【導(dǎo)讀】Trick or treat! 在剛則過(guò)去的萬(wàn)圣節(jié)，你嚇唬別人了嗎？或者，你被人嚇到了嗎？每年的這個(gè)時(shí)候，人們?yōu)榱颂暨x服裝道具，搜腸刮肚，絞盡腦汁，往往缺乏新意。設(shè)想這想的場(chǎng)景：如果你穿上自制的衣服，掛上“心臟”（心形霓虹燈），戴上聽(tīng)診器，猛地將聽(tīng)診器往別人胸口一按，你衣服上的“心臟”就開(kāi)始有節(jié)奏地跳動(dòng)閃爍，咚，咚，咚。。。
厭煩了那些萬(wàn)圣節(jié)鬼怪服裝道具？不妨自己動(dòng)手做一件“令人心跳”的萬(wàn)圣節(jié)緊身夾克，在彌散著鬼怪氣氛的萬(wàn)圣節(jié)夜晚“忽悠”一下朋友或陌生人。你身穿這個(gè)緊身夾克，拿一個(gè)特別的聽(tīng)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(wǎng)上購(gòu)買的普通緊身夾克，加上一些花哨的電子玩具和無(wú)線控制器，足以讓人心跳! 下面我們就來(lái)詳細(xì)講解其制作過(guò)程，屏住呼吸喲。
材料或道具準(zhǔn)備：
- 霓虹線(EL)：也就是冷氖致電發(fā)光線(EL線)，網(wǎng)上都可以買到。我使用的是3.2mm粗的藍(lán)色EL線，4.5米長(zhǎng)就可以了。
- EL驅(qū)動(dòng)器：實(shí)際上就是DC-AC轉(zhuǎn)換器，我使用的是輸入電壓為3V(電池供電)的驅(qū)動(dòng)器。
- 緊身夾克：我從網(wǎng)上購(gòu)買的緊身夾克，大約60美元。
- 聽(tīng)診器：這也是在網(wǎng)上搜到的，是Sprague Rappaport類型的聽(tīng)診器，不管什么類型能用就行，花了25美元。
- Buttoneer：開(kāi)紐扣的工具，用來(lái)將EL線固定在夾克上。這種紐扣工具的發(fā)明者壓根想到會(huì)有人用 它來(lái)固定EL線，但還真管用。
- 電子玩具板：這種稱為ELSequencer的EL線控制板是關(guān)鍵道具，也是從網(wǎng)上買的。
下面是所需的文檔，有興趣自己動(dòng)手嘗試的朋友可以參考。
- EL SequencerPCB
- EL Sequencercode
- RF StethoPCB
- RF Stethocode
- Nordic nRF24L01 library
- Nordic nRF2401Alibrary
如何控制EL線？
首先是通過(guò)一個(gè)ATmega168微控制器來(lái)控制EL線的開(kāi)和關(guān)。 EL線供電需要125V AC，頻率在425Hz。這有點(diǎn)古怪，因?yàn)檫@個(gè)電壓很高，并且頻率要求也比較詭秘，但電流又很小。你可以自己設(shè)計(jì)一個(gè)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然直接購(gòu)買一個(gè)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電壓不至于讓人觸電，但也足以令你手指發(fā)抖，所以最好注意別觸到交流連接線。
將AC轉(zhuǎn)換器接到EL線，燈馬上就亮了。用什么控制控制EL線的開(kāi)和關(guān)呢？自然是TRIAC！這種三端雙向交流開(kāi)關(guān)用于控制AC電源的開(kāi)關(guān)再合適不過(guò)。我在Digikey上找到了便宜的MAC97A4GOS-ND，其TO92通孔容易焊接，標(biāo)稱值為0.6A /200V。 哇塞！沒(méi)想到我們可以達(dá)到那么高的電壓。
DC-AC轉(zhuǎn)換器的輸入電流讀數(shù)如下：
- 無(wú)負(fù)載時(shí)為86mA
- 帶負(fù)載控制時(shí)為110mA
無(wú)負(fù)載狀態(tài)下使用轉(zhuǎn)換器也沒(méi)有問(wèn)題，接通EL線時(shí)電流約為25mA(DC)。EL線長(zhǎng)度不同，消耗的電流也不同，但其功耗基本上與LED相當(dāng)。
接下來(lái)就要實(shí)現(xiàn)緊身夾克和聽(tīng)診器之間的無(wú)線信號(hào)傳輸。我選擇的芯片型號(hào)是Nordic的nRF2401A，因?yàn)槲覍?duì)Nordic情有獨(dú)鐘。這種低功耗、低成本的IC非常適合簡(jiǎn)單的信號(hào)傳輸，例如“心跳”。從聽(tīng)診器發(fā)送出的信號(hào)是低數(shù)據(jù)速率(我們只需4字節(jié))和低帶寬(大約4個(gè)字節(jié)X70次/分鐘)的無(wú)線信號(hào)?，F(xiàn)在回想起來(lái)，我應(yīng)該選用nRF24L01型號(hào)，它比nRF2401A更容易使用，具有更好的參數(shù)規(guī)格。
最初，我在同一個(gè)面包板上使用了兩個(gè)無(wú)線收發(fā)器，以便我可以確信發(fā)送和接收正常。不過(guò)最終我縮減到少數(shù)幾個(gè)nRF庫(kù)，效果一樣好。
控制板
我設(shè)計(jì)了兩個(gè)PCB：EL控制器和聽(tīng)診器發(fā)射器。
(注：我們現(xiàn)在使用現(xiàn)成的產(chǎn)品EL Sequencer來(lái)實(shí)現(xiàn)這些功能)
上圖的PCB板沒(méi)帶RF和TRIAC， EL Sequencer接收RF觸發(fā)信號(hào)并控制EL線，最多可以控制6個(gè)獨(dú)立通道。
在我們的設(shè)計(jì)中，每個(gè)通道都是由同心的心形EL線構(gòu)成?，F(xiàn)在這個(gè)PCB布局看起來(lái)很糟，不過(guò)我們的主要目標(biāo)是展示如何利用TRIAC，讓微控制器來(lái)控制EL線。
我們通過(guò)連接器來(lái)傳輸高壓(HV)交流電， 當(dāng)EL_E引腳變?yōu)楦唠娖?3.3V)時(shí)，TRIAC導(dǎo)通，AC電流流入和流出EL線，讓它亮起來(lái)。一定要為T(mén)RIAC增加一個(gè)限流電阻， 1k就夠了。
置入聽(tīng)診器的RF板必須盡可能小，它由一個(gè)小型鋰聚合物電池供電，只是用來(lái)讀取麥克風(fēng)上的模擬電平信號(hào)以捕捉心跳，然后將信號(hào)無(wú)線傳輸給緊身夾克上的接收器。
我們看到，除了EL Sequencer，還有LiPo電池、轉(zhuǎn)換器電源、交流輸出，以及一條EL線?，F(xiàn)在來(lái)測(cè)試一下，讓EL Sequencer控制一條EL線。
成功了!
制作心形EL線
接下來(lái)就是用EL線制作出五個(gè)心形圖案。 這需要花點(diǎn)功夫，如果你從來(lái)沒(méi)有搞過(guò)EL線，就耐心跟著下面的步驟來(lái)吧。在動(dòng)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，采用這種JST連接，可以快速方便地從衣服上拆除EL線和控制器。
第一步：切割并剝?nèi)ネ庾o(hù)套
圖片中可能看不太清，EL線有一個(gè)磷質(zhì)內(nèi)芯(上圖中的粗白線)，像頭發(fā)絲一樣的細(xì)線纏繞在內(nèi)芯上。如果剝線的時(shí)候太用力，可能會(huì)切斷(或損壞)這些細(xì)線。 我建議使用EL剝線器，即便這樣也需要練習(xí)一下。
第2步：刮掉一些熒光粉
使用一個(gè)小刀從內(nèi)芯刮去熒光粉，從上圖可以看到有兩根像頭發(fā)絲一樣的線。
第3步：焊接內(nèi)芯
為防止出錯(cuò)，我用紅線連接所有內(nèi)芯，用黑線連接所有發(fā)絲。切記：在焊接之前務(wù)必先給紅線和黑線套上熱縮管！ 我在焊接時(shí)用膠帶來(lái)固定所有東西，一切都很順利。
第4步：焊接發(fā)絲
小心翼翼地焊接發(fā)絲線。 我把發(fā)絲裹在黑色的實(shí)芯線上，用小刀刀刃讓發(fā)絲強(qiáng)制到位。
焊接好后，就要開(kāi)始熱縮了。
第5步：熱縮
請(qǐng)注意，每根線都是熱收縮的，這有助于固定發(fā)絲，并且可將內(nèi)芯連接頭與發(fā)絲連接頭很好地隔離開(kāi)來(lái)。我使用加熱槍比較便宜，但總是好過(guò)火柴或打火機(jī)的。
第6步：再加一層熱縮管
最后再加一層熱縮護(hù)套將顯著增加連接的牢固性。這樣的連接看似脆弱，但這些年來(lái)我都是這樣做的，很管用。在我記憶中曾經(jīng)有過(guò)一次失敗的連接，那是第一次做，確實(shí)沒(méi)做好。不過(guò)稍微練習(xí)一下，就可以制作出很棒的EL線連接。
好了，現(xiàn)在再重復(fù)這個(gè)步驟四次，做五個(gè)心形EL線。這有點(diǎn)痛苦，而且相當(dāng)慢，但是一旦完成，我就“有心”了！
我為緊身夾克編程設(shè)置了DEMO模式，在沒(méi)有收到心跳信號(hào)的狀態(tài)下處于演示模式，這時(shí)的心跳頻率是變化的。
這是夾克內(nèi)部，有LiPo電池、AC轉(zhuǎn)換器、ELSequencer，以及與EL線連接的一堆線。
用手持式Buttoneer將EL線固定在緊身夾克上。
搞定聽(tīng)診器
下面要連接聽(tīng)診器了。我又從網(wǎng)上淘了個(gè)便宜貨。
我在Digikey上找了一個(gè)最小的駐極體麥克風(fēng)。很遺憾我忘了它的型號(hào)，但它看起來(lái)確實(shí)不錯(cuò)。
把電線焊到這個(gè)小家伙身上。請(qǐng)用膠帶固定好麥克風(fēng)，我使用30AWG的繞線將電線穿過(guò)聽(tīng)診器的柔性管。
如果太用力，聽(tīng)診器的頭會(huì)從管子脫落。我收到這個(gè)便宜的聽(tīng)診器時(shí)它的隔膜蓋就沒(méi)有擰緊，所以我只好用小的熱縮管將電線捆扎在一起。
搞定啦!
將頭重新裝回到管上，然后將麥克風(fēng)線連接到RF聽(tīng)診板。
我使用改裝的麥克風(fēng)板來(lái)放大音頻信號(hào)。熱膠將30AWG電線固定到位。放大的信號(hào)送入ATmega168芯片的ADC中。我必須將電子部件部分暴露在外，這樣才方便給電池充電，或者打開(kāi)和關(guān)閉電路板。
講真，麥克風(fēng)輸入其實(shí)很難拾取心跳的振動(dòng)音。但這個(gè)設(shè)計(jì)的效果令人震撼！因?yàn)樵诠妶?chǎng)合，大多數(shù)人對(duì)閃爍的夾克更感興趣，而不在意聽(tīng)診器的功能是否可行。
明年的萬(wàn)圣節(jié)，你準(zhǔn)備做一件這樣的夾克嗎？
本文轉(zhuǎn)載自電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
