Lichtflimmer-Detektor - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Mich hat schon immer fasziniert, dass die Elektronik uns begleitet. Es ist einfach überall. Wenn wir über Lichtquellen sprechen (nicht die natürlichen wie Sterne), müssen wir mehrere Parameter berücksichtigen: Helligkeit, Farbe und, falls es sich um das PC-Display handelt, Bildqualität.

Die visuelle Wahrnehmung von Licht oder Helligkeit einer elektronischen Lichtquelle kann auf verschiedene Weise gesteuert werden, am beliebtesten ist die Pulsweitenmodulation (PWM) - Schalten Sie das Gerät einfach sehr schnell ein und aus, damit die Transienten für das menschliche Auge "unsichtbar" erscheinen. Aber wie es scheint, ist es für das menschliche Auge für den Langzeitgebrauch nicht gut.

Wenn wir zum Beispiel ein Laptop-Display nehmen und seine Helligkeit reduzieren - es mag dunkler erscheinen, aber es gibt viele Änderungen auf dem Bildschirm - Flackern. (Weitere Beispiele dazu finden Sie hier)

Ich war sehr inspiriert von einer Idee dieses YouTube-Videos, die Erklärung und Einfachheit sind einfach großartig. Durch Anbringen einfacher handelsüblicher Geräte besteht die Möglichkeit, ein vollständig tragbares Flimmererkennungsgerät zu bauen.

Das Gerät, das wir bauen werden, ist ein Lichtquellen-Flimmerdetektor, der eine kleine Solarbatterie als Lichtquelle verwendet und aus folgenden Blöcken besteht:

1. Kleines Solarpanel
2. Integrierter Audioverstärker
3. Lautsprecher
4. Klinke für Kopfhöreranschluss, wenn wir mit größerer Empfindlichkeit testen möchten
5. Wiederaufladbarer Li-Ion-Akku als Stromquelle
6. USB-Typ-C-Anschluss für Ladeanschluss
7. Power-LED-Anzeige

Lieferungen

Elektronische Bauteile

• Integrierter Audio-Leistungsverstärker
• 8 Ohm Lautsprecher
• 3,7 V 850 mAh Li-Ion-Akku
• 3,5-mm-Audiobuchse
• Mini polykristalline Solarbatterie
• TP4056 - Li-Ion-Ladeplatine
• RGB-LED (TH-Paket)
• 2 x 330 Ohm Widerstände (TH-Paket)

Mechanische Komponenten

• Potentiometerknopf
• 3D-gedrucktes Gehäuse (optionale, handelsübliche Projektbox kann verwendet werden)
• 4 x 5 mm Durchmesser Schrauben

Instrumente

• Lötkolben
• Heißklebepistole
• Kreuzschlitzschraubendreher
• Einadriger Draht
• 3D-Drucker (optional)
• Zange
• Pinzette
• Cutter

Schritt 1: Betriebstheorie

Wie in der Einleitung erwähnt, wird das Flackern durch PWM verursacht. Laut Wikipedia kann das menschliche Auge bis zu 12 Bilder pro Sekunde erfassen. Wenn die Bildrate diese Zahl überschreitet, wird dies für das menschliche Sehen als Bewegung betrachtet. Wenn also ein schneller Objektwechsel beobachtet wird, sehen wir seine durchschnittliche Intensität anstelle einer Folge von getrennten Bildern. Es gibt einen Kern der Idee für PWM in Helligkeitsregelkreisen: Da wir nur eine durchschnittliche Intensität mit einer höheren Bildrate als 12 fps sehen (wieder laut Wikipedia), können wir die Helligkeit (Duty Cycle) der Lichtquellenversorgung einfach über sich ändernde Zeiträume, in denen das Licht ein- oder ausgeschaltet ist (Mehr zu PWM), wobei die Schaltfrequenz konstant ist und viel größer als 12 Hz ist.

Dieses Projekt beschreibt ein Gerät, dessen Lautstärke und Frequenz proportional zum durch PWM verursachten Flackergeräusch sind.

Mini polykristallines Panel

Der Hauptzweck dieser Geräte besteht darin, von der Lichtquelle abgeleitete Energie in elektrische Energie umzuwandeln, die leicht gewonnen werden kann. Eine der wichtigsten Eigenschaften dieser Batterie ist, dass, wenn die Lichtquelle keine stabile konstante Intensität liefert und sich im Laufe der Zeit ändert, die Ausgangsspannung dieses Panels dieselben Änderungen aufweist. Das werden wir also erkennen - die Intensitätsänderungen im Laufe der Zeit

Audio-Verstärker

Die vom Solarpanel erzeugte Leistung ist proportional zum durchschnittlichen Intensitätsniveau (DC) mit zusätzlichen Änderungen der Intensität im Laufe der Zeit (AC). Wir sind daran interessiert, nur Wechselspannung zu erkennen, und der einfachste Weg, dies zu erreichen - das Audiosystem anschließen. Der Audioverstärker, der in diesem Design verwendet wurde, ist eine Single-Supply-Platine mit DC-Sperrkondensatoren auf jeder Seite, sowohl am Eingang als auch am Ausgang. Der Ausgang des Solarpanels ist also direkt mit dem Audioverstärker verbunden. Der in diesem Design verwendete Verstärker verfügt bereits über ein Potentiometer mit einem eingebauten EIN/AUS-Schalter, sodass eine vollständige Kontrolle über die Geräteleistung und die Lautstärke des Lautsprechers besteht.

Li-Ionen-Batteriemanagement

Die TP4056 Li-Ion-Batterieladeschaltung wurde diesem Projekt hinzugefügt, um das Gerät tragbar und wiederaufladbar zu machen. Der USB-C-Anschluss dient als Eingang für das Ladegerät, und der verwendete Akku ist ein 850 mAh, 3,7 V, der für die Zwecke ausreicht, die wir mit diesem Gerät verfolgen müssen. Die Batteriespannung dient als Hauptstromversorgung für den Audioverstärker, also für ein ganzes Gerät.

Lautsprecher als Systemausgang

Lautsprecher spielt die Hauptrolle im Gerät. Ich wählte einen relativ kleinen, mit fester Befestigung am Gehäuse, damit ich auch tiefere Frequenzen hören würde. Wie bereits erwähnt, können die Frequenz und die Lautstärke des Lautsprechers wie folgt definiert werden:

f(Lautsprecher) = f(AC vom Solarpanel) [Hz]

P(Lautsprecher) = K*I(Intensität Spitze-Spitze des AC-Signals vom Solarpanel) [W]

K - Ist ein Volumenkoeffizient

Audiobuchse

3,5-mm-Klinke wird verwendet, wenn wir Kopfhörer anschließen möchten. In diesem Gerät verfügt die Buchse über einen Verbindungserkennungsstift, der vom Signalstift getrennt wird, wenn der Audiostecker eingesteckt ist. Er wurde auf diese Weise entwickelt, um die Ausgabe an einen einzigen Pfad gleichzeitig bereitzustellen - Lautsprecher ODER Kopfhörer.

RGB-LED

Hier hat die LED eine doppelte Aufgabe - sie leuchtet, wenn das Gerät geladen wird oder das Gerät eingeschaltet ist.

Schritt 2: Gehäuse - Design und Druck

Der 3D-Drucker ist ein großartiges Werkzeug für kundenspezifische Gehäuse und Gehäuse. Das Gehäuse für dieses Projekt hat eine sehr einfache Struktur mit einigen gemeinsamen Merkmalen. Erweitern wir es Schritt für Schritt:

Vorbereitung und FreeCAD

Das Gehäuse wurde in FreeCAD entworfen (die Projektdatei steht am Ende dieses Schrittes zum Download bereit), wobei der Körper des Geräts zuerst konstruiert wurde und eine feste Abdeckung als separates Teil relativ zum Körper konstruiert wurde. Nachdem das Gerät entworfen wurde, muss es als separates Gehäuse und Deckel exportiert werden.

Das Mini-Solarpanel ist auf der Abdeckung mit fester Größe montiert, wo der Ausschnittsbereich für Drähte vorgesehen ist. Beidseitig verfügbare Benutzeroberfläche: USB-Ausschnitt und LED|Jack|Potentiometerlöcher. Der Lautsprecher hat einen eigenen dedizierten Bereich, der aus einer Reihe von Löchern an der Unterseite des Gehäuses besteht. Der Akku befindet sich neben dem Lautsprecher, für jedes der Teile ist Platz, sodass wir uns beim Zusammenbau des Geräts nicht frustrieren müssen.

Schneiden und Ultimaker Cura

Da wir über STL-Dateien verfügen, können wir mit dem G-Code-Konvertierungsprozess fortfahren. Es gibt viele Methoden, dies zu tun, ich werde hier nur die wichtigsten Parameter für den Druck belassen:

• Software: Ultimaker Cura 4.4
• Schichthöhe: 0,18 mm
• Wandstärke: 1,2 mm
• Anzahl der oberen/unteren Schichten: 3
• Füllung: 20%
• Düse: 0,4 mm, 215 * C
• Bett: Glas, 60*C
• Unterstützung: Ja, 15%

Schritt 3: Löten und Zusammenbauen

Löten

Während der 3D-Drucker damit beschäftigt ist, unser Gehäuse zu drucken, gehen wir auf den Lötprozess ein. Wie Sie in den Schaltplänen sehen können, ist es auf das Nötigste vereinfacht - das heißt, alle Teile, die wir zusammen anbringen werden, sind als eigenständige integrierte Blöcke verfügbar. Nun, die Reihenfolge ist:

1. Löten von Li-Ion-Batterieanschlüssen an TP4056 BAT+ und BAT- Pins
2. Löten von VO+ und VO- von TP4056 an VCC- und GND-Anschlüsse des Audioverstärkers
3. Löten Sie den "+"-Anschluss des kleinen Solarpanels an die VIN (entweder L oder R) des Audioverstärkers und "-" an die Masse des Audioverstärkers
4. Anbringen einer zweifarbigen oder RGB-LED an zwei 220R-Widerständen mit ordnungsgemäßer Isolierung
5. Löten der ersten LED-Anode an die Schalterklemme des Audioverstärkers (Der Anschluss muss an der Schalterklemme erfolgen). Es wird dringend empfohlen zu überprüfen, welcher Anschluss des Schalters auf der Unterseite der Platine mit VCC verbunden ist - Derjenige, der nicht ist, ist unsere Option
6. Die zweite LED-Anode sollte an die Anode von zwei SMD-LEDs gelötet werden - sie haben einen gemeinsamen Anodenanschluss
7. Löten von LED-Kathoden an GROUND. des Audioverstärkers
8. Löten Sie die Lautsprecheranschlüsse an den Ausgang des Audioverstärkers (Stellen Sie sicher, dass Sie den gleichen Kanal am Eingang gewählt haben, LINKS oder RECHTS)
9. Um den Lautsprecher in den Aus-Zustand zu erzwingen, löten Sie 3,5-mm-Stereo-Klinkenanschlüsse, die den Stromfluss durch den Lautsprecher verhindern.
10. Damit die Kopfhörer auf jeder Seite - L und R - Ton erzeugen, schließen Sie die im vorherigen Schritt beschriebenen Anschlüsse kurz.

Montage

Nach dem Bedrucken der Beilage wird empfohlen, die Teilehöhe hinsichtlich der Teilehöhe zu montieren:

1. Einen Rahmen aus Heißkleber entsprechend dem Innenumfang der Abdeckung herstellen und das Solarpanel dort platzieren
2. Potentiometer mit Mutter und Unterlegscheibe auf der gegenüberliegenden Seite befestigen
3. Lautsprecher mit Heißkleber verkleben
4. Akku mit Heißkleber verkleben
5. 3,5-mm-Buchse mit Heißkleber verkleben
6. Akku kleben mit… Heißkleber
7. Kleben von TP4056 mit USB außerhalb des dafür vorgesehenen Ausschnittbereichs mit Heißkleber
8. Einen Drehknopf auf ein Potentiometer setzen
9. Deckel und Gehäuse mit vier Schrauben befestigen

Testen

Unser Gerät ist eingestellt und einsatzbereit! Um das Gerät richtig zu überprüfen, muss eine Lichtquelle gefunden werden, die eine andere Intensität liefern kann. Ich empfehle die Verwendung einer IR-Fernbedienung, da sie eine wechselnde Intensität bietet, deren Frequenz im Bereich der menschlichen Hörbandbreite liegt [20Hz:20KHz].

Vergessen Sie nicht, alle Ihre Lichtquellen zu Hause zu testen.

Danke fürs Lesen!:)