3-осевой датчик магнитного поля: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

Системы беспроводной передачи энергии постепенно вытесняют обычную проводную зарядку. От крошечных биомедицинских имплантатов до беспроводной подзарядки огромных электромобилей. Неотъемлемой частью исследования беспроводной энергии является минимизация плотности магнитного поля. Международная комиссия по защите от неионизирующего излучения (ICNIRP) предоставляет научные рекомендации и рекомендации по воздействию неионизирующего излучения (NIR) на здоровье и окружающую среду для защиты людей и окружающей среды от вредного воздействия NIR. NIR относится к электромагнитному излучению, например ультрафиолетовому, световому, инфракрасному и радиоволнам, а также к механическим волнам, таким как инфракрасное и ультразвуковое. Системы беспроводной зарядки создают переменные магнитные поля, которые могут быть вредными для людей и животных, находящихся поблизости. Чтобы иметь возможность обнаруживать эти поля и минимизировать их в реальной испытательной установке, требуется устройство для измерения магнитного поля, такое как спектральный анализатор Aaronia SPECTRAN NF-5035. Эти устройства обычно стоят более 2000 долларов, они громоздкие и не могут достичь узких пространств, где необходимо измерять поле. Кроме того, эти устройства обычно имеют больше функций, чем требуется для простого измерения поля в системах беспроводной передачи энергии. Следовательно, разработка более дешевой и более компактной версии устройств для измерения поля будет иметь большое значение.

Текущий проект включает в себя разработку печатной платы для измерения магнитного поля, а также разработку дополнительного устройства, которое может обрабатывать измеренные значения магнитного поля и отображать их на OLED или ЖК-дисплее.

Шаг 1. Требования

К устройству предъявляются следующие требования:

1. Измеряйте переменные магнитные поля в диапазоне 10 - 300 кГц.
2. Точное измерение полей до 50 мкТл (предел безопасности, установленный ICNIRP, составляет 27 мкТл)
3. Измерьте поля по всем трем осям и получите их результат, чтобы найти фактическое поле в заданной точке.
4. Отображение магнитного поля на портативном измерителе
5. Отображать предупреждающий индикатор, когда значение поля превышает стандарты, установленные ICNIRP.
6. Включите работу от аккумулятора, чтобы устройство было действительно портативным

Шаг 2: Обзор системы

Шаг 3: выбор компонентов

Этот шаг, вероятно, является наиболее трудоемким и требует значительного терпения, чтобы выбрать правильные компоненты для этого проекта. Как и в случае с большинством других проектов электроники, выбор компонентов требует тщательного изучения таблиц данных, чтобы убедиться, что все компоненты совместимы друг с другом и работают в желаемом диапазоне всех рабочих параметров - в данном конкретном случае магнитные поля, частоты, напряжения и т. Д.

Основные компоненты, выбранные для печатной платы датчика магнитного поля, доступны в прилагаемом листе Excel. Компоненты, используемые для портативного устройства, следующие:

1. Микроконтроллер Tiva C TM4C123GXL
2. ЖК-дисплей SunFounder I2C с последовательным интерфейсом 20x4
3. Cyclewet 3.3V-5V 4-канальный модуль двунаправленного сдвига с преобразователем логического уровня
4. Кнопочный переключатель
5. 2-позиционный тумблер
6. 18650 литий-ионный аккумулятор 3,7 В
7. Зарядное устройство Adafruit PowerBoost 500
8. Печатные платы (SparkFun с возможностью защелкивания)
9. Противостояние
10. Соединительные провода
11. Выводы заголовка

Для этого проекта требуется следующее оборудование:

1. Паяльное устройство и припой
2. Дрель
3. Кусачки

Шаг 4: Проектирование схемы и моделирование

Шаг 5: проектирование печатной платы

После проверки работы схемы в LTSpice создается печатная плата. Медные плоскости сконструированы таким образом, что они не мешают работе датчиков магнитного поля. Выделенная серая область на схеме компоновки печатной платы показывает медные плоскости на печатной плате. Справа также показан трехмерный вид разработанной печатной платы.

Шаг 6: Настройка микроконтроллера

Для этого проекта выбран микроконтроллер Tiva C TM4C123GXL. Код написан на Energia с целью использования существующих ЖК-библиотек для семейства микроконтроллеров Arduino. Следовательно, код, разработанный для этого проекта, также можно использовать с микроконтроллером Arduino вместо Tiva C (при условии, что вы используете правильные назначения контактов и соответствующим образом измените код).

Шаг 7: Приведение дисплея к работе

Дисплей и микроконтроллер связаны через интерфейс I2C, для которого требуется только два провода, кроме источника питания + 5В и заземления. Фрагменты ЖК-кода, доступные для семейства микроконтроллеров Arduino (библиотеки LiquidCrystal), были перенесены и использованы в Energia. Код приведен в прикрепленном файле LCDTest1.ino.

Некоторые полезные советы по использованию дисплея можно найти в следующем видео:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Шаг 8: 3D-печать

Коробка корпуса для портативного устройства сконструирована, как показано на изображении выше. Коробка помогает удерживать платы на месте, а провода - в целости и сохранности. В коробке предусмотрено два выреза для проводов, один вырез для светодиодных индикаторов батареи и по одному для тумблера и кнопочного переключателя. Необходимые файлы прилагаются.

Шаг 9: Сопряжение всех компонентов

Измерьте размеры всех доступных компонентов и разложите их с помощью графического инструмента, такого как Microsoft Visio. После того, как компоновка всех компонентов будет спланирована, неплохо попытаться разместить их на своих местах, чтобы получить представление о конечном продукте. Рекомендуется проверять соединения после добавления каждого нового компонента в устройство. Обзор процесса сопряжения показан на изображениях выше. Коробка, напечатанная на 3D-принтере, придает устройству чистый вид, а также защищает внутреннюю электронику.

Шаг 10: Тестирование и демонстрация устройства

Встроенное видео показывает работу устройства. Тумблер включает устройство, а кнопку можно использовать для переключения между двумя режимами отображения.