Γυαλιά κατάρτισης εναλλασσόμενης απόφραξης υψηλής τάσης [ATtiny13]: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Στην πρώτη μου διδάσκουσα, έχω περιγράψει πώς να φτιάξω μια συσκευή που θα ήταν αρκετά χρήσιμη για κάποιον που θέλει να θεραπεύσει την αμβλυωπία (τεμπέλης). Ο σχεδιασμός ήταν πολύ απλοϊκός και είχε ορισμένα μειονεκτήματα (απαιτούσε τη χρήση δύο μπαταριών και τα πάνελ υγρών κρυστάλλων οδηγήθηκαν από χαμηλή τάση). Αποφάσισα να βελτιώσω τον σχεδιασμό προσθέτοντας πολλαπλασιαστή τάσης και εξωτερικά τρανζίστορ μεταγωγής. Για μεγαλύτερη πολυπλοκότητα απαιτείται χρήση εξαρτημάτων SMD.

Βήμα 1: Αποποίηση ευθυνών

Η χρήση μιας τέτοιας συσκευής μπορεί να προκαλέσει επιληπτικές κρίσεις ή άλλες δυσμενείς επιπτώσεις σε μικρό μέρος των χρηστών της συσκευής. Η κατασκευή μιας τέτοιας συσκευής απαιτεί τη χρήση μέτρια επικίνδυνων εργαλείων και μπορεί να προκαλέσει ζημιά ή ζημιά στην περιουσία. Κατασκευάζετε και χρησιμοποιείτε περιγραφείσα συσκευή με δική σας ευθύνη

Βήμα 2: Μέρη και εργαλεία

Μέρη και υλικά:

ενεργά τζάμια τζαμιών 3D

ATTINY13A-SSU

18x12mm ON-OFF διακόπτης κουμπιού ασφάλισης (κάτι τέτοιο, ο διακόπτης που χρησιμοποίησα είχε ίσια, στενότερα καλώδια)

2x SMD 6x6mm απτικά κουμπιά διακόπτη

2x 10 uF 16V Θήκη A πυκνωτής τανταλίου 1206

Πυκνωτής 100 nF 0805

Πυκνωτής 3x 330 nF 0805

4x δίοδος schottky SS14 DO-214AC (SMA)

Αντίσταση 10k 0805

Αντίσταση 15k 1206

Αντίσταση 22k 1206

Αντίσταση 9x 27ohm 0805

Αντίσταση 3x 100k 1206

6x τρανζίστορ BSS138 SOT-23

3x τρανζίστορ BSS84 SOT-23

Χαλκός επενδεδυμένος πίνακας 61x44mm

λίγα κομμάτια σύρματος

Μπαταρία 3V (CR2025 ή CR2032)

μονωτική ταινία

σελοτέιπ

Εργαλεία:

διαγώνιος κόφτης

πένσα

κατσαβίδι με επίπεδη λεπίδα

μικρό κατσαβίδι phillips

τσιμπιδακι ΦΡΥΔΙΩΝ

βοηθητικό μαχαίρι

πριόνι ή άλλο εργαλείο που μπορεί να κόψει PCB

Τρυπάνι 0,8mm

τρυπάνι pres ή περιστροφικό εργαλείο

υπερθειικό νάτριο

πλαστικό δοχείο και πλαστικό εργαλείο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να αφαιρέσει το PCB από το διάλυμα χάραξης

σταθμός συγκόλλησης

κόλλα μετάλλων

αλουμινόχαρτο

Προγραμματιστής AVR (αυτόνομος προγραμματιστής όπως το USBasp ή μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το ArduinoISP)

εκτυπωτής με λέιζερ

γυαλιστερό χαρτί

ρούχα σίδερο

Γυαλόχαρτο ξηρό/υγρό 1000 κόκκων

κρέμα καθαρισμού

διαλύτης (για παράδειγμα ακετόνη ή τρίψιμο αλκοόλ)

μόνιμος δημιουργός

Βήμα 3: Κατασκευή PCB χρησιμοποιώντας τη μέθοδο μεταφοράς γραφίτη

Πρέπει να εκτυπώσετε την κατοπτρική εικόνα του F. Cu (μπροστινή πλευρά) σε γυαλιστερό χαρτί χρησιμοποιώντας εκτυπωτή λέιζερ (χωρίς ενεργοποιημένες ρυθμίσεις εξοικονόμησης γραφίτη). Οι εξωτερικές διαστάσεις της εκτυπωμένης εικόνας πρέπει να είναι 60.96x43.434mm (ή όσο πιο κοντά μπορείτε). Έχω χρησιμοποιήσει μονόπλευρη επένδυση από χαλκό και έκανα συνδέσεις στην άλλη πλευρά με λεπτά σύρματα, ώστε να μην χρειάζεται να ανησυχώ για την ευθυγράμμιση δύο στρώσεων χαλκού. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε PCB διπλής όψης, αν θέλετε, αλλά οι επόμενες οδηγίες θα είναι μόνο για PCB μονής όψης.

Κόψτε το PCB στο μέγεθος της εκτυπωμένης εικόνας, μπορείτε να προσθέσετε λίγα mm σε κάθε πλευρά του PCB αν θέλετε (βεβαιωθείτε ότι το PCB θα ταιριάζει στα γυαλιά σας). Στη συνέχεια, θα χρειαστεί να καθαρίσετε το στρώμα χαλκού χρησιμοποιώντας υγρό λεπτό γυαλόχαρτο και μετά αφαιρέστε τα σωματίδια που έχουν απομείνει από το γυαλόχαρτο με καθαριστικό κρέμας (μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε υγρό πλύσης ή σαπούνι). Στη συνέχεια, καθαρίστε το με διαλύτη. Μετά από αυτό θα πρέπει να είστε πολύ προσεκτικοί για να μην αγγίξετε τον χαλκό με τα δάχτυλά σας.

Τοποθετήστε την εκτυπωμένη εικόνα πάνω από το PCB και ευθυγραμμίστε το με τον πίνακα Στη συνέχεια τοποθετήστε το PCB σε μια επίπεδη επιφάνεια και καλύψτε το με σίδερο ρούχων σε μέγιστη θερμοκρασία. Μετά από λίγο, το χαρτί πρέπει να κολλήσει στο PCB. Κρατήστε το σίδερο πιεσμένο σε PCB και χαρτί, από καιρό σε καιρό μπορεί να αλλάξετε τη θέση του σιδήρου. Περιμένετε τουλάχιστον λίγα λεπτά, έως ότου το χαρτί αλλάξει χρώμα σε κίτρινο. Στη συνέχεια, βάλτε το PCB με χαρτί στο νερό (μπορείτε να προσθέσετε καθαριστικό κρέμας ή υγρό πλύσης) για 20 λεπτά. Στη συνέχεια, τρίψτε χαρτί από PCB. Εάν υπάρχουν μέρη όπου το γραφίτη δεν κολλάει στο χαλκό, χρησιμοποιήστε μόνιμο δείκτη για να αντικαταστήσετε το γραφίτη.

Αναμίξτε γλυκό νερό με υπερθειικό νάτριο και βάλτε PCB στο διάλυμα χάραξης. Προσπαθήστε να διατηρήσετε το διάλυμα στους 40 ° C. Μπορείτε να βάλετε πλαστικό δοχείο πάνω από το ψυγείο ή άλλη πηγή θερμότητας. Κατά διαστήματα αναμίξτε το διάλυμα στο δοχείο. Περιμένετε να διαλυθεί εντελώς ο ακάλυπτος χαλκός. Όταν τελειώσει αφαιρέστε το PCB από το διάλυμα και ξεπλύνετε το με νερό. Αφαιρέστε το γραφίτη με ασετόν ή γυαλόχαρτο.

Τρυπήστε τρύπες στο PCB. Χρησιμοποίησα βίδα ως κεντρική διάτρηση για να σημειώσω κέντρα οπών πριν από τη διάτρηση.

Βήμα 4: Συγκολλήσεις και προγραμματισμός μικροελεγκτή

Καλύψτε κομμάτια χαλκού σε συγκόλληση. Εάν κάποια ίχνη διαλύθηκαν σε διάλυμα χάραξης, αντικαταστήστε τα με λεπτά σύρματα. Συγκολλήστε ATtiny σε PCB, καθώς και καλώδια που θα συνδέσουν τον μικροελεγκτή με έναν προγραμματιστή. Ανεβάστε hv_glasses.hex, διατηρήστε τα προεπιλεγμένα bit ασφάλειας (H: FF, L: 6A). Χρησιμοποίησα USBasp και AVRDUDE. Για τη μεταφόρτωση.hex αρχείου απαιτείται να εκτελέσω την ακόλουθη εντολή:

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

Μπορεί να παρατηρήσετε ότι έπρεπε να αλλάξω την τιμή -B (bitclock) από 8 που χρησιμοποιούσα για να προγραμματίσω το ATtiny στην πρώτη μου οδηγία σε 16. Επιβραδύνει τη διαδικασία φόρτωσης, αλλά μερικές φορές είναι απαραίτητο να επιτρέψουμε τη σωστή επικοινωνία μεταξύ προγραμματιστή και μικροελεγκτή.

Αφού ανεβάσετε.hex αρχείο στο ATtiny, αποσυγκολλήστε καλώδια προγραμματιστή από PCB. Συγκολλήστε τα υπόλοιπα εξαρτήματα εκτός από τον ογκώδη διακόπτη ON/OFF SW1 και τα τρανζίστορ. Κάντε συνδέσεις στην άλλη πλευρά του πίνακα με σύρματα. Καλύψτε ολόκληρο το PCB εκτός από τα μαξιλάρια τρανζίστορ με αλουμινόχαρτο για να προστατέψετε τα MOSFET από ηλεκτροστατική εκκένωση. Βεβαιωθείτε ότι ο σταθμός συγκόλλησης είναι σωστά γειωμένος. Τα τσιμπιδάκια που χρησιμοποιείτε για την τοποθέτηση εξαρτημάτων πρέπει να είναι αντιστατικά ESD. Χρησιμοποίησα μερικά παλιά τσιμπιδάκια που ήταν ξαπλωμένα, αλλά τα συνέδεσα στη γείωση με σύρμα. Μπορείτε να κολλήσετε πρώτα τρανζίστορ BSS138 και να καλύψετε το PCB με περισσότερο φύλλο όταν τελειώσουν, επειδή τα MOSFET BSS84 με κανάλι P είναι ιδιαίτερα ευάλωτα στην ηλεκτροστατική εκκένωση.

Το συγκολλητικό SW1 τελευταίο, γωνία των ακροδεκτών του έτσι ώστε να μοιάζει με δίοδοι SS14 ή πυκνωτές τανταλίου. Εάν τα καλώδια SW1 είναι ευρύτερα από τα μαξιλάρια στο PCB και βραχυκυκλώνουν σε άλλα κομμάτια, κόψτε τα έτσι ώστε να μην προκαλούν κανένα πρόβλημα. Χρησιμοποιήστε αξιοπρεπή ποσότητα κόλλησης ενώ συνδέετε το SW1 με το PCB, καθώς η ταινία που συγκρατεί το PCB και το πλαίσιο γυαλιών μαζί θα περάσει απευθείας από το SW1 και μπορεί να προκαλέσει κάποια ένταση στις αρθρώσεις συγκόλλησης. Δεν τοποθέτησα τίποτα στο J1-J4, τα καλώδια πάνελ LC θα κολληθούν απευθείας στο PCB. Όταν τελειώσετε, κολλήστε καλώδια που θα πάνε στην μπαταρία, τοποθετήστε την μπαταρία μεταξύ τους και ασφαλίστε τα όλα στη θέση τους με ταινία απομόνωσης. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε πολύμετρο για να ελέγξετε εάν το πλήρες PCB δημιουργεί μεταβαλλόμενες τάσεις σε τακάκια J1-J4. Εάν όχι, μετρήστε τις τάσεις σε προηγούμενα στάδια, ελέγξτε για τυχόν βραχυκυκλώματα, μη συνδεδεμένους αγωγούς, σπασμένα ίχνη. Όταν το PCB σας παράγει τάσεις στο J1-J4 που ταλαντεύονται μεταξύ 0V και 10-11V, μπορείτε να κολλήσετε πάνελ LC σε J1-J4. Κάνετε οποιαδήποτε συγκόλληση ή μετρήσεις μόνο όταν η μπαταρία είναι αποσυνδεδεμένη.

Όταν όλα συνδυάζονται από ηλεκτρική άποψη, μπορείτε να καλύψετε το πίσω μέρος του PCB με ταινία απομόνωσης και να ενώσετε το PCB με πλαίσιο γυαλιών τοποθετώντας ταινία γύρω τους. Απόκρυψη καλωδίων που συνδέουν τα πάνελ LC με το PCB στη θέση που ήταν το αρχικό κάλυμμα της μπαταρίας.

Βήμα 5: Επισκόπηση σχεδιασμού

Από την πλευρά του χρήστη, τα γυαλιά προπόνησης εναλλασσόμενης απόφραξης υψηλής τάσης λειτουργούν με τον ίδιο τρόπο όπως τα γυαλιά που περιγράφονται στο πρώτο μου εκπαιδευτικό. Το SW2 συνδεδεμένο με αντίσταση 15k αλλάζει τη συχνότητα των συσκευών (2.5Hz, 5.0Hz, 7.5Hz, 10.0Hz, 12.5Hz) και το SW3 που συνδέεται με 22k αλλαγές αντίστασης για πόσο χρονικό διάστημα είναι κλειστό κάθε μάτι (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Αφού ορίσετε τις ρυθμίσεις, πρέπει να περιμένετε περίπου 10 δευτερόλεπτα (10 δευτερόλεπτα να μην αγγίξετε κανένα κουμπί) για να αποθηκευτούν στο EEPROM και να φορτωθούν μετά την απενεργοποίηση, κατά την επόμενη εκκίνηση της συσκευής. Πατώντας ταυτόχρονα και τα δύο κουμπιά ορίζει τις προεπιλεγμένες τιμές.

Ωστόσο, χρησιμοποίησα μόνο PB5 (RESET, ADC0) pin του ATtiny ως είσοδο. Χρησιμοποιώ το ADC για να διαβάσω την τάση στην έξοδο του διαχωριστή τάσης από R1-R3. Μπορώ να αλλάξω αυτήν την τάση πατώντας SW2 και SW3. Η τάση δεν είναι ποτέ αρκετά χαμηλή για να ενεργοποιήσει την ΕΠΑΝΑΦΟΡΑ.

Οι δίοδοι D1-D4 και οι πυκνωτές C3-C6 σχηματίζουν μια αντλία φόρτισης Dickson 3 σταδίων. Η αντλία φόρτισης κινείται από ακίδες μικροελεγκτή PB1 (OC0A) και PB1 (OC0B). Οι έξοδοι OC0A και OC0B δημιουργούν δύο τετραγωνικές κυματομορφές 4687,5 Hz που μετατοπίζονται φάση κατά 180 μοίρες (όταν το OC0A είναι Υ HIGHΗΛΟ, το OC0B είναι ΧΑΜΗΛΟ, και αντίστροφα). Η αλλαγή τάσεων στις ακίδες μικροελεγκτή ωθεί τις τάσεις στις πλάκες πυκνωτή C3-C5 πάνω και κάτω κατά +τάση BATT. Οι δίοδοι επιτρέπουν τη ροή του φορτίου από τον πυκνωτή, η κορυφαία πλάκα (αυτή που είναι συνδεδεμένη με διόδους) έχει υψηλότερη τάση σε αυτήν που η επάνω πλάκα έχει χαμηλότερη τάση. Φυσικά οι δίοδοι λειτουργούν μόνο προς μία κατεύθυνση, οπότε το φορτίο ρέει μόνο προς μία κατεύθυνση, οπότε κάθε επόμενος πυκνωτής σε σειρά φορτίζει σε τάση υψηλότερη από τον προηγούμενο πυκνωτή. Έχω χρησιμοποιήσει διόδους Schottky, καθώς έχουν χαμηλή πτώση τάσης προς τα εμπρός. Ο πολλαπλασιασμός τάσης χωρίς φορτίο είναι 3,93. Από πρακτική σκοπιά, μόνο η ισχύς αντλίας φόρτισης είναι 100k αντιστάσεις (το ρεύμα ρέει από 1 ή 2 εξ αυτών ταυτόχρονα). Κάτω από αυτό το φορτίο, η έξοδος της αντλίας φόρτισης είναι 3,93*(+BATT) μείον περίπου 1V και η απόδοση των αντλιών φόρτισης είναι περίπου 75%. Τα D4 και C6 δεν αυξάνουν την τάση, μειώνουν μόνο τους κυματισμούς τάσης.

Οι αντιστάσεις Q1, Q4, Q7 και 100k μετατρέπουν τη χαμηλή τάση από τις εξόδους του μικροελεγκτή σε τάση από την έξοδο της αντλίας φόρτισης. Έχω χρησιμοποιήσει MOSFET για την οδήγηση πάνελ LC επειδή το ρεύμα ρέει μέσα από τις πύλες τους μόνο όταν αλλάζει η τάση της πύλης. Οι αντιστάσεις 27ohm προστατεύουν τα τρανζίστορ από μεγάλα ρεύματα πύλης υπερτάσεων.

Η συσκευή καταναλώνει περίπου 1,5 mA.