Óculos de treinamento de oclusão alternada de alta tensão [ATtiny13]: 5 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

No meu primeiro instrutível, descrevi como construir um dispositivo que deve ser bastante útil para alguém que deseja tratar a ambliopia (olho preguiçoso). O design era muito simplista e tinha algumas desvantagens (exigia o uso de duas baterias e os painéis de cristal líquido eram acionados por baixa tensão). Decidi melhorar o design adicionando multiplicador de tensão e transistores chaveadores externos. Maior complexidade exigia o uso de componentes SMD.

Etapa 1: isenção de responsabilidade

O uso de tal dispositivo pode causar ataques epilépticos ou outros efeitos adversos em uma pequena parte dos usuários do dispositivo. A construção de tal dispositivo requer o uso de ferramentas moderadamente perigosas e pode causar danos ou danos à propriedade. Você constrói e usa o dispositivo descrito por sua própria conta e risco

Etapa 2: Peças e Ferramentas

Peças e materiais:

óculos 3D com obturador ativo

ATTINY13A-SSU

Interruptor de botão de pressão de 18x12mm ON-OFF (algo como este, o interruptor que usei tinha cabos retos e mais estreitos)

2 botões de interruptor tátil SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V capacitor de tântalo caso A 1206

Capacitor 100 nF 0805

3x 330 nF 0805 capacitor

4x SS14 DO-214AC (SMA) diodo schottky

10k 0805 resistor

15k 1206 resistor

22k 1206 resistor

Resistor 9x 27ohm 0805

3 resistor 100k 1206

6x transistor BSS138 SOT-23

3 transistor BSS84 SOT-23

Placa revestida de cobre 61x44mm

alguns pedaços de arame

Bateria 3V (CR2025 ou CR2032)

fita isolante

fita adesiva

Ferramentas:

cortador diagonal

alicate

chave de fenda plana

chave de fenda phillips pequena

pinças

faca utilitária

serra ou outra ferramenta que pode cortar PCB

Broca de 0,8 mm

ferramenta de perfuração ou ferramenta rotativa

persulfato de sódio

recipiente de plástico e ferramenta de plástico que pode ser usada para retirar o PCB da solução de corrosão

estação de solda

solda

folha de alumínio

Programador AVR (programador autônomo como USBasp ou você pode usar ArduinoISP)

impressora a laser

papel brilhante

ferro de passar roupas

Lixa seca / úmida de grão 1000

limpador de creme

solvente (por exemplo, acetona ou álcool isopropílico)

fabricante permanente

Etapa 3: Fazendo PCB usando o método de transferência de toner

Você precisa imprimir uma imagem espelhada de F. Cu (frente) em papel brilhante usando uma impressora a laser (sem nenhuma configuração de economia de toner ativada). As dimensões externas da imagem impressa devem ser 60,96 x 43,434 mm (ou o mais próximo possível). Usei uma placa revestida de cobre de um lado e fiz conexões do outro lado com fios finos, então não precisei me preocupar em alinhar duas camadas de cobre. Você pode usar PCB de lado duplo, se quiser, mas as próximas instruções serão apenas para PCB de lado único.

Corte o PCB no tamanho da imagem impressa, você pode adicionar alguns mm de cada lado do PCB, se desejar (certifique-se de que o PCB caiba nos seus óculos). Em seguida, você precisará limpar a camada de cobre com uma lixa fina úmida e, em seguida, remover as partículas deixadas pela lixa com um limpador de creme (você também pode usar detergente ou sabão). Em seguida, limpe-o com solvente. Depois disso, você deve ter muito cuidado para não tocar no cobre com os dedos.

Coloque a imagem impressa no topo do PCB e alinhe-o com a placa. Em seguida, coloque o PCB em uma superfície plana e cubra com o ferro de passar na temperatura máxima. Após um curto período de tempo, o papel deve aderir ao PCB. Mantenha o ferro pressionado contra o PCB e o papel, de vez em quando você pode mudar a posição do ferro. Espere pelo menos alguns minutos, até que o papel mude de cor para amarelo. Em seguida, coloque o PCB com papel na água (você pode adicionar um creme de limpeza ou detergente para a loiça) por 20 minutos. Em seguida, esfregue o papel do PCB. Se houver lugares onde o toner não grudou no cobre, use um marcador permanente para substituir o toner.

Misture água doce com persulfato de sódio e coloque o PCB na solução de corrosão. Tente manter a solução a 40 ° C. Você pode colocar um recipiente de plástico em cima do radiador ou outra fonte de calor. De vez em quando, misture a solução no recipiente. Espere até que o cobre descoberto se dissolva completamente. Quando terminar, remova o PCB da solução e enxágue-o com água. Remova o toner com acetona ou lixa.

Faça furos no PCB. Usei o parafuso como punção central para marcar os centros dos orifícios antes de perfurar.

Etapa 4: Microcontrolador de soldagem e programação

Cubra as trilhas de cobre na solda. Se alguma trilha foi dissolvida na solução de corrosão, substitua-a por fios finos. Solda ATtiny para PCB, bem como fios que irão conectar o microcontrolador a um programador. Carregue hv_glasses.hex, mantenha os bits de fusível padrão (H: FF, L: 6A). Usei USBasp e AVRDUDE. O upload do arquivo.hex exigia que eu executasse o seguinte comando:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U flash: w: hv_glasses.hex

Você pode notar que eu precisei mudar o valor -B (bitclock) de 8 que usei para programar ATtiny em meu primeiro instructable para 16. Isso retarda o processo de upload, mas às vezes é necessário permitir a comunicação correta entre o programador e o microcontrolador.

Depois de fazer o upload do arquivo.hex para ATtiny, desolder os fios do programador do PCB. Solda o resto dos componentes, exceto o volumoso interruptor SW1 ON / OFF e os transistores. Faça as conexões do outro lado da placa com fios. Cubra todo o PCB, exceto as almofadas do transistor, com folha de alumínio para proteger os MOSFETs contra descarga eletrostática. Certifique-se de que sua estação de solda esteja devidamente aterrada. As pinças que você usa para colocar os componentes devem ser antiestáticas ESD. Usei uma pinça velha que estava por aí, mas conectei ao aterramento com fio. Você pode soldar os transistores BSS138 primeiro e cobrir a placa de circuito impresso com mais folha quando estiverem prontos, porque os MOSFETs BSS84 do canal P são particularmente vulneráveis à descarga eletrostática.

Solde SW1 por último, incline seus terminais para que se pareçam com diodos SS14 ou capacitores de tântalo. Se os cabos SW1 forem mais largos do que os pads na placa de circuito impresso e eles entrarem em curto-circuito com outras trilhas, corte-os para que não causem problemas. Use uma quantidade decente de solda ao unir o SW1 com o PCB, pois a fita que manterá o PCB e a moldura dos óculos irá diretamente sobre o SW1 e poderá colocar um pouco de tensão nas juntas de solda. Eu não coloquei nada em J1-J4, os fios do painel LC serão soldados diretamente ao PCB. Quando terminar, solde os fios que irão para a bateria, coloque a bateria entre eles e prenda tudo no lugar com fita isolante. Você pode usar o multímetro para verificar se o PCB completo gera voltagens variáveis nos blocos J1-J4. Caso contrário, meça as tensões nos estágios anteriores, verifique se há algum curto-circuito, fios desconectados, trilhas interrompidas. Quando seu PCB gera tensões em J1-J4 que oscilam entre 0 V e 10-11 V, você pode soldar painéis LC em J1-J4. Você faz soldas ou medições somente quando a bateria está desconectada.

Quando tudo é montado do ponto de vista elétrico, você pode cobrir a parte de trás do PCB com fita isolante e unir o PCB com armação de óculos, colocando fita ao redor deles. Oculte os fios que conectam os painéis LC ao PCB no lugar onde estava a tampa original da bateria.

Etapa 5: Visão geral do projeto

Do ponto de vista do usuário, os óculos de treinamento de oclusão alternada de alta tensão funcionam da mesma maneira que os óculos descritos no meu primeiro instrutível. SW2 conectado ao resistor de 15k altera a frequência dos dispositivos (2,5 Hz, 5,0 Hz, 7,5 Hz, 10,0 Hz, 12,5 Hz) e SW3 conectado ao resistor de 22k altera por quanto tempo cada olho está ocluído (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Depois de definir as configurações, você precisa esperar cerca de 10 segundos (10 segundos sem tocar em nenhum botão) para que sejam armazenados na EEPROM e carregados após desligar, na próxima inicialização do dispositivo. Pressionar os dois botões ao mesmo tempo define os valores padrão.

No entanto, usei apenas o pino PB5 (RESET, ADC0) de ATtiny como entrada. Estou usando o ADC para ler a tensão na saída do divisor de tensão feito de R1-R3. Posso mudar essa tensão pressionando SW2 e SW3. A tensão nunca é baixa o suficiente para acionar o RESET.

Os diodos D1-D4 e os capacitores C3-C6 formam uma bomba de carga Dickson de 3 estágios. A bomba de carga é acionada pelos pinos PB1 (OC0A) e PB1 (OC0B) do microcontrolador. As saídas OC0A e OC0B geram duas formas de onda quadradas de 4687,5 Hz que são deslocadas de fase em 180 graus (quando OC0A é ALTO, OC0B é BAIXO e vice-versa). Alterar as tensões nos pinos do microcontrolador empurra as tensões nas placas do capacitor C3-C5 para cima e para baixo na tensão + BATT. Os diodos permitem que a carga flua do capacitor cuja placa superior (aquele que está conectado a diodos) tem tensão mais alta para aquele cuja placa superior tem tensão mais baixa. É claro que os diodos funcionam apenas em uma direção, então a carga flui apenas em uma direção, então cada próximo capacitor na sequência carrega para uma tensão que é mais alta do que no capacitor anterior. Eu usei diodos Schottky, pois eles têm baixa queda de tensão direta. Sob nenhuma carga, a multiplicação da tensão é 3,93. Do ponto de vista prático, apenas a carga na saída da bomba de carga são resistores de 100k (a corrente flui por 1 ou 2 deles ao mesmo tempo). Sob essa carga, a tensão na saída da bomba de carga é 3,93 * (+ BATT) menos cerca de 1 V e a eficiência das bombas de carga é de aproximadamente 75%. D4 e C6 não aumentam a tensão, eles apenas reduzem as ondulações de tensão.

Os transistores Q1, Q4, Q7 e resistores de 100k convertem a baixa tensão das saídas do microcontrolador em tensão da saída da bomba de carga. Eu usei MOSFETs para conduzir os painéis LC porque a corrente flui através de suas portas apenas quando a tensão da porta muda. Os resistores de 27 ohms protegem os transistores de grandes correntes de porta de surto.

O dispositivo consome aproximadamente 1,5 mA.