Ultrasonic Batgoggles: 14 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Θα ήθελες να ήσουν νυχτερίδα; Θέλετε να ζήσετε το Echolocation; Θέλετε να προσπαθήσετε να "δείτε" με τα αυτιά σας; Για το πρώτο μου Instructable, θα σας δείξω πώς να φτιάξετε τα δικά σας υπερηχητικά μπατζάκια χρησιμοποιώντας έναν κλώνο μικροελεγκτή Arduino, έναν αισθητήρα υπερήχων Devantech και γυαλιά συγκόλλησης για περίπου $ 60 ή λιγότερο εάν έχετε ήδη τυπικά ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Θα μπορούσατε επίσης να παραλείψετε τα ηλεκτρονικά και να κάνετε μια απλή μάσκα νυχτερίδας ιδανική για να την φορέσετε στην επόμενη ταινία Batman. Σε αυτή την περίπτωση, το κόστος θα είναι μόνο περίπου 15 $. Αυτά τα γυαλιά σάς επιτρέπουν να δοκιμάσετε πώς είναι να χρησιμοποιείτε ακουστικά σήματα σαν ρόπαλο και προορίζεται για παιδιά σε περιβάλλον επιστημονικού κέντρου για να μάθουν σχετικά με τον ηχοτοποθέτηση. Ο στόχος ήταν να διατηρηθεί το κόστος όσο το δυνατόν χαμηλότερο, να αποφευχθεί η μορφή της αλληλεπίδρασης ως γενική ή άσχετη με τον εκπαιδευτικό της σκοπό και να διασφαλιστεί ότι η φυσική μορφή της συσκευής ενσωματώνει το θέμα. Για μια πιο εμπεριστατωμένη συζήτηση για το σχεδιασμό του, ανατρέξτε στην ιστοσελίδα του έργου. Για να διατηρήσετε το κόστος και το χαμηλό μέγεθος, χρησιμοποιείται ένας κλώνος Arduino, αλλά αυτό το έργο λειτουργεί εξίσου καλά με τους προκατασκευασμένους μικροελεγκτές Arduino. Αυτά τα γυαλιά δημιουργήθηκαν για " Μάθημα Δυναμικής Έρευνας και Σχεδιασμού με επίκεντρο τον χρήστη "στο πρόγραμμα Τεχνών, Μέσων & Μηχανικής στο Πολιτειακό Πανεπιστήμιο της Αριζόνα.

Βήμα 1: Απαραίτητα υλικά

-Arduino ή συγκρίσιμος μικροελεγκτής* (αν έχετε τα χρήματα μπορείτε να αγοράσετε το Arduino mini/nano ή να χρησιμοποιήσετε boarduino, διαφορετικά θα σας δείξω πώς να φτιάξετε έναν μικρό και φθηνό κλώνο Arduino για αυτό το έργο.)-Γυαλιά συγκόλλησης (τα δικά μου είναι Μάρκα "Neiko" και βρίσκονται εύκολα στο eBay ως "Flip up welding gogles" για 3-10 δολάρια που αποστέλλονται, αυτός ο συγκεκριμένος τύπος λειτουργεί πολύ καλά) -Devantech SRF05 Ultrasonic Sensor (ή άλλος συγκρίσιμος αισθητήρας-ωστόσο, το SRF05 έχει πολύ χαμηλή κατανάλωση ισχύος 4mA και μεγάλη ανάλυση από 3 cm έως 4 μέτρα, είναι περίπου $ 30) -κάτι για να φτιάξετε αυτιά (χρησιμοποίησα πλαστικούς κώνους, δείτε επίσης: "Πώς να φτιάξετε μια καλύτερη στολή νυχτερίδας")-κάποιο είδος περίβλημα για ηλεκτρονικά-3/8 "ραφή εύκαμπτη μαύρη συσπειρωμένη σωλήνωση (για απόκρυψη καλωδίων σύνδεσης) εάν χρησιμοποιείτε προεγκατεστημένο χειριστήριο)- Arduino προγραμματισμένο τσιπ Atmega8 ή 168 DIP.- ένα εφεδρικό Arduin o πίνακας ή προγραμματιστής ArduinoMini USB- Μικρή πλακέτα υπολογιστή (διατίθεται στο Radioshack)- Υποδοχή μπαταρίας 9V (διατίθεται στο Radioshack)- 7805 ρυθμιστής τάσης 5V- κρύσταλλο 16 MHz (διαθέσιμο @ sparkfun)- δύο πυκνωτές 22pF (διαθέσιμος @ sparkfun)- 10 microF ηλεκτρολυτικός πυκνωτής- 1 ηλεκτρολυτικός πυκνωτής microF- 1k αντίσταση και 1 LED (προαιρετικά αλλά συνιστάται ιδιαίτερα)- τρανζίστορ 2N4401 (προαιρετικά)- θηλυκές και αρσενικές κεφαλές (προαιρετικά)- υποδοχή DIP 28 ακίδων ή δύο υποδοχές DIP 14 ακίδων (προαιρετικά)- μικρές breadboard for prototyping (προαιρετικό) Τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα μπορείτε επίσης να τα προμηθευτείτε από το www.digikey.com ή το www.mouser.com Εργαλεία και προμήθειες που μπορεί να χρειαστούν στρίπερ κλπ.

Βήμα 2: Σχεδιάστε μερικά αυτιά

Είστε ελεύθεροι να χρησιμοποιήσετε τη φαντασία σας για να χτίσετε τα αυτιά σας. Κανένα γυαλί νυχτερίδας δεν πρέπει να είναι το ίδιο! Χρησιμοποίησα πλαστικούς κώνους που χρησιμοποιούνται για φυσικοθεραπεία, τους οποίους τυχαίνει να έχουμε μεγάλη παροχή στο εργαστήριό μας. Αλλά αυτό το σεμινάριο δίνει μια άλλη ωραία επιλογή για αυτιά νυχτερίδας. Πρώτα σχεδίασα ένα οβάλ με ένα αιχμηρό και το έκοψα με ένα Dremel. Έχω αποθηκεύσει το κομμάτι αποκοπής για χρήση στο εσωτερικό του αυτιού.

Βήμα 3: Κόψτε αυτιά

Έκοψα τα κομμένα κομμάτια του κώνου με το Dremel, έτσι ώστε να είναι μικρότερα και να τα κολλήσω ζεστά στο εσωτερικό των μεγαλύτερων τεμαχίων κώνου. Δεν ταιριάζουν ακριβώς, αλλά αφού τα κράτησαν με το χέρι, η ζεστή κόλλα το κράτησε αρκετά καλά. Εάν αφήσετε αρκετό χώρο κάτω από τα αυτιά, θα μπορούσατε εύκολα να ενσωματώσετε τα ηλεκτρονικά μέσα στο αυτί, ένα αυτί για το χειριστήριο και ένα για την μπαταρία. Δυστυχώς, δεν άφησα αρκετό χώρο και χρειάστηκε να χρησιμοποιήσω εξωτερικό περίβλημα. Προσέξτε να μην καείτε όταν χρησιμοποιείτε πιστόλι θερμής κόλλας !!! Μπορείτε επίσης να λιώσετε εύκολα τους πλαστικούς κώνους τυχαία.

Βήμα 4: Προετοιμάστε γυαλιά

Τα γυαλιά που αγόρασα ήταν ένα λαμπερό χρώμα aqua που δεν μοιάζει με νυχτερίδα. Για να κάνετε τα γυαλιά πιο ντυμένα, βγάλτε τους φακούς (αφαιρέστε πρώτα το κομμάτι της μύτης), τρίψτε τους και ψεκάστε με σπρέι Plasti Dip για να τους δώσετε μια ωραία δερμάτινη υφή από καουτσούκ. Πριν από τον ψεκασμό, κάλυψα το εσωτερικό των γυαλιών και τα μέρη που αγγίζουν το δέρμα με ταινία κάλυψης. Επίσης, δεν έβαλα κανένα χρώμα στο κομμάτι της μύτης επειδή το χρώμα μειώνει λίγο την ευκαμψία του υλικού γυαλιών και το κομμάτι της μύτης είναι απαραίτητο για να συγκρατούν τα γυαλιά μαζί. Θα θελήσετε επίσης να τρίψετε και να ψεκάσετε τα αυτιά επίσης. Η σκόνη από πλαστικό είναι άσχημη για τους πνεύμονες και τα μάτια σας, οπότε φορέστε μάσκα και γυαλιά ασφαλείας για αυτά τα βήματα. Spέκασα περίπου 3 στρώσεις με περίπου 10-15 λεπτά μεταξύ των παλτών για να έχετε μια ομοιόμορφη υφή. Όταν είναι υγρό, το χρώμα φαίνεται γυαλιστερό, αλλά στεγνώνει σε ματ υφή.

Βήμα 5: Συναρμολόγηση Ηλεκτρονικών

Αυτά τα βήματα είναι προαιρετικά εάν χρησιμοποιείτε ήδη ενσωματωμένο μικροελεγκτή Arduino. Ωστόσο, δεδομένου ότι χρησιμοποιείτε μόνο ένα μικρό μέρος των δυνατοτήτων του, είναι πιο λογικό να φτιάξετε μια γυμνή έκδοση ενός Arduino που είναι πολύ μικρότερη και φθηνότερη για αναπαραγωγή. Αυτή η ενότητα μπορεί να είναι ελαφρώς δύσκολη για κάποιον χωρίς εμπειρία σε ηλεκτρονικά είδη, αλλά θα πρέπει να είναι εύκολη για όποιον έχει συναρμολογήσει ένα απλό κιτ ηλεκτρονικών. Επισυνάπτεται ένα "σχηματικό" σκίτσο για τα ηλεκτρονικά. Το σχηματικό προέρχεται από το σχηματικό αυτόματο σχήμα του David A. Mellis Atmega8 Standalone. Εάν υπάρχει ενδιαφέρον, θα κάνω ένα ειδικό εκπαιδευτικό για αυτό το βήμα. Το αποσυνδεδεμένο κύκλωμα ισχύος προέρχεται από το βιβλίο Physical Computing του Tom Igoe. Συμπεριέλαβα εικόνα της έκδοσης της πλακέτας υπολογιστή (με αισθητήρα/βομβητή που δεν είναι συνδεδεμένος) καθώς και μια έκδοση πρωτοτύπων χτισμένη σε ένα breadboard για αναφορά. Η έκδοση του breadboard δείχνει επίσης τον τρόπο σύνδεσης της πλακέτας Arduino ως προγραμματιστή USB για το τσιπ μικροελεγκτή. Δεδομένου ότι χρησιμοποίησα μια πρίζα DIP για το τσιπ, μπορώ επίσης να αφαιρέσω το τσιπ και να το βάλω σε έναν πίνακα Arduino για να το προγραμματίσω, αλλά μπορεί να είναι δύσκολο να βγάλω το τσιπ έξω χωρίς να λυγίσω όλες τις καρφίτσες - γι 'αυτό συμπεριέλαβα το θηλυκό καρφίτσες κεφαλίδας για το tx/rx. Παρόλο που ο πίνακας είναι πολύ στριμωγμένος, μπορείτε να δείτε ότι όλες οι ακίδες του ελεγκτή διαθέτουν ένα μαξιλάρι συγκόλλησης για σύνδεση. Δεδομένου ότι δεν είναι απαραίτητες για αυτό το έργο, δεν κόλλησα γυναικείες κεφαλίδες στις αχρησιμοποίητες καρφίτσες, αλλά αν ήταν, θα είχατε τις πλήρεις δυνατότητες ενός Arduino Diecimilia εκτός από το ενσωματωμένο USB σε μια πολύ μικρή συσκευασία. Το πλάτος της σανίδας είναι περίπου το μισό της σανίδας Diecimilia και περίπου το ίδιο μήκος. (εδώ είναι μια παρόμοια ρύθμιση.) Είναι προαιρετικό να χρησιμοποιήσετε ένα τρανζίστορ για να τροφοδοτήσετε το βομβητή, το Arduino μπορεί να παρέχει αρκετό ρεύμα από τον ίδιο τον πείρο. Ωστόσο, η χρήση του τρανζίστορ σάς επιτρέπει να χρησιμοποιείτε άλλες συσκευές παραγωγής ήχου, εκτός από έναν βομβητή, εάν έχετε.

Βήμα 6: Προετοιμάστε καλώδια βομβητή και αισθητήρα

Ο αισθητήρας υπερήχων και ο βομβητής χρειάζονται μακριά καλώδια για να λειτουργούν από τα γυαλιά στα ηλεκτρονικά. Ο αισθητήρας υπερήχων απαιτεί 4 καλώδια (5v, γείωση, ηχώ, σκανδάλη) και ο βομβητής απαιτεί δύο καλώδια (ψηφιακή έξοδος από τον ελεγκτή, γείωση). Με κάποιο προγραμματισμό θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε ένα καλώδιο κορδέλας 5 συρμάτων, εάν το έχετε και μοιραστείτε τη σύνδεση γείωσης μεταξύ του βομβητή και του αισθητήρα. Είχα μόνο μια κορδέλα 4 συρμάτων, οπότε τη χρησιμοποίησα για τον αισθητήρα υπερήχων και χρησιμοποίησα ένα καλώδιο δύο καλωδίων για τον βομβητή. Δεδομένου ότι ο βομβητής έχει δύο συνδέσμους, κόλλησα μια σειρά γυναικείων κεφαλίδων στα δύο καλώδια με τη σωστή απόσταση, με αυτόν τον τρόπο μπορώ εύκολα να αφαιρέσω τον πιεζοηχητικό βομβητή εάν είναι απαραίτητο. Ο αισθητήρας έχει μερικές οπές συγκόλλησης για συγκόλληση στις οποίες πρέπει να πάτε και να χρησιμοποιήσετε. Βεβαιωθείτε ότι χρησιμοποιείτε τη σωστή πλευρά, οι τρύπες στην άλλη πλευρά είναι για τον προγραμματισμό του αισθητήρα και δεν λειτουργούν!

Βήμα 7: Τελειώστε τα καλώδια

Επόμενη κόλληση αρσενικής κεφαλίδας στην άλλη άκρη των καλωδίων. (Αυτά θα συνδεθούν με τον μικροελεγκτή.)

Βήμα 8: Μεταφόρτωση κώδικα

Για να ανεβάσετε τον κωδικό, συνδέστε τις καρφίτσες 5v, γείωσης, TX, RX στην πλακέτα PC με τις ίδιες ακίδες σε μια τσιπ που αφαιρέσατε την πλακέτα Arduino χρησιμοποιώντας μερικά καλώδια. Στη συνέχεια, συνδέστε τον ακροδέκτη επαναφοράς στην πλακέτα υπολογιστή με το σημείο όπου θα περνούσε ο πείρος 13 στην υποδοχή DIP στην πλακέτα Arduino. Εάν αυτό προκαλεί σύγχυση, δείτε την εικόνα που επαναλαμβάνεται, εκτός από ένα Arduino Mini. Στη συνέχεια, απλά περάστε τον συνημμένο κώδικα στον επεξεργαστή Arduino (ή φρύδια για να ανοίξετε το αρχείο.pde στο Arduino μετά τη λήψη) και επιλέξτε την κατάλληλη σειριακή θύρα και τσιπ Arduino που χρησιμοποιείτε και πατήστε το κουμπί μεταφόρτωσης. Ο κώδικας λειτουργεί παίζοντας μπιπ και στη συνέχεια μεταβάλλοντας το διάστημα μεταξύ των ηχητικών σημάτων με βάση την απόσταση που μετράται από τον αισθητήρα. Έτσι, εάν είστε κοντά σε ένα αντικείμενο, το διάστημα μεταξύ των μπιπ μειώνεται και τα ηχητικά σήματα εμφανίζονται γρηγορότερα. Εάν βρίσκεστε πολύ μακριά από ένα αντικείμενο, το διάστημα μεταξύ των μπιπ αυξάνεται, έτσι ώστε τα ηχητικά σήματα να γίνονται πιο αργά. Ο ελεγκτής ελέγχει την απόσταση κάθε 60ms, οπότε το διάστημα ενδιάμεσου μπιπ αλλάζει δυναμικά. Προς το παρόν, είναι κλιμακωτή, οπότε η 1 ίντσα κάνει μια διαφορά 10 ms στο μεσοδιάστημα. Αυτό κάνει τα γυαλιά να λειτουργούν καλύτερα για κοντινότερες αποστάσεις, αλλά μπορούν να αυξηθούν για να λειτουργήσουν καλύτερα για περαιτέρω αποστάσεις. Δοκίμασα μια εκθετική κλιμάκωση που αύξησε το εύρος σε κοντινότερες αποστάσεις (χρησιμοποιώντας fscale αλλά δεν φάνηκε να αλλάζει πολύ την απόκριση σε αντάλλαγμα για τόνους κώδικα, οπότε τον αφαίρεσα.) Δεδομένου ότι ο χρόνος που απαιτείται για την ανάγνωση της απόστασης εξαρτάται από η απόσταση του αντικειμένου που ανιχνεύεται (ο αισθητήρας επιστρέφει παλμούς έως 30ms) ο κώδικας μετρά τον χρόνο που χρειάστηκε για να λάβει την ανάγνωση και αντισταθμίζει τους χρόνους καθυστέρησης κατά το ποσό αυτό. Κάθε γραμμή στον κώδικα σχολιάζεται και είναι (ελπίζω) μόνος -επεξηγηματικός.

Βήμα 9: Βάλτε τα ηλεκτρονικά σε ένα περίβλημα

Κόψτε το μπερδεμένο σωλήνα έτσι ώστε να έχει το σωστό μήκος από τα γυαλιά μέχρι το χέρι ή την τσέπη κάποιου. Τοποθετήστε τα καλώδια που συνδέονται με τον αισθητήρα υπερήχων και τον πιεζοηλεκτρικό βομβητή μέσα στη σπασμένη σωλήνωση της ραφής. Τρυπήστε μια τρύπα στο περίβλημα σας που μπορεί να ταιριάζει στο μπερδεμένο σωλήνα. Το έκανα χρησιμοποιώντας μια προσέγγιση δοκιμής και σφάλματος ξεκινώντας από ένα μικρό μέγεθος και αυξάνοντας τη διάμετρο μέχρι να ταιριάζει σωστά η σωλήνωση. Περάστε τα καλώδια μέσα από την τρύπα και στη συνέχεια πιέστε το σπασμένο σωλήνα. Τα καλώδια μου είναι ελαφρώς μακριά, οπότε έπρεπε να τα διπλώσω για να χωρέσουν. Κάποιο Velcro συγκρατεί την πλακέτα στο περίβλημα.

Βήμα 10: Συνδέστε τα καλώδια

Τώρα μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τους αρσενικούς πείρους κεφαλίδας στα άκρα των καλωδίων σας και να συνδεθείτε με τις κατάλληλες ακίδες στην πλακέτα του υπολογιστή (χρησιμοποιήστε το σχηματικό!). Εάν χρησιμοποιείτε το δικό σας Arduino, χρησιμοποιήστε τις ίδιες αντιστοιχίσεις καρφιτσών όπως στο σχηματικό σχήμα.

Βήμα 11: Κλείσιμο περιβλήματος

Αυτό το περίβλημα είχε βίδες για να το κρατήσετε κλειστό, αλλά άλλα περιβλήματα (αλουμινένιο κασσίτερο;) θα μπορούσαν απλά να κλείσουν. Δεδομένου ότι δεν ήμουν σίγουρος αν λειτουργεί, χρησιμοποίησα ταινία για να την κρατήσω κλειστή προς το παρόν.

Βήμα 12: Προσάρτηση αυτιών

Για να στερεώσουμε τα αυτιά πρέπει πρώτα να βάλουμε δύο κάθετες σχισμές με το dremel στα αυτιά για να περάσει ο ιμάντας.

Βήμα 13: Η προσάρτηση αυτιών συνεχίζεται

Αφού πέρασα τους ιμάντες στα αυτιά, χρησιμοποίησα το Velcro για να στερεώσω τα αυτιά στα γυαλιά. Αυτό κατέληξε να είναι κάπως ασταθές, αλλά ιδιαίτερα προσαρμόσιμο για να τους οδηγήσει στο σωστό δρόμο. Η συγκόλλησή τους θα ήταν πιο μόνιμη, αλλά το Velcro έχει επιβιώσει από αρκετά demos. Ο αισθητήρας υπερήχων κατά κάποιο τρόπο ήταν η τέλεια εφαρμογή για να τοποθετηθεί στον μηχανισμό κλειδώματος για την ικανότητα αναστροφής των γυαλιών. Πρέπει να τραβήξετε το ελαστικό πλαίσιο γυαλιού από το πλαστικό κομμάτι του φακού ελαφρώς από την κορυφή για να δημιουργήσετε χώρο, τότε ο αισθητήρας ταιριάζει σωστά. Ο αισθητήρας σκάει μερικές φορές, οπότε μια μικρή κόλλα θα μπορούσε να το διορθώσει για τα καλά. Δυστυχώς, αυτή η μέθοδος προσάρτησης καθιστά αδύνατη την αναστροφή των φακών.

Βήμα 14: Ζήστε την εμπειρία Echolocation

Συνδέστε μια μπαταρία βάλτε το περίβλημα στην τσέπη σας και εξερευνήστε! Όσο πλησιάζετε σε αντικείμενα της οπτικής σας όρασης, όσο πιο γρήγορα ακούγεται ένας ήχος, όσο πιο μακριά προχωράτε, τόσο πιο αργά ακούγεται. Μην τα φοράτε σε επικίνδυνα περιβάλλοντα ή στην κυκλοφορία! Αυτά τα γυαλιά είναι μόνο για εκπαιδευτικούς σκοπούς και προορίζονται για ελεγχόμενα περιβάλλοντα, καθώς προορίζονται να εμποδίσουν την περιφερειακή όραση και την τακτική όρασή σας, ώστε να βασίζεστε περισσότερο σε ακουστικά στοιχεία. Δεν είμαι υπεύθυνος για τυχόν τραυματισμούς ως αποτέλεσμα της χρήσης αυτών των γυαλιών! Ευχαριστώ! Δεδομένου ότι βασίζεται στο Arduino, μπορείτε εύκολα να προσθέσετε μια μονάδα Zigbee ή blueSMIRF στις ασύρματες διασυνδέσεις με υπολογιστές. Μελλοντική εργασία μπορεί να είναι η προσθήκη ενός επιλογέα για τη ρύθμιση της ευαισθησίας και η προσθήκη διακόπτη on/off.

Δεύτερο Βραβείο στον Διαγωνισμό Ρομπότ Instructables και RoboGames