Alarma táctil facial: 4 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Tocarnos la cara es una de las formas más comunes en que nos infectamos con virus como Covid-19. Un estudio académico en 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) encontró que nos tocamos la cara un promedio de 23 veces por hora. Decidí diseñar un dispositivo de bajo costo y bajo consumo que te alertaría cada vez que estuvieras a punto de tocarte la cara. Este prototipo en bruto podría perfeccionarse muy fácilmente y, aunque es poco probable que desee usarlo todo el día, podría ser una buena forma de entrenarlo para reducir el contacto facial y, por lo tanto, reducir la propagación del virus.

La mayoría de las formas de detección de movimiento utilizan acelerómetros o procesamiento de imágenes. Estos son relativamente caros, requieren energía continua y, por lo tanto, también una batería relativamente grande. Quería hacer un dispositivo que solo consumiera energía cuando el comportamiento lo desencadena, y que se pudiera fabricar en casa por menos de $ 10.

El dispositivo tiene tres partes. Un collar y dos pequeñas bandas elásticas en cada muñeca. Utiliza el principio de que un imán que se mueve cerca de una bobina de alambre genera una corriente eléctrica en el alambre. Cuando la mano se mueve hacia la cara, el imán de la muñeca genera un pequeño voltaje a través de la bobina. Esto se amplifica y si es más alto que cierto umbral, enciende un pequeño zumbador.

Suministros

• 100-200 metros de cable de solenoide. La mayoría de los cables son demasiado gruesos. El cable del solenoide está aislado con una capa muy fina de barniz para que pueda hacer muchas vueltas en la bobina mientras la mantiene relativamente pequeña y liviana. Usé 34 AWG, que tiene aproximadamente 0,15 mm de diámetro
• Bridas para cables o cinta adhesiva
• Un amplificador operacional de baja potencia de suministro único. Necesita poder operar a 3V. Usé un Microchip MCP601.
• 2 resistencias (1M, 2K)
• Resistencia recortadora 2K
• Un zumbador piezoeléctrico de 3 a 5 V
• Cualquier transistor npn básico (usé un 2N3904)
• Algún veroboard
• CR2032 (o cualquier batería de tipo botón de 3 V)
• 2 pequeños imanes potentes
• 2 bandas de goma gruesas o algún material de soporte de compresión (como calcetines de compresión)

Paso 1: enrolle la bobina

La bobina debe ser una pieza continua de alambre, por lo que, desafortunadamente, no se puede enganchar y desenganchar como un collar. Por lo tanto, es importante que el diámetro de la bobina sea lo suficientemente grande para que pueda pasarlo por encima de la cabeza. Envolví el mío alrededor de un formador circular (una papelera) con un diámetro de unos 23 cm (9 pulgadas). Cuanto más vueltas, mejor. Perdí la cuenta de cuántos hice, pero al probar la resistencia eléctrica al final creo que terminé con alrededor de 150 vueltas.

Tome la bobina del primero con cuidado y asegure la bobina con bridas o cinta adhesiva. Es importante no romper ninguno de los delicados cables del solenoide, ya que será casi imposible de reparar. Cuando tenga la bobina asegurada, busque los dos extremos del cable y retire el barniz del último cm (última media pulgada) de cada extremo. Hice esto derritiendo el barniz con un soldador (vea el video adjunto).

Haga clic aquí para ver el video sobre cómo pelar el cable del solenoide

Estos extremos se pueden soldar delicadamente a la placa de circuito del detector. Para mi prototipo, soldé los extremos a una pequeña pieza de veroboard separada con un conector hembra, para poder experimentar y usar cables de puente para conectarlo a diferentes diseños de circuitos.

Paso 2: construya el circuito del detector

El circuito esquemático y final se muestran arriba.

Utilizo un amplificador operacional en una configuración no inversora para amplificar el voltaje muy pequeño generado a través de la bobina. La ganancia de este amplificador es la relación de resistencias de R1 y R2. Debe ser lo suficientemente alto para detectar el imán cuando se mueve a unos 10 cm del borde de la bobina de forma relativamente lenta (aproximadamente 20-30 cm / s), pero si lo hace demasiado sensible, puede volverse inestable y el zumbador sonará continuamente.. Dado que el número óptimo dependerá de la bobina real que construya y del imán que use, le recomiendo que construya el circuito con una resistencia variable que se puede configurar en cualquier valor hasta 2K. En mi prototipo encontré que un valor de aproximadamente 1.5K funcionaba bien.

Dado que la bobina también captará ondas de radio perdidas de varias frecuencias, incluí un condensador en R1. Esto actúa como un filtro de paso bajo. En cualquier frecuencia superior a unos pocos hercios, la reactancia de este condensador es mucho menor que el valor de R1 y, por lo tanto, la amplificación disminuye.

Dado que la ganancia es tan alta, la salida del amplificador operacional realmente solo estará "encendida" (3V) o "apagada" (0V). Inicialmente, dado que el MCP601 puede generar 20 mA, pensé que podría conducir un zumbador piezoeléctrico directamente (estos requieren solo unos pocos mA para funcionar). Sin embargo, descubrí que el amplificador operacional tenía problemas para conducirlo directamente, probablemente debido a la capacitancia del zumbador. Resolví esto alimentando la salida de la salida a través de una resistencia a un transistor npn que actúa como un interruptor. Se elige R3 para asegurarse de que el transistor esté completamente encendido cuando la salida del amplificador operacional sea de 3V. Para minimizar el consumo de energía, idealmente, esto debería ser lo más alto posible y aún así asegurarse de que el transistor esté encendido. Elegí 5K para asegurarme de que este circuito debería funcionar con casi cualquier transistor npn popular.

Lo último que necesitas es una batería. Pude ejecutar mi prototipo con éxito con una batería de celda de moneda de 3 V, pero era aún más sensible y eficaz a un voltaje ligeramente más alto, por lo que si puede encontrar una pequeña batería de li-polietileno (3,7 V), recomendaría usarla.

Paso 3: haz las muñequeras

Si se lleva un imán cerca de cada mano, la acción de levantar la mano hacia la cara activará el timbre. Decidí crear dos muñequeras con material de soporte elástico y las usé para mantener dos pequeños imanes en mi muñeca. También puede experimentar con un anillo magnético en un dedo de cada mano.

La corriente inducida fluye en una dirección alrededor de la bobina cuando el imán entra en la región de la bobina y en la dirección opuesta cuando sale. Debido a que el circuito prototipo es intencionalmente simple, solo una dirección de corriente activará el zumbador. Entonces zumbará cuando la mano se acerque al collar o cuando se aleje. Obviamente queremos que suene de camino a la cara y podemos cambiar la polaridad de la corriente generada girando el imán. Así que experimente con la forma en que suena el timbre cuando la mano se acerca a la cara y marque el imán para que recuerde usarlo de la manera correcta.

Paso 4: prueba

El tamaño de la corriente inducida está relacionado con la rapidez con que cambia el campo magnético cerca de la bobina. Por lo tanto, es más fácil captar movimientos rápidos cerca de la bobina que movimientos lentos lejos de ella. Con un poco de prueba y error, pude hacer que funcionara de manera confiable cuando moví el imán a aproximadamente 30 cm / s (1 pie / s) a una distancia de 15 cm (6 pulgadas). Un poco más de ajuste mejoraría esto en un factor de dos o tres.

Todo es un poco burdo en este momento ya que el prototipo usa componentes de "orificio pasante", pero toda la electrónica podría encogerse fácilmente usando componentes de montaje en superficie y el tamaño límite sería solo la batería.