Lunettes radar : 14 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

L'été dernier, lors de vacances dans le Maine, nous avons rencontré un autre couple: Mike et Linda. Linda était aveugle et était aveugle depuis la naissance de (je pense) leur premier enfant. Ils étaient vraiment sympas et nous avons beaucoup ri ensemble. Après notre retour à la maison, je ne pouvais pas m'empêcher de penser à ce que ce serait d'être aveugle. Les aveugles ont des chiens d'aveugle et des cannes et je suis sûr que beaucoup d'autres choses les aideront. Mais encore, il doit y avoir beaucoup de défis. J'ai essayé d'imaginer à quoi cela ressemblerait et je me suis demandé, en tant que nerd de l'électronique, s'il y avait quelque chose que je pouvais faire.

Je me suis brûlé les yeux un été avec un soudeur quand j'avais environ 20 ans (longue histoire… gamin idiot). C'est quelque chose que je n'oublierai jamais. Quoi qu'il en soit, j'ai eu mes yeux bandés pendant une journée. Je me souviens que ma mère essayait de me faire traverser la rue à pied. Je n'arrêtais pas de lui demander si les voitures s'étaient arrêtées. Elle a dit quelque chose comme: « Je suis ta mère… tu penses que je t'accompagnerais dans la circulation ? En repensant à quel idiot j'étais quand j'étais adolescent, je me suis demandé. Mais je ne pouvais pas me remettre de ne pas savoir s'il y avait quelque chose sur le point de me frapper au visage pendant que je marchais. J'étais très heureux et soulagé lorsque nous avons retiré les patchs. C'est la seule chose proche de "l'expérience" que j'ai eue dans ma vie en ce qui concerne la cécité.

J'ai récemment écrit un autre Instructable à propos d'un jeune ami au travail qui a perdu la vue de son œil droit et d'un appareil que j'ai conçu pour qu'il lui dise s'il y avait quelque chose sur son côté droit. Si vous voulez le lire c'est ici. Cet appareil utilisait un capteur de temps de vol de ST Electronics. Environ une minute après avoir terminé ce projet, j'ai décidé que je pouvais fabriquer un appareil pour aider les aveugles. Le capteur VL53L0X que j'ai utilisé sur ce projet a un capteur grand frère/sœur appelé VL53L1X. Cet appareil peut mesurer de plus grandes distances que le VL53L0X. Il y avait une carte de dérivation pour le VL53L0X d'Adafruit et pour la VL53L1X, une carte de dérivation de Sparkfun. J'ai décidé de créer une paire de lunettes avec le VL53L1X à l'avant et un dispositif de retour haptique (moteur vibrant) derrière les lunettes près de l'arête du nez. Je ferais vibrer le moteur inversement proportionnellement à la distance à un objet, c'est-à-dire que plus un objet était proche des lunettes, plus il vibrerait.

Je dois noter ici que le VL53L1X a un champ de vision très étroit (programmable entre 15 et 27 degrés), ce qui signifie qu'ils sont TRÈS directionnels. Ceci est important car il donne une bonne résolution. L'idée est que l'utilisateur puisse bouger la tête comme une antenne radar. Ceci, associé au champ de vision étroit, permet à l'utilisateur de mieux discerner les objets à différentes distances.

Remarque concernant les capteurs VL53L0X et VL53L1X: ce sont des capteurs de temps de vol. Cela signifie qu'ils envoient une impulsion LASER (faible puissance et dans le spectre infrarouge donc ils sont sûrs). Le capteur multiplie le temps qu'il faut pour voir l'impulsion réfléchie revenir. Donc, la distance est égale au taux X temps comme nous nous en souvenons tous des cours de mathématiques/sciences, n'est-ce pas ? Alors, divisez le temps en deux et multipliez par la vitesse de la lumière et vous obtenez la distance. Mais comme l'a souligné un autre membre d'Instructables, les lunettes auraient pu être appelées lunettes LiDAR car l'utilisation d'un LASER de cette manière est Light Distance and Ranging (LiDAR). Mais comme je l'ai dit, tout le monde ne sait pas ce qu'est le LiDAR, mais je pense que la plupart des gens connaissent le RADAR. Et tandis que la lumière infrarouge et la radio font toutes partie du spectre électromagnétique, la lumière n'est pas considérée comme une onde radio comme le sont les fréquences micro-ondes. Donc, je vais laisser le titre comme RADAR mais maintenant, vous comprenez.

Ce projet utilise essentiellement le même schéma que celui de l'autre projet… comme nous le verrons. Les grandes questions de ce projet sont: comment monter l'électronique sur des lunettes et quel type de lunettes utilisons-nous ?

Étape 1: Les lunettes

J'ai décidé que je pourrais probablement concevoir une simple paire de lunettes et les imprimer avec mon imprimante 3D. J'ai également décidé que je n'avais besoin que d'imprimer en 3D le squelette ou la monture des lunettes. J'ajouterais une carte de circuit imprimé à souder dans les composants. La carte de circuit imprimé (protoboard) serait fixée aux cadres, ce qui ajouterait de la résistance à l'ensemble de l'assemblage. Un rendu 3D des cadres est montré ci-dessus.

Les fichiers STL sont également joints à cette étape. Il y a trois fichiers: left.stl, right.stl (les oreillettes/bras) et glass.stl (les montures).

Étape 2: le circuit imprimé

J'ai utilisé une planche à pain pleine grandeur Adafruit Perma-Proto. J'ai positionné la planche à pain sur le devant des verres et les ai centrés. Le bord supérieur des verres que j'ai fait même avec le haut du protoboard. La partie rectangulaire des lunettes qui s'étend du haut est l'endroit où le capteur de temps de vol sera finalement monté. Une bonne partie du haut de cette partie des cadres dépasse du protoboard. C'est OK car nous n'avons pas besoin de souder quoi que ce soit en haut du capteur, juste en bas.

Il y a un trou au centre de la planche à pain qui est presque exactement au-dessus de l'endroit où l'arête du nez sera dans les verres. J'ai marqué les 4 trous qui sont dans le cadre sur le protoboard à l'aide d'un marqueur à pointe fine. J'ai ensuite percé les trous dans la planche à pain.

Ensuite, j'ai monté les cadres sur la planche à pain à l'aide de vis M2.5. Les miens sont en nylon et j'ai reçu un kit complet de vis d'Adafruit à cet effet. Une fois les vis fixées, j'ai pris un marqueur et j'ai tracé une ligne autour des cadres sur la planche à pain. Pour moi, j'ai marqué directement les entailles sur les côtés des cadres où les oreillettes seront situées. C'est ma préférence… mais vous voudrez peut-être que les oreilles de la monture soient visibles.

Étape 3: Découpez-le

Ensuite, j'ai retiré les 4 vis pour maintenir les cadres à la planche à pain. J'ai fait un enlèvement grossier de matériel en dehors de la ligne que nous avons marquée. J'ai fait attention à rester un peu à l'écart des lignes car j'affinerais cela plus tard avec la ponceuse à bande de table que j'ai. Vous pouvez utiliser un fichier… mais nous prenons de l'avance.

Vous pouvez couper grossièrement autour de la ligne en utilisant tous les moyens dont vous disposez. Peut-être une scie à ruban ? Eh bien, je n'en ai pas. J'ai une « grignoteuse » pour les circuits imprimés, donc je l'ai utilisée. Cela a en fait pris beaucoup de temps et c'est un peu fastidieux à faire. Mais le matériel des circuits imprimés peut se briser et se fissurer et je voulais donc y aller lentement. J'ai grignoté mon chemin et aussi dans la zone du nez… mais seulement grossièrement. Vous pouvez voir ce que je faisais dans l'image ci-dessus.

Étape 4: Ponçage ou limage

J'ai retiré le matériau beaucoup plus près de la ligne à l'aide de ma ponceuse à bande de table. Encore une fois, vous pouvez utiliser un fichier si vous n'avez rien d'autre. Tout ce que je peux dire ici à propos du ponçage, c'est que, selon le grain d'abrasif dans la ponceuse, faites attention à la quantité de matériau que vous essayez d'enlever. Il n'y pas de retour en arriere. Parfois, un seul glissement peut ruiner la planche (ou au moins lui donner un aspect asymétrique ou terni). Alors, prenez votre temps.

Vous pouvez voir mes photos avant et après ci-dessus.

Étape 5: Réglage fin

J'ai refixé les cadres avec les 4 vis et je suis retourné à la ponceuse à bande. J'ai poncé très très soigneusement jusqu'au bord des cadres. J'ai eu besoin d'utiliser une lime ronde dans la section du nez parce que je ne pouvais tout simplement pas faire un virage aussi serré dans ma ponceuse. Voir mes résultats finaux ci-dessus.

Étape 6: Ajout du capteur

À ce stade, j'ai ajouté la carte de dérivation du capteur VL53L1X. J'ai d'abord ajouté deux longues vis en nylon M2.5 en les poussant à travers les trous des cadres et à travers les trous du VL53L1X. J'ai ajouté un écrou en nylon à chaque vis et les ai serrées très doucement. Sur le dessus de chaque écrou, j'ai ajouté deux (quatre au total) rondelles en nylon. Ceux-ci sont nécessaires pour s'assurer que le capteur VL53L1X est parallèle au protoboard.

J'ai placé un bornier à 6 positions sur la carte dans une position telle que les trous en haut du VL53L1X s'alignent avec les deux vis que j'ai mises en haut des cadres (avec les rondelles en nylon). J'ai ajouté des écrous en nylon aux extrémités des vis et encore une fois, je les ai resserrées doucement. Voir les images ci-dessus.

Étape 7: Schéma

Comme je l'ai dit plus tôt, le schéma est à peu près le même que celui du projet Radar périphérique. Une différence est que j'ai ajouté un bouton poussoir (un interrupteur de contact monétaire). J'imagine qu'à un moment donné, nous en aurons besoin pour changer de mode ou implémenter une fonctionnalité… alors, mieux vaut l'avoir maintenant que de l'ajouter plus tard.

J'ai également ajouté un potentiomètre 10K. Le pot sert à régler la distance que le logiciel considérera comme la distance maximale à laquelle répondre. Considérez-le comme un contrôle de sensibilité.

Le schéma est présenté ci-dessus.

La liste des pièces (que j'aurais dû donner plus tôt) est la suivante:

SparkFun Distance Sensor Breakout - 4 Meter, VL53L1X - SEN-14722 Adafruit - Vibrating Mini Motor Disc - PRODUCT ID: 1201Adafruit - Lithium Ion Polymer Battery - 3.7v 150mAh - PRODUCT ID: 1317Adafruit Perma-Proto Full-size Breadboard PCB - Single - PRODUCT ID: 1606Boutons de commutation tactiles (6mm slim) x 20 pack - ID PRODUIT: 1489Sparkfun - Connecteur JST à angle droit - Through-Hole 2-Pin - Résistance PRT-0974910K ohm - Junkbox (regardez sur votre sol) Résistance 10K-100K ohm - Junkbox (regardez sur votre sol près des résistances 10K)2N3904 NPN Transistor - Junkbox (ou téléphonez à un ami) Du fil de branchement (j'ai utilisé des torons de calibre 22)

Pour charger la batterie LiPo, j'ai également récupéré: Adafruit - Micro Lipo - Chargeur USB LiIon/LiPoly - v1 - ID PRODUIT: 1304

Étape 8: Placement des composants

J'essayais d'être aussi intelligent que possible pour placer les composants. J'essaie généralement d'aligner certaines broches comme l'alimentation et la terre… si je peux. J'essaie au moins de minimiser les longueurs de fil. Je devais m'assurer de laisser un espace au-dessus de l'arête du nez pour le moteur de vibration. Au final je suis arrivé au placement que l'on peut voir sur la photo ci-dessus.

Étape 9: Motifs

J'ai d'abord soudé tous les composants à la carte dans les positions que j'avais décidées. Ensuite, j'ai ajouté des connexions à la terre. Idéalement, l'une des grandes bandes longues du PWB était toujours exposée, j'en ai donc fait la bande de masse commune.

L'image ci-dessus montre les connexions à la terre et la résistance 10K. Je ne vais pas vous dire où placer chaque fil car la plupart des gens ont leurs propres idées sur la façon de faire les choses. Je vais juste vous montrer ce que j'ai fait.

Étape 10: Fils

J'ai ajouté le reste des fils comme indiqué dans l'image ci-dessus. J'ai ajouté un morceau de ruban adhésif double sous le moteur de vibration pour m'assurer qu'il est maintenu en place. Le matériau collant qui se trouvait déjà au bas du moteur ne me semblait pas assez solide.

J'ai utilisé du fil de calibre 22 pour mes connexions. Si vous avez quelque chose de plus petit, utilisez-le. J'ai utilisé le calibre 22 car c'est le plus petit que j'avais sous la main.

Étape 11: Support de batterie

J'ai imprimé en 3D un support pour maintenir la batterie LiPo (un rendu est montré ci-dessus). J'ai marqué et percé des trous dans le protoboard pour monter le support sur le côté opposé des lunettes par rapport aux composants comme indiqué ci-dessus.

Je dois noter ici que le support est très fin et fragile et que je dois l'imprimer avec du matériel de support (j'ai utilisé du plastique ABS pour toutes les pièces de ce projet). Vous pouvez facilement casser le support en essayant de retirer le matériau de support, alors allez-y doucement.

Une chose que je fais pour rendre mes pièces plus solides est de les tremper dans de l'acétone. Bien sûr, vous devez être très prudent en faisant cela. Je le fais dans un endroit bien aéré et j'utilise des gants et des lunettes de protection. Je le fais après avoir retiré le matériel de support (bien sûr). J'ai un récipient d'acétone et, à l'aide d'une pince à épiler, je plonge complètement la pièce dans l'acétone pendant peut-être une seconde ou deux. Je l'enlève immédiatement et le laisse sécher. Je laisse généralement les pièces pendant une heure ou plus avant de les toucher. L'acétone fera "fondre" chimiquement l'ABS. Cela a pour effet de sceller les couches de plastique.

Le fichier STL du support est joint à cette étape.

Étape 12: Programmation

Après avoir vérifié toutes mes connexions, j'ai connecté le câble USB afin de programmer le Trinket M0.

Pour installer et/ou modifier le logiciel (attaché à cette étape), vous aurez besoin de l'IDE Arduino et des fichiers de la carte pour le Trinket M0 ainsi que des bibliothèques pour le VL53L1X de Sparkfun. Tout cela est ici, et ici.

Si vous êtes nouveau, suivez les instructions d'utilisation de l'Adafruit M0 sur leur site d'apprentissage ici. Une fois le logiciel (ajouté à cette étape) chargé, la carte doit démarrer et fonctionner sur l'alimentation de la connexion série USB. Déplacez le côté de la planche avec le VL53L1X près d'un mur ou de votre main et vous devriez sentir le moteur vibrer. La vibration devrait diminuer en amplitude à mesure que l'objet est éloigné de l'appareil.

Je tiens à souligner que ce logiciel est le tout premier pas à cela. J'ai fait deux paires de lunettes et j'en ferai deux autres tout de suite. Nous (moi et au moins une autre personne travaillant là-dessus) continuerons d'affiner le logiciel et de publier toutes les mises à jour ici. J'espère que d'autres essaieront également cela et publieront (peut-être sur GitHub) tous les changements/améliorations qu'ils apporteront.

Étape 13: Finition des cadres

J'ai cassé les oreillettes dans l'encoche des deux côtés des lunettes et j'ai appliqué de l'acétone à l'aide d'un embout. J'absorbe l'acétone pour en obtenir une bonne quantité lorsque je l'appuie dans les coins. S'ils sont bien serrés, l'acétone sera transportée par attraction capillaire. Je m'assure qu'ils sont bien placés et si besoin j'utilise quelque chose pour les maintenir en place pendant au moins une heure. Parfois, je réapplique et attends encore une heure. L'acétone crée une excellente liaison et mes lunettes semblent assez solides à la limite de la monture.

Bien sûr, ces lunettes ne sont qu'un prototype, j'ai donc gardé le design simple et c'est pourquoi il n'y a pas de charnières pour les branches des lunettes. Ils fonctionnent plutôt bien en tout cas. Mais, si vous le souhaitez, vous pouvez toujours les redessiner avec des charnières.

Étape 14: Réflexions finales

J'ai remarqué que le capteur ne fonctionne pas bien au soleil. Cela a du sens car je suis sûr que le capteur est saturé par l'IR du soleil, ce qui rend impossible de le séparer de l'impulsion émise par le capteur. Pourtant, ils feraient de bons verres à l'intérieur et les nuits et peut-être les jours nuageux. Bien sûr, je dois faire plus de tests.

Une chose que je vais faire pour changer le design est d'ajouter une sorte de caoutchouc à l'encoche qui touche l'arête du nez. Si vous inclinez la tête vers le bas, il est difficile de sentir la vibration car les lunettes se décollent un peu de la peau sous la force de la gravité. Je pense qu'un peu de caoutchouc pour créer une friction maintiendra les lunettes fixées au nez afin que les vibrations puissent y être transférées.

J'espère avoir des retours sur les lunettes. Je ne sais pas si les lunettes seront utiles aux gens mais il faudra juste voir. C'est à cela que servent les prototypes: la faisabilité, l'apprentissage et les améliorations.

Plus de capteurs auraient pu être ajoutés à la conception. J'ai choisi d'en utiliser un pour ce prototype car je pense que plus d'un moteur de vibration sera plus difficile à discerner pour l'utilisateur. Mais cela aurait pu être une bonne idée d'avoir deux capteurs visant à partir des yeux. Ensuite, à l'aide de deux moteurs, vous pouvez faire vibrer chaque côté des lunettes. Vous pouvez également utiliser l'audio envoyé à chaque oreille au lieu de vibrations. Encore une fois, l'idée est d'essayer un prototype et d'acquérir de l'expérience.

Si vous êtes arrivé jusqu'ici, merci d'avoir lu !