Face Touch Alarm - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:15

Das Berühren unseres Gesichts ist eine der häufigsten Arten, mit denen wir uns mit Viren wie Covid-19 infizieren. Eine wissenschaftliche Studie aus dem Jahr 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) ergab, dass wir unser Gesicht durchschnittlich 23 Mal pro Stunde berühren. Ich beschloss, ein kostengünstiges Gerät mit geringem Stromverbrauch zu entwickeln, das Sie jedes Mal warnt, wenn Sie Ihr Gesicht berühren. Dieser grobe Prototyp könnte sehr leicht verfeinert werden und obwohl Sie ihn wahrscheinlich nicht den ganzen Tag tragen möchten, könnte es eine gute Möglichkeit sein, Sie darin zu trainieren, Gesichtsberührungen zu reduzieren und damit die Ausbreitung des Virus zu reduzieren.

Die meisten Formen der Bewegungserfassung verwenden Beschleunigungsmesser oder Bildverarbeitung. Diese sind relativ teuer, benötigen Dauerstrom und damit auch eine relativ große Batterie. Ich wollte ein Gerät herstellen, das nur dann Strom verbraucht, wenn das Verhalten es auslöst, und das für weniger als 10 US-Dollar zu Hause hergestellt werden kann.

Das Gerät besteht aus drei Teilen. Eine Halskette und zwei kleine Gummibänder an jedem Handgelenk. Es verwendet das Prinzip, dass ein Magnet, der sich in der Nähe einer Drahtspule bewegt, einen elektrischen Strom im Draht erzeugt. Wenn sich die Hand in Richtung Gesicht bewegt, erzeugt der Magnet am Handgelenk eine winzige Spannung an der Spule. Dieser wird verstärkt und wenn er über einem bestimmten Schwellenwert liegt, schaltet er einen kleinen Summer ein.

Lieferungen

• 100 - 200 Meter Magnetkabel. Die meisten Drähte sind zu dick. Der Magnetdraht ist mit einer sehr feinen Lackschicht isoliert, so dass Sie viele Windungen in der Spule machen können und sie trotzdem relativ klein und leicht bleiben. Ich habe 34 AWG verwendet - das ist ungefähr 0,15 mm Durchmesser
• Kabelbinder oder Klebeband
• Ein Operationsverstärker mit einer einzigen Versorgung mit niedrigem Stromverbrauch. Es muss mit 3V betrieben werden können. Ich habe einen Microchip MCP601 verwendet.
• 2 Widerstände (1M, 2K)
• 2K Trimmerwiderstand
• Ein 3 - 5 V Piezo-Summer
• Jeder grundlegende npn-Transistor (ich habe einen 2N3904) verwendet
• Etwas Veroboard
• CR2032 (oder jede 3V Knopfzellenbatterie)
• 2 kleine starke Magnete
• 2 dicke Gummibänder oder etwas Kompressionsmaterial (wie Kompressionsstrümpfe)

Schritt 1: Wickeln Sie die Spule

Die Spule muss ein durchgehendes Stück Draht sein, damit sie leider nicht wie eine Halskette ein- und ausgehakt werden kann. Daher ist es wichtig, dass der Spulendurchmesser groß genug ist, um ihn über den Kopf zu bekommen. Ich habe meine um einen runden Former (einen Papierkorb) mit einem Durchmesser von ca. 23 cm (9 Zoll) gewickelt. Je mehr Umdrehungen desto besser. Ich habe aufgehört zu zählen, wie viele ich gemacht habe, aber durch das Testen des elektrischen Widerstands am Ende glaube ich, dass ich ungefähr 150 Umdrehungen hatte.

Nehmen Sie die Spule vorsichtig aus der Form und befestigen Sie die Spule mit Kabelbindern oder Klebeband. Es ist wichtig, den empfindlichen Magnetdraht nicht zu beschädigen, da er fast unmöglich zu reparieren ist. Wenn Sie die Spule gesichert haben, suchen Sie die beiden Enden des Drahtes und entfernen Sie den Lack von den letzten cm (letzten halben Zoll) jedes Endes. Ich tat dies, indem ich den Lack mit einem Lötkolben geschmolzen habe (siehe Video im Anhang).

Klicken Sie hier, um ein Video zum Abisolieren des Magnetkabels zu sehen

Diese Enden können zart auf Ihre Detektorplatine gelötet werden. Für meinen Prototypen lötete ich die Enden auf ein kleines Stück separates Veroboard mit einem Buchsenkopf, so dass ich Experimente verwenden und Überbrückungskabel verwenden konnte, um es an verschiedene Schaltungsdesigns anzuschließen.

Schritt 2: Bauen Sie die Detektorschaltung auf

Der Schaltplan und die endgültige Schaltung sind oben gezeigt.

Ich verwende einen Operationsverstärker in einer nicht invertierenden Konfiguration, um die sehr kleine Spannung zu verstärken, die über der Spule erzeugt wird. Die Verstärkung dieses Verstärkers ist das Verhältnis der Widerstände von R1 und R2. Es muss hoch genug sein, um den Magneten zu erkennen, wenn er sich relativ langsam etwa 10 cm vom Rand der Spule entfernt (etwa 20-30 cm/s), aber wenn Sie ihn zu empfindlich machen, kann er instabil werden und der Summer ertönt kontinuierlich. Da die optimale Anzahl von der tatsächlichen Spule und dem verwendeten Magneten abhängt, empfehle ich Ihnen, die Schaltung mit einem variablen Widerstand aufzubauen, der auf einen beliebigen Wert bis zu 2K eingestellt werden kann. In meinem Prototyp fand ich, dass ein Wert von ungefähr 1,5K gut funktioniert.

Da die Spule auch Funkwellen verschiedener Frequenzen aufnimmt, habe ich einen Kondensator über R1 eingebaut. Dieser wirkt wie ein Tiefpassfilter. Bei allen Frequenzen höher als einige Hertz ist die Reaktanz dieses Kondensators viel kleiner als der Wert von R1 und so fällt die Verstärkung ab.

Da die Verstärkung so hoch ist, ist der Ausgang des Operationsverstärkers wirklich nur "ein" (3 V) oder "aus" (0 V). Da der MCP601 anfangs 20 mA ausgeben kann, dachte ich, dass er möglicherweise einen Piezo-Summer direkt ansteuern kann (diese benötigen nur wenige mA, um zu funktionieren). Ich stellte jedoch fest, dass der Operationsverstärker Schwierigkeiten hatte, ihn direkt anzusteuern, wahrscheinlich aufgrund der Kapazität des Summers. Ich habe dies gelöst, indem ich den Ausgang des Ausgangs über einen Widerstand einem npn-Transistor zugeführt habe, der wie ein Schalter wirkt. R3 wird gewählt, um sicherzustellen, dass der Transistor vollständig eingeschaltet ist, wenn der Ausgang des Operationsverstärkers 3 V beträgt. Um den Stromverbrauch zu minimieren, sollte dieser idealerweise so hoch wie möglich sein und trotzdem sicherstellen, dass der Transistor eingeschaltet ist. Ich habe 5K gewählt, um sicherzustellen, dass diese Schaltung mit fast jedem gängigen npn-Transistor funktioniert.

Das letzte, was Sie brauchen, ist eine Batterie. Ich konnte meinen Prototyp erfolgreich mit einer 3-V-Knopfzellenbatterie betreiben - aber sie war bei etwas höherer Spannung noch empfindlicher und effektiver. Wenn Sie also eine kleine Li-Poly-Batterie (3,7 V) finden, würde ich die Verwendung empfehlen.

Schritt 3: Machen Sie die Handgelenkbänder

Wenn in der Nähe jeder Hand ein Magnet getragen wird, löst das Heben der Hand zum Gesicht den Summer aus. Ich beschloss, zwei Armbänder mit elastischem Stützsockenmaterial zu kreieren und benutzte diese, um zwei kleine Magnete an meinem Handgelenk zu halten. Sie können auch mit einem Magnetring an einem Finger jeder Hand experimentieren.

Der induzierte Strom fließt in einer Richtung um die Spule herum, wenn der Magnet in den Bereich der Spule eintritt, und in die entgegengesetzte Richtung, wenn er austritt. Da die Prototypschaltung absichtlich einfach ist, löst nur eine Stromrichtung den Summer aus. Es wird also summen, wenn sich die Hand der Halskette nähert oder wenn sie sich entfernt. Natürlich möchten wir, dass es auf dem Weg zum Gesicht summet und wir die Polarität des erzeugten Stroms ändern können, indem wir den Magneten umdrehen. Experimentieren Sie also damit, wie herum der Summer ertönt, wenn sich die Hand dem Gesicht nähert, und markieren Sie den Magneten, damit Sie daran denken, ihn richtig herum zu tragen.

Schritt 4: Testen

Die Größe des induzierten Stroms hängt davon ab, wie schnell sich das Magnetfeld in der Nähe der Spule ändert. Daher ist es einfacher, schnelle Bewegungen in der Nähe der Spule aufzunehmen als langsame Bewegungen weit davon entfernt. Mit ein wenig Ausprobieren konnte ich es zuverlässig zum Laufen bringen, als ich den Magneten mit etwa 30 cm/s (1 ft/s) in einem Abstand von 15 cm (6 Zoll) bewegte. Etwas mehr Tuning würde dies um den Faktor zwei oder drei verbessern.

Im Moment ist alles ein bisschen grob, da der Prototyp "Through-Hole" -Komponenten verwendet, aber die gesamte Elektronik könnte mit SMD-Komponenten leicht verkleinert werden und die limitierende Größe wäre nur die Batterie.