Alarme de toque facial: 4 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Tocar nosso rosto é uma das formas mais comuns de nos infectarmos com vírus como o Covid-19. Um estudo acadêmico em 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) descobriu que tocamos nossos rostos uma média de 23 vezes por hora. Decidi projetar um dispositivo de baixo custo e baixo consumo de energia que o alertaria toda vez que você estivesse prestes a tocar seu rosto. Este protótipo bruto poderia ser refinado com muita facilidade e, embora seja improvável que você queira usar isso o dia todo, pode ser uma boa maneira de treiná-lo para reduzir o toque no rosto e, portanto, reduzir a propagação do vírus.

A maioria das formas de detecção de movimento usa acelerômetros ou processamento de imagem. Eles são relativamente caros, requerem energia contínua e, portanto, também uma bateria relativamente grande. Eu queria fazer um dispositivo que só consumisse energia quando o comportamento o acionasse e que pudesse ser feito em casa por menos de US $ 10.

O dispositivo possui três partes. Um colar e duas pequenas faixas elásticas em cada pulso. Ele usa o princípio de que um ímã se movendo perto de uma bobina de fio gera uma corrente elétrica no fio. Quando a mão se move em direção ao rosto, o ímã no pulso gera uma pequena voltagem na bobina. Isso é amplificado e se for mais alto do que determinado limite, ele liga uma pequena campainha.

Suprimentos

• 100 - 200 metros de fio solenóide. A maioria dos fios é muito grossa. O fio solenóide é isolado com uma camada de verniz muito fina para que você possa fazer muitas voltas na bobina enquanto a mantém relativamente pequena e leve. Eu usei 34 AWG - que tem cerca de 0,15 mm de diâmetro
• Amarras de cabos ou fita adesiva
• Um único amplificador operacional de baixa potência. Ele precisa ser capaz de operar a 3V. Usei um Microchip MCP601.
• 2 resistores (1M, 2K)
• Resistor trimmer 2K
• Uma campainha piezoelétrica 3 - 5 V
• Qualquer transistor npn básico (usei um 2N3904)
• Algum veroboard
• CR2032 (ou qualquer bateria de célula tipo moeda de 3V)
• 2 pequenos ímãs poderosos
• 2 elásticos grossos ou algum material de suporte de compressão (como meias de compressão)

Etapa 1: enrolar a bobina

A bobina precisa ser um pedaço contínuo de arame, então, infelizmente, não pode ser enganchada e desengatada como um colar. Portanto, é importante que o diâmetro da bobina seja grande o suficiente para você colocá-lo sobre sua cabeça. Enrolei o meu em torno de uma forma circular (uma cesta de lixo) com um diâmetro de cerca de 23 cm (9 polegadas). Quanto mais gira, melhor. Perdi a conta de quantas fiz, mas ao testar a resistência elétrica no final acho que acabei com cerca de 150 voltas.

Retire a bobina do molde com cuidado e prenda a bobina com braçadeiras ou fita. É importante não quebrar nenhum dos delicados fios do solenóide, pois será quase impossível de consertar. Quando você tiver a bobina presa, encontre as duas pontas do fio e remova o verniz do último centímetro (última meia polegada) de cada ponta. Fiz isso derretendo o verniz com um ferro de solda (veja o vídeo anexo).

Clique aqui para ver o vídeo sobre como descascar o fio do solenóide

Essas extremidades podem ser soldadas delicadamente na placa de circuito do detector. Para o meu protótipo, soldei as pontas em um pequeno pedaço de veroboard separado com um conector de soquete, para que eu pudesse usar cabos de experiência e jumper para conectá-lo a projetos de circuito diferentes.

Etapa 2: construir o circuito do detector

O esquema e o circuito final são mostrados acima.

Eu uso um amplificador operacional em uma configuração não inversora para amplificar a voltagem muito pequena gerada pela bobina. O ganho deste amplificador é a razão das resistências de R1 e R2. Ele precisa ser alto o suficiente para detectar o ímã quando ele se move cerca de 10 cm da borda da bobina de forma relativamente lenta (cerca de 20-30 cm / s), mas se você torná-lo muito sensível, ele pode se tornar instável e a campainha soará continuamente. Uma vez que o número ideal dependerá da bobina real que você constrói e do ímã que você usa, eu recomendo que você construa o circuito com um resistor variável que pode ser definido para qualquer valor até 2K. No meu protótipo, descobri que um valor de aproximadamente 1,5 K funcionou bem.

Como a bobina também capta ondas de rádio dispersas de várias frequências, incluí um capacitor em R1. Isso funciona como um filtro de passagem baixa. Em qualquer frequência acima de alguns hertz, a reatância desse capacitor é muito menor que o valor de R1 e, portanto, a amplificação diminui.

Uma vez que o ganho é tão alto, a saída do amplificador operacional será realmente apenas "ligada" (3 V) ou "desligada" (0 V). Inicialmente, uma vez que o MCP601 pode produzir 20mA, pensei que ele poderia acionar uma campainha piezoelétrica diretamente (requer apenas alguns mA para funcionar). No entanto, descobri que o amplificador operacional tinha dificuldade para acioná-lo diretamente, provavelmente devido à capacitância da campainha. Resolvi isso alimentando a saída da saída por meio de um resistor para um transistor npn que atua como uma chave. R3 é escolhido para garantir que o transistor esteja totalmente ligado quando a saída do amplificador Op for 3V. Para minimizar o consumo de energia, idealmente, este deve ser o mais alto possível e ainda garantir que o transistor esteja ligado. Eu escolhi 5K para garantir que este circuito funcione com quase qualquer transistor npn popular.

A última coisa de que você precisa é uma bateria. Consegui rodar meu protótipo com sucesso com uma bateria de célula tipo moeda de 3V - mas era ainda mais sensível e eficaz com voltagem um pouco mais alta e, portanto, se você puder encontrar uma pequena bateria li-poly (3,7 V), recomendo usá-la.

Etapa 3: faça as pulseiras

Se um ímã for usado próximo a cada mão, a ação de levantar a mão em direção ao rosto acionará a campainha. Decidi criar duas pulseiras com material de meia de suporte elástico e usei-as para manter dois pequenos ímãs no meu pulso. Você também pode experimentar um anel magnético em um dedo de cada mão.

A corrente induzida flui em uma direção ao redor da bobina quando o ímã entra na região da bobina e na direção oposta quando ele sai. Como o circuito do protótipo é intencionalmente simples, apenas uma direção da corrente acionará a campainha. Portanto, ele zumbirá quando a mão se aproximar do colar ou se afastar. Obviamente, queremos que toque a campainha no caminho para a face e podemos mudar a polaridade da corrente gerada girando o ímã. Portanto, experimente saber de que maneira a campainha soa quando a mão se aproxima do rosto e marque o ímã para que você se lembre de usá-lo da maneira certa.

Etapa 4: teste

O tamanho da corrente induzida está relacionado à rapidez com que o campo magnético muda perto da bobina. Portanto, é mais fácil captar movimentos rápidos perto da bobina do que movimentos lentos longe dela. Com um pouco de tentativa e erro, consegui fazê-lo funcionar de maneira confiável quando movi o ímã a cerca de 30 cm / s (1 pé / s) a uma distância de 15 cm (6 polegadas). Um pouco mais de ajuste melhoraria isso por um fator de dois ou três.

Está tudo um pouco rudimentar no momento, já que o protótipo usa componentes "através de orifícios", mas todos os componentes eletrônicos poderiam ser facilmente encolhidos usando componentes de montagem em superfície e o tamanho limite seria apenas a bateria.