Radarbrillen - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Letzten Sommer haben wir im Urlaub in Maine ein anderes Paar kennengelernt: Mike und Linda. Linda war blind und war seit der Geburt (glaube ich) ihres ersten Kindes blind. Sie waren sehr nett und wir haben viel zusammen gelacht. Als wir nach Hause kamen, konnte ich nicht aufhören darüber nachzudenken, wie es wäre, blind zu sein. Die Blinden haben Blindenhunde und Stöcke und ich bin mir sicher, dass viele andere Dinge ihnen helfen können. Aber trotzdem muss es viele Herausforderungen geben. Ich versuchte mir vorzustellen, wie es sein würde, und fragte mich als Elektronik-Nerd, ob ich etwas tun könnte.

Ich habe mir eines Sommers mit einem Schweißer die Augen verbrannt, als ich ungefähr 20 Jahre alt war (lange Geschichte… dummes Kind). Es ist etwas, das ich nie vergessen werde. Jedenfalls habe ich mir einen Tag lang die Augen flicken lassen. Ich erinnere mich, dass meine Mutter versuchte, mich über die Straße zu führen. Ich fragte sie immer wieder, ob die Autos angehalten hätten. Sie sagte etwas wie: "Ich bin deine Mutter… denkst du, ich würde dich in den Verkehr bringen?" Wenn ich daran zurück dachte, was für ein Dweeb ich war, als ich ein Teenager war, fragte ich mich. Aber ich konnte nicht darüber hinwegkommen, nicht zu wissen, ob mir beim Gehen etwas ins Gesicht schlagen würde. Ich war sehr glücklich und erleichtert, als wir die Pflaster abgenommen haben. Das ist das einzige, was ich in meinem Leben in Bezug auf Blindheit in der Nähe von „Erfahrung“habe.

Ich habe kürzlich ein weiteres Instructable über einen jungen Freund bei der Arbeit geschrieben, der sein Sehvermögen auf seinem rechten Auge verlor, und ein Gerät, das ich für ihn gemacht habe, um ihm zu sagen, ob etwas auf seiner rechten Seite war. Wenn Sie es lesen möchten, ist es hier. Dieses Gerät verwendet einen Time-of-Flight-Sensor von ST Electronics. Ungefähr eine Minute nachdem ich dieses Projekt beendet hatte, entschied ich, dass ich ein Gerät bauen könnte, um Blinden zu helfen. Der VL53L0X-Sensor, den ich in diesem Projekt verwendet habe, hat einen großen Bruder- / Schwestersensor namens VL53L1X. Dieses Gerät kann größere Entfernungen messen als das VL53L0X. Es gab ein Breakout-Board für das VL53L0X von Adafruit und für das VL53L1X gab es ein Breakout-Board von Sparkfun. Ich beschloss, eine Brille mit dem VL53L1X auf der Vorderseite und einem haptischen Feedback (Vibrationsmotor) hinter der Brille in der Nähe des Nasenrückens zu erstellen. Ich würde den Motor umgekehrt proportional zur Entfernung zu einem Objekt vibrieren, dh je näher ein Objekt an der Brille ist, desto mehr vibriert es.

Ich sollte hier anmerken, dass der VL53L1X ein sehr enges Sichtfeld hat (programmierbar zwischen 15-27 Grad), was bedeutet, dass sie SEHR direktional sind. Dies ist wichtig, da es eine gute Auflösung bietet. Die Idee ist, dass der Benutzer seinen Kopf wie eine Radarantenne bewegen kann. Dies zusammen mit dem schmalen Sichtfeld ermöglicht es dem Benutzer, Objekte in unterschiedlichen Entfernungen besser zu erkennen.

Ein Hinweis zu den Sensoren VL53L0X und VL53L1X: Es handelt sich um Time-of-Flight-Sensoren. Dies bedeutet, dass sie einen LASER-Impuls aussenden (niedrige Leistung und im Infrarotspektrum, damit sie sicher sind). Der Sensor misst, wie lange es dauert, bis der reflektierte Impuls zurückkommt. Entfernung ist also gleich Rate X Zeit, wie wir uns alle aus dem Mathematik- / Naturwissenschaftsunterricht erinnern, oder? Teilen Sie also die Zeit in zwei Hälften und multiplizieren Sie sie mit der Lichtgeschwindigkeit und Sie erhalten die Entfernung. Aber wie von einem anderen Instructables-Mitglied hervorgehoben wurde, hätte die Brille LiDAR-Brille genannt werden können, da die Verwendung eines LASERs auf diese Weise Light Distance and Ranging (LiDAR) ist. Aber wie gesagt, nicht jeder weiß, was LiDAR ist, aber ich denke, die meisten Leute kennen RADAR. Und während Infrarotlicht und Radio alle Teil des elektromagnetischen Spektrums sind, wird Licht im Gegensatz zu Mikrowellenfrequenzen nicht als Radiowelle betrachtet. Ich belasse den Titel also bei RADAR, aber jetzt verstehen Sie.

Dieses Projekt verwendet im Grunde das gleiche Schema wie das für das andere Projekt … wie wir sehen werden. Die großen Fragen für dieses Projekt sind, wie montieren wir die Elektronik auf Brillen und welche Brillen verwenden wir?

Schritt 1: Die Brille

Ich beschloss, dass ich wahrscheinlich eine einfache Brille entwerfen und mit meinem 3D-Drucker drucken könnte. Ich entschied auch, dass ich nur das Skelett oder den Rahmen der Brille in 3D drucken musste. Ich würde eine Leiterplatte hinzufügen, um die Komponenten einzulöten. Die Leiterplatte (Protoboard) würde an den Rahmen befestigt, was der gesamten Baugruppe Festigkeit verleihen würde. Ein 3D-Rendering der Frames ist oben gezeigt.

Die STL-Dateien sind ebenfalls an diesen Schritt angehängt. Es gibt drei Dateien: left.stl, right.stl (die Hörer/Arme) und Brillen.stl (die Fassungen).

Schritt 2: Die Leiterplatte

Ich habe ein Adafruit Perma-Proto Full Size Breadboard verwendet. Ich positionierte das Steckbrett über der Vorderseite der Gläser und zentrierte sie. Die Oberkante der Brille habe ich gleich mit der Oberseite des Protoboards gemacht. Der rechteckige Teil der Brille, der sich nach oben erstreckt, ist der Ort, an dem schließlich der Time-Of-Flight-Sensor montiert wird. Ein guter Teil der Oberseite dieses Teils der Rahmen ragt über das Protoboard. Dies ist in Ordnung, da wir nichts an der Oberseite des Sensors anlöten müssen, nur an der Unterseite.

In der Mitte des Steckbretts befindet sich ein Loch, das sich fast genau dort befindet, wo sich der Nasenrücken in der Brille befindet. Die 4 Löcher, die sich im Rahmen befinden, habe ich mit einem feinen Spitzenmarker auf dem Protoboard markiert. Dann bohrte ich die Löcher in das Steckbrett.

Als nächstes montierte ich die Rahmen mit M2,5-Schrauben am Steckbrett. Meine sind aus Nylon und ich habe dafür einen ganzen Satz Schrauben von Adafruit bekommen. Sobald die Schrauben befestigt waren, nahm ich einen Marker und zog eine Linie um die Rahmen auf das Steckbrett. Für mich habe ich die Einkerbungen an den Seiten der Rahmen gerade nach unten markiert, wo sich die Ohrstücke befinden werden. Dies ist meine Präferenz … aber vielleicht möchten Sie, dass die Ohrenteile des Rahmens sichtbar sind.

Schritt 3: Ausschneiden

Als nächstes nahm ich die 4 Schrauben wieder heraus, um die Rahmen an das Steckbrett zu halten. Ich habe grob Material außerhalb der markierten Linie entfernt. Ich habe darauf geachtet, ein wenig von den Linien fern zu bleiben, da ich dies später mit dem Tischbandschleifer, den ich habe, verfeinern würde. Sie können eine Datei verwenden … aber wir sind uns selbst voraus.

Sie können die Linie mit allen Mitteln, die Sie haben, grob schneiden. Vielleicht eine Bandsäge? Nun, ich habe keine. Ich habe einen "Nibbler" für Leiterplatten, also habe ich das verwendet. Es hat tatsächlich eine ganze Weile gedauert und es ist eine Art Drag-and-Drop. Aber Leiterplattenmaterial kann splittern und knacken und so wollte ich langsam vorgehen. Ich knabberte herum und auch bis in den Nasenbereich…aber nur grob. Sie können sehen, was ich oben im Bild gemacht habe.

Schritt 4: Schleifen oder Feilen

Ich habe das Material mit meinem Tischbandschleifer viel näher an der Linie entfernt. Auch hier können Sie eine Datei verwenden, wenn Sie nichts anderes haben. Zum Schleifen kann ich hier nur sagen, dass man je nach Körnung des Schleifmittels im Schleifer darauf achten sollte, wie viel Material man abzutragen versucht. Es gibt kein Zurück. Manchmal kann ein einzelner Ausrutscher das Board ruinieren (oder es zumindest asymmetrisch oder fehlerhaft aussehen lassen). Nehmen Sie sich also Zeit.

Meine Vorher-Nachher-Bilder seht ihr oben.

Schritt 5: Feinabstimmung

Ich befestigte die Rahmen mit den 4 Schrauben wieder und ging zurück zum Bandschleifer. Ich habe sehr sehr sorgfältig bis an den Rand der Rahmen abgeschliffen. Ich musste im Nasenabschnitt eine runde Feile verwenden, weil ich in meinem Schleifer einfach nicht so scharfe Kurven machen konnte. Siehe meine Endergebnisse oben.

Schritt 6: Hinzufügen des Sensors

An dieser Stelle habe ich das VL53L1X-Sensor-Breakout-Board hinzugefügt. Zuerst fügte ich zwei lange M2.5-Nylonschrauben hinzu, die sie durch die Löcher in den Rahmen und durch die Löcher im VL53L1X drückten. Ich fügte jeder Schraube eine Nylonmutter hinzu und zog sie sehr vorsichtig an. Über jeder Mutter habe ich zwei (insgesamt vier) Nylonscheiben hinzugefügt. Diese werden benötigt, um sicherzustellen, dass der VL53L1X-Sensor parallel zum Protoboard liegt.

Ich platzierte eine Klemmleiste mit 6 Positionen auf der Platine in einer Position, so dass die Löcher in der Oberseite des VL53L1X mit den beiden Schrauben ausgerichtet waren, die ich an der Oberseite der Rahmen (mit den Nylon-Unterlegscheiben) angebracht hatte. Ich fügte den Enden der Schrauben Nylonmuttern hinzu und zog sie wieder vorsichtig an. Siehe die Bilder oben.

Schritt 7: Schaltplan

Wie ich bereits sagte, ist das Schema ungefähr das gleiche wie das für das Peripheral Radar-Projekt. Ein Unterschied besteht darin, dass ich einen Druckknopf (einen Geldkontaktschalter) hinzugefügt habe. Ich kann mir vorstellen, dass wir irgendwann einen brauchen werden, um den Modus zu ändern oder eine Funktion zu implementieren … also besser jetzt, als später hinzuzufügen.

Ich habe auch ein 10K-Potentiometer hinzugefügt. Der Poti wird verwendet, um die Entfernung einzustellen, die die Software als die maximale Entfernung betrachtet, auf die reagiert werden soll. Betrachten Sie es als Empfindlichkeitskontrolle.

Das Schema ist oben gezeigt.

Die Teileliste (die ich früher hätte geben sollen) sieht wie folgt aus:

SparkFun Distanzsensor Breakout - 4 Meter, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Vibrierende Mini-Motorscheibe - PRODUKT-ID: 1201Adafruit - Lithium-Ionen-Polymer-Akku - 3,7 V 150 mAh - PRODUKT-ID: 1317Adafruit Perma-Proto-Breadboard-PCB in voller Größe - Einzeln - PRODUCT ID: 1606Tactile Switch Buttons (6mm schlank) x 20 Stück - PRODUKT ID: 1489Sparkfun - JST Rechtwinkliger Stecker - Durchgangsloch 2-Pin - PRT-0974910K Ohm Widerstand - Junkbox (sehen Sie auf Ihrem Boden) 10K-100K Ohm Widerstand - Junkbox (schauen Sie auf Ihrem Boden in der Nähe der 10K-Widerstände)2N3904 NPN-Transistor - Junkbox (oder rufen Sie einen Freund an) Einige Anschlusskabel (ich habe 22 Gauge Litzen verwendet)

Zum Aufladen des LiPo-Akkus habe ich auch geschöpft: Adafruit - Micro Lipo - USB LiIon/LiPoly-Ladegerät - v1 - PRODUKT-ID: 1304

Schritt 8: Komponentenplatzierung

Ich habe versucht, die Komponenten so clever wie möglich zu platzieren. Normalerweise versuche ich, bestimmte Pins wie Strom und Masse auszurichten … wenn ich kann. Ich versuche zumindest die Drahtlängen zu minimieren. Ich musste sicher sein, dass über dem Nasenrücken ein Platz für den Vibrationsmotor bleibt. Am Ende bin ich bei der Platzierung angekommen, die auf dem Bild oben zu sehen ist.

Schritt 9: Gründe

Zuerst lötete ich alle Komponenten an den Positionen, für die ich mich entschieden hatte, auf die Platine. Als nächstes fügte ich Masseverbindungen hinzu. Praktischerweise war einer der großen langen Streifen auf dem PWB noch freigelegt, also habe ich dies zum gemeinsamen Massestreifen gemacht.

Das Bild oben zeigt die Masseanschlüsse und den 10K-Widerstand. Ich werde Ihnen nicht sagen, wo Sie jeden Draht platzieren müssen, da die meisten Leute ihre eigenen Ideen haben, wie man Dinge macht. Ich werde Ihnen nur zeigen, was ich getan habe.

Schritt 10: Drähte

Ich fügte den Rest der Drähte wie im Bild oben gezeigt hinzu. Ich habe ein Stück Doppelklebeband unter dem Vibrationsmotor hinzugefügt, um sicherzustellen, dass es an Ort und Stelle gehalten wird. Das klebrige Material, das sich bereits auf der Unterseite des Motors befand, fühlte sich für mich nicht stark genug an.

Ich habe 22-Gauge-Draht für meine Verbindungen verwendet. Wenn Sie etwas kleineres haben, verwenden Sie es. Ich habe 22 Gauge verwendet, weil das das kleinste ist, das ich zur Hand hatte.

Schritt 11: Batteriehalterung

Ich habe in 3D eine Halterung gedruckt, um den LiPo-Akku zu halten (ein Rendering davon ist oben gezeigt). Ich markierte und bohrte Löcher in das Protoboard, um die Halterung an der gegenüberliegenden Seite der Brille von den Komponenten wie oben gezeigt zu montieren.

Ich sollte hier beachten, dass die Halterung sehr dünn und dünn ist und ich sie mit Stützmaterial bedrucken muss (ich habe ABS-Kunststoff für alle Teile für dieses Projekt verwendet). Sie können die Halterung leicht zerbrechen, wenn Sie versuchen, das Trägermaterial zu entfernen, also gehen Sie einfach vor.

Eine Sache, die ich tue, um meine Teile stärker zu machen, ist, sie in Aceton zu tauchen. Dabei muss man natürlich sehr vorsichtig sein. Ich mache es in einem gut belüfteten Bereich und verwende Handschuhe und Augenschutz. Ich tue dies, nachdem ich das Trägermaterial (natürlich) entfernt habe. Ich habe einen Behälter mit Aceton und tauche das Teil mit einer Pinzette für vielleicht ein oder zwei Sekunden vollständig in Aceton. Ich entferne es sofort und lege es zum Trocknen beiseite. Normalerweise lasse ich Teile eine Stunde oder länger, bevor ich sie berühre. Das Aceton wird das ABS chemisch "schmelzen". Dadurch werden die Kunststoffschichten versiegelt.

Die STL-Datei für die Halterung ist diesem Schritt beigefügt.

Schritt 12: Programmierung

Nachdem ich alle meine Verbindungen überprüft hatte, habe ich das USB-Kabel angeschlossen, um das Trinket M0 zu programmieren.

Um die Software (diesem Schritt beigefügt) zu installieren und/oder zu ändern, benötigen Sie die Arduino IDE und die Board-Dateien für das Trinket M0 sowie die Bibliotheken für das VL53L1X von Sparkfun. All das ist hier und hier.

Wenn Sie neu dabei sind, folgen Sie den Anweisungen zur Verwendung des Adafruit M0 auf ihrer Lernseite hier. Sobald die Software (zu diesem Schritt hinzugefügt) geladen ist, sollte das Board starten und mit Strom über die serielle USB-Verbindung laufen. Bewegen Sie die Seite des Boards mit dem VL53L1X nahe an eine Wand oder Ihre Hand und Sie sollten den Motor vibrieren spüren. Die Schwingung sollte in der Amplitude geringer werden, je weiter ein Objekt vom Gerät entfernt ist.

Ich möchte betonen, dass diese Software der allererste Durchgang ist. Ich habe zwei Brillen gemacht und werde gleich zwei weitere machen. Wir (ich und mindestens eine andere Person, die daran arbeitet) werden die Software weiter verfeinern und alle Updates hier veröffentlichen. Ich hoffe, dass andere dies auch versuchen und (vielleicht auf GitHub) alle Änderungen/Verbesserungen, die sie vornehmen, posten.

Schritt 13: Fertigstellen der Rahmen

Ich schnappte die Ohrstücke in die Kerbe auf beiden Seiten der Brille und trug mit einer Queue-Spitze Aceton auf. Ich sauge das Aceton auf, damit ich eine gute Menge bekomme, wenn ich es in die Ecken drücke. Wenn sie fest eingerastet sind, wird das Aceton durch Kapillaranziehung herumgetragen. Ich achte darauf, dass sie gerade stehen und halte sie bei Bedarf für mindestens eine Stunde mit etwas fest. Manchmal bewerbe ich mich erneut und warte noch eine Stunde. Das Aceton macht eine tolle Verbindung und meine Brille wirkt an der Rahmengrenze recht stark.

Natürlich ist diese Brille nur ein Prototyp, daher habe ich das Design einfach gehalten und deshalb gibt es keine Scharniere für die Bügel der Brille. Sie funktionieren jedenfalls ziemlich gut. Wenn Sie möchten, können Sie sie jedoch jederzeit mit Scharnieren umgestalten.

Schritt 14: Abschließende Gedanken

Mir ist aufgefallen, dass der Sensor im Sonnenlicht nicht gut funktioniert. Dies ist sinnvoll, da ich sicher bin, dass der Sensor durch IR von der Sonne gesättigt ist, was es unmöglich macht, dies von dem Impuls zu trennen, den der Sensor aussendet. Trotzdem würden sie in Innenräumen und an Nächten und vielleicht an bewölkten Tagen gute Brillen abgeben. Natürlich muss ich noch mehr Tests machen.

Eine Sache, die ich tun werde, um das Design zu ändern, ist, der Kerbe, die den Nasenrücken berührt, eine Art Gummi hinzuzufügen. Wenn Sie den Kopf nach unten neigen, ist die Vibration kaum zu spüren, da sich die Brille unter der Schwerkraft ein wenig von der Haut abhebt. Ich denke, etwas Gummi, um Reibung zu erzeugen, hält die Brille an der Nase fest, damit die Vibrationen darauf übertragen werden können.

Ich hoffe auf Rückmeldungen zur Brille. Ich weiß nicht, ob die Brille für die Leute hilfreich sein wird, aber wir müssen es einfach sehen. Darum geht es bei Prototypen: Machbarkeit, Lernen und Verfeinerungen.

Mehr Sensoren hätten dem Design hinzugefügt werden können. Ich habe mich für diesen Prototyp entschieden, weil ich denke, dass mehr als ein Vibrationsmotor für den Benutzer schwerer zu erkennen ist. Aber es wäre vielleicht eine gute Idee gewesen, zwei Sensoren zu haben, die aus den Augen heraus zielen. Dann können Sie mit zwei Motoren jede Seite der Brille vibrieren. Anstelle von Vibrationen können Sie auch Audiosignale verwenden, die an jedes Ohr gespeist werden. Auch hier ist die Idee, einen Prototypen auszuprobieren und Erfahrungen zu sammeln.

Wenn du es bis hierher geschafft hast, danke fürs Lesen!