Tabla de contenido:
- Paso 1: requisitos
- Paso 2: descripción general del sistema
- Paso 3: elección de componentes
- Paso 4: Diseño y simulación de circuitos
- Paso 5: diseño de la PCB
- Paso 6: Configuración del microcontrolador
- Paso 7: hacer que la pantalla funcione
- Paso 8: Impresión 3D
- Paso 9: Interfaz de todos los componentes
- Paso 10: Prueba y demostración del dispositivo
Video: Sensor de campo magnético de 3 ejes: 10 pasos (con imágenes)
2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2025-01-13 06:57
Los sistemas de transferencia de energía inalámbricos están en camino de reemplazar la carga por cable convencional. Desde pequeños implantes biomédicos hasta la recarga inalámbrica de enormes vehículos eléctricos. Una parte integral de la investigación sobre energía inalámbrica es minimizar la densidad del campo magnético. La Comisión Internacional de Protección contra Radiaciones No Ionizantes (ICNIRP) proporciona asesoramiento científico y orientación sobre los efectos en la salud y el medio ambiente de las radiaciones no ionizantes (NIR) para proteger a las personas y el medio ambiente de la exposición perjudicial a las NIR. NIR se refiere a radiación electromagnética como ultravioleta, luz, infrarrojos y ondas de radio, y ondas mecánicas como infrarrojos y ultrasonidos. Los sistemas de carga inalámbrica producen campos magnéticos alternos que podrían ser dañinos para los seres humanos y los animales presentes en los alrededores. Para poder detectar estos campos y minimizarlos en una configuración de prueba del mundo real, se requiere un dispositivo de medición de campo magnético como el analizador espectral Aaronia SPECTRAN NF-5035. Estos dispositivos generalmente cuestan más de $ 2000 y son voluminosos y es posible que no puedan llegar a espacios estrechos donde se debe medir el campo. Además, estos dispositivos suelen tener más funciones de las necesarias para una medición de campo simple en sistemas inalámbricos de transferencia de energía. Por lo tanto, sería de gran valor desarrollar una versión más pequeña y económica de los dispositivos de medición de campo.
El proyecto actual implica el diseño de una PCB para detección de campo magnético y también el diseño de un dispositivo adicional que puede procesar los valores del campo magnético detectado y mostrarlos en una pantalla OLED o LCD.
Paso 1: requisitos
El dispositivo tiene los siguientes requisitos:
- Mide campos magnéticos alternos en el rango de 10 a 300 kHz
- Mida campos con precisión hasta 50 uT (el límite de seguridad establecido por ICNIRP es 27 uT)
- Mida campos en los tres ejes y obtenga su resultante para encontrar el campo real en un punto dado
- Mostrar el campo magnético en un medidor de mano
- Muestra un indicador de advertencia cuando el campo supera los estándares establecidos por ICNIRP
- Incluya el funcionamiento con batería para que el dispositivo sea verdaderamente portátil
Paso 2: descripción general del sistema
Paso 3: elección de componentes
Este paso es probablemente el que lleva más tiempo y requiere mucha paciencia para elegir los componentes adecuados para este proyecto. Al igual que con la mayoría de los otros proyectos de electrónica, la elección de componentes requiere un examen cuidadoso de las hojas de datos para asegurarse de que todos los componentes sean compatibles entre sí y funcionen en el rango deseado de todos los parámetros operativos, en este caso particular, campos magnéticos, frecuencias, voltajes, etc.
Los componentes principales elegidos para la PCB del sensor de campo magnético están disponibles en la hoja de Excel adjunta. Los componentes utilizados para el dispositivo de mano son los siguientes:
- Microcontrolador Tiva C TM4C123GXL
- Pantalla LCD SunFounder I2C Serial 20x4
- Cyclewet 3.3V-5V módulo de cambio bidireccional convertidor de nivel lógico de 4 canales
- Interruptor de botón
- Interruptor de palanca de 2 posiciones
- 18650 celda de iones de litio de 3,7 V
- Cargador Adafruit PowerBoost 500
- Placas de circuito impreso (SparkFun snappable)
- Separadores
- Cables de conexión
- Pines de encabezado
Los equipos necesarios para este proyecto son los siguientes:
- Dispositivo de soldadura y algo de alambre de soldadura.
- Taladro
- Cortador de cables
Paso 4: Diseño y simulación de circuitos
Paso 5: diseño de la PCB
Una vez verificado el funcionamiento del circuito en LTSpice, se diseña una PCB. Los planos de cobre están diseñados de manera que no interfieran con el funcionamiento de los sensores de campo magnético. La región gris resaltada en el diagrama de distribución de la PCB muestra los planos de cobre en la PCB. A la derecha, también se muestra una vista 3D de la PCB diseñada.
Paso 6: Configuración del microcontrolador
El microcontrolador elegido para este proyecto es el Tiva C TM4C123GXL. El código está escrito en Energia para hacer uso de las bibliotecas LCD existentes para la familia de microcontroladores Arduino. En consecuencia, el código desarrollado para este proyecto también se puede usar con un microcontrolador Arduino en lugar del Tiva C (siempre que use las asignaciones de pines correctas y modifique el código en consecuencia).
Paso 7: hacer que la pantalla funcione
La pantalla y el microcontrolador están interconectados a través de la comunicación I2C que solo requiere dos cables que no sean el suministro a + 5V y tierra. Los fragmentos de código LCD disponibles para la familia de microcontroladores Arduino (bibliotecas LiquidCrystal) se han adaptado y utilizado en Energia. El código se proporciona en el archivo LCDTest1.ino adjunto.
En el siguiente video se pueden encontrar algunos consejos útiles para la pantalla:
www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4
Paso 8: Impresión 3D
Una caja para el dispositivo de mano está diseñada como se muestra en la imagen de arriba. La caja ayuda a mantener las tablas en su lugar y los cables intactos. La caja está diseñada para tener dos cortes para que pasen los cables, un corte para los LED indicadores de batería y uno para el interruptor de palanca y el interruptor de botón. Se adjuntan los archivos necesarios.
Paso 9: Interfaz de todos los componentes
Mida las dimensiones de todos los componentes disponibles y colóquelos con una herramienta gráfica como Microsoft Visio. Una vez planificado el diseño de todos los componentes, es una buena idea intentar colocarlos en sus posiciones para tener una idea del producto final. Se recomienda probar las conexiones después de agregar cada componente nuevo al dispositivo. En las imágenes de arriba se muestra una descripción general del proceso de interconexión. La caja impresa en 3D le da un aspecto limpio al dispositivo y también protege los componentes electrónicos en el interior.
Paso 10: Prueba y demostración del dispositivo
El video incrustado muestra el funcionamiento del dispositivo. El interruptor de palanca enciende el dispositivo y el botón pulsador se puede usar para alternar entre los dos modos de visualización.