Óculos de radar: 14 etapas (com fotos)

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

No verão passado, durante as férias no Maine, conhecemos outro casal: Mike e Linda. Linda era cega e era cega desde o nascimento (acho) de seu primeiro filho. Eles foram muito legais e nós rimos muito juntos. Depois que voltamos para casa, não conseguia parar de pensar em como seria ser cego. Os cegos têm cães-guia e bengalas e tenho certeza de que muitas outras coisas podem ajudá-los. Mesmo assim, deve haver muitos desafios. Tentei imaginar como seria e me perguntei, como um nerd em eletrônica, se havia algo que eu pudesse fazer.

Eu queimei meus olhos em um verão com um soldador quando eu tinha cerca de 20 anos (longa história … garoto burro). É algo que nunca esquecerei. Enfim, eu tive meus olhos remendados por um dia. Lembro-me de minha mãe tentando me fazer atravessar a rua. Fiquei perguntando a ela se os carros haviam parado. Ela disse algo como: "Eu sou sua mãe … você acha que eu te levaria para o trânsito?" Pensando em como eu era idiota quando adolescente, me perguntei. Mas eu não conseguia superar sem saber se havia algo prestes a me atingir no rosto enquanto eu caminhava. Fiquei muito feliz e aliviado quando removemos os adesivos. Essa é a única coisa próxima à 'experiência' que tive em minha vida com relação à cegueira.

Recentemente, escrevi outro Instructable sobre um jovem amigo no trabalho que perdeu a visão do olho direito e um dispositivo que fiz para ele para dizer se havia algo em seu lado direito. Se você quiser ler, está aqui. Esse dispositivo usava um sensor Time-of-Flight da ST Electronics. Cerca de um minuto depois de terminar esse projeto, decidi que poderia fazer um dispositivo para ajudar os cegos. O sensor VL53L0X que usei naquele projeto tem um sensor irmão / irmã mais velho chamado VL53L1X. Este dispositivo pode medir distâncias maiores do que o VL53L0X. Havia uma placa de breakout para o VL53L0X da Adafruit e para o VL53L1X havia uma placa de breakout da Sparkfun. Decidi criar um par de óculos com o VL53L1X na frente e um dispositivo de feedback tátil (motor vibratório) atrás dos óculos perto da ponte do nariz. Eu vibraria o motor inversamente proporcional à distância de um objeto, ou seja, quanto mais próximo um objeto estivesse dos óculos, mais ele vibraria.

Devo observar aqui que o VL53L1X tem um campo de visão muito estreito (programável entre 15-27 graus), o que significa que eles são MUITO direcionais. Isso é importante porque oferece uma boa resolução. A ideia é que o usuário mova a cabeça como uma antena de radar. Isso, junto com o FOV estreito, permite ao usuário discernir melhor os objetos em diferentes distâncias.

Uma observação sobre os sensores VL53L0X e VL53L1X: eles são sensores de tempo de voo. Isso significa que eles enviam um pulso LASER (baixa potência e no espectro infravermelho, portanto, estão seguros). O sensor mede o tempo que leva para ver o pulso refletido voltar. Então, distância é igual a taxa X tempo, como todos nós nos lembramos das aulas de matemática / ciências, certo? Então, divida o tempo pela metade e multiplique pela velocidade da luz e você obtém a distância. Mas, como foi apontado por outro membro do Instructables, os óculos poderiam ter sido chamados de Óculos LiDAR, pois usar um LASER dessa forma é Distância e Alcance Leve (LiDAR). Mas, como eu disse, nem todo mundo sabe o que é LiDAR, mas acho que a maioria das pessoas conhece RADAR. E embora a luz infravermelha e o rádio façam parte do espectro eletromagnético, a luz não é considerada uma onda de rádio como as frequências de micro-ondas. Então, vou deixar o título como RADAR, mas agora, você entende.

Este projeto usa basicamente o mesmo esquema que o outro projeto … como veremos. As grandes questões para este projeto são: como montamos a eletrônica nos óculos e que tipo de óculos usamos?

Etapa 1: os óculos

Decidi que provavelmente poderia projetar um par de óculos simples e imprimi-los com minha impressora 3D. Também decidi que só precisava imprimir em 3D o esqueleto ou a armação dos óculos. Eu adicionaria uma placa de circuito impresso para soldar os componentes. A placa de circuito impresso (protoboard) seria fixada nas molduras, o que aumentaria a resistência de toda a montagem. Uma renderização 3D dos quadros é mostrada acima.

Os arquivos STL também estão anexados a esta etapa. Existem três arquivos: left.stl, right.stl (os fones de ouvido / braços) e glasses.stl (as armações).

Etapa 2: A placa de circuito impresso

Eu usei uma placa de ensaio Adafruit Perma-Proto Full Sized. Posicionei a placa de ensaio sobre a frente dos copos e centralizei-os. A borda superior dos óculos eu fiz nivelada com a parte superior do protoboard. A parte retangular dos óculos que se estende do topo é onde o sensor de tempo de voo será eventualmente montado. Uma boa parte do topo desta parte das molduras sobressai acima do protoboard. Isso está certo, pois não precisamos soldar nada na parte superior do sensor, apenas na parte inferior.

Há um orifício no centro da placa de ensaio que fica quase exatamente no topo de onde a ponte do nariz ficará nos óculos. Marquei os 4 furos que estão na moldura no protoboard usando um marcador de ponta fina. Em seguida, fiz os furos na placa de ensaio.

Em seguida, montei as estruturas na placa de ensaio usando parafusos M2.5. Os meus são de náilon e comprei um kit completo de parafusos da Adafruit para esse fim. Assim que os parafusos foram colocados, peguei um marcador e desenhei uma linha ao redor das molduras na placa de ensaio. Para mim, marquei diretamente os recuos nas laterais das armações onde as peças da orelha serão colocadas. Esta é a minha preferência … mas talvez você queira que as partes da orelha da moldura fiquem visíveis.

Etapa 3: Cortando

Em seguida, retirei os 4 parafusos que prendiam as armações à placa de ensaio. Fiz uma remoção bruta de material fora da linha que marcamos. Tive o cuidado de ficar um pouco longe das linhas porque eu refinaria isso mais tarde com a lixadeira de cinta de mesa que tenho. Você pode usar um arquivo … mas estamos nos adiantando.

Você pode cortar a linha usando todos os meios que tiver. Talvez uma serra de fita? Bem, eu não tenho um. Eu tenho um 'nibbler' para placas de circuito impresso, então usei-o. Na verdade, demorou um bom tempo e é uma chatice de fazer. Mas o material da placa de circuito impresso pode se estilhaçar e rachar, então, eu queria ir devagar. Eu mordisquei meu caminho ao redor e também na área do nariz … mas apenas aproximadamente. Você pode ver o que eu estava fazendo na foto acima.

Etapa 4: lixar ou lixar

Eu removi o material muito mais perto da linha usando minha lixadeira de cinta de mesa. Novamente, você pode usar um arquivo se não tiver mais nada. Tudo o que posso dizer sobre o lixamento é que, dependendo da granulometria do abrasivo na lixadeira, tome cuidado com a quantidade de material que você tenta remover. Não há como voltar atrás. Às vezes, um único deslizamento pode estragar a placa (ou pelo menos fazer com que pareça assimétrica ou manchada). Portanto, não tenha pressa.

Você pode ver minhas fotos de antes e depois acima.

Etapa 5: ajuste fino

Fixei novamente as molduras com os 4 parafusos e voltei para a lixadeira de cinta. Eu lixei com muito cuidado até a borda das armações. Eu precisei usar uma lima redonda na seção do nariz porque eu simplesmente não conseguia fazer uma curva tão acentuada na minha lixadeira. Veja meus resultados finais acima.

Etapa 6: Adicionando o Sensor

Neste ponto, adicionei a placa de quebra do sensor VL53L1X. Primeiro, adicionei dois parafusos de náilon M2.5 longos, empurrando-os pelos orifícios nas armações e pelos orifícios do VL53L1X. Acrescentei uma porca de náilon a cada parafuso e apertei-os com muito cuidado. Acima de cada porca, acrescentei duas (quatro no total) arruelas de náilon. Eles são necessários para garantir que o sensor VL53L1X fique paralelo ao protoboard.

Coloquei uma régua de terminais de 6 posições na placa em uma posição de forma que os orifícios na parte superior do VL53L1X se alinhassem com os dois parafusos que coloquei na parte superior das armações (com as arruelas de náilon). Acrescentei porcas de náilon às pontas dos parafusos e, novamente, apertei-os com cuidado. Veja as fotos acima.

Etapa 7: Esquemático

Como eu disse antes, o esquema é praticamente o mesmo do projeto do Radar Periférico. Uma diferença é que adicionei um botão (um interruptor de contato monetário). Imagino que em algum momento precisaremos alterar os modos ou implementar algum recurso … então, é melhor tê-lo agora do que adicioná-lo mais tarde.

Eu também adicionei um potenciômetro de 10K. O potenciômetro é usado para ajustar a distância que o software irá considerar como a distância máxima para responder. Pense nisso como um controle de sensibilidade.

O esquema é mostrado acima.

A lista de peças (que eu deveria ter dado antes) é a seguinte:

Breakout do sensor de distância SparkFun - 4 metros, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Minidisco de motor vibratório - ID DO PRODUTO: 1201Adafruit - Bateria de polímero de íon lítio - 3,7v 150mAh - ID DO PRODUTO: 1317Adafruit Perma-Proto Placa de pão de tamanho completo PCB - Única - PRODUTO ID: 1606 Botões de interruptor tátil (6 mm fino) x pacote de 20 - ID DO PRODUTO: 1489Sparkfun - Conector JST de ângulo reto - Orifício de 2 pinos - PRT-0974910K resistor ohm - Junkbox (veja o chão) 10K-100K resistor ohm - Caixa de lixo (olhe em seu chão perto dos resistores de 10K) 2N3904 Transistor NPN - caixa de lixo (ou telefone para um amigo) Algum fio de conexão (usei trançado calibre 22)

Para carregar a bateria LiPo também peguei: Adafruit - Micro Lipo - Carregador USB LiIon / LiPoly - v1 - ID DO PRODUTO: 1304

Etapa 8: colocação de componentes

Eu estava tentando ser o mais inteligente possível na colocação dos componentes. Normalmente tento alinhar certos pinos como alimentação e aterramento … se puder. Tento pelo menos minimizar o comprimento dos fios. Eu precisava ter certeza de deixar um espaço acima de onde fica a ponte do nariz para o motor de vibração. No final cheguei ao posicionamento que pode ser visto na foto acima.

Etapa 9: Terrenos

Primeiro, soldei todos os componentes à placa nas posições que havia decidido. Em seguida, adicionei conexões de aterramento. Convenientemente, uma das grandes tiras longas no PWB ainda estava exposta, então, fiz desta a tira de terreno comum.

A imagem acima mostra as conexões de aterramento e o resistor de 10K. Não vou dizer onde colocar cada fio, já que a maioria das pessoas tem suas próprias ideias sobre como fazer as coisas. Só vou mostrar o que fiz.

Etapa 10: fios

Eu adicionei o resto dos fios como mostrado na imagem acima. Eu adicionei um pedaço de fita adesiva dupla sob o motor de vibração para garantir que ele fique no lugar. O material pegajoso que já vinha na parte inferior do motor não parecia forte o suficiente para mim.

Usei fio de calibre 22 para minhas conexões. Se você tiver algo menor, use. Usei a bitola 22 porque é a menor que eu tinha em mãos.

Etapa 11: suporte da bateria

I 3D imprimiu um suporte para segurar a bateria LiPo (uma representação dele é mostrada acima). Marquei e fiz furos no protoboard para montar o suporte no lado oposto dos vidros dos componentes, conforme mostrado acima.

Devo observar aqui que o suporte é muito fino e frágil e tenho que imprimi-lo com material de suporte (usei plástico ABS em todas as peças deste projeto). Você pode facilmente quebrar o suporte tentando retirar o material de suporte, então vá com calma.

Uma coisa que faço para fortalecer minhas peças é mergulhá-las em acetona. É claro que você deve ter muito cuidado ao fazer isso. Eu faço em uma área bem ventilada e uso luvas e proteção para os olhos. Faço isso depois de remover o material de suporte (é claro). Tenho um recipiente de acetona e, usando uma pinça, mergulho completamente a parte em acetona por um ou dois segundos. Eu imediatamente removo e coloco de lado para secar. Normalmente deixo as peças por uma hora ou mais antes de tocá-las. A acetona vai 'derreter' o ABS quimicamente. Isso tem o efeito de vedar as camadas de plástico.

O arquivo STL para o colchete está anexado a esta etapa.

Etapa 12: Programação

Depois de verificar todas as minhas conexões, conectei o cabo USB para programar o Trinket M0.

Para instalar e / ou modificar o software (anexado a esta etapa), você precisará do IDE do Arduino e dos arquivos da placa para o Trinket M0, bem como das bibliotecas para o VL53L1X do Sparkfun. Tudo isso está aqui e aqui.

Se você for novo, siga as instruções para usar o Adafruit M0 em seu site de aprendizagem aqui. Uma vez que o software (adicionado a esta etapa) é carregado, a placa deve iniciar e funcionar com a energia da conexão serial USB. Mova a lateral da placa com o VL53L1X perto de uma parede ou de sua mão e você deverá sentir o motor vibrar. A amplitude da vibração deve ser menor quanto mais longe do dispositivo um objeto estiver.

Quero enfatizar que este software é o primeiro passo nisso. Fiz dois pares de óculos e farei mais dois agora. Nós (eu e pelo menos uma outra pessoa trabalhando nisso) continuaremos a refinar o software e postar quaisquer atualizações aqui. Minha esperança é que outras pessoas também tentem fazer isso e postem (talvez no GitHub) quaisquer alterações / melhorias que fizerem.

Etapa 13: Concluindo as molduras

Eu encaixei os protetores auriculares no entalhe em ambos os lados dos óculos e apliquei acetona usando um taco. Eu absorvo a acetona e recebo uma boa quantidade ao pressioná-la nos cantos. Se eles estiverem apertados, a acetona será carregada por atração capilar. Certifico-me de que estão posicionados retos e, se necessário, uso algo para mantê-los no lugar por pelo menos uma hora. Às vezes eu reaplicar e esperar mais uma hora. A acetona faz uma ótima ligação e meus óculos parecem bastante fortes no limite da armação.

Claro, esses óculos são apenas um protótipo, então mantive o design simples e é por isso que não há dobradiças para os braços dos óculos. Eles funcionam muito bem de qualquer maneira. Mas, se quiser, você sempre pode redesenhá-los com dobradiças.

Etapa 14: Considerações Finais

Percebi que o sensor não funciona bem à luz do sol. Isso faz sentido, pois tenho certeza de que o sensor está saturado pelo infravermelho do sol, tornando impossível separá-lo do pulso que o sensor emite. Ainda assim, eles seriam bons óculos dentro de casa e em noites e talvez dias nublados. Claro, preciso fazer mais testes.

Uma coisa que farei para mudar o design é adicionar algum tipo de borracha ao entalhe que toca a ponte do nariz. Se você inclinar a cabeça para baixo, é difícil sentir a vibração enquanto os óculos se erguem um pouco da pele com a força da gravidade. Acho que um pouco de borracha para criar fricção manterá os óculos fixos no nariz para que a vibração possa ser transferida para ele.

Espero obter algum feedback sobre os óculos. Não sei se os óculos vão ajudar as pessoas, mas vamos ter que ver. É disso que se trata os protótipos: viabilidade, aprendizado e refinamentos.

Mais sensores poderiam ter sido adicionados ao design. Escolhi usar um para este protótipo porque acho que mais de um motor de vibração será mais difícil para o usuário discernir. Mas pode ter sido uma boa ideia ter dois sensores apontando a partir dos olhos. Então, usando dois motores, você pode vibrar cada lado dos óculos. Você também pode usar áudio alimentado para cada ouvido em vez de vibração. Mais uma vez, a ideia é experimentar um protótipo e obter alguma experiência.

Se você chegou até aqui, obrigado pela leitura!