Sistema de alerta de nível de ruído inseguro: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

O Oshman Engineering Design Kitchen (OEDK) é o maior makerpace da Rice University, oferecendo um espaço para todos os alunos projetarem e prototiparem soluções para os desafios do mundo real. Para atender a esse propósito, o OEDK abriga várias ferramentas elétricas e grandes maquinários que produzem ruídos altos e potencialmente perigosos. Embora o OEDK tenha estabelecido com sucesso uma cultura de segurança em torno da proteção para os olhos e luvas, não foi capaz de estabelecer a mesma cultura de segurança em torno da proteção auditiva, devido ao fato de que os usuários não têm certeza de quando a proteção auditiva é necessária.

Nossa equipe, Ring the Decibels, visa resolver esse problema projetando, construindo e implementando um sistema de alerta que aconselha os usuários OEDK a usar proteção auditiva adequada em níveis de som inseguros.

Etapa 1: Visão geral

Este dispositivo usa um microcontrolador Arduino Uno. Os dados de som analógico são recebidos de um medidor de nível de som gravitacional, calculados em média e usados para acionar uma saída de tira de LED digital. As exibições visuais incluem um gradiente que exibe continuamente o nível médio de decibéis e um conjunto de fones de ouvido que pisca em vermelho quando um limite de decibéis predeterminado é atingido.

A caixa é feita de duas placas de compensado separadas por duas placas circulares de compensado separadas por suportes de alumínio. As telas de gradiente e fones de ouvido são criadas com acrílico fosco. Todos os componentes eletrônicos são montados na placa traseira.

Da matéria-prima à montagem na parede, este dispositivo leva menos de 2 horas para ser concluído. Aprendemos muito sobre suavização de dados e controle de tiras de LED por meio deste projeto e esperamos que você se divirta construindo-o!

Etapa 2: Componentes e ferramentas necessários

O custo total dos materiais para este dispositivo é um pouco menos de $ 100. Como nossa equipe está construindo este dispositivo em massa, pudemos comprar alguns materiais a granel para reduzir o custo. Além disso, como estamos construindo este dispositivo para e em um espaço de criação de engenharia, já tínhamos acesso a vários componentes e ferramentas.

As quantidades dos componentes listados abaixo são para um dispositivo.

Componentes

• 1x Arduino Uno (ou microcontrolador semelhante) com cabo USB
• 1x Prototyping Breadboard
• 1 Perfboard (opcional)
• 2 fios de jumper vermelho macho-macho
• 2 fios de jumper vermelho macho-fêmea
• 2 fios de jumper preto macho-macho
• 2 fios de jumper preto masculino-feminino
• 3 fios de jumper azul macho-macho
• 2 fios de jumper azul macho-fêmea
• Adaptador de alimentação 1x 5V 1A
• 1x medidor de nível de som analógico de gravidade
• 1 tira RGB LED WS2812B individualmente endereçável (pelo menos 20 LEDs)
• 6 pinos de cabeçalho macho-macho
• 2 resistores de 330 Ohm
• 24 "x 12" de 1/4 "contraplacado de bétula
• 7 "x 9" de acrílico de 1/4"
• 9 "x 9" de 1/8 "acrílico (a largura pode variar)
• 3x 1/4 "Hex / 2" 6-32 Feminino-Feminino Alumínio Separadores
• 6x 1/4 "Hex / 1 1/4" 6-32 Fêmea-Fêmea Alumínio Separadores
• Parafusos de cabeça chata 18x 3/4 "6-32
• 18x Arruelas nº 6
• 8x 10mm M2.5 Feminino-Feminino Náilon Standoffs
• 4x 25 mm M2.5 espaçadores de nylon feminino-feminino
• 4x 18 mm M2.5 Nylon espaçadores machos-fêmeas
• Parafusos M2.5 24x 6mm

Ferramentas

• IDE Arduino
• Ferro de soldar (HAKKO FM-204) com solda
• Rosin Flux
• Cortador a laser (EPILOG Fusion M2 40)
• Cola acrílica
• Sandblaster (opcional)
• Lixa
• Epóxi 2 Partes
• Furadeira sem fio
• 5/32 "Broca
• Broca de 1/8"
• 1/2 "bit de escareamento 82º
• Furadeira
• # 5 Contra-furo
• Chaves de fenda
• Pistola de cola quente com bastões de cola

Etapa 3: Prepare os LEDs

Corte duas tiras das tiras de LED individualmente endereçáveis nas marcações da tira. Você pode cortar qualquer número de LEDs que desejar, apenas certifique-se de reinicializar o número de LEDs no código posteriormente. Usamos 10 LEDs por tira.

Solde os pinos do cabeçalho em cada uma das 3 conexões da faixa de LED. Certifique-se de soldar na extremidade da entrada de dados (DI). Repita para a outra faixa de LED. Usamos um pouco de fluxo de resina escovado nos conectores de faixa de LED para facilitar a soldagem.

Dobre e dobre uma das tiras de LED em forma de arco para se ajustar à curva da peça gradiente. Conseguimos isso criando um padrão ondulado com a faixa de LED que poderia se curvar sobre si mesma. Usando a mesma técnica, molde a outra faixa de LED para seguir a curva da peça do fone de ouvido.

Etapa 4: montar o circuito

Comece conectando o pino do Arduino 5V ao barramento de alimentação na placa de ensaio. Em seguida, conecte o pino do grupo Arduino ao trilho de aterramento na placa de ensaio.

Conectando as fitas de LED

Conecte o pino 5 digital do Arduino ao conector de entrada de dados (DI) em uma faixa de LED, adicionando um resistor de 330 Ohm entre o pino 5 e o conector DI. Conecte o trilho de alimentação da placa de ensaio na placa de ensaio ao pino do conector de 5 V na faixa de LED e conecte o trilho de aterramento da placa de ensaio ao conector GND na faixa de LED. Esta será a faixa de LED para a exibição de gradiente.

Conecte o pino 6 digital do Arduino ao conector DI na outra faixa de LED, adicionando um resistor de 330 Ohm entre o pino 6 e o conector DI. Conecte o trilho de alimentação da placa de ensaio na placa de ensaio ao pino do conector de 5 V na faixa de LED e conecte o trilho de aterramento da placa de ensaio ao conector GND na faixa de LED. Esta será a faixa de LED para o visor dos fones de ouvido.

Conectando o medidor de nível de som de gravidade (o microfone)

Conecte o pino analógico A0 do Arduino à porta analógica do medidor de nível de som Gravity. Conecte o trilho de alimentação da placa de ensaio na placa de ensaio à porta VCC na placa Gravity e o trilho de aterramento da placa de ensaio à porta GND na placa Gravity.

Transferindo o circuito para a placa Perf (opcional)

Para manter todos os componentes eletrônicos no lugar por mais tempo, nossa equipe decidiu mover nosso circuito para uma placa de desempenho. Nosso circuito não é muito complexo, então usamos uma serra para cortar uma placa perf de 4 cm x 6 cm em uma placa de 4 cm x 3 cm e perfuramos novos orifícios de montagem com uma broca de 1/8 . Esta etapa é totalmente opcional.

Etapa 5: edite e faça upload do código

Baixe o código e abra-o no IDE do Arduino.

Verifique se o valor definido para o número de LEDs em cada faixa (NUM_LEDS_1 e NUM_LEDS_2) corresponde ao número de LEDs que você cortou para a primeira faixa de LED (o gradiente) e a segunda faixa de LED (os fones de ouvido). Se esses valores não corresponderem, altere o número no código.

Verifique e faça upload do código para sua placa Arduino.

Etapa 6: preparar o revestimento de madeira

Baixe o arquivo de corte a laser de madeira.

Corte a laser as placas frontal e traseira e 6 suportes de LED em compensado de 1/4 usando as configurações apropriadas em seu cortador a laser. Sinta-se à vontade para alterar o logotipo rasterizado na placa frontal para qualquer desenho que desejar.

Em nosso cortador a laser (EPILOG Fusion M2 40), usamos as seguintes configurações:

• 4 velocidades, 100 de potência, 10 de frequência para corte vetorial
• 50 velocidades, 100 de potência, 300 DPI para gravar raster

Usamos um cortador a laser porque temos acesso a um no OEDK, mas você também pode baixar os arquivos para usar como contorno para cortar as peças com uma fresadora CNC ou serra de fita.

Faça 3 furos com uma broca de 5/32 "na placa frontal nos locais mostrados pelos Xs vermelhos na imagem. Deve haver um orifício entre o gradiente e os fones de ouvido, um embaixo do fone de ouvido direito e um embaixo do logotipo. Rebaixe esses furos pela frente. Esses furos serão para os espaçadores de 2 ".

Coloque a placa frontal no topo da placa traseira de forma que ambas fiquem orientadas na direção vista na lima de corte a laser. Com um lápis, trace levemente o contorno do gradiente e dos espaços dos fones de ouvido, o orifício do microfone e os 3 orifícios recém-perfurados na placa frontal na placa traseira.

Faça 3 furos com uma broca de 5/32 na placa traseira nos locais que acabaram de ser transferidos da placa frontal. Rebaixe esses furos na parte traseira.

Etapa 7: preparar as peças de acrílico

Baixe o arquivo de corte a laser de acrílico de 1/4 "e o arquivo de corte a laser de 1/8".

Corte a laser as peças da inserção frontal em acrílico de 1/4 "e as peças de apoio em acrílico de 1/8" usando as configurações apropriadas em seu cortador a laser. Em nosso cortador a laser (EPILOG Fusion M2 40), usamos as seguintes configurações:

• 2 velocidades, 100 de potência, 100 de frequência para o acrílico de 1/4"
• 4 velocidades, 100 de potência, 100 de frequência para o acrílico de 1/8"

Usamos um cortador a laser porque temos acesso a um no OEDK, mas você também pode baixar os arquivos para usar como contorno para cortar as peças com uma fresadora CNC ou serra de fita. Além disso, as peças de apoio podem ser cortadas de acrílico de qualquer largura, mas descobrimos que 1/8 ou mais fino funcionou bem o suficiente para prender à madeira enquanto reduz o peso.

Cole cada peça de suporte de acrílico em sua peça de inserção frontal correspondente com cola acrílica de modo que, quando as peças de inserção da frente forem colocadas na placa frontal, as abas nas peças de suporte fiquem alinhadas com a parte de trás da face frontal.

Depois que a cola estiver endurecida (pelo menos 30 minutos), aplique gelo nas partes frontal e posterior das peças de acrílico unidas para difundir melhor a luz. Usamos um jato de areia para isso, mas uma lixa de grão fino (grão 600 ou superior) e um pouco de graxa de cotovelo também funcionam.

Etapa 8: prenda as peças de acrílico ao revestimento de madeira

Coloque a placa frontal voltada para baixo e encaixe a seco as peças de acrílico em seus espaços correspondentes. Se as peças de acrílico apresentarem problemas de encaixe, lixe as bordas internas da placa frontal até que as peças de acrílico se encaixem.

Assim que conseguir um bom encaixe, remova as peças de acrílico da placa frontal e aplique um epóxi de duas partes na face das abas das peças de apoio que tocam a madeira. Coloque as peças de acrílico em seus espaços, pressione e deixe o epóxi secar completamente.

Etapa 9: Monte as placas eletrônicas no revestimento de madeira

Usando o contorno traçado do orifício do microfone na placa traseira, coloque o medidor de nível de som gravitacional na placa traseira de forma que o microfone fique alinhado com seu contorno. Marque onde os quatro orifícios de montagem na placa Gravity estão na placa traseira.

Deixando o medidor de nível de som de gravidade na placa traseira, organize a placa Arduino e a placa de desempenho na placa traseira. Oriente a placa Adruino de modo que a tomada elétrica aponte para baixo e deixe pelo menos 1/4 de espaço entre cada placa. A colocação exata dessas placas não importa, desde que as placas não se sobreponham ou os contornos do gradiente e fones de ouvido. Optamos por colocar a placa Arduino à esquerda da placa Gravity e a placa perf acima da placa Gravity.

Marque onde estão os orifícios de montagem para o Arduino e placas de desempenho na placa traseira.

Remova os componentes eletrônicos da placa traseira e perfure todos os orifícios marcados com uma broca de 1/8 . Como nossos parafusos M2.5 exigiam um furo rebaixado para ficar nivelado com a placa traseira, rebatemos a placa traseira da face posterior usando uma furadeira.

Fixe o medidor de nível de som de gravidade à placa traseira usando espaçadores de náilon M2.5 e parafusos. O microfone deve ficar próximo à placa frontal, portanto, para levantar a placa o máximo possível, usamos uma distância fêmea-fêmea de 25 mm e uma distância macho-fêmea de 18 mm.

Conecte o Arduino e a placa de desempenho à placa traseira usando espaçadores e parafusos M2.5 fêmea-fêmea. O comprimento do afastamento não é crítico, contanto que todos os afastamentos usados para uma placa tenham o mesmo comprimento e sejam curtos o suficiente para manter a placa dentro do dispositivo. Usamos distanciamentos feminino-feminino de 10 mm.

Se o seu circuito usa uma placa de ensaio em vez de uma placa de desempenho, simplesmente monte a placa de ensaio com seu adesivo em vez de usar espaçadores e parafusos.

Assim que os componentes eletrônicos estiverem montados, conecte o circuito.

Etapa 10: conecte os suportes de LED

Na placa traseira, desenhe 3 pontos dentro do contorno levemente desenhado para o gradiente, conforme mostrado pelos Xs vermelhos. Deve haver um orifício em cada extremidade do gradiente e um no meio. Repita isso dentro do contorno dos fones de ouvido, conforme mostrado pelos Xs vermelhos.

Faça furos com uma broca de 5/32 "onde os 6 pontos acabaram de ser desenhados. Rebaixe esses furos na parte de trás. Esses furos serão para os espaçadores de 1 1/4" para apoiar as tiras de LED.

Faça furos com uma broca de 5/32 em uma extremidade de cada um dos 6 suportes de LED. Rebaixe esses furos.

Anexe um suporte de LED à placa traseira em cada um dos 6 orifícios dentro do gradiente e contornos de fones de ouvido usando um espaçador de 1 1/4 . Use uma arruela em cada lado do espaçador entre o espaçador e a madeira. Alinhe os suportes de LED para que a faixa de LED é colocada na extremidade não perfurada do suporte, a faixa de LED será centralizada no gradiente ou nos fones de ouvido.

Etapa 11: Montagem e montagem finais

Use cola quente para prender as fitas de LED aos suportes de LED. Os fios de entrada para as tiras de LED devem ser orientados para a parte inferior do dispositivo.

Conecte as tiras de LED ao circuito e conecte o adaptador de energia 5V ao cabo USB no Arduino.

Prenda a placa frontal à placa traseira usando os espaçadores de 2 , arruelas 6-32 e parafusos 6-32, colocando as arruelas entre os espaçadores e a madeira.

Monte o dispositivo em uma parede usando o orifício de montagem na placa traseira. Você pode usar um parafuso de madeira na parede ou usar um gancho de comando.

Conecte o dispositivo e obtenha sua proteção auditiva!