厭煩了那些萬聖節鬼怪服裝道具?不妨自己動手做一件「令人心跳」的萬聖節緊身夾克,在彌漫著鬼怪氣氛的萬聖節夜晚「捉弄」一下朋友或陌生人。你身穿這個緊身夾克,拿一個特別的聽診器放到別人胸口,他馬上就可以在緊身夾克上看到自己的心跳。

一件從網路上購買的普通緊身夾克,加上一些花哨的電子玩具和無線控制器,足以讓人心跳! 以下就來詳細講解其製作過程,記得屏住呼吸喔!

材料與道具準備:

1.霓虹線(EL):也就是冷氖致電發光線(EL線),網路上都可以買到。我使用的是3.2mm粗的藍色EL線,4.5公尺長就可以了; 2.EL驅動器:實際上就是DC-AC轉換器,我使用的是輸入電壓為3V(電池供電)的驅動器; 3.緊身夾克:我從網站上購買的緊身夾克,大約60美元; 4.聽診器:這也是在網站上搜尋到的,是Sprague Rappaport類型的聽診器,其實不管什麼類型能用就行,花了25美元; 5.Buttoneer:開紐扣的工具,用來將EL線固定在夾克上。這種紐扣工具的發明者壓根不會想到會有人用它來固定EL線,但還真管用; 6.電子玩具板:這種稱為ELSequencer的EL線控制板是關鍵道具,也是從網路上買的。

以下是所需的程式檔,有興趣自己動手嘗試的朋友可以參考。

如何控制EL線?

首先是透過一個ATmega168微控制器來控制EL線的開和關。EL線供電需要125V AC,頻率在425Hz。這有點奇怪,因為這個電壓很高,並且頻率要求也比較詭異,但電流又很小,你可以自己設計一個電路來實現,當然直接購買一個DC-AC逆變器就更省事啦。

安全提醒:雖然從逆變器輸出的125V/425Hz電壓不至於讓人觸電,但也足以令你手指發抖,所以最好注意別觸到交流連接線。

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將AC轉換器接到EL線,燈馬上就亮了。用什麼控制控制EL線的開和關呢?自然是TRIAC!這種三端雙向交流開關用於控制AC電源的開關再合適不過。我在Digikey上找到了便宜的MAC97A4GOS-ND,其TO92通孔容易焊接,標稱值為0.6A /200V。哇塞!沒想到我們可以達到那麼高的電壓。

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DC-AC轉換器的輸入電流讀數如下: ˙無負載時為86mA; ˙帶負載控制時為110mA。

無負載狀態下使用轉換器也沒有問題,接通EL線時電流約為25mA(DC)。EL線長度不同,消耗的電流也不同,但其功耗基本上與LED相當。

接下來就要實現緊身夾克和聽診器之間的無線訊號傳輸。我選擇的晶片型號是Nordic的nRF2401A,因為我對Nordic情有獨鍾。這種低功耗、低成本的IC非常適合簡單的訊號傳輸,例如「心跳」。從聽診器發送出的訊號是低資料速率(我們只需4位元組)和低頻寬(大約4個位元組×70次/分鐘)的無線訊號。現在回想起來,我應該選用nRF24L01型號,它比nRF2401A更容易使用,具有更好的參數規格。

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最初,我在同一個麵包板上使用了兩個無線收發器,以便我可以確信發送和接收正常。不過最終我縮減到少數幾個nRF庫,效果一樣好。

控制板

我設計了兩個PCB:EL控制器和聽診器發射器。

20171102NT01P4 (備注:我們現在使用現成的產品EL Sequencer來實現這些功能)

上圖的PCB板沒有RF和TRIAC,EL Sequencer接收RF觸發訊號並控制EL線,最多可以控制6個獨立通道。

在我們的設計中,每個通道都是由同心的心形EL線構成。現在這個PCB佈局看起來很糟,不過我們的主要目標是展示如何利用TRIAC,讓微控制器來控制EL線。

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透過連接器來傳輸高壓(HV)交流電,當EL_E接腳變為高電平(3.3V)時,TRIAC導通,AC電流流入和流出EL線,讓它亮起來。一定要為TRIAC增加一個限流電阻,1k就夠了。

置入聽診器的RF板必須盡可能小,它由一個小型鋰聚合物電池供電,只是用來讀取麥克風上的類比電平訊號以捕捉心跳,然後將訊號無線傳輸給緊身夾克上的接收器。

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我們看到,除了EL Sequencer,還有LiPo電池、轉換器電源、交流輸出,以及一條EL線。現在來測試一下,讓EL Sequencer控制一條EL線。

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成功了!

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製作心形EL線

接下來就是用EL線製作出五個心形圖案。 這需要花點功夫,如果你從來沒有「了解」過EL線,就耐心跟著下面的步驟來吧。在動手之前,要先考慮如何將EL線連接到控制器上。我建議使用JST 2針的摩擦連接器,採用這種JST連接,可以快速方便地從衣服上拆除EL線和控制器。

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第一步:切割並剝去外護套

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圖片中可能看不太清楚,EL線有一個磷質內芯(上圖中的粗白線),像頭髮絲一樣的細線纏繞在內芯上。如果剝線的時候太用力,可能會切斷(或損壞)這些細線。 我建議使用EL剝線器,即便這樣也需要練習一下。

第2步:刮掉一些螢光粉

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使用一個小刀從內芯刮去螢光粉,從上圖可以看到有兩根像頭髮絲一樣的線。

第3步:焊接內芯

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為防止出錯,我用紅線連接所有內芯,用黑線連接所有髮絲。切記:在焊接之前務必先給紅線和黑線套上熱縮管!我在焊接時用膠帶來固定所有東西,一切都很順利。

第4步:焊接髮絲

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小心翼翼地焊接髮絲線。 我把髮絲裹在黑色的實芯線上,用小刀刀刃讓髮絲強制到位。

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焊接好後,就要開始熱縮了。

第5步:熱縮

請注意,每根線都是熱收縮的,這有助於固定髮絲,並且可將內芯連接頭與髮絲連接頭很好地隔離開來。我使用加熱槍比較便宜,但總是好過火柴或打火機。

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第6步:再加一層熱縮管

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最後再加一層熱縮護套以顯著增加連接的牢固性。這樣的連接看似脆弱,但這些年來我都是這樣做的,很管用。在我記憶中曾經有過一次失敗的連接,那是第一次做,確實沒做好。不過稍微練習一下,就可以製作出很棒的EL線連接。

好了,現在再重複這個步驟四次,做五個心形EL線。這有點痛苦,而且相當慢,但是一旦完成,我就「有心」了!

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我為緊身夾克程式設計設置了DEMO模式,在沒有收到心跳訊號的狀態下處於演示模式,這時的心跳頻率是變化的。

這是夾克內部,有LiPo電池、AC轉換器、ELSequencer,以及與EL線連接的一堆線。

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用掌上型Buttoneer將EL線固定在緊身夾克上。

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搞定聽診器

以下要連接聽診器了。我又從網站上找到了個便宜貨。

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我在Digikey上找了一個最小的駐極體麥克風。很遺憾我忘了它的型號,但它看起來確實不錯。

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把電線焊到這個小傢伙上。請用膠帶固定好麥克風,我使用30AWG的繞線將電線穿過聽診器的柔性管。

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如果太用力,聽診器的頭會從管子脫落。我收到這個便宜的聽診器時它的隔膜蓋就沒有轉緊,所以我只好用小的熱縮管將電線捆紮在一起。

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搞定啦!

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將頭重新裝回到管上,然後將麥克風線連接到RF聽診板。

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我使用改裝的麥克風板來放大音訊訊號。熱膠將30AWG電線固定到位。放大的訊號送入ATmega168晶片的ADC中。我必須將電子部件部分暴露在外,這樣才方便為電池充電,或者打開和關閉電路板。

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說實在的,麥克風輸入其實很難拾取心跳的振動音。但這個設計的效果令人震撼!因為在公眾場合,大多數人對閃爍的夾克更感興趣,而不在意聽診器的功能是否可行。

明年的萬聖節,你準備做一件這樣的夾克嗎?

(原文刊登於EDN美國網站,參考原文Straightjacket with a heartbeat,by Nathan Seidle。由EDN China編輯Jenny Liao編譯整理。)