Lunettes d'entraînement à occlusion alternée haute tension [ATtiny13] : 5 étapes (avec photos)

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

Dans mon premier instructable, j'ai décrit comment construire un appareil qui devrait être très utile à quelqu'un qui veut traiter l'amblyopie (œil paresseux). La conception était très simpliste et présentait quelques inconvénients (elle nécessitait l'utilisation de deux batteries et les panneaux à cristaux liquides étaient alimentés par une basse tension). J'ai décidé d'améliorer la conception en ajoutant un multiplicateur de tension et des transistors de commutation externes. Une complexité plus élevée nécessitait l'utilisation de composants CMS.

Étape 1: Avis de non-responsabilité

L'utilisation d'un tel appareil peut provoquer des crises d'épilepsie ou d'autres effets indésirables chez une petite partie des utilisateurs de l'appareil. La construction d'un tel appareil nécessite l'utilisation d'outils modérément dangereux et peut causer des dommages ou des dommages matériels. Vous construisez et utilisez l'appareil décrit à vos risques et périls

Étape 2: Pièces et outils

Pièces et matériaux:

lunettes 3D à obturateur actif

ATTINY13A-SSU

Interrupteur à bouton-poussoir à verrouillage ON-OFF 18x12mm (quelque chose comme ça, l'interrupteur que j'ai utilisé avait des fils droits et plus étroits)

2x boutons de commutation tactiles SMD 6x6mm

2x 10 uF 16V Boîtier A 1206 condensateur tantale

Condensateur 100 nF 0805

3x 330nF 0805 condensateur

4x diodes Schottky SS14 DO-214AC (SMA)

10k 0805 résistance

résistance 15k 1206

22k 1206 résistance

9x 27ohm 0805 résistance

3x 100k 1206 résistance

6x transistors BSS138 SOT-23

3x transistors BSS84 SOT-23

Panneau plaqué cuivre 61x44mm

quelques morceaux de fil

Pile 3V (CR2025 ou CR2032)

ruban isolant

ruban adhésif

Outils:

coupe diagonale

pinces

tournevis plat

petit tournevis cruciforme

pince à épiler

couteau tout usage

scie ou autre outil pouvant couper les PCB

foret de 0,8 mm

perceuse ou outil rotatif

persulfate de sodium

récipient en plastique et outil en plastique pouvant être utilisé pour retirer le PCB de la solution de gravure

poste de soudure

souder

feuille d'aluminium

Programmeur AVR (programmeur autonome comme USBasp ou vous pouvez utiliser ArduinoISP)

imprimante laser

papier glacé

fer à repasser

Papier abrasif sec/humide grain 1000

crème nettoyante

solvant (par exemple acétone ou alcool à friction)

fabricant permanent

Étape 3: fabrication de circuits imprimés à l'aide de la méthode de transfert de toner

Vous devez imprimer une image miroir de F. Cu (face avant) sur du papier glacé à l'aide d'une imprimante laser (sans aucun paramètre d'économie de toner activé). Les dimensions externes de l'image imprimée doivent être de 60,96 x 43,434 mm (ou aussi proches que possible). J'ai utilisé un panneau plaqué de cuivre simple face et établi des connexions de l'autre côté avec des fils minces, donc je n'ai pas eu à me soucier de l'alignement de deux couches de cuivre. Vous pouvez utiliser un PCB double face si vous le souhaitez, mais les prochaines instructions concerneront uniquement le PCB simple face.

Coupez le PCB à la taille de l'image imprimée, vous pouvez ajouter quelques mm de chaque côté du PCB si vous le souhaitez (assurez-vous que le PCB conviendra à vos lunettes). Ensuite, vous devrez nettoyer la couche de cuivre à l'aide de papier de verre fin humide, puis éliminer les particules laissées par le papier de verre avec un nettoyant en crème (vous pouvez également utiliser du liquide vaisselle ou du savon). Ensuite, nettoyez-le avec du solvant. Après cela, vous devez faire très attention à ne pas toucher le cuivre avec vos doigts.

Placez l'image imprimée sur le circuit imprimé et alignez-la avec le circuit imprimé. Placez ensuite le circuit imprimé sur une surface plane et couvrez-le avec un fer à repasser réglé à la température maximale. Après un court instant, le papier devrait coller au PCB. Gardez le fer pressé sur le PCB et le papier, de temps en temps, vous pouvez changer la position du fer. Attendez au moins quelques minutes, jusqu'à ce que le papier devienne jaune. Ensuite, mettez le PCB avec du papier dans de l'eau (vous pouvez ajouter de la crème nettoyante ou du liquide vaisselle) pendant 20 minutes. Ensuite, frottez le papier du PCB. S'il y a des endroits où le toner ne colle pas au cuivre, utilisez un marqueur permanent pour remplacer le toner.

Mélangez de l'eau douce avec du persulfate de sodium et mettez du PCB dans la solution de gravure. Essayez de garder la solution à 40°C. Vous pouvez mettre un récipient en plastique sur le radiateur ou une autre source de chaleur. Mélanger de temps en temps la solution dans le récipient. Attendez que le cuivre découvert se dissolve complètement. Lorsque c'est fait, retirez le PCB de la solution et rincez-le à l'eau. Retirez le toner avec de l'acétone ou du papier de verre.

Percez des trous dans le PCB. J'ai utilisé une vis comme pointeau pour marquer les centres des trous avant de percer.

Étape 4: Souder et programmer le microcontrôleur

Recouvrez les pistes de cuivre de soudure. Si des pistes ont été dissoutes dans la solution de gravure, remplacez-les par des fils minces. Soudez ATtiny au PCB, ainsi que des fils qui relieront le microcontrôleur à un programmeur. Téléchargez hv_glasses.hex, conservez les bits de fusible par défaut (H:FF, L:6A). J'ai utilisé USBasp et AVRDUDE. Le téléchargement du fichier.hex m'a obligé à exécuter la commande suivante:

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

Vous remarquerez peut-être que j'ai dû changer la valeur -B (bitclock) de 8 que j'avais l'habitude de programmer ATtiny dans mon premier instructable à 16. Cela ralentit le processus de téléchargement, mais il est parfois nécessaire de permettre une communication correcte entre le programmeur et le microcontrôleur.

Après avoir téléchargé le fichier.hex sur ATtiny, dessoudez les fils du programmeur de PCB. Soudez le reste des composants à l'exception de l'interrupteur ON/OFF SW1 encombrant et des transistors. Faites des connexions de l'autre côté de la carte avec des fils. Couvrez tout le circuit imprimé, à l'exception des plots de transistor, avec une feuille d'aluminium pour protéger les MOSFET contre les décharges électrostatiques. Assurez-vous que votre station de soudage est correctement mise à la terre. La pince à épiler que vous utilisez pour placer les composants doit être antistatique. J'ai utilisé de vieilles pincettes qui traînaient, mais je les ai connectées à la terre avec un fil. Vous pouvez d'abord souder les transistors BSS138 et couvrir le PCB avec plus de papier lorsqu'ils sont terminés, car les MOSFET BSS84 à canal P sont particulièrement vulnérables aux décharges électrostatiques.

Soudez SW1 en dernier, inclinez ses fils pour qu'il ressemble à des diodes SS14 ou à des condensateurs au tantale. Si les fils SW1 sont plus larges que les pastilles du PCB et qu'ils court-circuitent vers d'autres pistes, coupez-les pour qu'ils ne causent aucun problème. Utilisez une quantité décente de soudure tout en joignant SW1 avec le PCB, car le ruban qui maintiendra le PCB et le cadre de lunettes ensemble ira directement sur SW1 et cela peut mettre une certaine tension sur les joints de soudure. Je n'ai rien placé dans J1-J4, les fils du panneau LC seront soudés directement au PCB. Lorsque vous avez terminé, soudez les fils qui iront à la batterie, placez la batterie entre eux et fixez le tout en place avec du ruban isolant. Vous pouvez utiliser un multimètre pour vérifier si le PCB complet génère des tensions changeantes sur les pastilles J1-J4. Sinon, mesurez les tensions sur les étages précédents, recherchez les courts-circuits, les fils non connectés, les pistes cassées. Lorsque votre PCB génère des tensions sur J1-J4 qui oscillent entre 0V et 10-11V, vous pouvez souder des panneaux LC à J1-J4. Vous effectuez des soudures ou des mesures uniquement lorsque la batterie est déconnectée.

Lorsque tout est assemblé du point de vue électrique, vous pouvez couvrir l'arrière du PCB avec du ruban isolant et joindre le PCB au cadre de lunettes en mettant du ruban autour d'eux. Cachez les fils qui relient les panneaux LC au PCB à l'endroit où se trouvait le couvercle de la batterie d'origine.

Étape 5: Présentation de la conception

Du point de vue de l'utilisateur, les lunettes de formation à occlusion alternée haute tension fonctionnent de la même manière que les lunettes décrites dans mon premier instructable. SW2 connecté à une résistance de 15k change la fréquence des appareils (2,5 Hz, 5,0 Hz, 7,5 Hz, 10,0 Hz, 12,5 Hz) et SW3 connecté à une résistance de 22 k change pendant combien de temps chaque œil est occlus (L-10%: R-90%, L-30%: R-70%, L-50%: R-50%, L-70%: R-30%, L-90%: R-10%). Après avoir défini les paramètres, vous devez attendre environ 10 secondes (10 secondes sans toucher à aucun bouton) pour qu'ils soient stockés dans l'EEPROM et chargés après la mise hors tension, au prochain lancement de l'appareil. Appuyez sur les deux boutons en même temps pour définir les valeurs par défaut.

Cependant, j'ai utilisé uniquement la broche PB5 (RESET, ADC0) d'ATtiny comme entrée. J'utilise ADC pour lire la tension à la sortie du diviseur de tension composé de R1-R3. Je peux changer cette tension en appuyant sur SW2 et SW3. La tension n'est jamais assez basse pour déclencher le RESET.

Les diodes D1-D4 et les condensateurs C3-C6 forment une pompe de charge Dickson à 3 étages. La pompe de charge est entraînée par les broches PB1 (OC0A) et PB1 (OC0B) du microcontrôleur. Les sorties OC0A et OC0B génèrent deux signaux carrés de 4687,5 Hz qui sont déphasés de 180 degrés (lorsque OC0A est HAUT, OC0B est BAS, et vice versa). La modification des tensions sur les broches du microcontrôleur pousse les tensions sur les plaques de condensateur C3-C5 vers le haut et vers le bas par la tension +BATT. Les diodes permettent à la charge de s'écouler du condensateur dont la plaque supérieure (celle qui est connectée aux diodes) a une tension plus élevée que celle dont la plaque supérieure a une tension plus faible. Bien sûr, les diodes ne fonctionnent que dans un sens, donc la charge ne circule que dans un sens, de sorte que chaque condensateur suivant dans la séquence se charge à une tension plus élevée que dans le condensateur précédent. J'ai utilisé des diodes Schottky, car elles ont une faible chute de tension directe. A vide, la multiplication de la tension est de 3,93. D'un point de vue pratique, seule la charge sur la sortie de la pompe de charge est constituée de résistances de 100 k (le courant traverse 1 ou 2 d'entre elles en même temps). Sous cette charge, la tension à la sortie de la pompe de charge est de 3,93*(+BATT) moins environ 1 V, et l'efficacité des pompes de charge est d'environ 75 %. D4 et C6 n'augmentent pas la tension, ils ne font que réduire les ondulations de tension.

Les transistors Q1, Q4, Q7 et les résistances 100k convertissent la basse tension des sorties du microcontrôleur en tension de la sortie de la pompe de charge. J'ai utilisé des MOSFET pour piloter des panneaux LC car le courant ne traverse leurs grilles que lorsque la tension de grille change. Les résistances de 27 ohms protègent les transistors des courants de surtension de grille importants.

L'appareil consomme environ 1,5 mA.