Радиолокационные очки: 14 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Прошлым летом во время отпуска в штате Мэн мы встретили еще одну пару: Майка и Линду. Линда была слепой и была слепой с рождения (я думаю) их первого ребенка. Они были действительно хороши, и мы много смеялись вместе. После того, как мы вернулись домой, я не мог перестать думать о том, каково это быть слепым. У слепых есть собаки-поводыри и трости, и я уверен, что есть много других вещей, которые могут им помочь. Но все же должно быть много проблем. Я попытался представить, на что это будет похоже, и, как фанат электроники, задавался вопросом, могу ли я что-нибудь сделать.

Однажды летом я зажег глаза сварщиком, когда мне было около 20 лет (долгая история… тупой ребенок). Я никогда этого не забуду. Во всяком случае, мне на день залатали глаза. Я помню, как мама пыталась провести меня через улицу. Я все спрашивал, остановились ли машины. Она сказала что-то вроде: «Я твоя мать… ты думаешь, я бы вывела тебя в пробку?» Вспоминая, каким слабаком я был в подростковом возрасте, я подумал. Но я не мог прийти в себя, не зная, что что-то вот-вот ударит меня по лицу, пока я шел. Я был очень счастлив и испытал облегчение, когда мы сняли пластыри. Это единственное, что я имел в своей жизни близкий к «опыту» в отношении слепоты.

Недавно я написал еще одну инструкцию о молодом друге на работе, который потерял зрение на правый глаз, и об устройстве, которое я сделал для него, чтобы сообщить ему, есть ли что-то с его правой стороны. Если хочешь прочитать, это здесь. В этом устройстве использовался датчик времени пролета от ST Electronics. Примерно через минуту после завершения этого проекта я решил, что могу сделать устройство для помощи слепым. Датчик VL53L0X, который я использовал в этом проекте, имеет датчик старшего брата / сестры под названием VL53L1X. Это устройство может измерять большие расстояния, чем VL53L0X. Существовала коммутационная плата для VL53L0X от Adafruit, а для VL53L1X была коммутационная плата от Sparkfun. Я решил создать пару очков с VL53L1X спереди и устройством тактильной обратной связи (вибромотор) за очками возле переносицы. Я бы вибрировал мотор обратно пропорционально расстоянию до объекта, то есть чем ближе объект был к очкам, тем сильнее он вибрировал.

Здесь я должен отметить, что VL53L1X имеет очень узкое поле зрения (программируемое между 15-27 градусами), что означает, что они ОЧЕНЬ направленные. Это важно, так как дает хорошее разрешение. Идея в том, что пользователь может двигать головой, как антенна радара. Это наряду с узким полем обзора позволяет пользователю лучше различать объекты на разных расстояниях.

Замечание о датчиках VL53L0X и VL53L1X: это времяпролетные датчики. Это означает, что они посылают ЛАЗЕРНЫЙ импульс (малой мощности и в инфракрасном спектре, поэтому они безопасны). Датчик подсчитывает, сколько времени нужно, чтобы увидеть возвращение отраженного импульса. Итак, расстояние равняется скорости X времени, как мы все помним из уроков математики / естествознания, верно? Итак, разделите время пополам и умножьте на скорость света, и вы получите расстояние. Но, как указал другой участник Instructables, очки можно было бы назвать очками LiDAR, так как использование ЛАЗЕРА таким образом - это расстояние и дальность света (LiDAR). Но, как я уже сказал, не все знают, что такое LiDAR, но я думаю, что большинство людей знают RADAR. И хотя инфракрасный свет и радио являются частью электромагнитного спектра, свет не считается радиоволной, как микроволновые частоты. Итак, я оставлю название RADAR, но теперь вы понимаете.

В этом проекте используется в основном та же схема, что и в другом проекте… как мы увидим. Большой вопрос для этого проекта: как установить электронику на очки и какие очки мы используем?

Шаг 1: очки

Я решил, что, вероятно, смогу спроектировать простые очки и распечатать их на своем 3D-принтере. Я также решил, что мне нужно всего лишь напечатать на 3D-принтере каркас или оправу очков. Я бы добавил печатную плату, чтобы припаять компоненты. Печатная плата (прототипная плата) будет прикреплена к каркасам, что добавит прочности всей сборке. Выше показан 3D-рендеринг кадров.

К этому шагу также прилагаются файлы STL. Есть три файла: left.stl, right.stl (наушники / дужки) и glasses.stl (рамки).

Шаг 2: печатная плата

Я использовал полноразмерный макет Adafruit Perma-Proto. Я расположил макетную плату над очками и выровнял их по центру. Верхний край очков я сравнял с верхом макетной доски. Прямоугольная часть очков, выступающая сверху, - это место, где в конечном итоге будет установлен датчик времени полета. Значительная часть верхней части этой части рамок выступает над макетной платой. Это нормально, так как нам не нужно ничего припаять к верхней части датчика, только к нижней части.

В центре макета есть отверстие, которое находится почти точно на том месте, где переносица будет в очках. Я отметил 4 отверстия в раме на макетной плате с помощью маркера с тонким наконечником. Затем я просверлил отверстия в макете.

Затем я прикрепил рамы к макетной плате с помощью винтов M2,5. Мои - нейлоновые, и для этой цели у меня есть целый набор винтов от Adafruit. После того, как винты были прикреплены, я взял маркер и нарисовал линию вокруг рамок на макетной плате. Для себя я обозначил прямо вниз выемки по бокам оправы, где будут располагаться дужки. Это мое предпочтение … но, возможно, вы захотите, чтобы уши в кадре были видны.

Шаг 3: вырезание

Затем я вывернул 4 винта из крепления рам к макетной плате. Я сделал грубое удаление материала за пределами отмеченной линии. Я был осторожен, чтобы держаться подальше от линий, потому что позже я уточню это с помощью настольной ленточной шлифовальной машины, которая у меня есть. Вы можете использовать файл … но мы забегаем вперед.

Вы можете грубо обрезать линию любыми имеющимися у вас средствами. Может ленточная пила? Ну, у меня его нет. У меня есть «высечки» для печатных плат, поэтому я его и использовал. На самом деле это заняло изрядное количество времени, и сделать это довольно непросто. Но материал печатной платы может расколоться и потрескаться, поэтому я хотел действовать медленно. Я покусывал, а также пробирался в область носа… но только приблизительно. Вы можете увидеть, что я делал, на картинке выше.

Шаг 4: шлифовка или подпиливание

Я удалил материал намного ближе к линии с помощью настольной ленточной шлифовальной машины. Опять же, вы можете использовать файл, если у вас больше ничего нет. Все, что я могу сказать здесь о шлифовании, это то, что, в зависимости от зернистости абразива в шлифовальном станке, необходимо следить за тем, сколько материала вы пытаетесь удалить. Нет обратного пути. Иногда один промах может испортить доску (или, по крайней мере, сделать ее асимметричной или потрескавшейся). Итак, не торопитесь.

Вы можете увидеть мои фотографии до и после выше.

Шаг 5: точная настройка

Я снова прикрутил рамы 4 винтами и вернулся к ленточной шлифовальной машине. Я очень и очень тщательно отшлифовал до краев рамок. Мне действительно нужно было использовать круглый напильник в носовой части, потому что я просто не мог сделать такой резкий поворот на своей шлифовальной машине. Смотрите мои окончательные результаты выше.

Шаг 6: Добавление датчика

На этом этапе я добавил плату подключения датчика VL53L1X. Сначала я добавил два длинных нейлоновых винта M2,5, проталкивая их через отверстия в рамах и через отверстия в VL53L1X. Я добавил нейлоновую гайку к каждому винту и очень осторожно затянул их. Поверх каждой гайки я добавил две (всего четыре) нейлоновые шайбы. Они необходимы, чтобы убедиться, что датчик VL53L1X расположен параллельно макетной плате.

Я поместил 6-позиционную клеммную колодку на плату так, чтобы отверстия в верхней части VL53L1X совпадали с двумя винтами, которые я вставил в верхней части рамок (с нейлоновыми шайбами). Я добавил нейлоновые гайки к концам винтов и снова аккуратно их затянул. См. Изображения выше.

Шаг 7: Схема

Как я сказал ранее, схема примерно такая же, как и для проекта Peripheral Radar. Одно отличие состоит в том, что я добавил кнопку (денежный контактный переключатель). Я полагаю, что в какой-то момент нам понадобится один, чтобы изменить режимы или реализовать какую-то функцию … так что лучше иметь его сейчас, чем добавлять позже.

Я также добавил потенциометр 10К. Горшок используется для регулировки расстояния, которое программа будет рассматривать как максимальное расстояние для ответа. Думайте об этом как о контроле чувствительности.

Схема показана выше.

Список запчастей (который я должен был дать ранее) выглядит следующим образом:

Разъем датчика расстояния SparkFun - 4 метра, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Вибрационный мини-диск с двигателем - ID ПРОДУКТА: 1201Adafruit - Литий-ионно-полимерный аккумулятор - 3,7 В, 150 мАч - ID ПРОДУКТА: 1317Adafruit Perma-Proto Полноразмерная макетная плата - Одиночная - ПРОДУКТ ID: 1606Тактильные кнопки переключения (тонкие 6 мм), упаковка 20 штук - ID ПРОДУКТА: 1489Sparkfun - Прямоугольный разъем JST - 2-контактный сквозное отверстие - Резистор PRT-0974910 кОм - Junkbox (посмотрите на свой пол) резистор 10 кОм - 100 кОм - Junkbox (посмотрите на свой пол рядом с резисторами 10K) 2N3904 NPN Transistor - Junkbox (или позвоните другу) Какой-то провод для подключения (я использовал многожильный кабель 22 калибра)

Для зарядки LiPo аккумулятора я также взял: Adafruit - Micro Lipo - Зарядное устройство USB LiIon / LiPoly - v1 - ID ПРОДУКТА: 1304

Шаг 8: Размещение компонентов

Я старался быть настолько умным, насколько мог, при размещении компонентов. Обычно я пытаюсь выровнять определенные контакты, такие как питание и земля… если могу. Я стараюсь хотя бы минимизировать длину проводов. Мне нужно было обязательно оставить место над переносицей для вибромотора. В конце концов я добрался до места, которое можно увидеть на картинке выше.

Шаг 9: Основание

Сначала я припаял все компоненты к плате в тех местах, которые я выбрал. Затем я добавил заземление. Удобно, что одна из больших длинных полос на плате все еще была открыта, поэтому я сделал ее общей полосой заземления.

На рисунке выше показаны соединения заземления и резистор 10 кОм. Я не собираюсь говорить вам, где разместить каждую проволоку, поскольку у большинства людей есть свои собственные идеи о том, как что-то делать. Я просто покажу вам, что я сделал.

Шаг 10: Провода

Я добавил остальные провода, как показано на картинке выше. Я добавил кусок двойной липкой ленты под вибромотор, чтобы убедиться, что он держится на месте. Липкий материал, который уже был на дне мотора, не казался мне достаточно прочным.

Я использовал провод 22 калибра для своих соединений. Если у вас есть что-то меньшее, используйте это. Я использовал калибр 22, потому что это самый маленький размер, который у меня был под рукой.

Шаг 11: Кронштейн аккумулятора

Я напечатал на 3D-принтере кронштейн для крепления LiPo-аккумулятора (его изображение показано выше). Я обозначил и просверлил отверстия в макетной плате для крепления кронштейна к противоположной стороне очков от компонентов, как показано выше.

Здесь я должен отметить, что кронштейн очень тонкий и хрупкий, и мне нужно напечатать его с помощью материала поддержки (я использовал пластик ABS для всех деталей в этом проекте). Вы можете легко сломать кронштейн, пытаясь снять опорный материал, так что не торопитесь.

Чтобы сделать свои детали прочнее, я окунаю их в ацетон. Конечно, при этом нужно быть очень осторожным. Я делаю это в хорошо проветриваемом помещении, использую перчатки и защиту для глаз. Я делаю это после того, как сниму поддерживающий материал (конечно). У меня есть емкость с ацетоном, и я с помощью пинцета полностью окунаю деталь в ацетон, может быть, на секунду или две. Сразу снимаю и ставлю сушиться. Я обычно оставляю детали на час или больше, прежде чем прикасаться к ним. Ацетон химически «расплавит» АБС. Это дает эффект герметизации слоев пластика.

К этому шагу прилагается файл STL для кронштейна.

Шаг 12: Программирование

После двойной проверки всех подключений я подключил USB-кабель, чтобы запрограммировать Trinket M0.

Для установки и / или изменения программного обеспечения (прилагаемого к этому шагу) вам понадобится IDE Arduino и файлы платы для Trinket M0, а также библиотеки для VL53L1X от Sparkfun. Все это здесь и здесь.

Если вы новичок в этом, следуйте инструкциям по использованию Adafruit M0 на их обучающем сайте здесь. После загрузки программного обеспечения (добавленного на этом этапе) плата должна запуститься и работать от питания от последовательного USB-соединения. Придвиньте сторону доски с VL53L1X ближе к стене или к руке, и вы должны почувствовать вибрацию мотора. Амплитуда вибрации должна уменьшаться по мере удаления от устройства объекта.

Хочу подчеркнуть, что это программное обеспечение является самым первым шагом в этом направлении. Я сделал две пары стаканов и сразу сделаю еще две. Мы (я и, по крайней мере, еще один человек, работающий над этим) продолжим совершенствовать программное обеспечение и публиковать здесь любые обновления. Я надеюсь, что другие тоже попробуют это и опубликуют (возможно, на GitHub) любые изменения / улучшения, которые они вносят.

Шаг 13: отделка рам

Я вставил ушные вкладыши в прорези на обеих сторонах очков и нанёс ацетон с помощью кия. Я впитываю ацетон, поэтому получаю хорошее количество, когда вдавливаю его в углы. Если они плотно зажаты, ацетон будет уноситься через капиллярное притяжение. Я убеждаюсь, что они расположены прямо, и при необходимости использую что-то, чтобы удерживать их на месте не менее часа. Иногда я снова подаю и жду еще час. Ацетон обеспечивает отличное сцепление, и мои очки кажутся довольно прочными на границе оправы.

Конечно, эти очки - всего лишь прототип, поэтому я сохранил простой дизайн, поэтому в них нет петель для дужек очков. В любом случае они неплохо работают. Но при желании их всегда можно переделать с помощью петель.

Шаг 14: Заключительные мысли

Я заметил, что датчик плохо себя чувствует при солнечном свете. Это имеет смысл, поскольку я уверен, что датчик насыщен инфракрасным излучением солнца, поэтому невозможно отделить его от импульса, который излучает датчик. Тем не менее, из них можно сделать хорошие очки в помещении, а также по ночам и, возможно, в пасмурные дни. Конечно, мне нужно сделать больше тестов.

Единственное, что я сделаю, чтобы изменить дизайн, - это добавить немного резины в выемку, которая касается переносицы. Если наклонить голову вниз, будет трудно почувствовать вибрацию, поскольку очки немного отрываются от кожи под действием силы тяжести. Я думаю, что резина, создающая трение, будет удерживать очки на носу, чтобы на него передавалась вибрация.

Я надеюсь получить отзывы об очках. Не знаю, пригодятся ли очки людям, но нам просто нужно посмотреть. В этом суть прототипов: осуществимость, обучение и усовершенствования.

В конструкцию можно было добавить больше датчиков. Я решил использовать один для этого прототипа, потому что думаю, пользователю будет труднее различить более одного вибрационного двигателя. Но, возможно, было бы неплохо установить два датчика, направленные прямо из глаз. Затем, используя два мотора, вы могли вибрировать каждую сторону очков. Вы также можете использовать звук, подаваемый на каждое ухо, вместо вибрации. Опять же, идея состоит в том, чтобы попробовать прототип и получить некоторый опыт.

Если вы зашли так далеко, спасибо за чтение!