Gafas de entrenamiento de oclusión alterna de alto voltaje [ATtiny13]: 5 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

En mi primer instructivo, describí cómo construir un dispositivo que debería ser bastante útil para alguien que quiera tratar la ambliopía (ojo vago). El diseño era muy simplista y tenía algunos inconvenientes (requería el uso de dos baterías y los paneles de cristal líquido funcionaban con bajo voltaje). Decidí mejorar el diseño agregando un multiplicador de voltaje y transistores de conmutación externos. Una mayor complejidad requirió el uso de componentes SMD.

Paso 1: descargo de responsabilidad

El uso de un dispositivo de este tipo puede causar ataques epilépticos u otros efectos adversos en una pequeña parte de los usuarios del dispositivo. La construcción de un dispositivo de este tipo requiere el uso de herramientas moderadamente peligrosas y puede causar daños o daños a la propiedad. Usted construye y usa el dispositivo descrito bajo su propio riesgo

Paso 2: Piezas y herramientas

Partes y materiales:

gafas 3D con obturador activo

ATTINY13A-SSU

Interruptor de botón de enganche ON-OFF de 18x12 mm (algo como esto, el interruptor que usé tenía cables rectos y más estrechos)

2x botones de interruptor táctil SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V Case A 1206 condensador de tantalio

Condensador de 100 nF 0805

Condensador 3x 330 nF 0805

4 diodos Schottky SS14 DO-214AC (SMA)

Resistencia 10k 0805

15k 1206 resistencia

22k 1206 resistencia

Resistencia 9x 27ohm 0805

Resistencia 3x 100k 1206

6x transistor BSS138 SOT-23

3x transistor BSS84 SOT-23

Tablero revestido de cobre de 61x44 mm

algunos pedazos de alambre

Batería de 3V (CR2025 o CR2032)

cinta insultiva

cinta adhesiva

Instrumentos:

cortador diagonal

alicates

destornillador de punta plana

destornillador Phillips pequeño

pinzas

cuchillo de uso

sierra u otra herramienta que pueda cortar PCB

Broca de 0,8 mm

taladro prensas o herramienta rotativa

persulfato de sodio

recipiente de plástico y herramienta de plástico que se puede utilizar para sacar PCB de la solución de grabado

estación de soldadura

soldar

papel de aluminio

Programador AVR (programador independiente como USBasp o puede usar ArduinoISP)

impresora laser

papel brillante

plancha de ropa

Papel de lija seco / húmedo de grano 1000

limpiador de crema

disolvente (por ejemplo, acetona o alcohol isopropílico)

fabricante permanente

Paso 3: Fabricación de PCB utilizando el método de transferencia de tóner

Debe imprimir una imagen reflejada de F. Cu (anverso) en papel brillante con una impresora láser (sin ninguna configuración de ahorro de tóner activada). Las dimensiones externas de la imagen impresa deben ser 60,96 x 43,434 mm (o lo más cerca posible). Utilicé una placa revestida de cobre de una cara y realicé conexiones en el otro lado con cables delgados, por lo que no tuve que preocuparme por alinear dos capas de cobre. Puede usar PCB de doble cara si lo desea, pero las siguientes instrucciones serán solo para PCB de una cara.

Corte la PCB al tamaño de la imagen impresa, puede agregar algunos mm a cada lado de la PCB si lo desea (asegúrese de que la PCB se ajuste a sus gafas). A continuación, deberá limpiar la capa de cobre con papel de lija fino húmedo, luego eliminar las partículas dejadas por el papel de lija con un limpiador en crema (también puede usar detergente líquido o jabón). Luego límpialo con solvente. Después de eso, debes tener mucho cuidado de no tocar el cobre con los dedos.

Coloque la imagen impresa en la parte superior de la PCB y alinéela con la placa. Luego, coloque la PCB en una superficie plana y cúbrala con una plancha de ropa ajustada a la temperatura máxima. Después de un rato, el papel debe adherirse al PCB. Mantenga la plancha presionada contra la PCB y el papel, de vez en cuando puede cambiar la posición de la plancha. Espere al menos unos minutos hasta que el papel cambie de color a amarillo. Luego ponga PCB con papel al agua (puede agregar limpiador en crema o detergente líquido) durante 20 minutos. A continuación, frote el papel de la PCB. Si hay lugares donde el tóner no se pega al cobre, use un marcador permanente para reemplazar el tóner.

Mezcle agua dulce con persulfato de sodio y ponga PCB en la solución de grabado. Intente mantener la solución a 40 ° C. Puede colocar un recipiente de plástico encima del radiador u otra fuente de calor. De vez en cuando, mezcle la solución en el recipiente. Espere a que el cobre descubierto se disuelva por completo. Cuando termine, retire la PCB de la solución y enjuáguela con agua. Retire el tóner con acetona o papel de lija.

Taladre agujeros en la PCB. Utilicé un tornillo como punzón central para marcar los centros de los agujeros antes de perforar.

Paso 4: Microcontrolador de soldadura y programación

Cubra las pistas de cobre con soldadura. Si alguna pista se disolvió en la solución de grabado, reemplácela con alambres delgados. Suelde ATtiny a PCB, así como cables que conectarán el microcontrolador a un programador. Cargue hv_glasses.hex, mantenga los bits de fusible predeterminados (H: FF, L: 6A). Usé USBasp y AVRDUDE. La carga del archivo.hex requirió que ejecutara el siguiente comando:

avrdude -c usbasp -p t13 -B 16 -U flash: w: hv_glasses.hex

Puede notar que necesitaba cambiar el valor -B (bitclock) de 8 que usé para programar ATtiny en mi primer instructable a 16. Ralentiza el proceso de carga, pero a veces es necesario permitir una comunicación correcta entre el programador y el microcontrolador.

Después de cargar el archivo.hex en ATtiny, desolde los cables del programador de PCB. Suelde el resto de componentes excepto el voluminoso interruptor SW1 ON / OFF y transistores. Haga las conexiones en el otro lado de la placa con cables. Cubra toda la PCB, excepto las almohadillas de transistores, con papel de aluminio para proteger los MOSFET de descargas electrostáticas. Asegúrese de que su estación de soldadura esté debidamente conectada a tierra. Las pinzas que utilice para colocar los componentes deben ser antiestáticas ESD. Usé unas pinzas viejas que estaban por ahí, pero las conecté a tierra con un cable. Puede soldar los transistores BSS138 primero y cubrir la PCB con más papel de aluminio cuando estén terminados, porque los MOSFET BSS84 de canal P son particularmente vulnerables a las descargas electrostáticas.

Suelde SW1 por último, incline sus cables para que se vea similar a los diodos SS14 o capacitores de tantalio. Si los cables SW1 son más anchos que las almohadillas en la PCB y se cortocircuitan con otras pistas, córtelos para que no causen ningún problema. Use una cantidad decente de soldadura al unir SW1 con PCB, ya que la cinta que sujetará la PCB y el marco de los anteojos juntos irá directamente sobre SW1 y puede poner algo de tensión en las juntas de soldadura. No coloqué nada en J1-J4, los cables del panel LC se soldarán directamente a la PCB. Cuando haya terminado, suelde los cables que irán a la batería, coloque la batería entre ellos y asegúrelo todo en su lugar con cinta aislante. Puede usar un multímetro para verificar si la PCB completa genera voltajes cambiantes en las almohadillas J1-J4. De lo contrario, mida los voltajes en las etapas anteriores, verifique si hay cortocircuitos, cables desconectados o pistas rotas. Cuando su PCB genera voltajes en J1-J4 que oscilan entre 0V y 10-11V, puede soldar paneles LC a J1-J4. Realiza cualquier soldadura o medición solo cuando la batería está desconectada.

Cuando todo está ensamblado desde el punto de vista eléctrico, puede cubrir la parte posterior de la PCB con cinta aislante y unir la PCB con el marco de las gafas colocando cinta alrededor de ellos. Oculte los cables que conectan los paneles LC a la PCB en el lugar donde estaba la tapa original de la batería.

Paso 5: descripción general del diseño

Desde el punto de vista del usuario, las gafas de entrenamiento de oclusión alterna de alto voltaje funcionan de la misma manera que las gafas descritas en mi primer instructivo. SW2 conectado a la resistencia de 15k cambia la frecuencia de los dispositivos (2.5Hz, 5.0Hz, 7.5Hz, 10.0Hz, 12.5Hz) y SW3 conectado a la resistencia de 22k cambia por cuánto tiempo está ocluido cada ojo (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Después de establecer la configuración, debe esperar unos 10 segundos (10 segundos sin tocar ningún botón) para que se almacenen en EEPROM y se carguen después del apagado, en el próximo lanzamiento del dispositivo. Al presionar ambos botones al mismo tiempo, se establecen los valores predeterminados.

Sin embargo, utilicé solo el pin PB5 (RESET, ADC0) de ATtiny como entrada. Estoy usando ADC para leer el voltaje en la salida del divisor de voltaje hecho de R1-R3. Puedo cambiar este voltaje presionando SW2 y SW3. El voltaje nunca es lo suficientemente bajo como para activar el RESET.

Los diodos D1-D4 y los condensadores C3-C6 forman una bomba de carga Dickson de 3 etapas. La bomba de carga es impulsada por los pines PB1 (OC0A) y PB1 (OC0B) del microcontrolador. Las salidas OC0A y OC0B generan dos formas de onda cuadradas de 4687,5 Hz con un desfase de 180 grados (cuando OC0A es ALTO, OC0B es BAJO y viceversa). Cambiar los voltajes en los pines del microcontrolador empuja los voltajes en las placas del condensador C3-C5 hacia arriba y hacia abajo en un voltaje de + BATT. Los diodos permiten que la carga fluya desde el condensador, cuya placa superior (una que está conectada a los diodos) tiene un voltaje más alto que la placa superior que tiene un voltaje más bajo. Por supuesto, los diodos funcionan solo en una dirección, por lo que la carga fluye solo en una dirección, por lo que cada condensador siguiente en la secuencia se carga a un voltaje que es más alto que en el condensador anterior. He usado diodos Schottky, ya que tienen una caída de voltaje directa baja. Sin carga, la multiplicación de voltaje es 3.93. Desde un punto de vista práctico, solo la carga en la salida de la bomba de carga son resistencias de 100k (la corriente fluye a través de 1 o 2 de ellas al mismo tiempo). Bajo esa carga, el voltaje en la salida de la bomba de carga es 3.93 * (+ BATT) menos alrededor de 1V, y la eficiencia de las bombas de carga es aproximadamente del 75%. D4 y C6 no aumentan el voltaje, solo reducen las fluctuaciones de voltaje.

Los transistores Q1, Q4, Q7 y resistencias de 100k convierten el bajo voltaje de las salidas del microcontrolador en voltaje de la salida de la bomba de carga. He usado MOSFET para impulsar paneles LC porque la corriente fluye a través de sus puertas solo cuando cambia el voltaje de la puerta. Las resistencias de 27 ohmios protegen los transistores de grandes corrientes de compuerta de sobretensión.

El dispositivo consume aproximadamente 1,5 mA.