Высоковольтные тренировочные очки с переменной окклюзией [ATtiny13]: 5 шагов (с изображениями)

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

В своем первом руководстве я описал, как создать устройство, которое должно быть весьма полезным для тех, кто хочет лечить амблиопию (ленивый глаз). Конструкция была очень упрощенной и имела некоторые недостатки (требовалось использовать две батареи, а жидкокристаллические панели питались от низкого напряжения). Я решил улучшить конструкцию, добавив умножитель напряжения и внешние переключающие транзисторы. Более высокая сложность потребовала использования SMD-компонентов.

Шаг 1. Заявление об отказе от ответственности

Использование такого устройства может вызвать эпилептические припадки или другие неблагоприятные эффекты у небольшой части пользователей устройства. Строительство такого устройства требует использования умеренно опасных инструментов и может привести к повреждению или повреждению имущества. Вы создаете и используете описанное устройство на свой страх и риск

Шаг 2: Детали и инструменты

Детали и материалы:

3D-очки с активным затвором

ATTINY13A-SSU

Кнопочный переключатель включения-выключения 18x12 мм с фиксацией (что-то вроде этого, переключатель, который я использовал, имел прямые, более узкие выводы)

2x SMD 6x6 мм тактильные кнопки переключения

2x 10 мкФ 16 В Корпус А танталовый конденсатор 1206

Конденсатор 0805 100 нФ

3x 330 нФ 0805 конденсатор

4x SS14 DO-214AC (SMA) диод Шоттки

Резистор 10к 0805

Резистор 15к 1206

Резистор 22к 1206

9x 27 Ом 0805 резистор

3x 100k 1206 резистор

6x BSS138 SOT-23 транзистор

3x транзистора BSS84 SOT-23

Плата, покрытая медью, 61x44 мм

несколько кусков проволоки

Батарея 3 В (CR2025 или CR2032)

изолента

скотч

Инструменты:

диагональный резак

плоскогубцы

отвертка с плоским лезвием

маленькая крестовая отвертка

пинцет

универсальный нож

пила или другой инструмент, который может разрезать печатную плату

Сверло 0,8 мм

сверлильный станок или роторный инструмент

персульфат натрия

пластиковый контейнер и пластиковый инструмент, который можно использовать для извлечения печатной платы из раствора для травления

паяльная станция

припаять

алюминиевая фольга

Программатор AVR (автономный программатор, такой как USBasp или вы можете использовать ArduinoISP)

лазерный принтер

глянцевая бумага

утюг

Сухая / влажная наждачная бумага зернистостью 1000

крем-очиститель

растворитель (например, ацетон или медицинский спирт)

постоянный производитель

Шаг 3: Изготовление печатной платы с использованием метода переноса тонера

Вам необходимо напечатать зеркальное изображение F. Cu (лицевую сторону) на глянцевой бумаге с помощью лазерного принтера (без включения каких-либо настроек экономии тонера). Внешние размеры распечатываемого изображения должны быть 60,96x43,434 мм (или как можно более близкими). Я использовал одностороннюю плакированную медью плату и сделал соединения на другой стороне тонкими проводами, поэтому мне не пришлось беспокоиться о выравнивании двух медных слоев. Вы можете использовать двустороннюю печатную плату, если хотите, но следующие инструкции будут касаться только односторонней печатной платы.

Обрежьте печатную плату по размеру напечатанного изображения, вы можете добавить несколько миллиметров с каждой стороны печатной платы, если хотите (убедитесь, что печатная плата подходит к вашим очкам). Затем вам нужно будет очистить медный слой влажной мелкой наждачной бумагой, а затем удалить частицы, оставленные наждачной бумагой, с помощью крем-очистителя (вы также можете использовать жидкость для мытья посуды или мыло). Затем очистите его растворителем. После этого нужно быть очень осторожным, чтобы не прикасаться пальцами к меди.

Поместите напечатанное изображение поверх печатной платы и выровняйте его с платой. Затем положите печатную плату на плоскую поверхность и накройте ее утюгом, настроенным на максимальную температуру. Через некоторое время бумага должна прилипнуть к печатной плате. Держите утюг прижатым к печатной плате и бумаге, время от времени вы можете менять положение утюга. Подождите хотя бы несколько минут, пока бумага не изменит цвет на желтый. Затем поместите печатную плату с бумагой в воду (можно добавить крем-очиститель или средство для мытья посуды) на 20 минут. Далее потрите бумагу с печатной платы. Если есть места, где тонер не приставал к меди, замените тонер перманентным маркером.

Смешайте пресную воду с персульфатом натрия и поместите печатную плату в раствор для травления. Старайтесь держать раствор при температуре 40 ° C. Вы можете поставить пластиковый контейнер на радиатор или другой источник тепла. Время от времени перемешивайте раствор в емкости. Подождите, пока непокрытая медь полностью растворится. Когда это будет сделано, удалите ПХБ из раствора и промойте его водой. Удалите тонер ацетоном или наждачной бумагой.

Просверлите отверстия в печатной плате. Я использовал винт как кернер, чтобы разметить центры отверстий перед сверлением.

Шаг 4: Пайка и программирование микроконтроллера

Покройте медные дорожки припоем. Если какие-либо дорожки растворились в растворе для травления, замените их тонкими проволоками. Припаяйте ATtiny к плате, а также провода, которые будут соединять микроконтроллер с программатором. Загрузите hv_glasses.hex, оставьте биты предохранителей по умолчанию (H: FF, L: 6A). Я использовал USBasp и AVRDUDE. Для загрузки файла.hex мне потребовалось выполнить следующую команду:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U flash: w: hv_glasses.hex

Вы можете заметить, что мне нужно было изменить значение -B (bitclock) с 8, которое я использовал для программирования ATtiny в моем первом инструктаже, на 16. Это замедляет процесс загрузки, но иногда необходимо обеспечить правильную связь между программистом и микроконтроллером.

После того, как вы загрузили файл.hex в ATtiny, удалите провода программатора с печатной платы. Припаяйте остальные компоненты, кроме громоздкого выключателя SW1 и транзисторов. Подключите провода с другой стороны платы. Закройте всю печатную плату, за исключением контактных площадок транзисторов, алюминиевой фольгой для защиты полевых МОП-транзисторов от электростатического разряда. Убедитесь, что ваша паяльная станция правильно заземлена. Пинцет, который вы используете для размещения компонентов, должен быть антистатическим. Я использовал старые пинцеты, которые валялись поблизости, но я подключил их к земле с помощью провода. Вы можете сначала припаять транзисторы BSS138 и покрыть печатную плату дополнительным слоем фольги, когда они будут закончены, потому что полевые МОП-транзисторы BSS84 с P-каналом особенно уязвимы для электростатического разряда.

Припаяйте SW1 в последнюю очередь, наклоните его выводы так, чтобы он выглядел как диоды SS14 или танталовые конденсаторы. Если выводы SW1 шире контактных площадок на печатной плате, и они замыкаются накоротко на другие дорожки, обрежьте их, чтобы они не вызывали никаких проблем. Используйте приличное количество припоя при соединении SW1 с печатной платой, так как лента, которая будет удерживать печатную плату и рамку очков вместе, будет проходить прямо над SW1 и может вызвать некоторое натяжение паяных соединений. Я ничего не ставил в J1-J4, провода LC панели будут припаяны прямо к плате. Когда вы закончите, припаяйте провода, которые будут идти к батарее, поместите батарею между ними и закрепите все на месте изолентой. Вы можете использовать мультиметр, чтобы проверить, генерирует ли полная печатная плата изменяющиеся напряжения на контактных площадках J1-J4. Если нет, измерьте напряжения на более ранних этапах, проверьте наличие короткого замыкания, неподключенных проводов, обрывов дорожек. Когда ваша печатная плата генерирует напряжение на J1-J4, которое колеблется от 0 В до 10-11 В, вы можете припаять ЖК-панели к J1-J4. Любые пайки или замеры вы делаете только при отключенном аккумуляторе.

Когда все собрано вместе с электрической точки зрения, вы можете покрыть заднюю часть печатной платы изоляционной лентой и соединить печатную плату с рамкой очков, обмотав их лентой. Спрячьте провода, соединяющие LC-панели с печатной платой, на месте, где была оригинальная крышка аккумуляторного отсека.

Шаг 5: Обзор дизайна

С точки зрения пользователя, тренировочные очки с переменным окклюзией высокого напряжения работают так же, как очки, описанные в моем первом руководстве. SW2, подключенный к резистору 15 кОм, изменяет частоту устройства (2,5 Гц, 5,0 Гц, 7,5 Гц, 10,0 Гц, 12,5 Гц), а переключатель SW3, подключенный к резистору 22 кОм, изменяет время закрытия каждого глаза (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). После того, как вы установили настройки, вам нужно подождать около 10 секунд (10 секунд без нажатия кнопок), чтобы они были сохранены в EEPROM и загружены после отключения питания при следующем запуске устройства. При одновременном нажатии обеих кнопок устанавливаются значения по умолчанию.

Однако в качестве входа я использовал только вывод PB5 (RESET, ADC0) ATtiny. Я использую АЦП для считывания напряжения на выходе делителя напряжения, сделанного из R1-R3. Я могу изменить это напряжение, нажав SW2 и SW3. Напряжение никогда не бывает достаточно низким, чтобы вызвать СБРОС.

Диоды D1-D4 и конденсаторы C3-C6 образуют 3-ступенчатую зарядную накачку Диксона. Зарядный насос приводится в действие контактами PB1 (OC0A) и PB1 (OC0B) микроконтроллера. Выходы OC0A и OC0B генерируют два прямоугольных сигнала 4687,5 Гц, которые сдвинуты по фазе на 180 градусов (когда OC0A имеет значение HIGH, OC0B имеет значение LOW, и наоборот). При изменении напряжений на выводах микроконтроллера напряжение на пластинах конденсаторов C3-C5 увеличивается и уменьшается на + BATT. Диоды позволяют заряду течь от конденсатора, верхняя пластина которого (подключенная к диодам) имеет более высокое напряжение, чем та, верхняя пластина которой имеет более низкое напряжение. Конечно, диоды работают только в одном направлении, поэтому заряд течет только в одном направлении, поэтому каждый следующий конденсатор в последовательности заряжается до напряжения, которое выше, чем в предыдущем конденсаторе. Я использовал диоды Шоттки, так как они имеют низкое прямое падение напряжения. Умножение напряжения без нагрузки составляет 3,93. С практической точки зрения только нагрузкой на выходе насоса заряда являются резисторы 100 кОм (ток протекает через 1 или 2 из них одновременно). При такой нагрузке напряжение на выходе насоса заряда составляет 3,93 * (+ BATT) минус около 1 В, а эффективность насоса заряда составляет примерно 75%. D4 и C6 не увеличивают напряжение, они только уменьшают пульсации напряжения.

Транзисторы Q1, Q4, Q7 и резисторы 100 кОм преобразуют низкое напряжение с выходов микроконтроллера в напряжение с выхода накачки заряда. Я использовал полевые МОП-транзисторы для управления ЖК-панелями, потому что ток течет через их затворы только при изменении напряжения затвора. Резисторы 27 Ом защищают транзисторы от больших импульсных токов затвора.

Устройство потребляет примерно 1,5 мА.