Detector de parpadeo de luz: 3 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Siempre me ha fascinado el hecho de que la electrónica nos acompañe. Está en todas partes. Cuando hablamos de fuentes de luz (no las naturales como las estrellas), tenemos que tener en cuenta varios parámetros: Brillo, color y, en el caso de que sea la pantalla del PC de la que estamos hablando, la calidad de la imagen.

La percepción visual de la luz o el brillo de la fuente de luz electrónica se puede controlar de varias formas cuando la más popular es la Modulación de ancho de pulso (PWM). Simplemente encienda y apague el dispositivo muy rápido para que los transitorios parezcan "invisibles" para el ojo humano. Pero, como parece, no es demasiado bueno para los ojos humanos para un uso prolongado.

Cuando tomamos, por ejemplo, la pantalla de una computadora portátil y reducimos su brillo, puede parecer más oscura, pero hay muchos cambios en la pantalla, parpadeando. (Se pueden encontrar más ejemplos sobre esto aquí)

Me inspiró mucho una idea de este video de YouTube, la explicación y la simplicidad son simplemente fantásticas. Al conectar dispositivos simples disponibles en el mercado, existe la posibilidad de construir un dispositivo de detección de parpadeo totalmente portátil.

El dispositivo que estamos a punto de construir es un detector de parpadeo de fuente de luz, que utiliza una pequeña batería solar como fuente de luz y consta de los siguientes bloques:

1. Pequeño panel solar
2. Amplificador de audio integrado
3. Vocero
4. Jack para conexión de auriculares, si queremos probar con mayor sensibilidad
5. Batería recargable de iones de litio como fuente de alimentación
6. Conector USB tipo C para conexión de carga
7. Indicador LED de encendido

Suministros

Componentes electrónicos

• Amplificador de potencia de audio integrado
• Altavoz de 8 ohmios
• Batería de iones de litio de 3.7V 850mAh
• Conector de audio de 3,5 mm
• Mini batería solar policristalina
• TP4056 - Tarjeta de carga de iones de litio
• LED RGB (paquete TH)
• 2 resistencias de 330 ohmios (paquete TH)

Componentes mecánicos

• Perilla del potenciómetro
• Caja impresa en 3D
• 4 tornillos de 5 mm de diámetro

Instrumentos

• Soldador
• Pistola de silicona
• destornillador Phillips
• Alambre de un solo núcleo
• Impresora 3D (opcional)
• Alicates
• Pinzas
• Cortador

Paso 1: teoría de funcionamiento

Como se mencionó en la introducción, el parpadeo causado por PWM. Según wikipedia, el ojo humano puede captar hasta 12 fotogramas por segundo. Si la velocidad de fotogramas supera ese número, se considera movimiento para la visión humana. Por lo tanto, si se observa un cambio rápido de objeto, vemos su intensidad promedio en lugar de la secuencia de fotogramas separados. Hay un núcleo de la idea de PWM en los circuitos de control de brillo: debido a que solo podemos ver la intensidad promedio de una velocidad de fotogramas superior a 12 fps (nuevamente, según wikipedia), podemos ajustar fácilmente el brillo (ciclo de trabajo) de la fuente de luz a través de períodos de tiempo cambiantes, cuando la luz está encendida o apagada (Más sobre PWM), donde la frecuencia de conmutación es constante y es mucho mayor que 12Hz.

Este proyecto describe un dispositivo, cuyo volumen y frecuencia de sonido son proporcionales al ruido parpadeante causado por PWM.

Mini panel policristalino

El propósito principal de estos dispositivos es transformar la energía derivada de la fuente de luz en energía eléctrica, que se puede recolectar fácilmente. Una de las propiedades clave de esta batería, es que si la fuente de luz no proporciona una intensidad constante estable y cambia con el tiempo, se presentarán los mismos cambios en el voltaje de salida de este panel. Entonces, eso es lo que vamos a detectar: los cambios de intensidad a lo largo del tiempo.

Amplificador de audio

La salida que se produce desde el panel solar es proporcional al nivel de intensidad promedio (CC) con cambios adicionales en la intensidad a lo largo del tiempo (CA). Estamos interesados en detectar solo voltaje alterno, y la forma más fácil de lograrlo: conectar el sistema de audio. El amplificador de audio que se utilizó en este diseño es una PCB de suministro único, con condensadores de bloqueo de CC en cada lado, tanto de entrada como de salida. Entonces, la salida del panel solar está conectada directamente al amplificador de audio. El amplificador utilizado en este diseño ya tiene un potenciómetro con un interruptor de encendido / apagado incorporado, por lo que hay un control completo sobre la potencia del dispositivo y el volumen del altavoz.

Gestión de baterías de iones de litio

El circuito del cargador de batería de iones de litio TP4056 se agregó a este proyecto para que el dispositivo sea portátil y recargable. El conector USB-C actúa como entrada para el cargador, y la batería que se usó es de 850mAh, 3.7V, que es suficiente para los propósitos que necesitamos perseguir con este dispositivo. El voltaje de la batería actúa como fuente de alimentación principal para el amplificador de audio y, por lo tanto, para todo el dispositivo.

Altavoz como salida del sistema

El altavoz juega un papel principal en el dispositivo. Elegí uno de tamaño relativamente pequeño, con una sujeción firme al gabinete, por lo que también escucharía frecuencias más bajas. Como se mencionó anteriormente, la frecuencia y el volumen del altavoz se pueden definir de la siguiente manera:

f (Altavoz) = f (CA del panel solar) [Hz]

P (altavoz) = K * I (intensidad pico a pico de la señal de CA del panel solar) [W]

K: es un coeficiente de volumen

Conector de audio

Se utiliza Jack de 3,5 mm en el caso de que queramos conectar unos auriculares. En este dispositivo, el conector tiene una clavija de detección de conexión, que se desconecta de la clavija de señal cuando se enchufa el conector de audio. Fue diseñado de esta manera para proporcionar salida a una sola ruta en ese momento: altavoz O auriculares.

LED RGB

Aquí el LED tiene una doble función: se ilumina cuando el dispositivo se está cargando o cuando el dispositivo está encendido.

Paso 2: Caja - Diseño e impresión

La impresora 3D es una gran herramienta para carcasas y carcasas personalizadas. El cerramiento de este proyecto tiene una estructura muy básica con algunas características comunes. Vamos a ampliarlo paso a paso:

Preparación y FreeCAD

El gabinete se diseñó en FreeCAD (el archivo del proyecto está disponible para descargar en la parte inferior de este paso), donde se construyó primero el cuerpo del dispositivo y se construyó una cubierta sólida como una parte separada en relación con el cuerpo. Una vez diseñado el dispositivo, es necesario exportarlo como cuerpo y cubierta separados.

El mini panel solar está montado en la cubierta con un área de tamaño fijo, donde la región de corte está dedicada a los cables. Interfaz de usuario disponible en ambos lados: corte USB y orificios LED | Jack | Potenciómetro. El altavoz tiene su propia área dedicada, que es una serie de orificios en la parte inferior del cuerpo. La batería está junto al altavoz, hay un lugar para cada una de las partes, por lo que no tendremos que frustrarnos mientras ensamblamos el dispositivo por completo.

Rebanado y Ultimaker Cura

Dado que tenemos archivos STL, podemos proceder al proceso de conversión de G-Code. Hay muchos métodos para hacerlo, solo dejaré aquí los parámetros principales para imprimir:

• Software: Ultimaker Cura 4.4
• Altura de la capa: 0,18 mm
• Espesor de la pared: 1,2 mm
• No de capas superior / inferior: 3
• Relleno: 20%
• Boquilla: 0,4 mm, 215 * C
• Cama: vidrio, 60 * C
• Soporte: Sí, 15%

Paso 3: soldadura y ensamblaje

Soldadura

Mientras la impresora 3D está ocupada imprimiendo nuestro gabinete, cubramos el proceso de soldadura. Como puede ver en los esquemas, está simplificado al mínimo, es por eso que todas las partes que vamos a adjuntar están disponibles como bloques integrados independientes. Bueno, la secuencia es:

1. Soldadura de terminales de batería de iones de litio a los pines TP4056 BAT + y BAT-
2. Soldar VO + y VO- de TP4056 a terminales VCC y GND del amplificador de audio
3. Soldar el terminal "+" del pequeño panel solar al VIN (ya sea L o R) del amplificador de audio y "-" a la tierra del amplificador de audio
4. Conexión de LED bicolor o RGB a dos resistencias 220R con aislamiento adecuado
5. Soldar el primer ánodo LED al terminal del interruptor del amplificador de audio (la conexión debe realizarse en el terminal del interruptor). Se recomienda encarecidamente verificar qué terminal del interruptor en el lado inferior de la PCB está conectado a VCC: el que no lo está es nuestra opción
6. El segundo ánodo LED debe soldarse al ánodo de cualquiera de los dos LED SMD: tienen una conexión de ánodo común
7. Soldadura de cátodos LED a la TIERRA del amplificador de audio
8. Suelde los terminales de los altavoces a la salida del amplificador de audio (asegúrese de haber elegido el mismo canal en la entrada, IZQUIERDA o DERECHA)
9. Para forzar el estado de apagado del altavoz, suelde los terminales de clavija estéreo de 3,5 mm que impiden el flujo de corriente a través del altavoz.
10. Para que los auriculares produzcan sonido en cada lado, L y R, cortocircuite los terminales descritos en el paso anterior juntos.

Montaje

Después de imprimir el gabinete, se recomienda ensamblar parte por parte con respecto a la altura de la parte:

1. Hacer un marco con pegamento caliente de acuerdo con el perímetro interior de la cubierta y colocar el panel solar allí
2. Fijación del potenciómetro con una tuerca y una arandela en el lado opuesto
3. Pegar altavoz con pegamento caliente
4. Pegar la batería con pegamento caliente
5. Encolado de conectores de 3,5 mm con pegamento termofusible
6. Pegar la batería con … pegamento caliente
7. Pegado de TP4056 con USB apuntando fuera de su región de corte dedicada con pegamento caliente
8. Poner una perilla en un potenciómetro
9. Fijación tapa y cuerpo con cuatro tornillos

Pruebas

¡Nuestro dispositivo está configurado y listo para funcionar! Para comprobar el dispositivo correctamente, es necesario encontrar una fuente de luz que pueda proporcionar una intensidad alternativa. Recomiendo usar el control remoto por infrarrojos, ya que proporciona una intensidad alterna cuya frecuencia se encuentra en la región del ancho de banda de la audición humana [20Hz: 20KHz].

No olvide probar todas sus fuentes de luz en casa.

¡Gracias por leer!:)