Unsicheres Geräuschpegelwarnsystem - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:18

Die Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) ist der größte Makerspace an der Rice University und bietet allen Studenten einen Raum, um Lösungen für reale Herausforderungen zu entwerfen und zu prototypieren. Zu diesem Zweck beherbergt das OEDK eine Reihe von Elektrowerkzeugen und Großmaschinen, die laute, potenziell gefährliche Geräusche erzeugen. Während die OEDK erfolgreich eine Sicherheitskultur rund um Augenschutz und Handschuhe etabliert hat, war sie nicht in der Lage, dieselbe Sicherheitskultur rund um Gehörschutz zu etablieren, da die Benutzer sich nicht sicher sind, wann ein Gehörschutz erforderlich ist.

Unser Team, Ring the Decibels, möchte dieses Problem lösen, indem es ein Warnsystem entwickelt, baut und implementiert, das OEDK-Benutzern rät, bei unsicheren Geräuschpegeln einen geeigneten Gehörschutz zu tragen.

Schritt 1: Übersicht

Dieses Gerät verwendet einen Arduino Uno-Mikrocontroller. Analoge Tondaten werden von einem Schwerkraft-Schallpegelmesser empfangen, gemittelt und dann verwendet, um einen digitalen LED-Streifenausgang auszulösen. Die visuellen Anzeigen umfassen einen Gradienten, der kontinuierlich den durchschnittlichen Dezibelpegel anzeigt, und einen Kopfhörer, der rot blinkt, sobald eine vorbestimmte Dezibelschwelle erreicht ist.

Das Gehäuse besteht aus zwei Sperrholzplatten, die durch zwei runde Sperrholzplatten getrennt sind, die durch Aluminiumabstandshalter getrennt sind. Die Farbverlaufs- und Kopfhörerdisplays werden mit mattiertem Acryl erstellt. Alle elektronischen Komponenten sind auf der Rückplatte montiert.

Vom Rohmaterial bis zur Montage an der Wand dauert dieses Gerät nur weniger als 2 Stunden. Wir haben durch dieses Projekt viel über Datenglättung und Steuerung von LED-Streifen gelernt und wünschen Ihnen viel Spaß beim Bauen!

Schritt 2: Benötigte Komponenten und Werkzeuge

Die Gesamtkosten für Material für dieses Gerät betragen etwas unter 100 US-Dollar. Da unser Team dieses Gerät in Massen baut, konnten wir einige Materialien in großen Mengen kaufen, um die Kosten zu senken. Da wir dieses Gerät für und in einem Engineering-Makerspace bauen, hatten wir außerdem bereits Zugriff auf viele Komponenten und Werkzeuge.

Die unten aufgeführten Mengen der Komponenten gelten für ein Gerät.

Komponenten

• 1x Arduino Uno (oder ähnlicher Mikrocontroller) mit USB-Kabel
• 1x Prototyping-Breadboard
• 1x Perfboard (optional)
• 2x rote Stecker-Stecker-Überbrückungsdrähte
• 2x rote männlich-weibliche Überbrückungsdrähte
• 2x schwarze Stecker-Stecker-Überbrückungsdrähte
• 2x schwarze männlich-weibliche Überbrückungsdrähte
• 3x blaue Stecker-Stecker-Überbrückungsdrähte
• 2x Blaue männlich-weibliche Überbrückungsdrähte
• 1x 5V 1A Netzteil
• 1x analoger Schwerkraft-Schallpegelmesser
• 1x einzeln adressierbarer RGB-LED-WS2812B-Streifen (mindestens 20 LEDs)
• 6x Stecker-Stecker-Stiftstifte
• 2x 330 Ohm Widerstände
• 24" x 12" 1/4" Birkensperrholz
• 7 "x 9" von 1/4" Acryl
• 9 "x 9" von 1/8" Acryl (Breite kann variieren)
• 3x 1/4" Hex / 2" 6-32 Female-Female Aluminium-Abstandshalter
• 6x 1/4" Sechskant / 1 1/4" 6-32 Buchse-Buchse Aluminium Abstandshalter
• 18x 3/4" 6-32 Flachkopfschrauben
• 18x Nr. 6 Unterlegscheiben
• 8x 10 mm M2.5 Weiblich-Weiblich Nylon-Abstandshalter
• 4x 25mm M2.5 Weiblich-Weiblich Nylon-Abstandshalter
• 4x 18 mm M2.5 männlich-weiblich Nylon-Abstandshalter
• 24x 6mm M2.5 Schrauben

Werkzeuge

• Arduino-IDE
• Lötkolben (HAKKO FM-204) mit Lot
• Kolophoniumflussmittel
• Laserschneider (EPILOG Fusion M2 40)
• Acrylkleber
• Sandstrahler (optional)
• Sandpapier
• 2-Komponenten-Epoxid
• Akku-Bohrschrauber
• 5/32" Bohrer
• 1/8" Bohrer
• 1/2" 82º Senker-Bit
• Bohrmaschine
• #5 Senkbohrer
• Schraubendreher
• Heißklebepistole mit Klebestiften

Schritt 3: Bereiten Sie die LEDs vor

Schneiden Sie zwei Streifen der einzeln adressierbaren LED-Streifen an den Markierungen auf dem Streifen ab. Sie können eine beliebige Anzahl von LEDs schneiden, die Sie möchten, stellen Sie jedoch sicher, dass Sie die Anzahl der LEDs im Code später neu initialisieren. Wir haben 10 LEDs pro Streifen verwendet.

Löten Sie die Kopfstifte auf jeden der 3 Anschlüsse eines des LED-Streifens. Achten Sie darauf, am Dateneingangsende (DI) zu löten. Wiederholen Sie dies für den anderen LED-Streifen. Wir haben ein wenig Kolophoniumflussmittel verwendet, das auf die LED-Streifenverbinder gebürstet wurde, um das Löten zu erleichtern.

Biegen und falten Sie einen der LED-Streifen in eine bogenförmige Form, um sich der Kurve des Farbverlaufsstücks anzupassen. Dies haben wir erreicht, indem wir mit dem LED-Streifen ein wellenförmiges Muster erstellt haben, das sich auf sich selbst krümmen kann. Mit derselben Technik den anderen LED-Streifen so formen, dass er der Krümmung des Kopfhörerstücks folgt.

Schritt 4: Bauen Sie die Schaltung zusammen

Verbinden Sie zunächst den Arduino 5V-Pin mit der Stromschiene auf dem Steckbrett. Verbinden Sie dann den Arduino-Gruppenstift mit der Erdungsschiene auf dem Steckbrett.

Anschließen der LED-Streifen

Verbinden Sie den Arduino Digital Pin 5 mit dem Dateneingang (DI) an einem LED-Streifen und fügen Sie einen 330 Ohm Widerstand zwischen Pin 5 und dem DI-Anschluss hinzu. Verbinden Sie die Steckbrett-Stromschiene auf dem Steckbrett mit dem 5V-Anschlussstift des LED-Streifens und verbinden Sie die Steckbrett-Erdungsschiene mit dem GND-Anschluss des LED-Streifens. Dies ist der LED-Streifen für die Verlaufsanzeige.

Verbinden Sie den digitalen Arduino-Pin 6 mit dem DI-Anschluss des anderen LED-Streifens und fügen Sie einen 330-Ohm-Widerstand zwischen Pin 6 und dem DI-Anschluss hinzu. Verbinden Sie die Steckbrett-Stromschiene auf dem Steckbrett mit dem 5V-Anschlussstift des LED-Streifens und verbinden Sie die Steckbrett-Erdungsschiene mit dem GND-Anschluss des LED-Streifens. Dies ist der LED-Streifen für die Kopfhöreranzeige.

Anschließen des Schwerkraft-Schallpegelmessers (das Mikrofon)

Verbinden Sie den analogen Arduino-Pin A0 mit dem analogen Anschluss des Schwerkraft-Schallpegelmessers. Verbinden Sie die Steckbrett-Stromschiene auf dem Steckbrett mit dem VCC-Port auf dem Gravity-Board und die Steckbrett-Erdungsschiene mit dem GND-Port auf dem Gravity-Board.

Übertragen des Schaltkreises auf das Perf Board (optional)

Um alle elektronischen Komponenten länger an Ort und Stelle zu halten, hat unser Team beschlossen, unsere Schaltung auf ein Perfboard zu verlegen. Unsere Schaltung ist nicht sehr komplex, daher haben wir mit einer Bügelsäge ein 4 cm x 6 cm großes Lochbrett in ein 4 cm x 3 cm großes Brett geschnitten und mit einem 1/8 Bit neue Befestigungslöcher hineingebohrt. Dieser Schritt ist völlig optional.

Schritt 5: Bearbeiten und Hochladen des Codes

Laden Sie den Code herunter und öffnen Sie ihn in der Arduino IDE.

Überprüfen Sie, ob der für die Anzahl der LEDs auf jedem Streifen definierte Wert (NUM_LEDS_1 und NUM_LEDS_2) mit der Anzahl der LEDs übereinstimmt, die Sie für den ersten LED-Streifen (den Farbverlauf) und den zweiten LED-Streifen (die Kopfhörer) geschnitten haben. Wenn diese Werte nicht übereinstimmen, ändern Sie die Nummer des Codes.

Überprüfen Sie den Code und laden Sie ihn auf Ihr Arduino-Board hoch.

Schritt 6: Bereiten Sie das Holzgehäuse vor

Laden Sie die Datei zum Laserschneiden von Holz herunter.

Laserschneiden Sie die Front- und Rückplatten und 6 LED-Träger aus 1/4 Sperrholz mit den entsprechenden Einstellungen Ihres Laserschneiders. Sie können das gerasterte Logo auf der Frontplatte in jedes gewünschte Design ändern.

Auf unserem Laser-Cutter (EPILOG Fusion M2 40) haben wir folgende Einstellungen verwendet:

• 4 Geschwindigkeiten, 100 Leistung, 10 Frequenzen zu Vektorschnitt
• 50 Geschwindigkeit, 100 Leistung, 300 DPI zum Rastergravieren

Wir haben einen Laserschneider verwendet, weil wir Zugriff auf einen im OEDK haben, aber Sie können die Dateien auch herunterladen, um sie als Umriss zum Schneiden der Teile mit einem CNC-Router oder einer Bandsäge zu verwenden.

Bohren Sie 3 Löcher mit einem 5/32"-Bohrer in die Frontplatte an den durch die roten Xs im Bild gekennzeichneten Stellen. Es sollte ein Loch zwischen dem Farbverlauf und den Kopfhörern, eines unter dem rechten Kopfhörer und eines unter dem Logo sein diese Löcher von vorne. Diese Löcher sind für die 2"-Abstandshalter.

Legen Sie die Frontplatte so auf die Rückplatte, dass beide in der Richtung ausgerichtet sind, die in der Laserschneiddatei gesehen wird. Zeichnen Sie mit einem Bleistift leicht den Umriss des Farbverlaufs und der Kopfhörerräume, des Mikrofonlochs und der 3 gerade in die Frontplatte gebohrten Löcher auf die Rückplatte.

Bohren Sie 3 Löcher mit einem 5/32 -Bohrer in die Rückplatte an den Stellen, die gerade von der Frontplatte übertragen wurden. Senken Sie diese Löcher von der Rückseite.

Schritt 7: Bereiten Sie die Acrylteile vor

Laden Sie die 1/4"-Acryl-Laserschneiddatei und die 1/8"-Laserschneiddatei herunter.

Laserschneiden Sie die Fronteinsatzstücke aus 1/4 "Acryl und die Trägerstücke aus 1/8" Acryl mit den entsprechenden Einstellungen Ihres Laserschneiders. Auf unserem Laser-Cutter (EPILOG Fusion M2 40) haben wir folgende Einstellungen verwendet:

• 2 Geschwindigkeiten, 100 Leistung, 100 Frequenz für das 1/4" Acryl
• 4 Geschwindigkeit, 100 Leistung, 100 Frequenz für das 1/8" Acryl

Wir haben einen Laserschneider verwendet, weil wir Zugriff auf einen im OEDK haben, aber Sie können die Dateien auch herunterladen, um sie als Umriss zum Schneiden der Teile mit einem CNC-Router oder einer Bandsäge zu verwenden. Darüber hinaus können die Trägerteile aus Acryl beliebiger Breite geschnitten werden, aber wir fanden, dass 1/8 oder dünner gut genug für die Befestigung am Holz bei gleichzeitiger Gewichtsreduzierung geeignet sind.

Kleben Sie jedes Acryl-Trägerteil mit Acrylkleber so auf das entsprechende Fronteinsatzteil, dass beim Einsetzen der Fronteinsatzteile in die Frontplatte die Laschen an den Trägerteilen bündig mit der Rückseite der Vorderseite abschließen.

Nachdem der Kleber ausgehärtet ist (mindestens 30 Minuten), frosten Sie die Vorder- und Rückseite der verbundenen Acrylteile, um das Licht besser zu verteilen. Wir haben dafür einen Sandstrahler verwendet, aber feinkörniges Schleifpapier (600er Körnung oder höher) und etwas Ellenbogenfett funktionieren auch.

Schritt 8: Befestigen Sie die Acrylteile am Holzgehäuse

Legen Sie die Frontplatte mit der Vorderseite nach unten und passen Sie die Acrylteile trocken in die entsprechenden Räume. Wenn die Acrylteile Probleme beim Einpassen haben, schleifen Sie die Innenkanten der Frontplatte, bis die Acrylteile passen.

Sobald eine gute Passform erreicht ist, entfernen Sie die Acrylteile von der Frontplatte und tragen Sie ein zweiteiliges Epoxid auf die Vorderseite der Laschen der Trägerteile auf, die das Holz berühren. Legen Sie die Acrylteile in ihre Zwischenräume, drücken Sie sie nach unten und lassen Sie das Epoxid vollständig trocknen.

Schritt 9: Montieren Sie die Elektronikplatinen am Holzgehäuse

Legen Sie den Schwerkraft-Schallpegelmesser anhand des nachgezeichneten Umrisses des Mikrofonlochs auf der Rückplatte so auf die Rückplatte, dass das Mikrofon mit seiner Umrisslinie ausgerichtet ist. Markieren Sie, wo sich die vier Befestigungslöcher auf der Gravity-Platine auf der Rückplatte befinden.

Lassen Sie den Schwerkraftschallpegelmesser auf der Rückplatte und ordnen Sie das Arduino-Board und das Perf-Board auf der Rückplatte an. Richten Sie das Adruino-Board so aus, dass die Steckdose nach unten zeigt und zwischen den einzelnen Boards mindestens 1/4 Platz lässt. Die genaue Platzierung dieser Boards ist nicht besonders wichtig, solange sich die Boards nicht überlappen oder die Umrisse des Farbverlaufs und der Kopfhörer Wir entschieden uns, das Arduino-Board links vom Gravity-Board und das Perf-Board über dem Gravity-Board zu platzieren.

Markieren Sie, wo sich die Befestigungslöcher für die Arduino- und Perf-Boards auf der Rückplatte befinden.

Entfernen Sie die Elektronik von der Rückplatte und bohren Sie alle gerade markierten Löcher mit einem 1/8 -Bohrer. Da unsere M2,5-Schrauben eine Senkbohrung erforderten, um bündig mit der Rückplatte zu sitzen, haben wir die Rückplatte von der Rückseite mit angesenkt eine Bohrmaschine.

Befestigen Sie den Schwerkraft-Schallpegelmesser mit M2,5-Nylon-Abstandshaltern und -Schrauben an der Rückplatte. Das Mikrofon sollte sich nahe an der Frontplatte befinden. Um die Platine so weit wie möglich anzuheben, haben wir einen 25-mm-Weibchen-Weibchen-Abstand und einen 18-mm-Stecker-weiblich-Abstand verwendet.

Befestigen Sie das Arduino und das Perf-Board mit M2,5-Weibchen-Abstandshaltern und Schrauben an der Rückplatte. Die Länge des Abstandshalters ist nicht kritisch, solange alle für ein Board verwendeten Abstandshalter gleich lang und kurz genug sind, um das Board im Gerät zu halten. Wir haben 10 mm weibliche-weibliche Abstandshalter verwendet.

Wenn Ihre Schaltung ein Steckbrett anstelle eines Perfboards verwendet, montieren Sie das Steckbrett einfach mit seiner selbstklebenden Rückseite, anstatt Abstandshalter und Schrauben zu verwenden.

Sobald die Elektronik montiert ist, verdrahten Sie die Schaltung.

Schritt 10: Befestigen Sie die LED-Halterungen

Zeichnen Sie auf der Rückplatte 3 Punkte innerhalb des leicht gezeichneten Umrisses für den Farbverlauf, wie durch die roten Xs angezeigt. Es sollte ein Loch an jedem Ende des Farbverlaufs und eines in der Mitte sein. Wiederholen Sie dies innerhalb des Umrisses für die Kopfhörer, wie durch die roten Xs angezeigt.

Bohren Sie Löcher mit einem 5/32 "Bit, wo die 6 Punkte gerade gezeichnet wurden. Senken Sie diese Löcher von der Rückseite. Diese Löcher sind für die 1 1/4" Abstandshalter zur Unterstützung der LED-Streifen.

Bohren Sie Löcher mit einem 5/32 -Bit an einem Ende jeder der 6 LED-Halterungen. Senken Sie diese Löcher.

Befestigen Sie an jedem der 6 Löcher innerhalb des Farbverlaufs und der Kopfhörerkonturen mit einem 1 1/4 Abstandshalter eine LED-Halterung an der Rückplatte. Verwenden Sie auf jeder Seite des Abstandshalters zwischen dem Abstandshalter und Holz eine Unterlegscheibe. Richten Sie die LED-Halterungen so aus, dass Der LED-Streifen wird auf das nicht gebohrte Ende des Trägers gelegt, der LED-Streifen wird im Verlauf oder im Kopfhörer zentriert.

Schritt 11: Endmontage und Montage

Verwenden Sie Heißkleber, um die LED-Streifen an den LED-Stützen zu befestigen. Die Eingangsdrähte für die LED-Streifen sollten zur Unterseite des Geräts ausgerichtet sein.

Verbinden Sie die LED-Streifen mit dem Stromkreis und verbinden Sie das 5V-Netzteil mit dem USB-Kabel im Arduino.

Befestigen Sie die Frontplatte mit den 2 -Abstandshaltern, 6-32 Unterlegscheiben und 6-32 Schrauben an der Rückplatte und platzieren Sie die Unterlegscheiben zwischen den Abstandshaltern und Holz.

Montieren Sie das Gerät mit Hilfe des Montagelochs an der Rückplatte an einer Wand. Sie können eine Holzschraube in der Wand verwenden oder einen Command-Haken verwenden.

Schließen Sie das Gerät an und holen Sie sich Ihren Gehörschutz!