3-teljeline magnetvälja andur: 10 sammu (piltidega)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2025-01-23 14:40

Juhtmevabad jõuülekandesüsteemid on tavapärase traadiga laadimise asendamisel. Alates väikestest biomeditsiinilistest implantaatidest kuni tohutute elektrisõidukite juhtmevaba laadimiseni. Traadita toite uurimise lahutamatu osa on magnetvälja tiheduse minimeerimine. Rahvusvaheline mitteioniseeriva kiirguse kaitse komisjon (ICNIRP) annab teaduslikke nõuandeid ja juhiseid mitteioniseeriva kiirguse (NIR) tervise- ja keskkonnamõjude kohta, et kaitsta inimesi ja keskkonda kahjuliku kokkupuute eest. NIR viitab elektromagnetilisele kiirgusele, nagu ultraviolett-, valgus-, infrapuna- ja raadiolained, ning mehaanilistele lainetele, nagu infra- ja ultraheli. Traadita laadimissüsteemid tekitavad vahelduvaid magnetvälju, mis võivad kahjustada läheduses viibivaid inimesi ja loomi. Nende väljade tuvastamiseks ja reaalses katseseadistuses minimeerimiseks on vaja magnetvälja mõõteseadet nagu Aaronia SPECTRAN NF-5035 spektraalanalüsaator. Need seadmed maksavad tavaliselt üle 2000 dollari ja on mahukad ning ei pruugi jõuda kitsastesse ruumidesse, kus välja tuleb mõõta. Lisaks on neil seadmetel tavaliselt rohkem funktsioone, kui on vaja traadita jõuülekandesüsteemide lihtsaks väljamõõtmiseks. Seega oleks väikemõõdikute väiksema ja odavama versiooni väljatöötamine väga väärtuslik.

Praegune projekt hõlmab PCB projekteerimist magnetvälja tuvastamiseks ja ka täiendava seadme projekteerimist, mis suudab töödelda tuvastatud magnetvälja väärtusi ja kuvada need OLED- või LCD -ekraanil.

Samm: nõuded

Seadmel on järgmised nõuded:

1. Mõõtke vahelduvaid magnetvälju vahemikus 10 - 300 kHz
2. Mõõtke välju täpselt kuni 50 uT (ICNIRPi seatud ohutuspiir on 27 uT)
3. Mõõda väljad kõigil kolmel teljel ja saada nende tulemus, et leida antud punktis tegelik väli
4. Näidake magnetvälja pihuarvutil
5. Näidake hoiatusindikaatorit, kui väli ületab ICNIRPi kehtestatud standardid
6. Kaasake akut, et seade oleks tõeliselt kaasaskantav

2. samm: süsteemi ülevaade

3. samm: komponentide valimine

See samm on ilmselt kõige aeganõudvam samm, mis nõuab selle projekti jaoks sobivate komponentide valimiseks märkimisväärset kannatlikkust. Nagu enamiku teiste elektroonikaprojektide puhul, nõuab komponentide valimine andmelehtede hoolikat uurimist, veendumaks, et kõik komponendid on üksteisega ühilduvad ja töötavad kõigi tööparameetrite - antud juhul magnetväljade, sageduste, pingete jms - soovitud vahemikus.

Magnetvälja anduri PCB jaoks valitud peamised komponendid on saadaval lisatud Exceli lehel. Pihuseadme jaoks kasutatavad komponendid on järgmised:

1. Tiva C TM4C123GXL mikrokontroller
2. SunFounder I2C Serial 20x4 LCD -ekraan
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 kanaliga loogika taseme muunduri kahesuunaline käiguvahetusmoodul
4. Nuppude lüliti
5. 2 asendiga lüliti
6. 18650 3,7 V liitiumioon-element
7. Adafruit PowerBoost 500 laadija
8. Trükiplaadid (SparkFun klõpsatav)
9. Seisakud
10. Juhtmete ühendamine
11. Päise tihvtid

Selle projekti jaoks vajalikud seadmed on järgmised:

1. Jootmisseade ja mõni jootetraat
2. Puurida
3. Traadi lõikur

4. samm: vooluahela projekteerimine ja simulatsioon

Samm: trükkplaadi kujundamine

Kui vooluahela töö on LTSpice'is kontrollitud, luuakse trükkplaat. Vasest lennukid on konstrueeritud nii, et need ei segaks magnetvälja andurite tööd. PCB paigutusskeemi esiletõstetud hall piirkond näitab trükkplaadil olevaid vasktasandeid. Paremal on näidatud ka kavandatud trükkplaadi 3D -vaade.

6. samm: mikrokontrolleri seadistamine

Selle projekti jaoks valitud mikrokontroller on Tiva C TM4C123GXL. Kood on kirjutatud Energias, et kasutada Arduino mikrokontrollerite perekonna olemasolevaid LCD -teeke. Sellest tulenevalt saab selle projekti jaoks välja töötatud koodi kasutada ka Tiva C asemel Arduino mikrokontrolleriga (tingimusel, et kasutate õigeid tihvtide määramisi ja muudate koodi vastavalt).

Samm: ekraani tööle panemine

Ekraan ja mikrokontroller on ühendatud I2C-side kaudu, mis nõuab ainult kahte juhtmest peale a +5 V toite ja maanduse. Arduino perekonna mikrokontrollerite (LiquidCrystali teegid) jaoks saadaval olevad LCD -koodilõigud on Energiasse teisaldatud ja kasutatud. Kood on lisatud lisatud failis LCDTest1.ino.

Mõned kasulikud näpunäited ekraani kohta leiate järgmisest videost:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Samm: 3D -printimine

Pihuseadme ümbriskarp on kujundatud nii, nagu on näidatud ülaltoodud pildil. Karp aitab hoida plaate paigal ja juhtmeid häireteta. Karp on konstrueeritud nii, et juhtmete läbimiseks on kaks väljalõiget, üks aku indikaatori LED -de jaoks ja üks lülituslüliti ja nuppude lüliti jaoks. Vajalikud failid on lisatud.

9. samm: kõigi komponentide liidestamine

Mõõtke kõigi saadaolevate komponentide mõõtmeid ja paigutage need graafilise tööriista, näiteks Microsoft Visio abil. Kui kõigi komponentide paigutus on planeeritud, on hea mõte proovida neid paigutada oma positsioonidele, et saada lõpptootest aimu. Ühendusi on soovitatav testida pärast iga uue komponendi lisamist seadmesse. Liideseprotsessi ülevaade on näidatud ülaltoodud piltidel. 3D -prinditud kast annab seadmele puhta ilme ja kaitseb ka sees olevat elektroonikat.

10. samm: seadme testimine ja tutvustamine

Sisseehitatud video näitab seadme tööd. Lüliti lülitab seadme sisse ja vajutusnuppu saab kasutada kahe ekraanirežiimi vahel liikumiseks.