Gafas de radar: 14 pasos (con imágenes)

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

El verano pasado, mientras estábamos de vacaciones en Maine, conocimos a otra pareja: Mike y Linda. Linda era ciega y había estado ciega desde el nacimiento (creo) de su primer hijo. Fueron muy amables y nos reímos mucho juntos. Después de que llegamos a casa, no podía dejar de pensar en cómo sería estar ciego. Los ciegos tienen perros lazarillos y bastones y estoy seguro de que hay muchas otras cosas para ayudarlos. Pero aún así, debe haber muchos desafíos. Traté de imaginar cómo sería y me pregunté, como nerd de la electrónica, si había algo que pudiera hacer.

Me quemé los ojos un verano con un soldador cuando tenía alrededor de 20 años (larga historia … niño tonto). Es algo que nunca olvidaré. De todos modos, me parchearon los ojos durante un día. Recuerdo a mi madre tratando de acompañarme al otro lado de la calle. Seguí preguntándole si los coches se habían detenido. Ella dijo algo como: "Soy tu madre … ¿crees que te acompañaría al tráfico?" Pensando en lo idiota que era cuando era adolescente, me pregunté. Pero no podía olvidarme de no saber si había algo a punto de golpearme en la cara mientras caminaba. Me sentí muy feliz y aliviado cuando nos quitamos los parches. Eso es lo único cercano a la "experiencia" que he tenido en mi vida con respecto a la ceguera.

Recientemente escribí otro Instructable sobre un joven amigo en el trabajo que perdió la vista en su ojo derecho y un dispositivo que le hice para decirle si había algo en su lado derecho. Si quieres leerlo está aquí. Ese dispositivo utilizó un sensor de tiempo de vuelo de ST Electronics. Aproximadamente un minuto después de terminar ese proyecto, decidí que podía hacer un dispositivo para ayudar a los ciegos. El sensor VL53L0X que utilicé en ese proyecto tiene un sensor hermano / hermana mayor llamado VL53L1X. Este dispositivo puede medir distancias mayores que el VL53L0X. Había una placa de arranque para el VL53L0X de Adafruit y para el VL53L1X había una placa de arranque de Sparkfun. Decidí crear un par de anteojos con el VL53L1X en la parte delantera y un dispositivo de retroalimentación háptica (motor vibratorio) detrás de los anteojos cerca del puente de la nariz. Vibraría el motor inversamente proporcional a la distancia a un objeto, es decir, cuanto más cerca esté un objeto de las gafas, más vibrará.

Debo señalar aquí que el VL53L1X tiene un campo de visión muy estrecho (programable entre 15-27 grados), lo que significa que son MUY direccionales. Esto es importante porque proporciona una buena resolución. La idea es que el usuario pueda mover la cabeza como una antena de radar. Esto, junto con el campo de visión estrecho, permite al usuario discernir mejor los objetos a diferentes distancias.

Una nota sobre los sensores VL53L0X y VL53L1X: son sensores de tiempo de vuelo. Esto significa que envían un pulso LÁSER (de baja potencia y en el espectro de infrarrojos, por lo que son seguros). El sensor mide el tiempo que tarda en volver a aparecer el pulso reflejado. Entonces, la distancia es igual a la tasa X tiempo, como todos recordamos de las clases de matemáticas / ciencias, ¿verdad? Entonces, divida el tiempo por la mitad y multiplique por la velocidad de la luz y obtendrá la distancia. Pero como lo señaló otro miembro de Instructables, las gafas podrían haberse llamado Gafas LiDAR, ya que usar un LÁSER de esta manera es Distancia y rango de luz (LiDAR). Pero como dije, no todo el mundo sabe qué es LiDAR, pero creo que la mayoría de la gente conoce RADAR. Y aunque la luz infrarroja y la radio forman parte del espectro electromagnético, la luz no se considera una onda de radio como lo son las frecuencias de microondas. Entonces, dejaré el título como RADAR, pero ahora lo entiendes.

Este proyecto utiliza básicamente el mismo esquema que el del otro proyecto … como veremos. Las grandes preguntas para este proyecto son, ¿cómo montamos la electrónica en las gafas y qué tipo de gafas usamos?

Paso 1: las gafas

Decidí que probablemente podría diseñar un par de anteojos simples e imprimirlos con mi impresora 3D. También decidí que solo necesitaba imprimir en 3D el esqueleto o el marco de las gafas. Agregaría una placa de circuito impreso para soldar los componentes. La placa de circuito impreso (protoboard) se uniría a los marcos, lo que agregaría fuerza a todo el conjunto. Arriba se muestra una representación 3D de los fotogramas.

Los archivos STL también se adjuntan a este paso. Hay tres archivos: left.stl, right.stl (los auriculares / brazos) y glasses.stl (los marcos).

Paso 2: la placa de circuito impreso

Usé una placa de pruebas de tamaño completo Adafruit Perma-Proto. Coloqué la placa de pruebas sobre la parte delantera de los vasos y los centré. El borde superior de las gafas lo hice a la altura de la parte superior del protoboard. La parte rectangular de las gafas que se extiende desde la parte superior es donde finalmente se montará el sensor de tiempo de vuelo. Una buena parte de la parte superior de esta parte de los marcos sobresale por encima del protoboard. Esto está bien, ya que no necesitamos soldar nada en la parte superior del sensor, solo en la parte inferior.

Hay un agujero en el centro de la placa que está casi exactamente encima de donde estará el puente de la nariz en los vasos. Marqué los 4 agujeros que están en el marco en el protoboard con un marcador de punta fina. Luego perforé los agujeros en la placa de pruebas.

A continuación, monté los marcos en la placa de pruebas con tornillos M2.5. Los míos son de nailon y obtuve un kit completo de tornillos de Adafruit para este propósito. Una vez que se colocaron los tornillos, tomé un marcador y dibujé una línea alrededor de los marcos en la placa de pruebas. Para mí, marqué hacia abajo las muescas a los lados de los marcos donde se ubicarán los auriculares. Esta es mi preferencia … pero tal vez desee que las partes de la oreja del marco sean visibles.

Paso 3: Cortarlo

Luego retiré los 4 tornillos de sujetar los marcos a la placa de pruebas. Hice una eliminación aproximada del material fuera de la línea que marcamos. Tuve cuidado de mantenerme un poco alejado de las líneas porque refinaría esto más tarde con la lijadora de banda de mesa que tengo. Puede utilizar un archivo … pero nos estamos adelantando.

Puede realizar un corte aproximado alrededor de la línea utilizando cualquier medio que tenga. ¿Quizás una sierra de cinta? Bueno, no tengo uno. Tengo un 'nibbler' para placas de circuito impreso, así que lo usé. De hecho, tomó una buena cantidad de tiempo y es un poco complicado de hacer. Pero el material de la placa de circuito impreso puede romperse y agrietarse, por lo que quería ir lento. Mordisqueé mi camino alrededor y también hacia el área de la nariz … pero solo con brusquedad. Puedes ver lo que estaba haciendo en la imagen de arriba.

Paso 4: lijado o limado

Retiré el material mucho más cerca de la línea usando mi lijadora de banda de mesa. Nuevamente, puede usar un archivo si no tiene nada más. Todo lo que puedo decir aquí sobre el lijado es que, dependiendo del grano de abrasivo en la lijadora, tenga cuidado con la cantidad de material que intente quitar. No hay vuelta atrás. A veces, un solo deslizamiento puede arruinar la tabla (o al menos hacer que parezca asimétrica o con imperfecciones). Así que tómate tu tiempo.

Puedes ver mis fotos de antes y después arriba.

Paso 5: Ajuste fino

Volví a colocar los marcos con los 4 tornillos y volví a la lijadora de banda. Lije con mucho cuidado hasta el borde de los marcos. Necesitaba usar una lima redonda en la sección de la nariz porque simplemente no podía hacer un giro tan brusco en mi lijadora. Vea mis resultados finales arriba.

Paso 6: agregar el sensor

En este punto, agregué la placa de conexión del sensor VL53L1X. Primero agregué dos tornillos largos de nailon M2.5 empujándolos a través de los orificios en los marcos y a través de los orificios en el VL53L1X. Agregué una tuerca de nailon a cada tornillo y los apreté muy suavemente. Sobre la parte superior de cada tuerca agregué dos (cuatro en total) arandelas de nailon. Estos son necesarios para asegurarse de que el sensor VL53L1X esté paralelo al protoboard.

Coloqué una regleta de terminales de 6 posiciones en la placa en una posición tal que los orificios en la parte superior del VL53L1X se alinearan con los dos tornillos que puse en la parte superior de los marcos (con las arandelas de nailon). Agregué tuercas de nailon a los extremos de los tornillos y nuevamente, los apreté suavemente. Vea las imágenes de arriba.

Paso 7: esquema

Como dije anteriormente, el esquema es aproximadamente el mismo que el del proyecto Peripheral Radar. Una diferencia es que agregué un botón (un interruptor de contacto monetario). Me imagino que en algún momento necesitaremos uno para cambiar de modo o implementar alguna característica… así que, mejor tenerlo ahora que agregarlo más tarde.

También agregué un potenciómetro de 10K. El potenciómetro se usa para ajustar la distancia que el software considerará como la distancia máxima a la que responder. Piense en ello como un control de sensibilidad.

El esquema se muestra arriba.

La lista de piezas (que debería haber dado antes) es la siguiente:

Sensor de distancia SparkFun Breakout - 4 metros, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Mini disco de motor vibrante - ID DE PRODUCTO: 1201 Adafruit - Batería de polímero de iones de litio - 3.7v 150mAh - ID DE PRODUCTO: 1317 Placa de pruebas de tamaño completo Perma-Proto de Adafruit - Individual - PRODUCTO ID: 1606 Botones de interruptor táctiles (6 mm de grosor) x paquete de 20 - ID DE PRODUCTO: 1489Sparkfun - Conector de ángulo recto JST - Agujero pasante de 2 pines - PRT-09749 Resistencia de 10 K ohmios - Caja de conexiones (mira en tu piso) Resistencia de 10 K-100 K ohmios - Junkbox (mire en su piso cerca de las resistencias de 10K) 2N3904 Transistor NPN - Junkbox (o llame a un amigo) Algún cable de conexión (usé calibre 22 trenzado)

Para cargar la batería LiPo también recogí: Adafruit - Micro Lipo - Cargador USB LiIon / LiPoly - v1 - ID DE PRODUCTO: 1304

Paso 8: Colocación de los componentes

Estaba tratando de ser lo más inteligente que pude al colocar los componentes. Por lo general, trato de alinear ciertos pines como la alimentación y la tierra … si puedo. Intento al menos minimizar la longitud de los cables. Necesitaba asegurarme de dejar un espacio arriba donde está el puente de la nariz para el motor de vibración. Al final llegué a la ubicación que se puede ver en la imagen de arriba.

Paso 9: Terreno

Primero soldé todos los componentes a la placa en las posiciones que había decidido. A continuación, agregué conexiones a tierra. Convenientemente, una de las grandes tiras largas en el PWB todavía estaba expuesta, así que hice de esta la tira de tierra común.

La imagen de arriba muestra las conexiones a tierra y la resistencia de 10K. No les voy a decir dónde colocar cada cable, ya que la mayoría de la gente tiene sus propias ideas sobre cómo hacer las cosas. Solo les voy a mostrar lo que hice.

Paso 10: cables

Agregué el resto de los cables como se muestra en la imagen de arriba. Agregué un trozo de cinta adhesiva doble debajo del motor de vibración para asegurarme de que se mantenga en su lugar. El material pegajoso que ya venía en la parte inferior del motor no me pareció lo suficientemente fuerte.

Usé cable de calibre 22 para mis conexiones. Si tienes algo más pequeño, úsalo. Usé calibre 22 porque es el más pequeño que tenía a mano.

Paso 11: Soporte de batería

Imprimí en 3D un soporte para sostener la batería LiPo (arriba se muestra una representación). Marqué y taladré agujeros en el protoboard para montar el soporte en el lado opuesto de las gafas de los componentes como se muestra arriba.

Debo señalar aquí que el soporte es muy delgado y endeble y tengo que imprimirlo con material de soporte (utilicé plástico ABS para todas las piezas de este proyecto). Puede romper fácilmente el soporte tratando de quitar el material de soporte, así que tenga cuidado.

Una cosa que hago para fortalecer mis partes es sumergirlas en acetona. Por supuesto, debes tener mucho cuidado al hacer esto. Lo hago en una zona bien ventilada y uso guantes y protección para los ojos. Hago esto después de quitar el material de soporte (por supuesto). Tengo un recipiente de acetona y, con unas pinzas, sumerjo completamente la pieza en acetona durante uno o dos segundos. Lo quito inmediatamente y lo dejo a un lado para que se seque. Por lo general, dejo las piezas durante una hora o más antes de tocarlas. La acetona 'derretirá' el ABS químicamente. Esto tiene el efecto de sellar las capas de plástico.

El archivo STL para el soporte se adjunta a este paso.

Paso 12: Programación

Después de verificar todas mis conexiones, conecté el cable USB para programar el Trinket M0.

Para instalar y / o modificar el software (adjunto a este paso), necesitará el IDE de Arduino y los archivos de la placa para el Trinket M0, así como las bibliotecas para el VL53L1X de Sparkfun. Todo eso está aquí y aquí.

Si es nuevo en él, siga las instrucciones para usar Adafruit M0 en su sitio de aprendizaje aquí. Una vez que se carga el software (agregado a este paso), la placa debe iniciarse y funcionar con la alimentación de la conexión en serie USB. Mueva el lado del tablero con el VL53L1X cerca de una pared o de su mano y debería sentir el motor vibrar. La vibración debería disminuir en amplitud cuanto más lejos esté un objeto del dispositivo.

Quiero enfatizar que este software es el primer paso en esto. He hecho dos pares de anteojos y de inmediato haré dos más. Nosotros (yo y al menos otra persona que trabaja en esto) continuaremos perfeccionando el software y publicaremos las actualizaciones aquí. Mi esperanza es que otros también prueben esto y publiquen (tal vez en GitHub) cualquier cambio / mejora que hagan.

Paso 13: acabado de los marcos

Encajé las piezas de los oídos en la muesca a ambos lados de las gafas y apliqué acetona con un taco. Absorbo la acetona para obtener una buena cantidad cuando la presiono en las esquinas. Si se encajan firmemente, la acetona se transportará a través de la atracción capilar. Me aseguro de que estén colocados derechos y, si es necesario, uso algo para mantenerlos en su lugar durante al menos una hora. A veces vuelvo a aplicar y espero otra hora. La acetona hace una gran unión y mis anteojos parecen bastante fuertes en el límite del marco.

Por supuesto, estas gafas son solo un prototipo, así que mantuve el diseño simple y es por eso que no hay bisagras para los brazos de las gafas. Funcionan bastante bien de todos modos. Pero, si lo desea, siempre puede rediseñarlos con bisagras.

Paso 14: Pensamientos finales

He notado que el sensor no funciona bien a la luz del sol. Esto tiene sentido ya que estoy seguro de que el sensor está saturado por IR del sol, lo que hace que sea imposible separarlo del pulso que emite el sensor. Aún así, harían buenos vasos en interiores y en las noches y tal vez en los días nublados. Por supuesto, necesito hacer más pruebas.

Una cosa que haré para cambiar el diseño es agregar algún tipo de goma en la muesca que toca el puente de la nariz. Si inclina la cabeza hacia abajo, es difícil sentir la vibración cuando las gafas se despegan un poco de la piel bajo la fuerza de la gravedad. Creo que un poco de goma para crear fricción mantendrá las gafas fijadas a la nariz para que la vibración se le pueda transferir.

Espero recibir comentarios sobre las gafas. No sé si los anteojos serán útiles para la gente, pero tendremos que ver. De eso se tratan los prototipos: viabilidad, aprendizaje y refinamientos.

Se podrían haber agregado más sensores al diseño. Elegí usar uno para este prototipo porque creo que más de un motor de vibración será más difícil de discernir para el usuario. Pero podría haber sido una buena idea tener dos sensores apuntando desde los ojos. Luego, usando dos motores, podrías hacer vibrar cada lado de las gafas. También puede utilizar audio en cada oído en lugar de vibración. Nuevamente, la idea es probar un prototipo y adquirir algo de experiencia.

Si llegaste tan lejos, ¡gracias por leer!