг 5: отредактируйте и загрузите код

Загрузите код и откройте его в IDE Arduino.

Убедитесь, что значение, определенное для количества светодиодов на каждой полосе (NUM_LEDS_1 и NUM_LEDS_2), совпадает с количеством светодиодов, которые вы вырезали для первой светодиодной ленты (градиент) и второй светодиодной ленты (наушники). Если эти значения не совпадают, измените число в коде.

Проверьте и загрузите код на свою плату Arduino.

Шаг 6: Подготовьте деревянную опалубку

Загрузите файл для лазерной резки дерева.

Вырежьте лазером переднюю и заднюю панели и 6 опор для светодиодов из фанеры толщиной 1/4 дюйма, используя соответствующие настройки на вашем лазерном резаке. Не стесняйтесь изменять растрированный логотип на передней панели на любой дизайн, который вам нравится.

На нашем лазерном резаке (EPILOG Fusion M2 40) мы использовали следующие настройки:

• 4 скорости, 100 мощности, 10 частот для векторной резки
• 50 скоростей, 100 мощности, 300 точек на дюйм для растровой гравировки

Мы использовали лазерный резак, потому что у нас есть доступ к нему на OEDK, но вы также можете загрузить файлы, чтобы использовать их в качестве контура для резки деталей с помощью фрезерного станка с ЧПУ или ленточной пилы.

Просверлите 3 отверстия сверлом 5/32 дюйма на передней панели в местах, обозначенных красными крестиками на изображении. Между градиентом и наушниками должно быть одно отверстие, одно под правыми наушниками и одно под логотипом. Зенковка эти отверстия спереди. Эти отверстия предназначены для 2-дюймовых стоек.

Положите переднюю пластину поверх задней так, чтобы они обе были ориентированы в направлении, указанном в файле для лазерной резки. Карандашом слегка обведите контур градиента и пространств для наушников, отверстие для микрофона и 3 отверстия, только что просверленных на передней панели, на задней панели.

Просверлите 3 отверстия сверлом 5/32 дюйма в задней пластине в местах, только что перенесенных с передней пластины. Зенковайте эти отверстия сзади.

Шаг 7: приготовьте акриловые детали

Загрузите 1/4 "акриловый файл для лазерной резки и 1/8" файл для лазерной резки.

Вырежьте с помощью лазера передние вставки из акрила 1/4 дюйма и задние части из акрила 1/8 дюйма, используя соответствующие настройки на вашем лазерном резаке. На нашем лазерном резаке (EPILOG Fusion M2 40) мы использовали следующие настройки:

• 2 скорости, 100 мощности, 100 частота для акрила 1/4 дюйма
• 4 скорости, мощность 100, частота 100 для акрила 1/8 дюйма

Мы использовали лазерный резак, потому что у нас есть доступ к нему на OEDK, но вы также можете загрузить файлы, чтобы использовать их в качестве контура для резки деталей с помощью фрезерного станка с ЧПУ или ленточной пилы. Кроме того, подкладки можно вырезать из акрила любой ширины, но мы обнаружили, что 1/8 дюйма или тоньше подойдет для крепления к дереву при одновременном снижении веса.

Приклейте каждую акриловую подложку к соответствующей части передней вставки с помощью акрилового клея таким образом, чтобы, когда части передней вставки помещаются в переднюю пластину, выступы на деталях подложки находились заподлицо с задней частью передней поверхности.

После того, как клей застынет (не менее 30 минут), заморозьте переднюю и заднюю части соединенных акриловых деталей, чтобы лучше рассеивать свет. Для этого мы использовали пескоструйный аппарат, но подойдет и мелкозернистая наждачная бумага (зернистость 600 и выше) и немного смазки для локтей.

Шаг 8: прикрепите акриловые детали к деревянной обшивке

Положите переднюю панель лицевой стороной вниз и насухо поместите акриловые детали в соответствующие места. Если акриловые детали не подходят, отшлифуйте внутренние края передней панели до тех пор, пока акриловые детали не встанут на место.

Как только будет достигнуто хорошее прилегание, снимите акриловые детали с передней панели и нанесите двухкомпонентную эпоксидную смолу на лицевую сторону выступов опорных деталей, которые касаются дерева. Поместите акриловые детали на их места, надавите и дайте эпоксидной смоле полностью высохнуть.

Шаг 9: Установите платы электроники на деревянный кожух

Используя очерченный контур отверстия для микрофона на задней пластине, положите измеритель уровня шума гравитации на заднюю пластину так, чтобы микрофон совпал с его контуром. Отметьте, где четыре монтажных отверстия на плате Gravity находятся на задней панели.

Оставив измеритель уровня звука силы тяжести на задней панели, расположите плату Arduino и перфорационную плату на задней панели. Сориентируйте доску Adruino так, чтобы сетевая розетка была направлена вниз и оставляла не менее 1/4 дюйма пространства между каждой платой. Точное размещение этих плат не имеет особого значения, если платы не перекрывают друг друга или контуры градиента и наушники. Мы решили разместить плату Arduino слева от платы Gravity, а плату перфорации над платой Gravity.

Отметьте, где находятся монтажные отверстия для платы Arduino и перфорированной платы на задней панели.

Снимите электронику с задней панели и просверлите все отверстия, только что отмеченные сверлом 1/8 дюйма. Поскольку для наших винтов M2,5 требовалось отверстие с зенковкой, чтобы оно находилось заподлицо с задней пластиной, мы зенковали заднюю пластину с задней стороны, используя сверлильный станок.

Прикрепите измеритель уровня шума гравитации к задней панели с помощью нейлоновых стоек M2,5 и винтов. Микрофон должен быть близко к передней панели, поэтому, чтобы поднять доску как можно больше, мы использовали 25-миллиметровую стойку «женщина-женщина» и 18-миллиметровую стойку «мужчина-женщина».

Прикрепите Arduino и перфорационную плату к задней панели с помощью стоек M2,5 типа «мама-мама» и винтов. Длина стойки не критична, если все стойки, используемые для одной платы, имеют одинаковую длину и достаточно короткие, чтобы удерживать плату внутри устройства. Мы использовали 10-миллиметровые стойки «мама-женщина».

Если в вашей схеме используется макетная плата вместо перфорированной, просто установите макетную плату на клейкую основу вместо использования стоек и винтов.

После того, как электроника смонтирована, подключите схему.

Шаг 10: прикрепите опоры для светодиодов

На задней панели нарисуйте 3 точки внутри слегка нарисованного контура градиента, как показано красными крестиками. На каждом конце градиента должно быть по одному отверстию и по одному посередине. Повторите это внутри контура наушников, как показано красными крестиками.

Просверлите отверстия сверлом 5/32 дюйма там, где были только что нарисованы 6 точек. Зенковайте эти отверстия сзади. Эти отверстия предназначены для стоек размером 1 1/4 дюйма для поддержки светодиодных лент.

Просверлите отверстия сверлом 5/32 дюйма на одном конце каждой из 6 опор для светодиодов. Заземлите эти отверстия.

Прикрепите опору для светодиодов к задней панели в каждом из 6 отверстий в пределах градиента и очертаний наушников, используя стойку 1 1/4 дюйма. Используйте шайбу с каждой стороны стойки между стойкой и деревом. Выровняйте стойки для светодиодов так, чтобы Светодиодная лента помещается на непросверленный конец опоры, светодиодная лента будет центрирована в градиенте или наушниках.

Шаг 11: Окончательная сборка и установка

Используйте горячий клей, чтобы прикрепить светодиодные ленты к опорам светодиодов. Входные провода для светодиодных лент должны быть ориентированы в сторону нижней части устройства.

Подключите светодиодные ленты к цепи и подключите адаптер питания 5 В к USB-кабелю в Arduino.

Прикрепите переднюю пластину к задней пластине с помощью 2-дюймовых стоек, шайб 6-32 и винтов 6-32, поместив шайбы между стойками и деревом.

Закрепите устройство на стене, используя монтажное отверстие на задней панели. Вы можете использовать шуруп для дерева в стене или использовать крюк Command.

Подключите устройство и получите средства защиты органов слуха!