Batgoggles ultrasónicos: 14 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

¿Ojalá fueras murciélago? ¿Quieres experimentar la ecolocalización? ¿Quieres intentar "ver" con tus oídos? Para mi primer Instructable, le mostraré cómo construir sus propias gafas de protección ultrasónicas utilizando un clon de microcontrolador Arduino, un sensor ultrasónico Devantech y gafas de soldadura por alrededor de $ 60 o menos si ya tiene componentes electrónicos estándar. También puede omitir la electrónica y hacer una simple máscara de murciélago perfecta para usar en la próxima película de Batman. En ese caso, el costo sería de solo $ 15. Estas gafas le permiten experimentar lo que es usar señales auditivas como un murciélago y están diseñadas para que los niños en un centro de ciencias aprendan sobre la ecolocalización. El objetivo era mantener los costos lo más bajos posible, evitar que la forma de la interacción fuera genérica o no relacionada con su propósito educativo y garantizar que la forma física del dispositivo incorpore el tema. Para una discusión más detallada de su diseño, consulte la página web del proyecto. Sin embargo, para mantener bajos los costos y el tamaño, se construye un clon de Arduino, pero este proyecto funciona igual de bien con microcontroladores Arduino preconstruidos. "Investigación y Diseño Dinámico Centrado en el Usuario" en el programa de Artes, Medios e Ingeniería en la Universidad Estatal de Arizona.

Paso 1: Materiales necesarios

-Arduino o un microcontrolador comparable * (si tienes el dinero puedes comprar el Arduino mini / nano o usar un boarduino, de lo contrario te mostraré cómo hacer un clon de Arduino pequeño y barato para este proyecto). "Neiko" y se encuentran fácilmente en eBay como "Gafas de soldar abatibles" por 3-10 dólares enviados, este tipo específico funciona muy bien) -Sensor ultrasónico Devantech SRF05 (u otro sensor similar; sin embargo, el SRF05 tiene un bajo consumo de energía de 4mA y gran resolución de 3 cm a 4 metros, cuesta alrededor de $ 30) -algo para hacer orejas (usé conos de plástico, ver también: "Cómo construir un mejor disfraz de murciélago") - algún tipo de caja para electrónica-Tubería enrollada negra flexible de costura dividida de 3/8 "(para ocultar los cables de conexión) -Zumbador piezoeléctrico que puede funcionar con cables de 5v-9v-Lata de aerosol plasti-dip (negro) Microcontrolador Electrónica (estos componentes se pueden omitir si usa un controlador preconstruido) - Arduino programó el chip Atmega8 o 168 DIP - un Arduin de repuesto o placa o programador ArduinoMini USB - Placa de PC pequeña (disponible en Radioshack) - Conector de batería de 9V (disponible en Radioshack) - Regulador de voltaje 7805 de 5v - Cristal de 16 MHz (disponible en sparkfun) - dos condensadores de 22pF (disponible en sparkfun) - 10 microF condensador electrolítico - 1 condensador electrolítico microF - resistencia de 1k y 1 LED (opcional pero muy recomendable) - transistor 2N4401 (opcional) - conectores hembra y macho (opcional) - toma DIP de 28 pines o dos tomas DIP de 14 pines (opcional) - pequeña tablero para la creación de prototipos (opcional) Los componentes electrónicos también se pueden obtener en www.digikey.com o www.mouser.com Herramientas y suministros que puede necesitar-soldador-pistola de pegamento caliente-Dremel-news papel-cinta adhesiva-papel de lija-alambre strippers, etc.

Paso 2: diseña algunas orejas

Eres libre de usar tu imaginación para construir tus oídos. ¡Ninguna máscara de murciélago debería ser igual! Usé conos de plástico que se usan para fisioterapia, de los que teníamos una gran cantidad en nuestro laboratorio. Pero este tutorial ofrece otra buena opción para las orejas de murciélago. Primero dibujé un óvalo con un marcador y lo recorté con una Dremel. Guardé la pieza cortada para usarla en el interior de la oreja.

Paso 3: cortar las orejas

Recorté las piezas cortadas del cono con la Dremel, para que fueran más pequeñas y las pegué en caliente al interior de las piezas más grandes del cono. No encajaban exactamente, pero después de mantenerlos en su lugar con la mano, el pegamento caliente los mantuvo en su lugar bastante bien. Si deja suficiente espacio debajo de las orejas, podría insertar fácilmente los componentes electrónicos dentro de la oreja, una oreja para el controlador y otra para la batería. Desafortunadamente, no dejé suficiente espacio y tuve que usar un gabinete externo. ¡¡¡Por favor, tenga cuidado de no quemarse mientras usa una pistola de pegamento caliente !!! También puede derretir fácilmente los conos de plástico por accidente.

Paso 4: preparar las gafas

Las gafas que compré eran de un color aguamarina brillante muy poco parecido a un murciélago. Para hacer que las gafas sean más extravagantes, saque las lentillas (primero retire la pieza de la nariz), líjelas y rocíe con el spray Plasti Dip para darles una agradable textura de goma correosa. Antes de rociar, enmascaré el interior de las gafas y las partes que tocan la piel con cinta adhesiva. Tampoco apliqué pintura a la pieza de la nariz porque la pintura reduce un poco la flexibilidad del material de las gafas y la pieza de la nariz es necesaria para mantener las gafas juntas. También querrá lijar y rociar las orejas. El polvo de plástico lijado es desagradable para los pulmones y los ojos, así que use una máscara y gafas de seguridad para seguir estos pasos. Rocié aproximadamente 3 capas con aproximadamente 10-15 minutos entre capas para obtener una textura uniforme. Cuando está mojada, la pintura parece brillante, pero al secarse adquiere una textura mate.

Paso 5: ensamble la electrónica

Estos pasos son opcionales si usa un microcontrolador Arduino ya construido. Sin embargo, dado que solo está utilizando una pequeña cantidad de sus capacidades, tiene más sentido hacer una versión básica de un Arduino que sea mucho más pequeña y más barata de reproducir. Esta sección puede ser un poco difícil para alguien sin experiencia en electrónica, pero debería ser fácil para cualquiera que haya ensamblado un kit de electrónica simple. Se adjunta un boceto "esquemático" de la electrónica. El esquema se deriva en gran medida del esquema independiente Atmega8 de David A. Mellis. Si hay interés, haré un Instructable dedicado para este paso. El circuito de potencia desacoplado es del libro de Computación física de Tom Igoe. Incluí una imagen de la versión de la placa de circuito impreso (con el sensor / zumbador no conectado), así como una versión de creación de prototipos construida en una placa de pruebas como referencia. La versión de placa de prueba también muestra cómo conectar la placa Arduino como un programador USB para el chip del microcontrolador. Como utilicé un conector DIP para el chip, también puedo quitar el chip y ponerlo en una placa Arduino para programarlo, pero puede ser complicado sacar el chip sin doblar todos los pines, por eso incluí la hembra pines de cabecera para el tx / rx. Aunque la placa está muy apretada, puede ver que todos los pines del controlador tienen una almohadilla de soldadura disponible para conectarse. Como no son necesarios para este proyecto, no soldé encabezados hembra a los pines no utilizados, pero si lo fueran, tendría todas las capacidades de un Arduino Diecimilia, excepto el USB integrado en un paquete muy pequeño. El ancho del tablero es aproximadamente la mitad del tablero de Diecimilia y aproximadamente la misma longitud. (aquí hay una configuración similar). Es opcional usar un transistor para alimentar el zumbador, el Arduino puede proporcionar suficiente corriente desde el pin en sí. Sin embargo, el uso del transistor le permite utilizar otros dispositivos de generación de sonido que no sean un timbre, si tiene uno.

Paso 6: Prepare los cables del sensor y el zumbador

El sensor ultrasónico y el zumbador necesitan cables largos para ir desde las gafas hasta la electrónica. El sensor ultrasónico requiere 4 cables (5v, tierra, eco, disparador) y el zumbador requiere dos cables (salida digital del controlador, tierra). Con un poco de planificación, podría usar un cable plano de 5 hilos, si tiene uno, y compartir la conexión a tierra entre el zumbador y el sensor. Solo tenía una cinta de 4 hilos, así que la usé para el sensor ultrasónico y usé un cable de dos hilos para el timbre. Dado que el zumbador tiene dos conectores, soldé una fila de conectores hembra a los dos cables con el espaciado correcto, de esta manera puedo quitar fácilmente el zumbador piezoeléctrico si es necesario. El sensor tiene algunos orificios de soldadura para soldar a los que debe dirigirse y usar. Asegúrese de usar el lado correcto, los orificios del otro lado son para programar el sensor y no funcionarán.

Paso 7: Termine los cables

Luego suelde los pines macho del cabezal al otro extremo de los cables. (Estos se conectarán al microcontrolador).

Paso 8: Cargar código

Para cargar el código, conecte los pines de 5v, tierra, TX, RX en la placa de PC a esos mismos pines en una placa Arduino sin chip usando algunos cables. Luego, conecte el pin de reinicio en la placa de PC al lugar donde iría el pin 13 en el zócalo DIP en la placa Arduino. Si esto le resulta confuso, consulte la imagen que se reproduce, excepto con un Arduino Mini. A continuación, simplemente pase el código adjunto en el editor Arduino (o busque y abra el archivo.pde en Arduino después de la descarga) y seleccione el puerto serie apropiado y el chip Arduino que está utilizando y presione el botón de carga. El código funciona reproduciendo pitidos y luego, variando el intervalo entre pitidos en función de la distancia medida por el sensor. Por lo tanto, si está cerca de un objeto, el intervalo entre pitidos disminuye y los pitidos se producen más rápido. Si está lejos de un objeto, el intervalo entre pitidos aumenta para que los pitidos se produzcan más lentamente. El controlador comprueba la distancia cada 60 ms, por lo que el intervalo entre pitidos cambia dinámicamente. Actualmente está escalado, por lo que 1 pulgada hace una diferencia de 10 ms en el intervalo entre pitidos. Esto hace que las gafas funcionen mejor en distancias más cortas, pero se pueden aumentar para que funcionen mejor en distancias más largas. Probé una escala exponencial que aumentó el rango a distancias más cercanas (usando fscale pero no pareció cambiar mucho la respuesta a cambio de toneladas de código, así que lo deseché). Dado que el tiempo que lleva leer la distancia depende de la distancia del objeto que se detecta (el sensor devuelve pulsos de hasta 30 ms de largo) el código mide el tiempo que tomó obtener la lectura y compensa los tiempos de retraso en esa cantidad. Cada línea del código se comenta y (con suerte) es propia -explicativo.

Paso 9: coloque la electrónica en un gabinete

Corte el tubo enrollado para que tenga la longitud correcta desde las gafas hasta la mano o el bolsillo de alguien. Coloque los cables que se conectan al sensor ultrasónico y al zumbador piezoeléctrico dentro del tubo enrollado de costura dividida. Taladre un agujero en su caja que pueda encajar en la tubería enrollada. Hice esto usando un enfoque de prueba y error comenzando con un tamaño pequeño y aumentando el diámetro hasta que el tubo encajara perfectamente. Pase los cables a través del orificio y luego apriete el tubo enrollado. Mis cables son un poco largos, así que tuve que doblarlos para que encajaran. Un poco de velcro sujeta la placa de circuito a la caja.

Paso 10: Conecte los cables

Ahora puede usar las clavijas del cabezal macho en los extremos de sus cables y conectarlas a las clavijas apropiadas en la placa de circuito impreso (¡use el esquema!). Si está utilizando su propio Arduino, utilice las mismas asignaciones de pines que en el esquema.

Paso 11: Cierre el recinto

Este gabinete tenía tornillos para mantenerlo cerrado, pero otros gabinetes (¿estaño altoids?) Podrían simplemente cerrarse. Como no estaba seguro de si estaba funcionando, usé cinta adhesiva para mantenerlo cerrado por ahora.

Paso 12: Coloque las orejas

Para sujetar las orejas tenemos que poner primero dos ranuras verticales con la dremel en las orejas para que pase la correa.

Paso 13: Continuación de la colocación de las orejas

Después de pasar las correas por las orejas, usé Velcro para sujetar las orejas a las gafas. Esto terminó siendo algo inestable, pero altamente ajustable para que apunten al camino correcto. Pegarlos habría sido más permanente, pero el Velcro ha sobrevivido a varias demostraciones. El sensor ultrasónico de alguna manera fue el ajuste perfecto para ser empujado en el mecanismo de bloqueo para la capacidad de voltear hacia arriba de las gafas. Tienes que sacar el marco de goma de la lente de plástico ligeramente desde la parte superior para hacer espacio y luego el sensor encaja perfectamente. El sensor se sale a veces, por lo que un poco de pegamento podría arreglarlo para siempre. Desafortunadamente, este método de fijación hace que ya no sea posible levantar las lentes.

Paso 14: Experimente la ecolocalización

Conecte una batería, coloque la caja en su bolsillo y explore. Cuanto más te acerques a los objetos en tu línea de visión, más rápido suena, cuanto más lejos te acercas, más lento suena. ¡No los use en entornos peligrosos o en el tráfico! Estas gafas son solo para fines educativos y están diseñadas para entornos controlados, ya que están diseñadas para bloquear su visión periférica y su visión regular para que dependa más de las señales auditivas. ¡No soy responsable de ninguna lesión como resultado del uso de estas gafas! Gracias! Dado que esto se basa en Arduino, podría agregar fácilmente un módulo Zigbee o blueSMIRF para conectarlos con computadoras de forma inalámbrica. El trabajo futuro podría ser agregar un dial para ajustar la sensibilidad y agregar un interruptor de encendido / apagado.

Segundo premio en el Concurso de Robots Instructables y RoboGames