3-Axis Magnetic Field Sensor: 10 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:14

Malapit na ang mga wireless power transfer system upang palitan ang maginoo na pag-charge na wired. Mula sa maliliit na implant na biomedical hanggang sa wireless na muling pag-recharging ng malalaking mga de-koryenteng sasakyan. Ang isang mahalagang bahagi ng pagsasaliksik sa wireless power ay binabawasan ang density ng magnetic field. Ang International Commission on Non-Ionizing Radiation Protection (ICNIRP) ay nagbibigay ng siyentipikong payo at patnubay sa kalusugan at mga epekto sa kalikasan ng non-ionizing radiation (NIR) upang maprotektahan ang mga tao at ang kapaligiran mula sa nakapipinsalang pagkakalantad ng NIR. Ang NIR ay tumutukoy sa electromagnetic radiation tulad ng ultraviolet, light, infrared, at radiowaves, at mechanical waves tulad ng infra- at ultrasound. Ang mga wireless charge system ay gumagawa ng mga alternating magnetic field na maaaring mapanganib para sa mga tao at hayop na naroroon sa paligid. Upang matukoy ang mga patlang na ito at mai-minimize ang mga ito sa isang real-world na pag-set up ng pagsubok, kinakailangan ng isang aparato ng pagsukat ng magnetic field tulad ng Aaronia SPECTRAN NF-5035 Spectral Analyzer. Ang mga aparatong ito ay karaniwang nagkakahalaga ng paitaas ng $ 2000 at malaki at maaaring hindi maabot ang makitid na puwang kung saan kailangang sukatin ang patlang. Bilang karagdagan, ang mga aparatong ito ay karaniwang may mas maraming mga tampok kaysa sa kinakailangan para sa simpleng pagsukat ng patlang sa mga wireless power transfer system. Samakatuwid, ang pagbuo ng isang mas maliit, murang bersyon ng mga aparato sa pagsukat ng patlang ay magiging may malaking halaga.

Ang kasalukuyang proyekto ay nagsasangkot ng disenyo ng isang PCB para sa pag-sensing ng patlang na magnet at din ang disenyo ng isang karagdagang aparato na maaaring maproseso ang mga sensed na halaga ng magnetic field at ipakita ang mga ito sa isang OLED o LCD display.

Hakbang 1: Mga Kinakailangan

Ang aparato ay may mga sumusunod na kinakailangan:

1. Sukatin ang alternating magnetic field sa saklaw na 10 - 300 kHz
2. Sukatin ang mga patlang nang tumpak hanggang sa 50 uT (Ang limitasyon sa kaligtasan na itinakda ng ICNIRP ay 27 uT)
3. Sukatin ang mga patlang sa lahat ng tatlong mga palakol at makuha ang kanilang mga resulta upang mahanap ang aktwal na patlang sa isang naibigay na punto
4. Ipakita ang magnetic field sa isang handheld meter
5. Magpakita ng isang tagapagpahiwatig ng babala kapag ang patlang ay lumalagpas sa mga pamantayang itinakda ng ICNIRP
6. Isama ang pagpapatakbo ng baterya upang ang aparato ay tunay na portable

Hakbang 2: Pangkalahatang-ideya ng System

Hakbang 3: Pagpili ng Mga Sangkap

Ang hakbang na ito ay marahil ang pinaka-oras na hakbang sa paglalaan, na nangangailangan ng labis na pasensya upang piliin ang tamang mga sangkap para sa proyektong ito. Tulad ng karamihan sa iba pang mga proyekto sa electronics, ang pagpili ng mga sangkap ay nangangailangan ng maingat na pagsusuri ng mga datasheet upang matiyak na ang lahat ng mga bahagi ay katugma sa bawat isa at gumana sa nais na saklaw ng lahat ng mga operating parameter - sa partikular na kaso na ito, mga magnetic field, frequency, voltages atbp.

Ang mga pangunahing bahagi na pinili para sa magnetic field sensor PCB ay magagamit sa naka-attach na excel sheet. Ang mga sangkap na ginamit para sa handheld device ay ang mga sumusunod:

1. Tiva C TM4C123GXL microcontroller
2. SunFounder I2C Serial 20x4 LCD display
3. Cyclewet 3.3V-5V 4 channel logic level converter na bidirectional shifter module
4. Push button switch
5. 2 posisyon toggle switch
6. 18650 Li-ion 3.7V cell
7. Adafruit PowerBoost 500 Charger
8. Naka-print na circuit board (SparkFun snappable)
9. Standoffs
10. Mga kumokonekta na mga wire
11. Mga pin ng header

Ang kagamitan na kinakailangan para sa proyektong ito ay ang mga sumusunod:

1. Soldering aparato at ilang solder wire
2. Drill
3. Pamutol ng wire

Hakbang 4: Disenyo at Simulate ng Circuit

Hakbang 5: Pagdidisenyo ng PCB

Kapag ang pagpapatakbo ng circuit ay napatunayan sa LTSpice, isang PCB ay dinisenyo. Ang mga eroplano ng tanso ay dinisenyo sa isang paraan na hindi sila makagambala sa pagtatrabaho ng mga magnetic field sensor. Ang naka-highlight na kulay-abo na rehiyon sa diagram ng layout ng PCB ay nagpapakita ng mga eroplanong tanso sa PCB. Sa kanan, ipinakita rin ang isang 3D na pagtingin sa nakadisenyo na PCB.

Hakbang 6: Pag-set up ng Microcontroller

Ang napili na microcontroller para sa proyektong ito ay ang Tiva C TM4C123GXL. Ang code ay nakasulat sa Energia upang magamit ang mga mayroon nang mga aklatan ng LCD para sa pamilya Arduino ng mga microcontroller. Dahil dito, ang code na binuo para sa proyektong ito ay maaari ding magamit sa isang Arduino microcontroller sa halip na ang Tiva C (sa kondisyon na gagamitin mo ang mga tamang takdang pin at baguhin ang code nang naaayon).

Hakbang 7: Paggawa ng Display sa Trabaho

Ang display at ang micro-controller ay interfaced sa pamamagitan ng komunikasyon ng I2C na nangangailangan lamang ng dalawang wires maliban sa a + 5V supply at ground. Ang mga snippet ng LCD code na magagamit para sa pamilya ng Arduino ng mga microcontroller (mga aklatan ng LiquidCrystal) ay na-port at ginamit sa Energia. Ang code ay ibinibigay sa nakalakip na LCDTest1.ino file.

Ang ilang mga kapaki-pakinabang na tip para sa pagpapakita ay matatagpuan sa sumusunod na video:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

Hakbang 8: Pag-print sa 3D

Ang isang enclosure box para sa handheld device ay dinisenyo tulad ng ipinakita sa imahe sa itaas. Tinutulungan ng kahon na panatilihin ang mga board sa lugar at ang mga wire ay hindi magulo. Ang kahon ay idinisenyo upang magkaroon ng dalawang mga ginupit para dumaan ang mga wire, isang ginupit para sa mga LED na tagapagpahiwatig ng baterya, at bawat isa para sa switch ng toggle at push button switch. Nakalakip ang mga kinakailangang file.

Hakbang 9: Pag-interfacing ng Lahat ng Mga Bahagi

Sukatin ang mga sukat ng lahat ng magagamit na mga sangkap at ilatag ang mga ito gamit ang isang graphic na kagamitang tulad ng Microsoft Visio. Kapag ang layout ng lahat ng mga bahagi ay pinlano, isang magandang ideya na subukan at ilagay ang mga ito sa kanilang mga posisyon upang makaramdam ng pangwakas na produkto. Inirerekumenda na masubukan ang mga koneksyon pagkatapos ng bawat bagong sangkap ay naidagdag sa aparato. Ang isang pangkalahatang ideya ng proseso ng interfacing ay ipinapakita sa mga imahe sa itaas. Nagbibigay ang naka-print na kahon ng 3D ng isang malinis na hitsura sa aparato at pinoprotektahan din ang mga electronics sa loob.

Hakbang 10: Pagsubok at Pagpapakita ng Device

Ipinapakita ng naka-embed na video ang pagpapatakbo ng aparato. Ang switch ng toggle ay nakabukas sa aparato at ang push button ay maaaring magamit upang mag-shuffle sa pamamagitan ng dalawang mga mode ng pagpapakita.