Alarme tactile faciale : 4 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:05

Toucher notre visage est l'un des moyens les plus courants pour nous de nous infecter avec des virus comme Covid-19. Une étude universitaire en 2015 (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25637115) a révélé que nous nous touchons le visage en moyenne 23 fois par heure. J'ai décidé de concevoir un appareil à faible coût et à faible consommation d'énergie qui vous alerterait chaque fois que vous êtes sur le point de toucher votre visage. Ce prototype rugueux pourrait être affiné très facilement et bien qu'il soit peu probable que vous souhaitiez le porter toute la journée, cela pourrait être un bon moyen de vous entraîner à réduire les contacts avec le visage et donc à réduire la propagation du virus.

La plupart des formes de détection de mouvement utilisent des accéléromètres ou un traitement d'image. Ceux-ci sont relativement chers, nécessitent une alimentation continue et donc également une batterie relativement grande. Je voulais créer un appareil qui ne consomme de l'énergie que lorsque le comportement le déclenche, et qui pourrait être fabriqué à la maison pour moins de 10 $.

L'appareil comporte trois parties. Un collier et deux petits élastiques à chaque poignet. Il utilise le principe selon lequel un aimant se déplaçant près d'une bobine de fil génère un courant électrique dans le fil. Lorsque la main se déplace vers le visage, l'aimant au poignet génère une petite tension à travers la bobine. Ceci est amplifié et s'il est supérieur à un certain seuil, il déclenche un petit buzzer.

Fournitures

• 100 - 200 mètres de fil de solénoïde. La plupart des fils sont trop épais. Le fil du solénoïde est isolé avec une très fine couche de vernis afin que vous puissiez faire beaucoup de tours dans la bobine tout en la gardant relativement petite et légère. J'ai utilisé 34 AWG - soit environ 0,15 mm de diamètre
• Attaches de câble ou ruban adhésif
• Un ampli-op de faible puissance à alimentation unique. Il doit pouvoir fonctionner en 3V. J'ai utilisé un Microchip MCP601.
• 2 résistances (1M, 2K)
• Résistance de coupe 2K
• Un buzzer piézo 3 - 5 V
• N'importe quel transistor npn basique (j'ai utilisé un 2N3904)
• Certains veroboard
• CR2032 (ou n'importe quelle pile bouton 3V)
• 2 petits aimants puissants
• 2 élastiques épais ou du matériel de support de compression (comme des chaussettes de compression)

Étape 1: Enrouler la bobine

La bobine doit être un morceau de fil continu, elle ne peut donc malheureusement pas être accrochée et décrochée comme un collier. Par conséquent, il est important que le diamètre de la bobine soit suffisamment grand pour que vous puissiez la passer au-dessus de votre tête. J'ai enroulé le mien autour d'une forme circulaire (une corbeille à papier) d'un diamètre d'environ 23 cm (9 pouces). Plus il y a de tours, mieux c'est. J'ai perdu le compte de combien j'en ai fait mais en testant la résistance électrique à la fin je pense que je me suis retrouvé avec environ 150 tours.

Retirez délicatement la bobine du premier et fixez-la avec des attaches de câble ou du ruban adhésif. Il est important de ne pas casser le fil délicat du solénoïde car il sera presque impossible à réparer. Lorsque vous avez fixé la bobine, trouvez les deux extrémités du fil et retirez le vernis du dernier cm (dernier demi-pouce) de chaque extrémité. Je l'ai fait en faisant fondre le vernis avec un fer à souder (voir la vidéo ci-jointe).

Cliquez ici pour voir la vidéo sur la façon de dénuder le fil du solénoïde

Ces extrémités peuvent être soudées délicatement sur le circuit imprimé de votre détecteur. Pour mon prototype, j'ai soudé les extrémités sur un petit morceau de carte vero séparée avec un en-tête de prise, afin que je puisse utiliser des expériences et utiliser des câbles de démarrage pour le connecter à différentes conceptions de circuits.

Étape 2: Construire le circuit du détecteur

Le schéma et le circuit final sont présentés ci-dessus.

J'utilise un ampli op dans une configuration non inverseuse pour amplifier la très faible tension générée aux bornes de la bobine. Le gain de cet amplificateur est le rapport des résistances de R1 et R2. Il doit être suffisamment haut pour détecter l'aimant lorsqu'il se déplace à environ 10 cm du bord de la bobine relativement lentement (environ 20-30 cm/s) mais si vous le rendez trop sensible, il peut devenir instable et le buzzer sonnera en continu. Étant donné que le nombre optimal dépendra de la bobine réelle que vous construisez et de l'aimant que vous utilisez, je vous recommande de construire le circuit avec une résistance variable qui peut être réglée sur n'importe quelle valeur jusqu'à 2K. Dans mon prototype, j'ai trouvé qu'une valeur d'environ 1,5K fonctionnait bien.

Étant donné que la bobine capte également les ondes radio parasites de différentes fréquences, j'ai inclus un condensateur aux bornes de R1. Cela agit comme un filtre passe-bas. À toutes les fréquences supérieures à quelques hertz, la réactance de ce condensateur est bien inférieure à la valeur de R1 et donc l'amplification diminue.

Étant donné que le gain est si élevé, la sortie de l'ampli op ne sera vraiment que "on" (3V) ou "off" (0V). Initialement, étant donné que le MCP601 peut produire 20 mA, je pensais qu'il pourrait être capable de piloter directement un buzzer piézo (cela ne nécessite que quelques mA pour fonctionner). Cependant, j'ai trouvé que l'ampli op avait du mal à le piloter directement, probablement à cause de la capacité du buzzer. J'ai résolu ce problème en alimentant la sortie de la sortie via une résistance à un transistor npn qui agit comme un interrupteur. R3 est choisi pour s'assurer que le transistor est complètement allumé lorsque la sortie de l'ampli op est de 3V. Idéalement, pour minimiser la consommation d'énergie, celle-ci devrait être aussi élevée que possible tout en garantissant que le transistor est allumé. J'ai choisi 5K pour m'assurer que ce circuit fonctionne avec presque tous les transistors npn populaires.

La dernière chose dont vous avez besoin est une batterie. J'ai pu faire fonctionner mon prototype avec succès avec une pile bouton 3V - mais elle était encore plus sensible et efficace à une tension légèrement plus élevée et donc si vous pouvez trouver une petite batterie li-poly (3,7V), je vous recommande de l'utiliser.

Étape 3: Fabriquez les bracelets

Si un aimant est porté près de chaque main, l'action de lever la main vers le visage déclenchera le buzzer. J'ai décidé de créer deux bracelets avec un matériau de chaussette de soutien élastique et je les ai utilisés pour garder deux petits aimants à mon poignet. Vous pouvez également expérimenter avec un anneau magnétique sur un doigt de chaque main.

Le courant induit circule dans un sens autour de la bobine lorsque l'aimant pénètre dans la région de la bobine et dans le sens opposé lorsqu'il en sort. Parce que le circuit prototype est intentionnellement simple, une seule direction du courant déclenchera le buzzer. Ainsi, il bourdonnera soit lorsque la main s'approchera du collier, soit lorsqu'elle s'en éloignera. Évidemment, nous voulons qu'il vibre sur le chemin du visage et nous pouvons changer la polarité du courant généré en retournant l'aimant. Essayez donc de savoir dans quel sens le buzzer retentit lorsque la main s'approche du visage et marquez l'aimant pour ne pas oublier de le porter dans le bon sens.

Étape 4: Tester

La taille du courant induit est liée à la rapidité avec laquelle le champ magnétique change près de la bobine. Il est donc plus facile de capter des mouvements rapides près de la bobine que des mouvements lents loin de celle-ci. Avec un peu d'essais et d'erreurs, j'ai pu le faire fonctionner de manière fiable lorsque j'ai déplacé l'aimant à environ 30 cm/s (1 pied/s) à une distance de 15 cm (6 pouces). Un peu plus de réglage améliorerait cela d'un facteur de deux ou trois.

C'est un peu grossier pour le moment puisque le prototype utilise des composants "à trous traversants", mais toute l'électronique pourrait être facilement rétrécie à l'aide de composants à montage en surface et la taille limite serait simplement la batterie.