Ultraschall-Batgoggles - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:22

Wünschte, du wärst eine Fledermaus? Möchten Sie Echolocation erleben? Möchten Sie versuchen, mit Ihren Ohren zu "sehen"? Für mein erstes Instructable zeige ich Ihnen, wie Sie Ihre eigenen Ultraschall-Batgoggles mit einem Arduino-Mikrocontroller-Klon, einem Devantech-Ultraschallsensor und einer Schweißbrille für etwa 60 US-Dollar oder weniger bauen, wenn Sie bereits über Standardelektronikkomponenten verfügen. Sie könnten auch die Elektronik überspringen und eine einfache Fledermausmaske perfektionieren, um sie zum nächsten Batman-Film zu tragen. In diesem Fall würden die Kosten nur etwa 15 US-Dollar betragen. Diese Schutzbrille ermöglicht es Ihnen, zu erleben, wie es ist, akustische Signale wie eine Fledermaus zu verwenden, und ist für Kinder in einem Wissenschaftszentrum gedacht, um etwas über die Echoortung zu lernen. Ziel war es, die Kosten so gering wie möglich zu halten, die Form der Interaktion nicht generisch oder ohne Bezug zu ihrem Bildungszweck zu gestalten und sicherzustellen, dass die physische Form des Geräts den Gegenstand verkörpert. Eine ausführlichere Diskussion des Designs finden Sie auf der Projektwebseite. Um Kosten und Größe niedrig zu halten, wird jedoch ein Arduino-Klon verwendet, aber dieses Projekt funktioniert genauso gut mit vorgefertigten Arduino-Mikrocontrollern. Diese Brille wurde für " Dynamic User-Centered Research and Design" im Studiengang Arts, Media & Engineering der Arizona State University.

Schritt 1: Notwendige Materialien

-Arduino oder vergleichbarer Mikrocontroller* (wenn Sie das Geld haben, können Sie den Arduino mini/nano kaufen oder ein Boarduino verwenden, ansonsten zeige ich Ihnen, wie Sie einen kleinen und billigen Arduino-Klon für dieses Projekt herstellen.) "Neiko" Marke und sind bei eBay leicht zu finden als "Flip up Schweißerbrille" für 3-10 Dollar versendet, dieser spezielle Typ funktioniert wirklich gut) - Devantech SRF05 Ultraschallsensor (oder ein anderer vergleichbarer Sensor - der SRF05 hat jedoch eine sehr geringer Stromverbrauch von 4mA und tolle Auflösung von 3 cm bis 4 Meter, es kostet etwa 30€) - etwas zum Ohren machen (ich habe Plastikkegel verwendet, siehe auch: "Wie man ein besseres Fledermauskostüm baut") - eine Art von Gehäuse für Elektronik-3/8" geteilte Naht flexibles schwarzes gewundenes Rohr (um Verbindungskabel zu verbergen)-Piezo-Summer, der mit 5V-9V betrieben werden kann-verschiedene Kabel-Plasti-Dip-Sprühdose (schwarz)Mikrocontroller-Elektronik (diese Komponenten können übersprungen werden) bei Verwendung eines vorgefertigten Controllers) - Arduino programmierter Atmega8- oder 168 DIP-Chip. - ein Ersatz-Arduin o Board oder ArduinoMini USB-Programmierer - Kleines PC-Board (erhältlich bei Radioshack) - 9V Batterieanschluss (erhältlich bei Radioshack) - 7805 5V Spannungsregler - 16 MHz Quarz (erhältlich bei Sparkfun) - Zwei 22pF Kondensatoren (erhältlich bei Sparkfun) - 10 microF Elektrolytkondensator - 1 microF-Elektrolytkondensator - 1k-Widerstand und 1 LED (optional, aber dringend empfohlen) - 2N4401-Transistor (optional) - Buchsen- und Stiftleisten (optional) - 28-polige DIP-Buchse oder zwei 14-polige DIP-Buchsen (optional) - klein Steckbrett für Prototyping (optional)Die Elektronikkomponenten können auch über www.digikey.com oder www.mouser.com bezogen werden Stripper usw.

Schritt 2: Entwerfen Sie einige Ohren

Sie können Ihrer Fantasie freien Lauf lassen, um Ihre Ohren zu bauen. Keine Fledermausbrille sollte der anderen gleich sein! Ich habe Plastikkegel verwendet, die für die Physiotherapie verwendet werden, von denen wir zufällig einen großen Vorrat in unserem Labor hatten. Aber dieses Tutorial bietet eine weitere schöne Option für Fledermausohren. Ich habe zuerst ein Oval mit einem Sharpie gezeichnet und es mit einem Dremel ausgeschnitten. Ich habe das abgeschnittene Stück gespeichert, um es für die Innenseite des Ohrs zu verwenden.

Schritt 3: Ohren schneiden

Die abgeschnittenen Kegelstücke habe ich mit dem Dremel so zurechtgeschnitten, dass sie kleiner waren und sie auf die Innenseite der größeren Kegelstücke geklebt. Sie passten nicht genau, aber nach dem Festhalten von Hand hielt der Heißkleber sie ganz gut fest. Lässt man sich unter den Ohren genügend Platz, könnte man die Elektronik problemlos im Ohr einbetten, ein Ohr für den Controller und eines für den Akku. Leider habe ich nicht genügend Platz gelassen und musste ein externes Gehäuse verwenden. Bitte achten Sie darauf, dass Sie sich nicht mit einer Heißklebepistole verbrennen!!! Sie können die Kunststoffkegel auch leicht versehentlich schmelzen.

Schritt 4: Brille vorbereiten

Die Brille, die ich gekauft habe, hatte eine sehr unfledermausartige, glänzende Aquafarbe. Um die Brille fülliger zu machen, nehmen Sie die Linsen heraus (entfernen Sie zuerst das Nasenstück), schleifen Sie sie ab und sprühen Sie mit Plasti Dip-Spray ein, um ihnen eine schöne ledrige Gummistruktur zu verleihen. Vor dem Sprühen habe ich das Innere der Brille und die Teile, die die Haut berühren, mit Kreppband abgedeckt. Ich habe auch keine Farbe auf das Nasenstück aufgetragen, da die Farbe die Flexibilität des Brillenmaterials ein wenig verringert und das Nasenstück notwendig ist, um die Brille zusammenzuhalten. Sie werden auch die Ohren schleifen und besprühen wollen. Geschliffener Plastikstaub ist unangenehm für Ihre Lungen und Augen, also tragen Sie bitte für diese Schritte eine Maske und eine Schutzbrille. Ich habe ungefähr 3 Schichten mit etwa 10-15 Minuten zwischen den Schichten gesprüht, um eine gleichmäßige Textur zu erhalten. Im nassen Zustand erscheint die Farbe glänzend, trocknet jedoch zu einer matten Textur.

Schritt 5: Elektronik zusammenbauen

Diese Schritte sind optional, wenn Sie einen bereits gebauten Arduino-Mikrocontroller verwenden. Da Sie jedoch nur einen kleinen Teil seiner Fähigkeiten nutzen, ist es sinnvoller, eine Barebone-Version eines Arduino zu erstellen, die viel kleiner und billiger zu reproduzieren ist. Dieser Abschnitt kann für jemanden ohne Elektronikerfahrung etwas schwierig sein, sollte jedoch für jeden leicht sein, der einen einfachen Elektroniksatz zusammengebaut hat. Eine "schematische" Skizze für die Elektronik ist beigefügt. Der Schaltplan ist stark vom Atmega8 Standalone-Schaltplan von David A. Mellis abgeleitet. Wenn Interesse besteht, mache ich ein spezielles Instructable für diesen Schritt. Der entkoppelte Stromkreis stammt aus dem Physical Computing-Buch von Tom Igoe. Ich habe ein Bild der PC-Board-Version (mit nicht angeschlossenem Sensor / Summer) sowie eine Prototyping-Version auf einem Steckbrett als Referenz beigefügt. Die Breadboard-Version zeigt auch, wie das Arduino-Board als USB-Programmierer für den Mikrocontroller-Chip angeschlossen wird. Da ich einen DIP-Sockel für den Chip verwendet habe, kann ich den Chip auch entfernen und in ein Arduino-Board stecken, um ihn zu programmieren, aber es kann schwierig sein, den Chip herauszuziehen, ohne alle Pins zu verbiegen - deshalb habe ich die Buchse mitgeliefert Header-Pins für tx/rx. Obwohl die Platine sehr beengt ist, können Sie sehen, dass alle Pins des Controllers über ein Lötpad verfügen, mit dem Sie eine Verbindung herstellen können. Da sie für dieses Projekt nicht erforderlich sind, habe ich keine Buchsenleisten an die unbenutzten Pins gelötet, aber wenn sie es wären, hätten Sie die vollen Fähigkeiten eines Arduino Diecimilia außer dem integrierten USB in einem sehr kleinen Gehäuse. Die Breite des Brettes beträgt ungefähr die Hälfte des Brettes von Diecimilia und ungefähr gleich lang. (Hier ist ein ähnliches Setup.) Es ist optional, einen Transistor zur Stromversorgung des Summers zu verwenden, der Arduino kann genug Strom vom Pin selbst liefern. Die Verwendung des Transistors ermöglicht es Ihnen jedoch, andere Geräte zur Tonerzeugung als einen Summer zu verwenden, falls Sie einen haben.

Schritt 6: Summer- und Sensorkabel vorbereiten

Der Ultraschallsensor und der Summer benötigen lange Drähte, um von der Brille zur Elektronik zu laufen. Der Ultraschallsensor benötigt 4 Drähte (5V, Masse, Echo, Trigger) und der Summer benötigt zwei Drähte (digitaler Ausgang vom Controller, Masse). Mit etwas Planung könnten Sie ein 5-adriges Flachbandkabel verwenden, wenn Sie eines haben und die Masseverbindung zwischen dem Summer und dem Sensor teilen. Ich hatte nur ein 4-Draht-Band, also habe ich das für den Ultraschallsensor und ein zweiadriges Kabel für den Summer verwendet. Da der Summer zwei Anschlüsse hat, habe ich eine Reihe von Buchsenleisten im richtigen Abstand an die beiden Drähte gelötet, so kann ich den Piezo-Summer bei Bedarf leicht entfernen. Der Sensor hat einige Lötlöcher zum Löten, zu denen Sie gehen und verwenden sollten. Stellen Sie sicher, dass Sie die richtige Seite verwenden, die Löcher auf der anderen Seite dienen zum Programmieren des Sensors und funktionieren nicht!

Schritt 7: Drähte fertigstellen

Als nächstes löten Sie die Stiftleisten an das andere Ende der Drähte. (Diese werden mit dem Mikrocontroller verbunden.)

Schritt 8: Code hochladen

Um den Code hochzuladen, verbinden Sie die 5V-, Masse-, TX- und RX-Pins auf der Platine mit den gleichen Pins auf einer vom Chip entfernten Arduino-Platine mit einigen Drähten. Verbinden Sie dann den Reset-Pin auf der PC-Platine mit der Stelle, an der Pin 13 in die DIP-Buchse auf der Arduino-Platine gehen würde. Wenn dies verwirrend ist, sehen Sie sich das Bild an, das dies repliziert, außer mit einem Arduino Mini. Als nächstes fügen Sie einfach den angehängten Code im Arduino-Editor ein (oder navigieren Sie zu und öffnen Sie die.pde-Datei in Arduino nach dem Herunterladen) und wählen Sie den entsprechenden seriellen Port und den Arduino-Chip aus, den Sie verwenden, und drücken Sie die Upload-Taste. Der Code funktioniert durch Abspielen von Signaltönen und dann Variieren des Inter-Piep-Intervalls basierend auf dem vom Sensor gemessenen Abstand. Wenn Sie sich also in der Nähe eines Objekts befinden, verringert sich das Intervall zwischen den Pieptönen und die Pieptöne ertönen schneller. Wenn Sie weit von einem Objekt entfernt sind, erhöht sich das Intervall zwischen den Pieptönen, sodass die Pieptöne langsamer auftreten. Der Controller überprüft den Abstand alle 60 ms, so dass sich das Inter-Beep-Intervall dynamisch ändert. Derzeit ist es so skaliert, dass 1 Zoll einen Unterschied von 10 ms im Inter-Beep-Intervall ausmacht. Dadurch funktioniert die Brille besser für kürzere Entfernungen, kann jedoch erhöht werden, um für weitere Entfernungen besser zu funktionieren. Ich habe eine exponentielle Skalierung ausprobiert, die die Reichweite bei geringeren Entfernungen erhöht (mit fscale, aber es schien die Antwort im Austausch für Tonnen von Code nicht viel zu ändern, also habe ich sie verschrottet.) Da die Zeit zum Lesen der Entfernung von abhängt die Entfernung des zu erfassenden Objekts (der Sensor sendet Impulse mit einer Länge von bis zu 30 ms zurück) der Code misst die Zeit, die zum Lesen benötigt wurde und kompensiert die Verzögerungszeiten um diesen Betrag. Jede Zeile des Codes wird kommentiert und ist (hoffentlich) selbst -erläuternd.

Schritt 9: Setzen Sie die Elektronik in ein Gehäuse ein

Schneiden Sie den gewundenen Schlauch so zu, dass er die richtige Länge von der Brille bis zur Hand oder Tasche hat. Legen Sie die Kabel, die mit dem Ultraschallsensor und dem Piezo-Summer verbunden sind, in das geschlitzte Wellrohr. Bohren Sie ein Loch in Ihr Gehäuse, das in das gewundene Rohr passt. Ich habe dies mit einem Versuch-und-Irrtum-Ansatz gemacht, angefangen mit einer kleinen Größe und dem Erhöhen des Durchmessers, bis der Schlauch genau richtig passt. Führen Sie die Drähte durch das Loch und drücken Sie dann den gewundenen Schlauch hinein. Meine Kabel sind etwas lang, also musste ich sie umklappen, damit sie passen. Einige Klettverschlüsse halten die Platine am Gehäuse.

Schritt 10: Drähte anschließen

Jetzt können Sie die Stiftleisten an den Enden Ihrer Drähte verwenden und mit den entsprechenden Pins auf der Platine verbinden (verwenden Sie den Schaltplan!). Wenn Sie Ihr eigenes Arduino verwenden, verwenden Sie einfach die gleichen Pin-Zuordnungen wie im Schaltplan.

Schritt 11: Gehäuse schließen

Dieses Gehäuse hatte Schrauben, um es geschlossen zu halten, aber andere Gehäuse (altoids Zinn?) konnten einfach zuschnappen. Da ich mir nicht sicher war, ob es funktionierte, benutzte ich Klebeband, um es vorerst geschlossen zu halten.

Schritt 12: Ohren anbringen

Um die Ohren zu befestigen, müssen wir zuerst zwei vertikale Schlitze mit dem Dremel in die Ohren stecken, damit der Riemen hindurchpasst.

Schritt 13: Anbringen der Ohren Fortsetzung

Nachdem ich die Riemen durch die Ohren geführt hatte, benutzte ich Klettverschluss, um die Ohren an der Brille zu befestigen. Dies war am Ende etwas instabil, aber sehr einstellbar, um sie in die richtige Richtung zu lenken. Das Aufkleben wäre dauerhafter gewesen, aber der Klettverschluss hat mehrere Demos überlebt. Der Ultraschallsensor passte irgendwie perfekt, um auf den Verschlussmechanismus geschoben zu werden, um die Brille hochzuklappen. Sie müssen den Gummibrillenrahmen etwas von oben aus dem Kunststofflinsenstück ziehen, um Platz zu schaffen, dann passt der Sensor genau hinein. Der Sensor springt manchmal heraus, so dass ein wenig Kleber ihn endgültig fixieren könnte. Leider macht es diese Befestigungsmethode unmöglich, die Linsen mehr hochzuklappen.

Schritt 14: Erleben Sie Echolocation

Stecken Sie eine Batterie ein, stecken Sie das Gehäuse in Ihre Tasche und erkunden Sie! Je näher Sie Objekten in Ihrer Sichtlinie kommen, desto schneller piept es, je weiter Sie kommen, desto langsamer piept es. Bitte tragen Sie diese nicht in explosionsgefährdeten Umgebungen oder im Straßenverkehr! Diese Schutzbrillen dienen nur zu Bildungszwecken und sind für kontrollierte Umgebungen gedacht, da sie Ihre periphere Sicht und Ihr normales Sehen blockieren sollen, damit Sie mehr auf akustische Signale angewiesen sind. Für Verletzungen durch das Tragen dieser Brille übernehme ich keine Haftung! Danke! Da dies auf Arduino basiert, können Sie problemlos ein Zigbee- oder blueSMIRF-Modul hinzufügen, um diese drahtlos mit Computern zu verbinden. Zukünftige Arbeiten könnten darin bestehen, ein Drehrad hinzuzufügen, um die Empfindlichkeit einzustellen, und einen Ein- / Ausschalter hinzuzufügen.

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