Wechselnde Hochspannungs-Okklusions-Trainingsbrille [ATtiny13] - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

In meinem ersten instructable habe ich beschrieben, wie man ein Gerät baut, das für jemanden, der Amblyopie (faules Auge) behandeln möchte, sehr hilfreich sein sollte. Das Design war sehr einfach und hatte einige Nachteile (es erforderte die Verwendung von zwei Batterien und Flüssigkristalltafeln wurden mit Niederspannung betrieben). Ich beschloss, das Design zu verbessern, indem ich einen Spannungsvervielfacher und externe Schalttransistoren hinzufügte. Höhere Komplexität erforderte den Einsatz von SMD-Bauteilen.

Schritt 1: Haftungsausschluss

Die Verwendung eines solchen Geräts kann bei einem kleinen Teil der Benutzer des Geräts epileptische Anfälle oder andere Nebenwirkungen verursachen. Der Bau eines solchen Geräts erfordert die Verwendung von mäßig gefährlichen Werkzeugen und kann zu Schäden oder Sachschäden führen. Sie bauen und verwenden das beschriebene Gerät auf eigene Gefahr

Schritt 2: Teile und Werkzeuge

Teile und Materialien:

Active Shutter 3D-Brille

ATTINY13A-SSU

18x12mm EIN-AUS-einrastender Druckknopfschalter (so ähnlich, der von mir verwendete Schalter hatte gerade, schmalere Leitungen)

2x SMD 6x6mm taktile Schaltertasten

2x 10 uF 16V Case A 1206 Tantalkondensator

100 nF 0805 Kondensator

3x 330 nF 0805 Kondensator

4x SS14 DO-214AC(SMA) Schottky-Diode

10k 0805 Widerstand

15k 1206 Widerstand

22k 1206 Widerstand

9x 27 Ohm 0805 Widerstand

3x 100k 1206 Widerstand

6x BSS138 SOT-23 Transistor

3x BSS84 SOT-23 Transistor

61x44mm kupferplattiertes Brett

ein paar stücke draht

3V-Batterie (CR2025 oder CR2032)

Isolierband

Tesafilm

Werkzeuge:

Seitenschneider

Zange

Schlitzschraubendreher

kleiner Kreuzschlitzschraubendreher

Pinzette

Allzweckmesser

Säge oder ein anderes Werkzeug, das PCB schneiden kann

0,8 mm Bohrer

Bohrmaschine oder Rotationswerkzeug

Natriumpersulfat

Kunststoffbehälter und Kunststoffwerkzeug zum Herausnehmen der Leiterplatte aus der Ätzlösung

Lötstation

Lot

Aluminiumfolie

AVR-Programmierer (Standalone-Programmierer wie USBasp oder Sie können ArduinoISP verwenden)

Laserdrucker

Hochglanzpapier

Bügeleisen

Trocken-/Nassschleifpapier mit 1000er Körnung

Cremereiniger

Lösungsmittel (zum Beispiel Aceton oder Reinigungsalkohol)

Permanent Maker

Schritt 3: PCB mit der Tonertransfermethode herstellen

Sie müssen ein Spiegelbild von F. Cu (Vorderseite) auf Hochglanzpapier mit einem Laserdrucker drucken (ohne Tonerspareinstellungen). Die Außenabmessungen des gedruckten Bildes sollten 60,96 x 43,434 mm betragen (oder so nah wie möglich). Ich habe eine einseitige kupferplattierte Platine verwendet und auf der anderen Seite mit dünnen Drähten Verbindungen hergestellt, damit ich mir keine Gedanken über das Ausrichten von zwei Kupferschichten machen musste. Sie können doppelseitige Leiterplatten verwenden, wenn Sie möchten, aber die nächsten Anweisungen gelten nur für einseitige Leiterplatten.

Schneiden Sie die Leiterplatte auf die Größe des gedruckten Bildes zu, Sie können auf jeder Seite der Leiterplatte einige mm hinzufügen, wenn Sie möchten (stellen Sie sicher, dass die Leiterplatte zu Ihrer Brille passt). Als nächstes müssen Sie die Kupferschicht mit nassem feinem Schleifpapier reinigen, dann die vom Schleifpapier zurückgebliebenen Partikel mit Reinigungscreme entfernen (Sie können auch Spülmittel oder Seife verwenden). Anschließend mit Lösungsmittel reinigen. Danach sollten Sie sehr vorsichtig sein, Kupfer nicht mit den Fingern zu berühren.

Legen Sie das gedruckte Bild auf die Platine und richten Sie es mit der Platine aus. Legen Sie dann die Platine auf eine ebene Fläche und bedecken Sie sie mit einem auf maximale Temperatur eingestellten Bügeleisen. Nach kurzer Zeit sollte das Papier auf der Leiterplatte kleben. Halten Sie das Bügeleisen auf Leiterplatte und Papier gedrückt, von Zeit zu Zeit können Sie die Position des Bügeleisens ändern. Warten Sie mindestens einige Minuten, bis sich das Papier gelb verfärbt. Dann PCB mit Papier in Wasser (Sie können Reinigungscreme oder Spülmittel hinzufügen) für 20 Minuten legen. Als nächstes reiben Sie Papier von der Leiterplatte. Wenn es Stellen gibt, an denen der Toner nicht an Kupfer haftet, verwenden Sie einen Permanentmarker, um den Toner zu ersetzen.

Mischen Sie frisches Wasser mit Natriumpersulfat und geben Sie PCB in die Ätzlösung. Versuchen Sie, die Lösung bei 40 °C zu halten. Sie können einen Plastikbehälter auf den Heizkörper oder eine andere Wärmequelle stellen. Von Zeit zu Zeit Lösung im Behälter mischen. Warten Sie, bis sich das unbedeckte Kupfer vollständig auflöst. Wenn es fertig ist, entfernen Sie das PCB aus der Lösung und spülen Sie es mit Wasser ab. Toner mit Aceton oder Sandpapier entfernen.

Löcher in Leiterplatte bohren. Ich benutzte Schraube als Körner, um die Mitten der Löcher vor dem Bohren zu markieren.

Schritt 4: Löten und Programmieren des Mikrocontrollers

Kupferbahnen mit Lot abdecken. Wenn Spuren in Ätzlösung aufgelöst wurden, ersetzen Sie sie durch dünne Drähte. Löten Sie ATtiny auf PCB sowie Drähte, die den Mikrocontroller mit einem Programmierer verbinden. Laden Sie hv_glasses.hex hoch, behalten Sie die Standard-Fuse-Bits bei (H:FF, L:6A). Ich habe USBasp und AVRDUDE verwendet. Für das Hochladen der.hex-Datei musste ich den folgenden Befehl ausführen:

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

Sie werden vielleicht feststellen, dass ich den -B (bitclock) -Wert von 8 ändern musste, den ich verwendet habe, um ATtiny in meinem ersten instructable auf 16 zu programmieren. Es verlangsamt den Upload-Prozess, aber manchmal ist es notwendig, die korrekte Kommunikation zwischen Programmierer und Mikrocontroller zu ermöglichen.

Nachdem Sie die.hex-Datei auf ATtiny hochgeladen haben, entlöten Sie die Programmierkabel von der Leiterplatte. Löten Sie den Rest der Komponenten mit Ausnahme des sperrigen SW1 ON/OFF-Schalters und der Transistoren. Stellen Sie Verbindungen auf der anderen Seite der Platine mit Drähten her. Bedecken Sie die gesamte Leiterplatte mit Ausnahme der Transistorpads mit Aluminiumfolie, um die MOSFETs vor elektrostatischer Entladung zu schützen. Stellen Sie sicher, dass Ihre Lötstation ordnungsgemäß geerdet ist. Pinzetten, die Sie zum Platzieren von Komponenten verwenden, sollten antistatische ESD-Pinzetten sein. Ich habe einige alte Pinzetten verwendet, die herumlagen, aber ich habe sie mit Draht an Masse angeschlossen. Sie können zuerst BSS138-Transistoren löten und die Leiterplatte nach der Fertigstellung mit mehr Folie abdecken, da P-Kanal-BSS84-MOSFETs besonders anfällig für elektrostatische Entladungen sind.

Löten Sie SW1 zuletzt, und winkeln Sie die Anschlüsse so an, dass sie ähnlich wie SS14-Dioden oder Tantal-Kondensatoren aussehen. Wenn die SW1-Leitungen breiter sind als die Pads auf der Leiterplatte und sie mit anderen Leiterbahnen kurzschließen, schneiden Sie sie ab, damit sie keine Probleme verursachen. Verwenden Sie beim Verbinden von SW1 mit der Leiterplatte eine angemessene Menge Lötzinn, da das Klebeband, das die Leiterplatte und den Brillenrahmen zusammenhält, direkt über SW1 verläuft und die Lötstellen etwas spannen können. Ich habe nichts in J1-J4 platziert, die Drähte des LC-Panels werden direkt auf die Platine gelötet. Wenn Sie fertig sind, löten Sie die Drähte, die zur Batterie führen, legen Sie die Batterie dazwischen und sichern Sie sie mit Isolierband. Sie können das Multimeter verwenden, um zu überprüfen, ob die gesamte Leiterplatte wechselnde Spannungen an den J1-J4-Pads erzeugt. Wenn nicht, Spannungen auf früheren Stufen messen, auf Kurzschlüsse, nicht angeschlossene Kabel, unterbrochene Gleise prüfen. Wenn Ihre Leiterplatte Spannungen an J1-J4 erzeugt, die zwischen 0V und 10-11V schwanken, können Sie LC-Panels an J1-J4 löten. Löten oder messen Sie nur bei abgeklemmter Batterie.

Wenn aus elektrischer Sicht alles zusammengebaut ist, können Sie die Rückseite der Leiterplatte mit Isolierband abdecken und die Leiterplatte mit dem Brillenrahmen verbinden, indem Sie sie mit Klebeband umwickeln. Verstecken Sie die Drähte, die LC-Panels mit der Leiterplatte verbinden, an der Stelle, an der sich die ursprüngliche Batterieabdeckung befand.

Schritt 5: Designübersicht

Aus Benutzersicht funktionieren die High Voltage Alternating Occlusion Training Glasses genauso wie die in meinem ersten instructable beschriebenen Brillen. SW2 verbunden mit 15k Widerstand ändert die Gerätefrequenz (2,5Hz, 5,0Hz, 7,5Hz, 10,0Hz, 12,5Hz) und SW3 verbunden mit 22k Widerstand ändert, wie lange jedes Auge verschlossen ist (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Nachdem Sie die Einstellungen vorgenommen haben, müssen Sie etwa 10 Sekunden warten (10 Sekunden ohne Tastenbetätigung), damit sie im EEPROM gespeichert und nach dem Ausschalten beim nächsten Gerätestart geladen werden. Durch gleichzeitiges Drücken beider Tasten werden Standardwerte eingestellt.

Ich habe jedoch nur den PB5 (RESET, ADC0) Pin von ATtiny als Eingang verwendet. Ich verwende ADC, um die Spannung am Ausgang des Spannungsteilers aus R1-R3 zu lesen. Ich kann diese Spannung ändern, indem ich SW2 und SW3 drücke. Die Spannung ist nie niedrig genug, um RESET auszulösen.

Dioden D1-D4 und Kondensatoren C3-C6 bilden eine dreistufige Dickson-Ladungspumpe. Die Ladungspumpe wird von den Pins PB1 (OC0A) und PB1 (OC0B) des Mikrocontrollers angesteuert. Die Ausgänge OC0A und OC0B erzeugen zwei 4687,5-Hz-Rechteckwellenformen, die um 180 Grad phasenverschoben sind (wenn OC0A HIGH ist, ist OC0B LOW und umgekehrt). Das Ändern der Spannungen an den Mikrocontroller-Pins drückt die Spannungen an den C3-C5-Kondensatorplatten um +BATT-Spannung nach oben und unten. Dioden ermöglichen den Ladungsfluss von einem Kondensator, dessen obere Platte (eine, die mit Dioden verbunden ist) eine höhere Spannung hat, zu der, deren obere Platte eine niedrigere Spannung hat. Natürlich arbeiten Dioden nur in eine Richtung, daher fließt die Ladung nur in eine Richtung, sodass jeder nächste Kondensator der Reihe nach auf eine Spannung aufgeladen wird, die höher ist als im vorherigen Kondensator. Ich habe Schottky-Dioden verwendet, da sie einen geringen Durchlassspannungsabfall haben. Im Leerlauf beträgt die Spannungsmultiplikation 3,93. Aus praktischer Sicht sind nur 100k-Widerstände am Ausgang der Ladungspumpe belastet (Strom fließt gleichzeitig durch 1 oder 2 von ihnen). Unter dieser Last beträgt die Spannung am Ausgang der Ladungspumpe 3,93*(+BATT) minus etwa 1 V und der Wirkungsgrad der Ladungspumpe beträgt etwa 75%. D4 und C6 erhöhen die Spannung nicht, sie reduzieren nur die Spannungswelligkeit.

Die Transistoren Q1, Q4, Q7 und 100k-Widerstände wandeln Niederspannung von Mikrocontroller-Ausgängen in Spannung von Ladungspumpen-Ausgang um. Ich habe MOSFETs verwendet, um LC-Panels anzusteuern, da Strom nur durch ihre Gates fließt, wenn sich die Gatespannung ändert. 27-Ohm-Widerstände schützen Transistoren vor großen Surge-Gate-Strömen.

Das Gerät verbraucht ca. 1,5 mA.