3 tengelyes mágneses mező érzékelő: 10 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

A vezeték nélküli erőátviteli rendszerek jó úton haladnak a hagyományos vezetékes töltés helyett. Az apró orvosbiológiai implantátumoktól egészen a hatalmas elektromos járművek vezeték nélküli újratöltéséig. A vezeték nélküli energiával kapcsolatos kutatás szerves része a mágneses mező sűrűségének minimalizálása. A nem-ionizáló sugárzás elleni védelem nemzetközi bizottsága (ICNIRP) tudományos tanácsokat és útmutatást ad a nem ionizáló sugárzás (NIR) egészségügyi és környezeti hatásaira vonatkozóan, hogy megvédje az embereket és a környezetet a káros NIR-expozíciótól. Az NIR az elektromágneses sugárzást jelenti, mint például az ultraibolya, fény, infravörös és rádióhullámokat, valamint a mechanikus hullámokat, például az infra- és ultrahangot. A vezeték nélküli töltőrendszerek váltakozó mágneses mezőket hoznak létre, amelyek károsak lehetnek a közelben tartózkodó emberekre és állatokra. Ahhoz, hogy ezeket a mezőket észlelni és minimalizálni lehessen egy valós tesztrendszerben, olyan mágneses mező mérőeszközre van szükség, mint az Aaronia SPECTRAN NF-5035 spektrális elemző. Ezek az eszközök általában több mint 2000 dollárba kerülnek, és terjedelmesek, és előfordulhat, hogy nem képesek elérni a szűk tereket, ahol a mezőt meg kell mérni. Ezenkívül ezek az eszközök általában több funkcióval rendelkeznek, mint amennyi a vezeték nélküli erőátviteli rendszerek egyszerű terepi méréséhez szükséges. Ezért a helyszíni mérőeszközök kisebb, olcsóbb változatának kifejlesztése nagy értékű lenne.

A jelenlegi projekt magában foglalja a NYÁK tervezését a mágneses mező érzékeléséhez, valamint egy további eszköz tervezését, amely képes feldolgozni az érzékelt mágneses mező értékeit és megjeleníteni azokat OLED vagy LCD kijelzőn.

1. lépés: Követelmények

A készülék a következő követelményeket támasztja:

1. Mérjen váltakozó mágneses mezőt a 10 - 300 kHz tartományban
2. Pontosan mérje a mezőket 50 uT -ig (az ICNIRP által meghatározott biztonsági korlát 27 uT)
3. Mérje meg a mezőket mind a három tengelyen, és vegye fel az eredményüket, hogy megtalálják a tényleges mezőt egy adott ponton
4. A mágneses mező megjelenítése kézi mérőn
5. Figyelmeztető jelzést jelenít meg, ha a mező meghaladja az ICNIRP által meghatározott szabványokat
6. Tartsa be az akkumulátoros működést, hogy a készülék valóban hordozható legyen

2. lépés: A rendszer áttekintése

3. lépés: Az összetevők kiválasztása

Ez a lépés valószínűleg a legtöbb időt igénylő lépés, amely jelentős türelmet igényel a projekthez szükséges alkatrészek kiválasztásához. A legtöbb más elektronikai projekthez hasonlóan az alkatrészek kiválasztásához is szükség van az adatlapok alapos vizsgálatára, hogy megbizonyosodjon arról, hogy minden alkatrész kompatibilis egymással, és az összes működési paraméter kívánt tartományában működik - ebben az esetben mágneses mezők, frekvenciák, feszültségek stb.

A mágneses mező érzékelő NYÁK -hoz kiválasztott főbb összetevői a mellékelt excel lapon találhatók. A kézi készülékhez használt alkatrészek a következők:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrokontroller
2. SunFounder I2C soros 20x4 LCD kijelző
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 csatornás logikai szintváltó kétirányú váltó modul
4. Nyomógombos kapcsoló
5. 2 állású kapcsoló
6. 18650 Li-ion 3.7V cella
7. Adafruit PowerBoost 500 töltő
8. Nyomtatott áramkörök (SparkFun bepattintható)
9. Leállások
10. Vezetékek csatlakoztatása
11. Fejléc csapok

A projekthez szükséges felszerelések a következők:

1. Forrasztóberendezés és néhány forrasztóhuzal
2. Fúró
3. Drótvágó

4. lépés: Áramkör -tervezés és szimuláció

5. lépés: A NYÁK tervezése

Miután az áramkör működését ellenőrizte az LTSpice -ben, PCB -t terveznek. A rézsíkokat úgy tervezték, hogy ne zavarják a mágneses mező érzékelőinek működését. A NYÁK -elrendezés diagramján a kiemelt szürke régió mutatja a NYÁK rézsíkjait. A jobb oldalon a tervezett NYÁK 3D nézete is látható.

6. lépés: A mikrokontroller beállítása

A projekthez kiválasztott mikrovezérlő a Tiva C TM4C123GXL. A kódot az Energia -ban írták, hogy kihasználhassák az Arduino mikrokontroller család meglévő LCD -könyvtárait. Következésképpen az ehhez a projekthez kifejlesztett kód a Tiva C helyett egy Arduino mikrokontrollerrel is használható (feltéve, hogy a megfelelő tűkiosztásokat használja, és ennek megfelelően módosítja a kódot).

7. lépés: A kijelző működésbe hozása

A kijelző és a mikrovezérlő I2C kommunikáción keresztül kapcsolódik egymáshoz, amely csak két vezetéket igényel az a +5 V tápellátáson és a földelésen kívül. Az Arduino mikrokontrollerek (LiquidCrystal könyvtárak) számára rendelkezésre álló LCD kódrészleteket átvitték és használták az Energiában. A kód a mellékelt LCDTest1.ino fájlban található.

Az alábbi videóban néhány hasznos tippet találhat a kijelzővel kapcsolatban:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

8. lépés: 3D nyomtatás

A kézi készülék szekrényét a fenti képen látható módon tervezték. A doboz segít a táblák és a vezetékek zavartalan tartásában. A dobozt úgy tervezték, hogy két kivágása legyen a vezetékek áthaladásához, egy kivágás az akkumulátor -jelző LED -ekhez, és egy -egy a billenő- és nyomógombhoz. A szükséges fájlok csatolva vannak.

9. lépés: Az összes összetevő illesztése

Mérje meg az összes rendelkezésre álló összetevő méretét, és helyezze el azokat egy grafikus eszköz, például a Microsoft Visio segítségével. Miután az összes komponens elrendezését megtervezték, jó ötlet kipróbálni és elhelyezni őket a helyükön, hogy érzékeljék a végterméket. Javasoljuk, hogy a csatlakozásokat tesztelje, miután minden új összetevőt hozzáadott a készülékhez. Az illesztési folyamat áttekintése a fenti képeken látható. A 3D nyomtatott doboz tiszta megjelenést kölcsönöz a készüléknek, és védi a benne lévő elektronikát is.

10. lépés: Eszköz tesztelése és bemutatása

A beágyazott videó az eszköz működését mutatja. A váltókapcsoló bekapcsolja a készüléket, és a nyomógombbal lehet a két megjelenítési mód között mozogni.