Ultrasonic Batgoggles: 14 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Gostaria de ser morcego? Quer experimentar a ecolocalização? Quer tentar "ver" com seus ouvidos? No meu primeiro Instructable, mostrarei como construir seus próprios batgoggles ultrassônicos usando um clone de microcontrolador Arduino, sensor ultrassônico Devantech e óculos de soldagem por cerca de US $ 60 ou menos se você já tiver componentes eletrônicos padrão. Você também pode pular os eletrônicos e fazer uma máscara de morcego simples perfeita para usar no próximo filme do Batman. Nesse caso, o custo seria de apenas US $ 15. Esses óculos permitem que você experimente como é usar pistas auditivas como um morcego e são destinados a crianças em um ambiente de centro de ciências para aprender sobre a ecolocalização. O objetivo era manter os custos o mais baixo possível, evitar que a forma da interação fosse genérica ou não relacionada ao seu propósito educacional e garantir que a forma física do dispositivo incorporasse o assunto. Para uma discussão mais completa de seu design, consulte a página do projeto. Para manter os custos e o tamanho baixos, um clone do Arduino é usado, mas este projeto funciona tão bem com microcontroladores Arduino pré-construídos. Curso de Pesquisa e Design Centrado no Usuário Dinâmico "no programa de Artes, Mídia e Engenharia da Universidade Estadual do Arizona.

Etapa 1: Materiais Necessários

-Arduino ou microcontrolador comparável * (se você tiver dinheiro, pode comprar o Arduino mini / nano ou usar um boarduino, caso contrário, mostrarei como fazer um clone pequeno e barato do Arduino para este projeto.) - Óculos de soldagem (os meus são Marca "Neiko" e são facilmente encontrados no eBay como "óculos de soldagem flip up" por 3-10 dólares enviados, este tipo específico funciona muito bem) -Devantech SRF05 Ultrasonic Sensor (ou outro sensor comparável - no entanto, o SRF05 tem um baixo consumo de energia de 4mA e ótima resolução de 3 cm a 4 metros, custa cerca de US $ 30) - algo para fazer orelhas (usei cones de plástico, veja também: "Como construir uma fantasia de morcego melhor") - algum tipo de invólucro para eletrônicos-Tubo flexível preto convoluto com costura dividida de 3/8 "(para ocultar os fios de conexão) -buzzer piezo que pode funcionar em fios variados de 5v-9v-lata de spray plasti-dip (preto) Microcontrolador Eletrônico (esses componentes podem ser ignorados se estiver usando um controlador pré-construído) - Arduino programado Atmega8 ou chip DIP 168.- um Arduin sobressalente o placa ou programador ArduinoMini USB - Pequena placa PC (disponível na Radioshack) - Conector de bateria de 9V (disponível na Radioshack) - regulador de tensão 7805 5v - cristal de 16 MHz (disponível @ sparkfun) - dois capacitores de 22pF (disponível @ sparkfun) - 10 microF capacitor eletrolítico - 1 capacitor eletrolítico microF - resistor de 1k e 1 LED (opcional, mas altamente recomendado) - transistor 2N4401 (opcional) - conectores fêmea e macho (opcional) - Soquete DIP de 28 pinos ou dois soquetes DIP de 14 pinos (opcional) - pequeno placa de ensaio para prototipagem (opcional) Os componentes eletrônicos também podem ser obtidos em www.digikey.com ou www.mouser.com Ferramentas e suprimentos que você pode precisar-ferro de solda-pistola de cola quente-Dremel-news papel-fita adesiva-lixa-fio strippers etc.

Etapa 2: projetar algumas orelhas

Você é livre para usar sua imaginação para construir seus ouvidos. Nenhum óculos de proteção para morcego deve ser o mesmo! Usei cones de plástico que são usados para fisioterapia, que por acaso tínhamos um grande estoque em nosso laboratório. Mas este tutorial oferece outra opção interessante para orelhas de morcego. Primeiro, desenhei um oval com uma ponta afiada e recortei com uma Dremel. Guardei a peça cortada para usar na parte interna da orelha.

Etapa 3: corte as orelhas

Cortei as peças cortadas do cone com a Dremel, para que fossem menores e colei-as a quente no interior das peças maiores do cone. Eles não se encaixaram exatamente, mas depois de segurá-los no lugar com as mãos, a cola quente os segurou no lugar muito bem. Se você deixar espaço suficiente sob as orelhas, poderá facilmente embutir os componentes eletrônicos dentro da orelha, uma para o controlador e outra para a bateria. Infelizmente, não deixei espaço suficiente e tive que usar um invólucro externo. Por favor, tome cuidado para não se queimar ao usar uma pistola de cola quente !!! Você também pode derreter facilmente os cones de plástico por acidente.

Etapa 4: preparar óculos

Os óculos de proteção que comprei eram de uma cor aqua brilhante, nada parecida com um morcego. Para deixar os óculos mais extravagantes, retire as lentes (primeiro remova a peça do nariz), lixe-as e borrife Plasti Dip spray para dar-lhes uma textura de borracha de couro agradável. Antes de pintar, mascarei o interior dos óculos e as partes que tocam a pele com fita adesiva. Eu também não apliquei nenhuma tinta no bocal porque a tinta reduz um pouco a flexibilidade do material dos óculos e o bocal é necessário para manter os óculos juntos. Você também vai querer lixar e borrifar as orelhas. O pó de plástico lixado é desagradável para os pulmões e os olhos, portanto, use uma máscara e óculos de segurança para essas etapas. Pulverizei cerca de 3 camadas com cerca de 10-15 minutos entre as camadas para obter uma textura uniforme. Quando molhada, a tinta parece brilhante, mas seca para uma textura fosca.

Etapa 5: montar eletrônicos

Essas etapas são opcionais se você usar um microcontrolador Arduino já construído. No entanto, como você está usando apenas uma pequena quantidade de seus recursos, faz mais sentido fazer uma versão simples de um Arduino que seja muito menor e mais barata de reproduzir. Esta seção pode ser um pouco difícil para alguém sem experiência em eletrônica, mas deve ser fácil para quem montou um kit eletrônico simples. Um esboço "esquemático" da eletrônica está anexado. O esquema é altamente derivado do esquema autônomo Atmega8 de David A. Mellis. Se houver interesse farei um Instructable dedicado para esta etapa. O circuito de força desacoplado é do livro Physical Computing de Tom Igoe. Incluí a imagem da versão da placa PC (com sensor / campainha não conectado), bem como uma versão de prototipagem construída em uma placa de ensaio para referência. A versão breadboard também mostra como conectar a placa Arduino como um programador USB para o chip microcontrolador. Como usei um soquete DIP para o chip, também posso remover o chip e colocá-lo em uma placa Arduino para programá-lo, mas pode ser complicado puxar o chip sem dobrar todos os pinos - é por isso que incluí a fêmea pinos de cabeçalho para o tx / rx. Mesmo que a placa seja muito apertada, você pode ver que todos os pinos do controlador têm uma placa de solda disponível para conexão. Como eles não são necessários para este projeto, não soldei os conectores fêmeas aos pinos não usados, mas se fossem, você teria todos os recursos de um Arduino Diecimilia, exceto USB on-board em um pacote muito pequeno. A largura da placa é aproximadamente a metade da placa Diecimilia e aproximadamente o mesmo comprimento. (aqui está uma configuração semelhante.) É opcional usar um transistor para alimentar a campainha, o Arduino pode fornecer corrente suficiente do próprio pino. No entanto, o uso do transistor permite que você use outros dispositivos de produção de som além de uma campainha, se houver.

Etapa 6: Prepare a campainha e os fios do sensor

O sensor ultrassônico e a campainha precisam de fios longos para passar dos óculos aos componentes eletrônicos. O sensor ultrassônico requer 4 fios (5v, terra, eco, gatilho) e o buzzer requer dois fios (saída digital do controlador, terra). Com algum planejamento, você pode usar um cabo de fita de 5 fios, se tiver um, e compartilhar a conexão de aterramento entre a campainha e o sensor. Eu só tinha uma fita de 4 fios, então usei isso para o sensor ultrassônico e usei um cabo de dois fios para a campainha. Como a campainha tem dois conectores, soldei uma fileira de conectores fêmeas aos dois fios no espaçamento correto, dessa forma posso remover facilmente a campainha piezoelétrica, se necessário. O sensor tem alguns orifícios de solda para soldar nos quais você deve ir e usar. Certifique-se de usar o lado correto, os furos do outro lado são para programação do sensor e não funcionam!

Etapa 7: finalizar os fios

Em seguida, solde os pinos macho do conector na outra extremidade dos fios. (Eles se conectarão ao microcontrolador.)

Etapa 8: Fazer upload do código

Para fazer o upload do código, conecte os pinos 5v, terra, TX, RX na placa do PC aos mesmos pinos em uma placa Arduino com chip removido usando alguns fios. Em seguida, conecte o pino de reinicialização na placa PC ao local em que o pino 13 ficaria no soquete DIP na placa Arduino. Se isso for confuso, consulte a imagem que é replicada, exceto com um Arduino Mini. Em seguida, basta passar o código anexado no editor Arduino (ou navegar e abrir o arquivo.pde no Arduino após o download) e selecionar a porta serial apropriada e o chip Arduino que você está usando e pressionar o botão de upload. O código funciona reproduzindo bipes e em seguida, variando o intervalo entre bipes com base na distância medida pelo sensor. Portanto, se você estiver perto de um objeto, o intervalo entre os bipes diminui e os bipes ocorrem mais rapidamente. Se você estiver longe de um objeto, o intervalo entre bipes aumenta para que os bipes ocorram mais lentamente. O controlador verifica a distância a cada 60ms, então o intervalo entre bipes muda dinamicamente. Atualmente ele é dimensionado para que 1 polegada faça uma diferença de 10 ms no intervalo entre bipes. Isso faz com que os óculos funcionem melhor em distâncias menores, mas pode ser aumentado para funcionar melhor em distâncias maiores. Eu tentei um escalonamento exponencial que aumentou o alcance em distâncias mais próximas (usando fscale, mas não pareceu mudar muito a resposta em troca de toneladas de código, então eu o descartei.) Como o tempo que leva para ler, a distância depende de a distância do objeto sendo detectado (o sensor retorna pulsos de até 30ms de comprimento), o código mede o tempo que levou para obter a leitura e compensa os tempos de atraso por essa quantidade. Cada linha do código é comentada e é (com sorte) própria -explanatório.

Etapa 9: coloque os eletrônicos em um gabinete

Corte o tubo convoluto para que tenha o comprimento certo dos óculos até a mão ou bolso de alguém. Coloque os fios de conexão ao sensor ultrassônico e à campainha piezoelétrica dentro do tubo convoluto de costura dividida. Faça um furo em seu gabinete que possa se encaixar no tubo convoluto. Fiz isso usando uma abordagem de tentativa e erro começando com um tamanho pequeno e aumentando o diâmetro até que o tubo se encaixasse perfeitamente. Passe os fios pelo orifício e, em seguida, aperte o tubo convoluto. Meus cabos são um pouco longos, então tive que dobrá-los para caber. Algum velcro prende a placa de circuito ao gabinete.

Etapa 10: conectar os fios

Agora você pode usar os pinos do conector macho nas pontas dos fios e conectar aos pinos apropriados na placa do PC (use o esquema!). Se você estiver usando seu próprio Arduino, use os mesmos mapeamentos de pinos do esquema.

Etapa 11: Fechar o gabinete

Este gabinete tinha parafusos para mantê-lo fechado, mas outros gabinetes (estanho altoids?) Podiam simplesmente fechar. Como não tinha certeza se estava funcionando, usei fita adesiva para mantê-lo fechado por enquanto.

Etapa 12: prenda as orelhas

Para prender as orelhas, temos primeiro de colocar duas ranhuras verticais com a dremel nas orelhas para a correia passar.

Etapa 13: Prendendo as orelhas, continuação

Depois de passar as alças nas orelhas, usei velcro para prender as orelhas nos óculos. Isso acabou sendo um pouco instável, mas altamente ajustável para direcioná-los para o caminho certo. Colá-los teria sido mais permanente, mas o Velcro sobreviveu a várias demos. O sensor ultrassônico de alguma forma era o ajuste perfeito para ser colocado no mecanismo de travamento para a capacidade de flip dos óculos. Você tem que puxar um pouco a armação de borracha da lente de plástico para fora da parte superior para liberar espaço e o sensor se encaixar perfeitamente. O sensor às vezes salta para fora, então um pouco de cola pode consertá-lo para sempre. Infelizmente, esse método de fixação torna impossível virar as lentes para cima.

Etapa 14: experimente a ecolocalização

Conecte uma bateria, coloque o gabinete no bolso e explore! Quanto mais você se aproxima dos objetos em sua linha de visão, mais rápido ele emite um sinal sonoro, quanto mais longe você chega, mais lento ele emite um sinal sonoro. Não use em ambientes perigosos ou no trânsito! Esses óculos são apenas para fins educacionais e destinados a ambientes controlados, uma vez que se destinam a bloquear sua visão periférica e a visão normal, de modo que você depende mais de pistas auditivas. Não sou responsável por quaisquer ferimentos resultantes do uso destes óculos! Obrigado! Como ele é baseado no Arduino, você pode adicionar facilmente um módulo Zigbee ou blueSMIRF para fazer a interface sem fio com computadores. O trabalho futuro pode ser adicionar um dial para ajustar a sensibilidade e adicionar um botão liga / desliga.

Segundo Prêmio no Concurso de Robôs Instructables e RoboGames