Détecteur de scintillement : 3 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

J'ai toujours été fasciné par le fait que l'électronique nous accompagne. C'est juste partout. Lorsque nous parlons de sources lumineuses (pas les sources naturelles comme les étoiles), nous devons prendre en compte plusieurs paramètres: la luminosité, la couleur et, dans le cas où il s'agit de l'écran du PC, la qualité de l'image.

La perception visuelle de la lumière ou de la luminosité de la source lumineuse électronique peut être contrôlée de différentes manières lorsque la plus populaire est via la modulation de largeur d'impulsion (PWM) - Il suffit d'allumer et d'éteindre l'appareil très rapidement pour que les transitoires semblent "invisibles" pour l'œil humain. Mais, comme il semble, ce n'est pas trop bon pour les yeux humains pour une utilisation à long terme.

Lorsque nous prenons par exemple un écran d'ordinateur portable et réduisons sa luminosité - il peut sembler plus sombre, mais il y a beaucoup de changements sur l'écran - scintillement. (Plus d'exemples à ce sujet peuvent être trouvés ici)

J'ai été grandement inspiré par une idée de cette vidéo YouTube, l'explication et la simplicité de celle-ci sont tout simplement formidables. En attachant de simples dispositifs standard, il est possible de créer un dispositif de détection de scintillement totalement portable.

L'appareil que nous sommes sur le point de construire est un détecteur de scintillement de source lumineuse, utilisant une petite batterie solaire comme source lumineuse, et se compose des blocs suivants:

1. Petit panneau solaire
2. Amplificateur audio intégré
3. Conférencier
4. Jack pour connexion casque, si on veut tester avec une plus grande sensibilité
5. Batterie Li-Ion rechargeable comme source d'alimentation
6. Connecteur USB Type-C pour la connexion de charge
7. Indicateur LED d'alimentation

Fournitures

Composants electroniques

• Amplificateur de puissance audio intégré
• Haut-parleur 8 ohms
• Batterie Li-Ion 3.7V 850mAh
• Prise audio 3,5 mm
• Mini batterie solaire polycristalline
• TP4056 - Carte de charge Li-Ion
• LED RVB (pack TH)
• 2 résistances 330 Ohm (pack TH)

Composants mécaniques

• Bouton de potentiomètre
• Boîtier imprimé en 3D (une boîte de projet disponible en option peut être utilisée)
• 4 vis de 5 mm de diamètre

Instruments

• Fer à souder
• Pistolet à colle chaude
• tournevis cruciforme
• Fil monoconducteur
• Imprimante 3D (en option)
• Pince
• Pince à épiler
• Coupeur

Étape 1: Théorie du fonctionnement

Comme il a été mentionné dans l'introduction, le scintillement causé par PWM. Selon Wikipédia, l'œil humain peut capter jusqu'à 12 images par seconde. Si la fréquence d'images dépasse ce nombre, cela est considéré comme un mouvement pour la vision humaine. Par conséquent, s'il y a un changement rapide d'objet qui est observé, nous voyons son intensité moyenne au lieu d'une séquence d'images séparées. Il y a un noyau de l'idée du PWM dans les circuits de contrôle de la luminosité: parce que nous ne pouvons voir que l'intensité moyenne d'une fréquence d'images supérieure à 12 images par seconde (encore une fois, selon wikipedia), nous pouvons facilement ajuster la luminosité (Duty Cycle) de la source lumineuse alimentée via périodes changeantes, lorsque la lumière est allumée ou éteinte (Plus sur PWM), où la fréquence de commutation est constante et est bien supérieure à 12 Hz.

Ce projet décrit un appareil dont le volume sonore et la fréquence sont proportionnels au bruit de scintillement causé par PWM.

Mini panneau polycristallin

L'objectif principal de ces dispositifs est de transformer l'énergie dérivée de la source lumineuse en énergie électrique, qui peut facilement être récupérée. L'une des propriétés clés de cette batterie, c'est que si la source lumineuse ne fournit pas une intensité constante stable et change au fil du temps, les mêmes changements se produiront sur la tension de sortie de ce panneau. C'est donc ce que nous allons détecter - les changements d'intensité au fil du temps

Amplificateur audio

La sortie produite par le panneau solaire est proportionnelle au niveau d'intensité moyen (DC) avec des changements supplémentaires d'intensité au fil du temps (AC). Nous souhaitons détecter uniquement la tension alternative et le moyen le plus simple d'y parvenir - connecter le système audio. L'amplificateur audio utilisé dans cette conception est un PCB à alimentation unique, avec des condensateurs de blocage CC de chaque côté, à la fois en entrée et en sortie. Ainsi, la sortie du panneau solaire est connectée directement à l'amplificateur audio. L'ampli utilisé dans cette conception a déjà un potentiomètre avec un interrupteur marche/arrêt intégré, il y a donc un contrôle complet sur la puissance de l'appareil et le volume du haut-parleur.

Gestion de la batterie Li-Ion

Le circuit de chargeur de batterie TP4056 Li-Ion a été ajouté à ce projet afin de rendre l'appareil portable et rechargeable. Le connecteur USB-C sert d'entrée pour le chargeur et la batterie utilisée est de 850 mAh, 3,7 V, ce qui est suffisant pour les objectifs que nous devons poursuivre avec cet appareil. La tension de la batterie agit comme une alimentation principale pour l'amplificateur audio, donc pour tout un appareil.

Haut-parleur comme sortie système

Le haut-parleur joue un rôle principal dans l'appareil. J'en ai choisi un de taille relativement petite, avec une fixation solide à l'enceinte, donc j'entendrais aussi des fréquences plus basses. Comme il a été mentionné précédemment, la fréquence et le volume du haut-parleur peuvent être définis comme suit:

f(Haut-parleur) = f(AC du panneau solaire) [Hz]

P (haut-parleur) = K*I (intensité crête à crête du signal CA du panneau solaire) [W]

K - Est un coefficient de volume

Prise audio

La prise jack 3,5 mm est utilisée dans le cas où l'on souhaite brancher un casque. Dans cet appareil, la prise a une broche de détection de connexion, qui est déconnectée de la broche de signal, lorsque la prise audio est branchée. Elle a été conçue de cette façon pour fournir une sortie à un seul chemin à la fois - haut-parleur OU casque.

LED RVB

Ici, la LED a une double fonction - elle s'allume lorsque l'appareil est en charge ou que l'appareil est sous tension.

Étape 2: Enceinte - Conception et impression

L'imprimante 3D est un excellent outil pour les boîtiers et les boîtiers personnalisés. L'enceinte pour ce projet a une structure très basique avec quelques caractéristiques communes. Développons-le étape par étape:

Préparation et FreeCAD

Le boîtier a été conçu dans FreeCAD (le fichier de projet est disponible en téléchargement au bas de cette étape), où le corps de l'appareil a été construit en premier et un couvercle solide a été construit en tant que pièce distincte par rapport au corps. Une fois l'appareil conçu, il est nécessaire de l'exporter en tant que corps et couvercle séparés.

Le mini panneau solaire est monté sur le couvercle avec une zone de taille fixe, où la zone de découpe est dédiée aux fils. Interface utilisateur disponible des deux côtés: découpe USB et trous LED|Jack|Potentiomètre. Le haut-parleur a sa propre zone dédiée, qui est un ensemble de trous sur le bas du corps. La batterie est adjacente au haut-parleur, il y a une place pour chacune des pièces, nous n'aurons donc pas besoin d'être frustrés lors de l'assemblage de l'appareil.

Tranchage et Ultimaker Cura

Puisque nous avons des fichiers STL, nous pouvons procéder au processus de conversion G-Code. Il y a beaucoup de méthodes pour le faire, je vais juste laisser ici les principaux paramètres d'impression:

• Logiciel: Ultimaker Cura 4.4
• Hauteur de couche: 0,18 mm
• Épaisseur de paroi: 1,2 mm
• Nombre de couches supérieures/inférieures: 3
• Remplissage: 20 %
• Buse: 0,4 mm, 215 * C
• Lit: Verre, 60*C
• Prise en charge: Oui, 15 %

Étape 3: Soudage et assemblage

Soudure

Pendant que l'imprimante 3D est occupée à imprimer notre boîtier, couvrons le processus de soudure. Comme vous pouvez le voir dans les schémas, il est simplifié au strict minimum - c'est pour la raison que toutes les pièces que nous allons attacher au total sont disponibles sous forme de blocs intégrés indépendants. Eh bien, la séquence est:

1. Souder les bornes de la batterie Li-Ion aux broches TP4056 BAT+ et BAT-
2. Souder VO+ et VO- du TP4056 aux bornes VCC et GND de l'amplificateur audio
3. Souder la borne "+" du petit panneau solaire au VIN (L ou R) de l'amplificateur audio, et "-" à la masse de l'ampli audio
4. Fixation d'une LED bicolore ou RVB à deux résistances 220R avec une isolation appropriée
5. Souder la première anode LED à la borne du commutateur de l'amplificateur audio (La connexion doit être effectuée sur la borne du commutateur). Il est fortement recommandé de vérifier quelle borne de l'interrupteur sur la face inférieure du PCB est connectée à VCC - celle qui ne l'est pas est notre option
6. La deuxième anode LED doit être soudée à l'anode de l'une ou l'autre des deux LED SMD - elles ont une connexion d'anode commune
7. Souder les cathodes LED à la TERRE de l'amplificateur audio
8. Soudez les bornes des haut-parleurs à la sortie de l'amplificateur audio (assurez-vous d'avoir choisi le même canal à l'entrée, GAUCHE ou DROITE)
9. Afin de forcer le haut-parleur à s'éteindre, soudez les bornes jack stéréo 3,5 mm qui empêchent le courant de circuler dans le haut-parleur.
10. Afin que les écouteurs produisent du son de chaque côté - L et R, raccourcissez ensemble les bornes décrites à l'étape précédente.

Assemblée

Une fois le boîtier imprimé, il est recommandé d'assembler pièce par pièce en tenant compte de la hauteur de la pièce:

1. Faire un cadre à partir de colle chaude selon le périmètre intérieur de la couverture et y placer un panneau solaire
2. Fixation du potentiomètre avec un écrou et une rondelle sur le côté opposé
3. Coller le haut-parleur avec de la colle chaude
4. Coller la batterie avec de la colle chaude
5. Collage jack 3,5 mm avec de la colle chaude
6. Coller la batterie avec… de la colle chaude
7. Collage du TP4056 avec pointage USB en dehors de sa zone de découpe dédiée avec de la colle chaude
8. Mettre un bouton sur un potentiomètre
9. Fixation couvercle et corps avec quatre vis

Essai

Notre appareil est réglé et prêt à partir ! Afin de vérifier correctement l'appareil, il est nécessaire de trouver une source de lumière qui peut fournir une intensité alternative. Je recommande d'utiliser la télécommande IR, car elle fournit une intensité alternative dont la fréquence se situe dans la région de la bande passante auditive humaine [20Hz:20KHz].

N'oubliez pas de tester toutes vos sources lumineuses chez vous.

Merci d'avoir lu!:)