厌烦了那些万圣节鬼怪服装道具?不妨自己动手做一件“令人心跳”的万圣节紧身夹克,在弥散着鬼怪气氛的万圣节夜晚“忽悠”一下朋友或陌生人。你身穿这个紧身夹克,拿一个特别的听诊器放到别人胸口,他马上就可以在紧身夹克上看到自己的心跳。

一件从网上购买的普通紧身夹克,加上一些花哨的电子玩具和无线控制器,足以让人心跳! 下面我们就来详细讲解其制作过程,屏住呼吸哟。

材料或道具准备:

1.霓虹线(EL):也就是冷氖致电发光线(EL线),网上都可以买到。我使用的是3.2mm粗的蓝色EL线,4.5米长就可以了。
2.EL驱动器:实际上就是DC-AC转换器,我使用的是输入电压为3V(电池供电)的驱动器。
3.紧身夹克:我从网上购买的紧身夹克,大约60美元。
4.听诊器:这也是在网上搜到的,是Sprague Rappaport类型的听诊器,不管什么类型能用就行,花了25美元。
5.Buttoneer:开纽扣的工具,用来将EL线固定在夹克上。这种纽扣工具的发明者压根想到会有人用 它来固定EL线,但还真管用。
6.电子玩具板:这种称为ELSequencer的EL线控制板是关键道具,也是从网上买的。

下面是所需的文档,有兴趣自己动手尝试的朋友可以参考。

• EL SequencerPCB
• EL Sequencercode
• RF StethoPCB
• RF Stethocode
• Nordic  nRF24L01 library
• Nordic  nRF2401Alibrary

如何控制EL线?

首先是通过一个ATmega168微控制器来控制EL线的开和关。 EL线供电需要125V AC,频率在425Hz。这有点古怪,因为这个电压很高,并且频率要求也比较诡秘,但电流又很小。你可以自己设计一个电路来实现,当然直接购买一个DC-AC逆变器就更省事啦。

安全提醒:虽然从逆变器输出的125V/425Hz电压不至于让人触电,但也足以令你手指发抖,所以最好注意别触到交流连接线。

Straight-jacket-F1 将AC转换器接到EL线,灯马上就亮了。用什么控制控制EL线的开和关呢?自然是TRIAC!这种三端双向交流开关用于控制AC电源的开关再合适不过。我在Digikey上找到了便宜的MAC97A4GOS-ND,其TO92通孔容易焊接,标称值为0.6A /200V。 哇塞!没想到我们可以达到那么高的电压。

Straight-jacket-F2 DC-AC转换器的输入电流读数如下:

• 无负载时为86mA
• 带负载控制时为110mA

无负载状态下使用转换器也没有问题,接通EL线时电流约为25mA(DC)。EL线长度不同,消耗的电流也不同,但其功耗基本上与LED相当。

接下来就要实现紧身夹克和听诊器之间的无线信号传输。我选择的芯片型号是Nordic的nRF2401A,因为我对Nordic情有独钟。这种低功耗、低成本的IC非常适合简单的信号传输,例如“心跳”。从听诊器发送出的信号是低数据速率(我们只需4字节)和低带宽(大约4个字节X70次/分钟)的无线信号。现在回想起来,我应该选用nRF24L01型号,它比nRF2401A更容易使用,具有更好的参数规格。

Straight-jacket-F3 最初,我在同一个面包板上使用了两个无线收发器,以便我可以确信发送和接收正常。不过最终我缩减到少数几个nRF库,效果一样好。

控制板

我设计了两个PCB:EL控制器和听诊器发射器。

Straight-jacket-F4 (注:我们现在使用现成的产品EL Sequencer来实现这些功能)

上图的PCB板没带RF和TRIAC, EL Sequencer接收RF触发信号并控制EL线,最多可以控制6个独立通道。

在我们的设计中,每个通道都是由同心的心形EL线构成。现在这个PCB布局看起来很糟,不过我们的主要目标是展示如何利用TRIAC,让微控制器来控制EL线。

Straight-jacket-F5 我们通过连接器来传输高压(HV)交流电, 当EL_E引脚变为高电平(3.3V)时,TRIAC导通,AC电流流入和流出EL线,让它亮起来。一定要为TRIAC增加一个限流电阻, 1k就够了。

置入听诊器的RF板必须尽可能小,它由一个小型锂聚合物电池供电,只是用来读取麦克风上的模拟电平信号以捕捉心跳,然后将信号无线传输给紧身夹克上的接收器。

Straight-jacket-F6 我们看到,除了EL Sequencer,还有LiPo电池、转换器电源、交流输出,以及一条EL线。现在来测试一下,让EL Sequencer控制一条EL线。

Straight-jacket-F7 成功了!

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制作心形EL线

接下来就是用EL线制作出五个心形图案。 这需要花点功夫,如果你从来没有搞过EL线,就耐心跟着下面的步骤来吧。在动手之前,要先考虑如何将EL线连接到控制器上。我建议使用JST 2针的摩擦连接器,采用这种JST连接,可以快速方便地从衣服上拆除EL线和控制器。

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第一步:切割并剥去外护套

Straight-jacket-F10 图片中可能看不太清,EL线有一个磷质内芯(上图中的粗白线),像头发丝一样的细线缠绕在内芯上。如果剥线的时候太用力,可能会切断(或损坏)这些细线。 我建议使用EL剥线器,即便这样也需要练习一下。

第2步:刮掉一些荧光粉

Straight-jacket-F11 使用一个小刀从内芯刮去荧光粉,从上图可以看到有两根像头发丝一样的线。

第3步:焊接内芯

Straight-jacket-F12 为防止出错,我用红线连接所有内芯,用黑线连接所有发丝。切记:在焊接之前务必先给红线和黑线套上热缩管! 我在焊接时用胶带来固定所有东西,一切都很顺利。

第4步:焊接发丝

Straight-jacket-F13 小心翼翼地焊接发丝线。 我把发丝裹在黑色的实芯线上,用小刀刀刃让发丝强制到位。

Straight-jacket-F14 焊接好后,就要开始热缩了。

第5步:热缩

请注意,每根线都是热收缩的,这有助于固定发丝,并且可将内芯连接头与发丝连接头很好地隔离开来。我使用加热枪比较便宜,但总是好过火柴或打火机的。

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第6步:再加一层热缩管

Straight-jacket-F16 最后再加一层热缩护套将显著增加连接的牢固性。这样的连接看似脆弱,但这些年来我都是这样做的,很管用。在我记忆中曾经有过一次失败的连接,那是第一次做,确实没做好。不过稍微练习一下,就可以制作出很棒的EL线连接。

好了,现在再重复这个步骤四次,做五个心形EL线。这有点痛苦,而且相当慢,但是一旦完成,我就“有心”了!

Straight-jacket-F17 我为紧身夹克编程设置了DEMO模式,在没有收到心跳信号的状态下处于演示模式,这时的心跳频率是变化的。

这是夹克内部,有LiPo电池、AC转换器、ELSequencer,以及与EL线连接的一堆线。

Straight-jacket-F18 用手持式Buttoneer将EL线固定在紧身夹克上。

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搞定听诊器

下面要连接听诊器了。我又从网上淘了个便宜货。

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我在Digikey上找了一个最小的驻极体麦克风。很遗憾我忘了它的型号,但它看起来确实不错。

Straight-jacket-F21 把电线焊到这个小家伙身上。请用胶带固定好麦克风,我使用30AWG的绕线将电线穿过听诊器的柔性管。

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如果太用力,听诊器的头会从管子脱落。我收到这个便宜的听诊器时它的隔膜盖就没有拧紧,所以我只好用小的热缩管将电线捆扎在一起。

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Straight-jacket-F24 搞定啦!

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Straight-jacket-F26 将头重新装回到管上,然后将麦克风线连接到RF听诊板。

Straight-jacket-F27 我使用改装的麦克风板来放大音频信号。热胶将30AWG电线固定到位。放大的信号送入ATmega168芯片的ADC中。我必须将电子部件部分暴露在外,这样才方便给电池充电,或者打开和关闭电路板。

Straight-jacket-F28 讲真,麦克风输入其实很难拾取心跳的振动音。但这个设计的效果令人震撼!因为在公众场合,大多数人对闪烁的夹克更感兴趣,而不在意听诊器的功能是否可行。

明年的万圣节,你准备做一件这样的夹克吗?

原文刊登在EDN美国网站,参考链接 Straightjacket with a heartbeat,由Jenny Liao编译整理。

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