Sistema de alerta de nivel de ruido inseguro: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

La cocina de diseño de ingeniería de Oshman (OEDK) es el espacio de creación más grande de la Universidad de Rice, y proporciona un espacio para que todos los estudiantes diseñen y prototipeen soluciones para los desafíos del mundo real. Para cumplir este propósito, el OEDK alberga una serie de herramientas eléctricas y maquinaria grande que producen ruidos fuertes y potencialmente peligrosos. Si bien la OEDK ha establecido con éxito una cultura de seguridad en torno a la protección ocular y los guantes, no ha podido establecer la misma cultura de seguridad en torno a la protección auditiva, debido al hecho de que los usuarios no están seguros de cuándo se requiere protección auditiva.

Nuestro equipo, Ring the Decibel, tiene como objetivo resolver este problema mediante el diseño, la construcción y la implementación de un sistema de alerta que advierte a los usuarios de OEDK que usen protección auditiva adecuada a niveles de sonido inseguros.

Paso 1: descripción general

Este dispositivo utiliza un microcontrolador Arduino Uno. Los datos de sonido analógico se reciben de un medidor de nivel de sonido por gravedad, se promedian y luego se utilizan para activar una salida de tira de LED digital. Las pantallas visuales incluyen un gradiente que muestra continuamente el nivel medio de decibelios y un par de auriculares que parpadea en rojo una vez que se alcanza un umbral de decibelios predeterminado.

La carcasa está hecha de dos placas de madera contrachapada separadas por dos placas circulares de madera contrachapada separadas por separadores de aluminio. Las pantallas de gradiente y de auriculares están creadas con acrílico mate. Todos los componentes electrónicos están montados en la placa posterior.

Desde las materias primas hasta el montaje en la pared, este dispositivo solo tarda menos de 2 horas en completarse. Aprendimos mucho sobre el suavizado de datos y el control de las tiras de LED a través de este proyecto y esperamos que se divierta construyéndolo.

Paso 2: Componentes y herramientas necesarios

El costo total de los materiales para este dispositivo es un poco menos de $ 100. Dado que nuestro equipo está construyendo este dispositivo en masa, pudimos comprar algunos materiales a granel para reducir el costo. Además, dado que estamos construyendo este dispositivo para y en un espacio de creación de ingeniería, ya teníamos acceso a muchos de los componentes y herramientas.

Las cantidades de los componentes que se enumeran a continuación son para un dispositivo.

Componentes

• 1x Arduino Uno (o microcontrolador similar) con cable USB
• 1x tablero de prototipos
• 1x Perfboard (opcional)
• 2x cables de puente rojo macho-macho
• 2x cables de puente rojo macho-hembra
• 2x cables de puente negro macho-macho
• 2x cables de puente negro macho-hembra
• 3 cables de puente azul macho-macho
• 2x cables de puente azul macho-hembra
• Adaptador de corriente 1x 5V 1A
• 1x medidor de nivel de sonido analógico de gravedad
• 1x tira de LED RGB WS2812B direccionable individualmente (al menos 20 LED)
• 6 pines de cabezal macho-macho
• 2x resistencias de 330 ohmios
• 24 "x 12" de contrachapado de abedul de 1/4"
• 7 "x 9" de acrílico de 1/4"
• 9 "x 9" de acrílico de 1/8 "(el ancho puede variar)
• 3x 1/4 "Hex / 2" 6-32 Separadores de aluminio hembra-hembra
• 6x 1/4 "Hex / 1 1/4" 6-32 Separadores de aluminio hembra-hembra
• Tornillos de cabeza plana de 18x 3/4 "6-32
• 18 x arandelas n. ° 6
• Separadores de nailon hembra-hembra M2.5 de 8 x 10 mm
• 4 x 25 mm M2.5 Separadores de nailon hembra-hembra
• 4 separadores de nailon M2.5 macho-hembra de 18 mm
• 24 tornillos M2.5 de 6 mm

Instrumentos

• IDE de Arduino
• Soldador (HAKKO FM-204) con soldadura
• Flux de colofonia
• Cortadora láser (EPILOG Fusion M2 40)
• Pegamento Acrílico
• Chorro de arena (opcional)
• Papel de lija
• Epoxi de 2 componentes
• Taladro inalambrico
• Broca de 5/32"
• Broca de 1/8"
• Broca avellanadora de 1/2 "82º
• Taladro de banco
• Broca de escariado n. ° 5
• Destornilladores
• Pistola de pegamento caliente con barras de pegamento

Paso 3: preparar los LED

Corte dos tiras de las tiras de LED direccionables individualmente en las marcas de la tira. Puede cortar la cantidad de LED que desee, solo asegúrese de reinicializar la cantidad de LED en el código más adelante. Usamos 10 LED por tira.

Suelde los pines del cabezal en cada una de las 3 conexiones, una de las tiras de LED. Asegúrese de soldar en el extremo de entrada de datos (DI). Repita para la otra tira de LED. Usamos un poco de fundente de colofonia cepillado en los conectores de la tira de LED para facilitar la soldadura.

Doble y doble una de las tiras de LED en forma de arco para que se ajuste a la curva de la pieza de degradado. Lo logramos creando un patrón ondulado con la tira de LED que podía curvarse sobre sí misma. Usando esta misma técnica, da forma a la otra tira de LED para que siga la curva de la pieza de los auriculares.

Paso 4: ensamble el circuito

Comience conectando el pin Arduino 5V al riel de alimentación en la placa de pruebas. Luego, conecte el pin del grupo Arduino al riel de tierra en la placa de pruebas.

Conexión de las tiras de LED

Conecte el pin digital 5 de Arduino al conector de entrada de datos (DI) en una tira de LED, agregando una resistencia de 330 Ohm entre el pin 5 y el conector DI. Conecte el riel de alimentación de la placa de pruebas en la placa de pruebas al pin del conector de 5 V en la tira de LED y conecte el riel de tierra de la placa de pruebas al conector GND en la tira de LED. Esta será la tira de LED para la pantalla de degradado.

Conecte el pin digital 6 de Arduino al conector DI en la otra tira de LED, agregando una resistencia de 330 Ohm entre el pin 6 y el conector DI. Conecte el riel de alimentación de la placa de pruebas en la placa de pruebas al pin del conector de 5 V en la tira de LED y conecte el riel de tierra de la placa de pruebas al conector GND en la tira de LED. Esta será la tira de LED para la pantalla de los auriculares.

Conexión del medidor de nivel de sonido por gravedad (el micrófono)

Conecte el pin analógico A0 de Arduino al puerto analógico del medidor de nivel de sonido Gravity. Conecte el riel de alimentación de la placa de pruebas en la placa de pruebas al puerto VCC de la placa Gravity y el riel de tierra de la placa de pruebas al puerto GND de la placa Gravity.

Transferencia del circuito a la placa de rendimiento (opcional)

Para mantener todos los componentes electrónicos en su lugar por más tiempo, nuestro equipo decidió mover nuestro circuito a una placa perf. Nuestro circuito no es muy complejo, por lo que utilizamos una sierra para metales para cortar una placa de perforación de 4 cm x 6 cm en una placa de 4 cm x 3 cm y perforamos nuevos orificios de montaje con una broca de 1/8 . Este paso es completamente opcional.

Paso 5: Edite y cargue el código

Descarga el código y ábrelo en el IDE de Arduino.

Compruebe que el valor definido para el número de LED en cada tira (NUM_LEDS_1 y NUM_LEDS_2) coincida con el número de LED que cortó para la primera tira de LED (el gradiente) y la segunda tira de LED (los auriculares). Si estos valores no coinciden, cambie el número en el código.

Verifique y cargue el código en su placa Arduino.

Paso 6: Prepare la carcasa de madera

Descargue el archivo de corte por láser de madera.

Corte con láser las placas frontal y posterior y 6 soportes LED de madera contrachapada de 1/4 utilizando los ajustes adecuados en su cortadora láser. Siéntase libre de cambiar el logo rasterizado en la placa frontal en cualquier diseño que desee.

En nuestra cortadora láser (EPILOG Fusion M2 40), usamos los siguientes ajustes:

• 4 velocidades, 100 de potencia, 10 frecuencias para corte vectorial
• 50 velocidades, 100 de potencia, 300 DPI para grabar en trama

Usamos un cortador láser porque tenemos acceso a uno en el OEDK, pero también puede descargar los archivos para usarlos como esquema para cortar las piezas con un enrutador CNC o una sierra de cinta.

Taladre 3 orificios con una broca de 5/32 "en la placa frontal en las ubicaciones que se muestran con las X rojas en la imagen. Debe haber un orificio entre el degradado y los auriculares, uno debajo del auricular derecho y otro debajo del logotipo. Avellanar estos agujeros desde el frente. Estos agujeros serán para los separadores de 2 ".

Coloque la placa frontal en la parte superior de la placa posterior de manera que ambas estén orientadas en la dirección que se ve en el archivo de corte por láser. Con un lápiz, trace ligeramente el contorno del degradado y los espacios de los auriculares, el orificio del micrófono y los 3 orificios recién perforados en la placa frontal en la placa posterior.

Taladre 3 orificios con una broca de 5/32 en la placa trasera en las ubicaciones que acaba de transferir de la placa frontal. Avellane estos orificios desde la parte posterior.

Paso 7: prepara las piezas acrílicas

Descargue el archivo de corte láser acrílico de 1/4 "y el archivo de corte láser de 1/8".

Corte con láser las piezas de inserción frontal de acrílico de 1/4 "y las piezas de respaldo de acrílico de 1/8" utilizando los ajustes adecuados en su cortadora láser. En nuestra cortadora láser (EPILOG Fusion M2 40), usamos las siguientes configuraciones:

• 2 velocidades, 100 de potencia, 100 de frecuencia para el acrílico de 1/4"
• 4 velocidades, 100 de potencia, 100 de frecuencia para el acrílico de 1/8"

Usamos un cortador láser porque tenemos acceso a uno en el OEDK, pero también puede descargar los archivos para usarlos como esquema para cortar las piezas con un enrutador CNC o una sierra de cinta. Además, las piezas de respaldo se pueden cortar de acrílico de cualquier ancho, pero encontramos que 1/8 o más delgado funciona lo suficientemente bien como para adherirse a la madera mientras se reduce el peso.

Pegue cada pieza de respaldo acrílico a su correspondiente pieza de inserción frontal con pegamento acrílico de modo que cuando las piezas de inserción frontal se coloquen en la placa frontal, las lengüetas de las piezas de respaldo queden al ras con la parte posterior de la cara frontal.

Después de que el pegamento se haya fijado (al menos 30 minutos), congele la parte delantera y trasera de las piezas acrílicas unidas para difundir mejor la luz. Usamos un chorro de arena para esto, pero el papel de lija de grano fino (grano 600 o superior) y un poco de esfuerzo también funcionarán.

Paso 8: coloque las piezas acrílicas en la carcasa de madera

Coloque la placa frontal boca abajo y coloque en seco las piezas acrílicas en sus espacios correspondientes. Si las piezas de acrílico tienen problemas para encajar, lije los bordes internos de la placa frontal hasta que encajen.

Una vez que se logre un buen ajuste, retire las piezas acrílicas de la placa frontal y aplique un epoxi de dos partes a la cara de las lengüetas de las piezas de respaldo que tocan la madera. Coloque las piezas de acrílico en sus espacios, presione hacia abajo y deje que el epoxi se seque por completo.

Paso 9: monte las placas electrónicas en la carcasa de madera

Utilizando el contorno trazado del orificio del micrófono en la placa posterior, coloque el medidor de nivel de sonido por gravedad en la placa posterior de manera que el micrófono se alinee con su contorno. Marque dónde están los cuatro orificios de montaje en la placa Gravity en la placa posterior.

Dejando el medidor de nivel de sonido por gravedad en la placa posterior, coloque la placa Arduino y la placa de perforación en la placa posterior. Oriente la placa Adruino de modo que la toma de corriente apunte hacia abajo y deje al menos un espacio de 1/4 entre cada placa. La ubicación exacta de estas placas no importa en particular siempre que las placas no se superpongan entre sí o los contornos del degradado y los auriculares Elegimos colocar la placa Arduino a la izquierda de la placa Gravity y la placa perf encima de la placa Gravity.

Marque dónde están los orificios de montaje para las placas Arduino y perf en la placa posterior.

Retire los componentes electrónicos de la placa posterior y taladre todos los orificios que acaba de marcar con una broca de 1/8 . Dado que nuestros tornillos M2.5 requieren un orificio avellanado para asentarse al ras de la placa posterior, escarlamos la placa posterior desde la cara posterior usando una prensa de taladro.

Fije el medidor de nivel de sonido por gravedad a la placa posterior con tornillos y separadores de nailon M2.5. El micrófono debe estar cerca de la placa frontal, por lo que para levantar la placa tanto como sea posible, usamos un separador hembra-hembra de 25 mm y un separador macho-hembra de 18 mm.

Conecte la placa Arduino y perf a la placa posterior usando tornillos y separadores hembra-hembra M2.5. La longitud del separador no es crítica, siempre que todos los separadores utilizados para una placa sean de la misma longitud y sean lo suficientemente cortos para mantener la placa dentro del dispositivo. Usamos separadores hembra-hembra de 10 mm.

Si su circuito usa una placa de pruebas en lugar de una placa de perforación, simplemente monte la placa de pruebas con su respaldo adhesivo en lugar de usar separadores y tornillos.

Una vez que la electrónica esté montada, conecte el circuito.

Paso 10: coloque los soportes LED

En la placa posterior, dibuje 3 puntos dentro del contorno ligeramente dibujado para el degradado como se muestra con las X rojas. Debe haber un agujero en cada extremo del gradiente y uno en el medio. Repita esto dentro del contorno de los auriculares como se muestra con las X rojas.

Taladre orificios con una broca de 5/32 "donde se acaban de dibujar los 6 puntos. Avellane estos orificios desde la parte posterior. Estos orificios serán para los separadores de 1 1/4" para sostener las tiras de LED.

Taladre agujeros con una broca de 5/32 en un extremo de cada uno de los 6 soportes de LED. Avellane estos agujeros.

Fije un soporte de LED a la placa posterior en cada uno de los 6 orificios dentro del gradiente y los contornos de los auriculares usando un separador de 1 1/4 . Utilice una arandela a cada lado del separador entre el separador y la madera. Alinee los soportes de LED de modo que la tira de LED se coloca en el extremo no perforado del soporte, la tira de LED se centrará en el gradiente o en los auriculares.

Paso 11: Montaje y montaje final

Use pegamento caliente para unir las tiras de LED a los soportes de LED. Los cables de entrada para las tiras de LED deben estar orientados hacia la parte inferior del dispositivo.

Conecte las tiras de LED al circuito y conecte el adaptador de corriente de 5V al cable USB en el Arduino.

Fije la placa frontal a la placa posterior con los separadores de 2 , las arandelas 6-32 y los tornillos 6-32, colocando las arandelas entre los separadores y la madera.

Monte el dispositivo en una pared usando el orificio de montaje en la placa posterior. Puede usar un tornillo para madera en la pared o usar un gancho Command.

¡Conecte el dispositivo y obtenga su protección auditiva!