Índice:
- Etapa 1: Requisitos
- Etapa 2: Visão geral do sistema
- Etapa 3: escolha de componentes
- Etapa 4: Design e simulação de circuito
- Etapa 5: Projetando o PCB
- Etapa 6: Configurando o Microcontrolador
- Etapa 7: Fazendo o Display funcionar
- Etapa 8: Impressão 3D
- Etapa 9: Interface de todos os componentes
- Etapa 10: Teste e demonstração do dispositivo
Vídeo: Sensor de campo magnético de 3 eixos: 10 etapas (com imagens)
2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-13 06:58
Os sistemas de transferência de energia sem fio estão prestes a substituir o carregamento convencional com fio. Variando de minúsculos implantes biomédicos até a recarga sem fio de enormes veículos elétricos. Uma parte integrante da pesquisa sobre energia sem fio é minimizar a densidade do campo magnético. A Comissão Internacional de Proteção contra Radiação Não Ionizante (ICNIRP) fornece aconselhamento científico e orientação sobre os efeitos da radiação não ionizante na saúde e no meio ambiente (NIR) para proteger as pessoas e o meio ambiente da exposição prejudicial a NIR. NIR refere-se à radiação eletromagnética, como ultravioleta, luz, infravermelho e ondas de rádio, e ondas mecânicas, como infravermelho e ultrassom. Os sistemas de carregamento sem fio produzem campos magnéticos alternados que podem ser prejudiciais para os seres humanos e animais presentes nas proximidades. Para ser capaz de detectar esses campos e minimizá-los em uma configuração de teste do mundo real, um dispositivo de medição de campo magnético como o Analisador Espectral Aaronia SPECTRAN NF-5035 é necessário. Esses dispositivos geralmente custam mais de US $ 2.000 e são volumosos e podem não ser capazes de alcançar espaços estreitos onde o campo precisa ser medido. Além disso, esses dispositivos geralmente têm mais recursos do que o necessário para medições de campo simples em sistemas de transferência de energia sem fio. Portanto, desenvolver uma versão menor e mais barata dos dispositivos de medição de campo seria de grande valor.
O projeto atual envolve o design de um PCB para detecção de campo magnético e também o design de um dispositivo adicional que pode processar os valores do campo magnético detectado e exibi-los em um display OLED ou LCD.
Etapa 1: Requisitos
O dispositivo tem os seguintes requisitos:
- Mede campos magnéticos alternados na faixa de 10 - 300 kHz
- Medir os campos com precisão até 50 uT (o limite de segurança definido pelo ICNIRP é 27 uT)
- Medir campos em todos os três eixos e obter sua resultante para encontrar o campo real em um determinado ponto
- Exibir o campo magnético em um medidor portátil
- Exibir um indicador de aviso quando o campo ultrapassar os padrões definidos pelo ICNIRP
- Inclui operação com bateria para que o dispositivo seja verdadeiramente portátil
Etapa 2: Visão geral do sistema
Etapa 3: escolha de componentes
Esta etapa é provavelmente a mais demorada, exigindo considerável paciência para escolher os componentes certos para este projeto. Como acontece com a maioria dos outros projetos eletrônicos, a escolha de componentes requer um exame cuidadoso das planilhas de dados para garantir que todos os componentes sejam compatíveis entre si e funcionem na faixa desejada de todos os parâmetros operacionais - neste caso específico, campos magnéticos, frequências, tensões, etc.
Os principais componentes escolhidos para o sensor de campo magnético PCB estão disponíveis na planilha Excel anexa. Os componentes usados para o dispositivo portátil são os seguintes:
- Microcontrolador Tiva C TM4C123GXL
- Visor LCD SunFounder I2C Serial 20x4
- Módulo de deslocamento bidirecional do conversor de nível lógico de 4 canais Cyclewet 3.3V-5V
- Pressionar no interruptor
- Interruptor de alternância de 2 posições
- 18650 célula de íon-lítio 3,7 V
- Carregador Adafruit PowerBoost 500
- Placas de circuito impresso (SparkFun snappable)
- Impasses
- Fios de conexão
- Pinos de cabeçalho
Os equipamentos necessários para este projeto são os seguintes:
- Dispositivo de solda e algum fio de solda
- Furar
- Cortador de arame
Etapa 4: Design e simulação de circuito
Etapa 5: Projetando o PCB
Uma vez que a operação do circuito é verificada no LTSpice, um PCB é projetado. Os aviões de cobre são projetados de forma que não interfiram no funcionamento dos sensores de campo magnético. A região cinza destacada no diagrama de layout do PCB mostra os planos de cobre no PCB. À direita, uma vista 3D da PCB projetada também é mostrada.
Etapa 6: Configurando o Microcontrolador
O microcontrolador escolhido para este projeto é o Tiva C TM4C123GXL. O código é escrito em Energia para fazer uso de bibliotecas de LCD existentes para a família de microcontroladores Arduino. Consequentemente, o código desenvolvido para este projeto também pode ser usado com um microcontrolador Arduino em vez do Tiva C (desde que você use as atribuições de pino corretas e modifique o código de acordo).
Etapa 7: Fazendo o Display funcionar
O display e o microcontrolador têm interface via comunicação I2C, que requer apenas dois fios além da fonte de + 5 V e do aterramento. Os trechos de código LCD disponíveis para a família Arduino de microcontroladores (bibliotecas LiquidCrystal) foram portados e usados no Energia. O código é fornecido no arquivo LCDTest1.ino anexado.
Algumas dicas úteis para a tela podem ser encontradas no vídeo a seguir:
www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4
Etapa 8: Impressão 3D
Uma caixa para o dispositivo portátil é projetada conforme mostrado na imagem acima. A caixa ajuda a manter as placas no lugar e os fios intactos. A caixa é projetada para ter dois recortes para os fios passarem, um recorte para os LEDs indicadores da bateria e um para cada chave seletora e botão de pressão. Os arquivos necessários estão anexados.
Etapa 9: Interface de todos os componentes
Meça as dimensões de todos os componentes disponíveis e faça o layout deles usando uma ferramenta gráfica como o Microsoft Visio. Depois de planejado o layout de todos os componentes, é uma boa ideia tentar colocá-los em suas posições para ter uma noção do produto final. Recomenda-se que as conexões sejam testadas após cada novo componente ser adicionado ao dispositivo. Uma visão geral do processo de interface é mostrada nas imagens acima. A caixa impressa em 3D dá uma aparência limpa ao dispositivo e também protege a parte eletrônica interna.
Etapa 10: Teste e demonstração do dispositivo
O vídeo embutido mostra a operação do dispositivo. O botão liga / desliga liga o dispositivo e o botão de pressão pode ser usado para alternar entre os dois modos de exibição.