3-अक्ष चुंबकीय क्षेत्र सेंसर: 10 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

वायरलेस पावर ट्रांसफर सिस्टम पारंपरिक वायर्ड चार्जिंग को बदलने की राह पर है। छोटे बायोमेडिकल इम्प्लांट से लेकर विशाल इलेक्ट्रिक वाहनों को वायरलेस तरीके से रिचार्ज करने तक। वायरलेस पावर पर शोध का एक अभिन्न अंग चुंबकीय क्षेत्र घनत्व को कम करना है। गैर-आयनीकरण विकिरण संरक्षण पर अंतर्राष्ट्रीय आयोग (ICNIRP) लोगों और पर्यावरण को हानिकारक NIR जोखिम से बचाने के लिए गैर-आयनीकरण विकिरण (NIR) के स्वास्थ्य और पर्यावरणीय प्रभावों पर वैज्ञानिक सलाह और मार्गदर्शन प्रदान करता है। एनआईआर विद्युत चुम्बकीय विकिरण को संदर्भित करता है जैसे कि पराबैंगनी, प्रकाश, अवरक्त, और रेडियो तरंगें, और यांत्रिक तरंगें जैसे कि इन्फ्रा- और अल्ट्रासाउंड। वायरलेस चार्जिंग सिस्टम वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र उत्पन्न करते हैं जो आसपास के लोगों और जानवरों के लिए हानिकारक हो सकते हैं। इन क्षेत्रों का पता लगाने और वास्तविक दुनिया के परीक्षण सेटअप में उन्हें कम करने में सक्षम होने के लिए, एरोनिया स्पेक्ट्रान एनएफ -5035 स्पेक्ट्रल विश्लेषक जैसे चुंबकीय क्षेत्र मापने वाले उपकरण की आवश्यकता होती है। इन उपकरणों की कीमत आमतौर पर $2000 से अधिक होती है और ये भारी होती हैं और हो सकता है कि उन संकीर्ण स्थानों तक पहुँचने में सक्षम न हों जहाँ फ़ील्ड को मापने की आवश्यकता होती है। इसके अतिरिक्त, इन उपकरणों में आमतौर पर वायरलेस पावर ट्रांसफर सिस्टम में साधारण फ़ील्ड मापन के लिए आवश्यकता से अधिक सुविधाएं होती हैं। इसलिए, क्षेत्र मापने वाले उपकरणों का एक छोटा, सस्ता संस्करण विकसित करना बहुत महत्वपूर्ण होगा।

वर्तमान परियोजना में चुंबकीय क्षेत्र संवेदन के लिए एक पीसीबी का डिज़ाइन और एक अतिरिक्त उपकरण का डिज़ाइन भी शामिल है जो संवेदी चुंबकीय क्षेत्र मूल्यों को संसाधित कर सकता है और उन्हें OLED या LCD डिस्प्ले पर प्रदर्शित कर सकता है।

चरण 1: आवश्यकताएँ

डिवाइस में निम्नलिखित आवश्यकताएं हैं:

1. वैकल्पिक चुंबकीय क्षेत्र को 10 - 300 kHz. की सीमा में मापें
2. ५० uT तक फ़ील्ड को सटीक रूप से मापें (ICNIRP द्वारा निर्धारित सुरक्षा सीमा २७ uT है)
3. सभी तीन अक्षों में फ़ील्ड को मापें और उनके परिणाम को किसी दिए गए बिंदु पर वास्तविक फ़ील्ड खोजने के लिए प्राप्त करें
4. हैंडहेल्ड मीटर पर चुंबकीय क्षेत्र प्रदर्शित करें
5. जब फ़ील्ड ICNIRP द्वारा निर्धारित मानकों से ऊपर चला जाए तो एक चेतावनी संकेतक प्रदर्शित करें
6. बैटरी संचालन शामिल करें ताकि डिवाइस वास्तव में पोर्टेबल हो

चरण 2: सिस्टम अवलोकन

चरण 3: घटकों का चयन

यह कदम शायद सबसे अधिक समय लेने वाला कदम है, इस परियोजना के लिए सही घटकों को चुनने के लिए काफी धैर्य की आवश्यकता है। अधिकांश अन्य इलेक्ट्रॉनिक्स परियोजनाओं के साथ, घटकों को चुनने के लिए डेटाशीट की सावधानीपूर्वक जांच की आवश्यकता होती है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि सभी घटक एक-दूसरे के साथ संगत हैं और सभी ऑपरेटिंग पैरामीटर की वांछित सीमा में काम करते हैं - इस विशेष मामले में, चुंबकीय क्षेत्र, आवृत्तियों, वोल्टेज इत्यादि।

चुंबकीय क्षेत्र सेंसर पीसीबी के लिए चुने गए प्रमुख घटक संलग्न एक्सेल शीट में उपलब्ध हैं। हैंडहेल्ड डिवाइस के लिए उपयोग किए जाने वाले घटक इस प्रकार हैं:

1. Tiva C TM4C123GXL माइक्रोकंट्रोलर
2. सनफाउंडर I2C सीरियल 20x4 एलसीडी डिस्प्ले
3. साइकिलवेट 3.3V-5V 4 चैनल लॉजिक लेवल कन्वर्टर द्विदिश शिफ्टर मॉड्यूल
4. स्विच को दबाएं
5. 2 स्थिति टॉगल स्विच
6. १८६५० ली-आयन ३.७वी सेल
7. एडफ्रूट पॉवरबूस्ट 500 चार्जर
8. मुद्रित सर्किट बोर्ड (स्पार्कफन स्नैपेबल)
9. गतिरोध
10. कनेक्टिंग तार
11. हैडर पिन

इस परियोजना के लिए आवश्यक उपकरण इस प्रकार हैं:

1. सोल्डरिंग डिवाइस और कुछ सोल्डर वायर
2. ड्रिल
3. तार काटने वाला

चरण 4: सर्किट डिजाइन और सिमुलेशन

चरण 5: पीसीबी डिजाइन करना

एक बार जब एलटीस्पाइस में सर्किट ऑपरेशन सत्यापित हो जाता है, तो एक पीसीबी डिज़ाइन किया जाता है। तांबे के विमानों को इस तरह से डिजाइन किया गया है कि वे चुंबकीय क्षेत्र सेंसर के काम में हस्तक्षेप नहीं करते हैं। पीसीबी लेआउट आरेख में हाइलाइट किया गया ग्रे क्षेत्र पीसीबी पर तांबे के विमानों को दिखाता है। दाईं ओर, डिज़ाइन किए गए PCB का 3D दृश्य भी दिखाया गया है।

चरण 6: माइक्रोकंट्रोलर सेट करना

इस परियोजना के लिए चुना गया माइक्रोकंट्रोलर Tiva C TM4C123GXL है। माइक्रोकंट्रोलर्स के Arduino परिवार के लिए मौजूदा LCD पुस्तकालयों का उपयोग करने के लिए Energia में कोड लिखा गया है। नतीजतन, इस परियोजना के लिए विकसित कोड का उपयोग Tiva C के बजाय एक Arduino माइक्रोकंट्रोलर के साथ भी किया जा सकता है (बशर्ते आप सही पिन असाइनमेंट का उपयोग करें और तदनुसार कोड को संशोधित करें)।

चरण 7: प्रदर्शन को काम पर लाना

डिस्प्ले और माइक्रो-कंट्रोलर को I2C संचार के माध्यम से जोड़ा जाता है जिसके लिए +5V आपूर्ति और जमीन के अलावा केवल दो तारों की आवश्यकता होती है। माइक्रोकंट्रोलर्स (लिक्विड क्रिस्टल लाइब्रेरी) के Arduino परिवार के लिए उपलब्ध LCD कोड स्निपेट्स को Energia में पोर्ट और उपयोग किया गया है। कोड संलग्न LCDTest1.ino फ़ाइल में दिया गया है।

प्रदर्शन के लिए कुछ उपयोगी टिप्स निम्न वीडियो में देखे जा सकते हैं:

www.youtube.com/watch?v=qI4ubkWI_f4

चरण 8: 3डी प्रिंटिंग

हैंडहेल्ड डिवाइस के लिए एक संलग्नक बॉक्स डिज़ाइन किया गया है जैसा कि ऊपर की छवि में दिखाया गया है। बॉक्स बोर्डों को जगह में रखने में मदद करता है और तारों को अबाधित नहीं किया जाता है। बॉक्स को तारों के माध्यम से जाने के लिए दो कटआउट, बैटरी संकेतक एलईडी के लिए एक कटआउट, और टॉगल स्विच और पुश बटन स्विच के लिए प्रत्येक के लिए डिज़ाइन किया गया है। आवश्यक फाइलें संलग्न हैं।

चरण 9: सभी घटकों को इंटरफेस करना

सभी उपलब्ध घटकों के आयामों को मापें और Microsoft Visio जैसे ग्राफिकल टूल का उपयोग करके उन्हें बाहर निकालें। एक बार सभी घटकों के लेआउट की योजना बना लेने के बाद, अंतिम उत्पाद का अनुभव प्राप्त करने के लिए कोशिश करना और उन्हें अपनी स्थिति में रखना एक अच्छा विचार है। यह अनुशंसा की जाती है कि डिवाइस में प्रत्येक नए घटक को जोड़ने के बाद कनेक्शन का परीक्षण किया जाए। इंटरफेसिंग प्रक्रिया का एक सिंहावलोकन ऊपर की छवियों में दिखाया गया है। 3डी प्रिंटेड बॉक्स डिवाइस को साफ लुक देता है और अंदर के इलेक्ट्रॉनिक्स को भी सुरक्षित रखता है।

चरण 10: डिवाइस परीक्षण और प्रदर्शन

एम्बेडेड वीडियो डिवाइस के संचालन को दिखाता है। टॉगल स्विच डिवाइस को चालू करता है और पुश बटन का उपयोग दो डिस्प्ले मोड के माध्यम से फेरबदल करने के लिए किया जा सकता है।