Как сделать прицел ночного видения
Прибор ночного видения из старого пульта своими руками
Прибор ночного видения (ПНВ) – это популярное устройство, обеспечивающее хорошую видимость в условиях очень плохого освещения или его полного отсутствия. Еще не так давно ПНВ использовались преимущественно военными и охранными организациями. В настоящее время область применения таких устройств существенно расширилась, они пользуются большим спросом среди охотников, егерей, рыбаков, шахтеров и любителей путешествовать.
Купить прибор ночного видения может не каждый человек. Гораздо выгоднее сделать его самостоятельно, используя для этого обычный старый пульт от телевизора и несколько простых вещей, имеющихся дома у каждого.
Что понадобится
Сделать прибор ночного видения в домашних условиях несложно и на это уйдет всего пару часов. Для создания устройства первым делом необходимо подготовить все материалы и инструменты, которые понадобятся в дальнейшем. Из материалов понадобится:
Для придания будущему ПНВ эстетичного вида также может понадобиться черная краска. Для сборки нужно подготовить и такие инструменты:
Дополнительно следует подготовить карандаш, кисточку и линейку.
Пошаговая инструкция
После того, как все материалы и инструменты были подготовлены, можно приступать непосредственно к сборке прибора ночного видения. Для этого нужно следовать такой несложной инструкции:
После того, как все действия были завершены, остается лишь проверить устройство в работе. Для этого вставьте внутрь смартфон и включите камеру в темноте. Если все было сделано верно, то при включении светодиодов даже в кромешной темноте получится на небольшом расстоянии разглядеть разные предметы.
Для видения на дальние расстояния такой самодельный прибор ночного видения не подойдет, но на расстоянии нескольких метров удастся хорошо рассмотреть предметы, сделать фото или заснять видео.
Человек всегда хотел большего, включая видение в темноте, как хищники. В этой статье я расскажу о сути приборов ночного видения, разных их видах и как собрать свой собственный всего за 50$ (данная оценка включает среднюю стоимость компонентов).
Чтобы получить возможность видеть в темноте, человечество стало использовать искусственные способы обеспечения дополнительных возможностей для своих органов зрения.
В древности, этими средствами выступали разнообразные костры, факелы и другие способы подсветки окружающей среды.
Далее появились ещё более совершенные средства, в числе которых выступают шахтерские ацетиленовые лампы, которые обладая малым размером, обеспечивали шахтёров хорошим (на тот момент) освещением, в течение продолжительного времени, с минимальными затратами рабочего вещества (карбида кальция).
Венцом среди средств освещения окружающего пространства, с использованием сжигания вещества, можно назвать водородные лампы, так называемый «друммондов свет».
Друммо́ндов свет (также свет рампы, англ. limelight) — тип сценического освещения, использовавшийся в театрах в 1860—1870 годах. Интенсивное свечение получалось с помощью кислородно-водородного пламени, направленного непосредственно на цилиндр из оксида кальция (негашёной извести, англ. lime), которая может нагреваться до 2572 °C (белого каления) без расплавления. Свет производится сочетанием теплового излучения и калильного свечения. Друммондов свет давно заменён электрическим освещением, однако, например, в английском языке название прочно укоренилось: к примеру, существует выражение «to be in the limelight», означающее «быть на виду; в центре внимания».
Устройство друммондовой лампы
Эффект яркого свечения раскалённой детали из оксида кальция (негашёной извести) впервые был открыт в 1820-х годах британским учёным Голдсуорси Гёрни (англ. Goldsworthy Gurney), на базе его работ с кислородно-водородными горелками, авторство которых обычно приписывают Роберту Хэйру (англ. Robert Hare (chemist))).
В 1825 году шотландский инженер Томас Друммонд увидел демонстрацию световых эффектов у Майкла Фарадея и понял, что тщательное изучение этих эффектов может быть полезным. Друммонд построил работающий прототип устройства в 1826 году, тогда и появилось понятие «друммондов свет».
Впервые такое освещение было использовано в Королевском театре Ковент-Гарден в Лондоне в 1837 году и с удовольствием использовалось театрами в 1860-х и 1870-х годах. Друммондов свет в основном использовался для освещения сольных исполнителей на манер прожектора: сцена была затемнена, и свет падал только на исполнителя. Дуговые электрические лампы очень быстро вытеснили друммондов свет в конце XIX века.
Но, как сказали бы сейчас, «это всё было не то». Человек стремился видеть в ночное время своими глазами и (желательно) не привлекая к себе повышенного ненужного внимания.
И в настоящее время, с развитием современной электронной элементной базы, а также миниатюрных интегральных микросхем, стало возможным создавать миниатюрные средства ночного видения, которые являются достаточно компактными для переноски их одним человеком и обеспечения его устойчивым видением окружающей обстановки в условиях ночного времени суток или момент нахождения в неосвещенных местах.
Особую популярность данные устройства получили у военных. К слову сказать, это и неудивительно, так как именно военная сфера, в течение всего периода эволюции человечества, обеспечивала ускоренное течение научно-технического прогресса.
Приборы ночного видения и их принцип работы
Прибор ночного видения (ПНВ) — класс оптико-электронных приборов, обеспечивающих оператора изображением местности (объекта, цели и т. п.) в условиях недостаточной освещённости. Приборы данного вида нашли широкое применение при ночных боевых действиях, для ведения скрытного наблюдения (разведки) в тёмное время суток и в тёмных помещениях, вождения машин без использования демаскирующего света фар и т. п. Несмотря на ряд преимуществ, которые они дают своему обладателю, отмечается, что подавляющее большинство имеющихся моделей не способно предоставить возможность периферийного зрения, что обуславливает необходимость специальных тренировок для эффективного их применения.
Существует несколько подходов к построению ПНВ:
Усиление очень слабого видимого света, не различаемого глазом человека. Идея реализуется в электронно-оптических преобразователях (ЭОП) и, в некоторой степени, в современных видеокамерах для систем охраны с т. н. ночным режимом.
Наблюдение в ближнем инфракрасном диапазоне (длина волны 0,7—1,5 мкм). Чувствительностью в этом диапазоне обладают ЭОП и видеокамеры без инфракрасного фильтра. В ближнем ИК нет естественных источников, кроме солнца, поэтому в полной темноте такие ПНВ ничего не увидят без подсветки. Для таких ПНВ существуют специальные источники подсветки (инфракрасные прожекторы, например на базе инфракрасных светодиодов), не видимые невооружённым глазом.
Наблюдение в среднем (тепловом) инфракрасном диапазоне (длина волны 7—15 мкм). В этом диапазоне излучают все твёрдые тела, нагретые до температур нашего мира: от −50 °C и выше. Такие ПНВ называются тепловизорами. Они показывают картинку разницы температур и не требуют никакой подсветки.
Возможно наблюдение в ультрафиолетовом спектре. Однако отсутствие естественных источников ультрафиолета (кроме солнца) и практическое отсутствие не видимых невооружённым глазом искусственных источников ультрафиолетовой подсветки сдерживает распространение ультрафиолетовых ПНВ.
Технически есть несколько популярных способов построения ПНВ:
Конструкция простейшего ЭОП
Конструкция ЭОП с микроканальной пластиной
Изображение собаки, сделанное тепловизором
Прибор ночного видения состоит из следующих основных частей:
Для чего обычно используются приборы ночного видения
Современные приборы ночного видения выпускаются в нескольких основных форм-факторах.
Наиболее простым является ночной монокуляр — удерживаемая в руке оператора зрительная труба, обычно невысокой кратности.
Бинокли ночного видения имеют два ЭОП и выводят увеличенное стереоскопическое изображение.
Очки ночного видения — закрепляются на голове, имеют широкое поле зрения и не увеличивают изображение (либо имеют переменное увеличение от 1× до более высокого значения, что позволяет использовать их как бинокль). Очки могут иметь два ЭОП либо быть псевдобинокулярными, когда изображение с одного ЭОП поступает на оба окуляра. Монокуляр кратности 1×, закреплённый на оголовье, может использоваться как дешёвая альтернатива очкам.
Альтернативным вариантом прицеливания через ПНВ является использование закреплённого на оружии инфракрасного лазерного целеуказателя, невидимый глазу луч которого наблюдается через очки ночного видения.
Приборы ночного видения также устанавливаются на боевую технику, где они интегрированы в прицельные комплексы.
Какой прибор ночного видения мы будем собирать?
Исходя из всего вышесказанного, теперь, когда мы знаем, как устроен прибор ночного видения и какие типологии их существуют, мы можем задуматься и о построении своего собственного.
Как показывает анализ информации, наиболее доступным способом, — является удаление инфракрасного фильтра, с имеющийся в наличии видеокамеры бытового назначения.
Если двигаться по данному направлению, существует три наиболее перспективных на наш взгляд способа создания данного устройства:
Дотошный читатель наверняка захочет спросить, а почему именно смартфон? Почему нельзя взять видеокамеру?
Дело в том, что, так как мы проектируем систему, которая будет предназначена для использования в качестве «ночных глаз» человека, — следует предусмотреть возможность ношения данной системы прямо на голове, как обычные очки.
В связи с множеством попыток различных компаний каким-либо образом «оседлать» виртуальную реальность (особенно с появлением в своё время очков виртуальной реальности Google Cardboard), имеет смысл рассматривать создание устройств, которые базируются на современных смартфонах и вставляются в специальные крепежные системы, одевающиеся на голову. Кроме того, само использование в качестве центрального устройства смартфона, — позволяет расширять и видоизменять функционал данной системы ночного видения в довольно широких пределах и с достаточной гибкостью.
Сборка прибора ночного видения
Сначала сделаем оговорку: рассматриваемый ниже алгоритм не является детальным «пошаговым, обязательным к исполнению». Это скорее основные принципы, которыми следует руководствоваться, при разработке своего устройства.
В качестве объектива и одновременно средства для ночного видения, мы можем использовать практически любой тип бытовой веб-камеры, доступной на рынке.
При выборе веб-камеры следует руководствоваться тем, что чем выше её разрешение, тем более четким будет изображение в ваших виртуальных очках.
Однако это не говорит о том, что веб-камеры низкого разрешения «не имеют права на жизнь» в качестве прибора ночного видения. Их вполне можно использовать в качестве выносной камеры, которая будет снимать видео или осуществлять фотографирование в ночном режиме. Однако использование её в качестве головного средства зрения, будет сопряжена с трудностями, так как изображение будет весьма нечетким.
Модификация камеры
Мы приведем усредненную характеристику разборки – так как у разных камер процедура может отличаться, одна суть остается той же:
Присоединение камеры к смартфону
Для того чтобы смартфон увидел камеру — необходимо использовать OTG-кабель.
Внешний вид OTG-кабеля
Что такое USB OTG: Поддержка технологии On-The-Go появилась в USB в 2006 году и позволила связывать два устройства без дополнительного USB-хоста. При USB-соединении одно из устройств выступает в роли хоста, а другое – как периферия. При этом в различных условиях одно и то же устройство может быть либо хостом, либо периферией.
С USB OTG устройства стали обладать двойным назначением и возможностью определять, кем им быть. Если речь идет о смартфонах, то это возможность подключения внешних устройств без посредничества.
У современных смартфонов (не у всех еще) такая функция может быть встроена, тогда ты можешь без проблем подключать флеш-накопители, фотоаппараты, клавиатуру, принтер и так далее. Фактически ты можешь подключить любое устройство, не требующее установки дополнительных драйверов.
Если смартфон не поддерживает OTG, то можно воспользоваться переходником. С одной стороны – Micro USB / USB-C, с другой – USB-A (обычный порт).
Изготовление подсветки для прибора ночного видения
Как мы писали выше, прибор ночного видения того типа, который мы собираем, — потребует обязательной инфракрасной подсветки для своей работы. То есть, необходимо будет подсвечивать ту область, в которую смотрит камера.
Для подсветки, нам потребуется инфракрасный фонарь. Достаточно большое количество данных устройств можно приобрести на AliExpress.
Указанное выше по ссылке устройство имеет потребление в районе 0,25 Ампер.
Для его питания потребуется:
Программа для смартфона
Чтобы смартфон «увидел» камеру – неоходимо скачать и установить любую программу, для камер. Например, USB Camera (для Android).
Устройство для крепления смартфона
Для крепления смартфона, в целях ношения его на голове, следует взять один из множества видов шлемов виртуальной реальности, подобрав под размер вашего смартфона.
Следующим шагом следует тем или иным способом закрепить на выбранном шлеме — указанные выше элементы питания подсветки, саму подсветку, а также камеру (в этом деле очень хорошо может помочь 3D печать, для создания компактного крепежа, максимально совместимого с конкретным шлемом).
Вот и всё! Ваш личный прибор ночного видения – готов!
В видео ниже – показан пример сборки похожего устройства. Однако рекомендуется использовать рассмотренный выше контроллер заряда/разряда (не такой, как в видео) – так как он сочетает в одном компактном корпусе – как крепеж элемента 18650, так и средства его контроля заряда/разряда.
Пример похожего устройства:
Сфера применения подобных устройств достаточно широка — от ночной фотосъемки в полной темноте, до контроля сна спящего ребенка (если дополнить систему – любыми программными средствами анализа изображения).
What’s next?
Дальнейшее развитие микроэлектроники и программного обеспечения привело к тому, что в приборы ночного видения стали интегрировать различные интеллектуальные подсистемы, которые позволяют осуществлять не только непосредственное наблюдение в ночное время или в условиях плохого освещения, но и интеллектуальные средства оценки окружающей среды и прогнозирования. Данные новые качества позволяют, в частности, современным прицелам, — не только осуществлять наблюдение в условиях плохой видимости, но и предугадывать дальнейшее поведение цели и рекомендовать точку стрельбы – для гарантированного её поражения:
P.S. ну а мы, так как не солдаты – будем использовать сей девайс для всяких «няшных» задач ^_^
Как то: отслеживание спящих детей, ночная фото/видеосъемка, опять же котики…
P.P.S. самый дорогой компонент устройства, рассмотренного в данной статье— веб-камера с разрешением 1920×1080 (желательно использовать камеру максимального разрешения, которое вы можете себе позволить по цене)
Напишите в комментариях, для чего бы использовали данное устройство Вы?
Облачные VPS серверы от Маклауд быстрые и безопасные.
Зарегистрируйтесь по ссылке выше или кликнув на баннер и получите 10% скидку на первый месяц аренды сервера любой конфигурации!
Прибор ночного видения своими руками
Итак, приступим к изготовлению ПНВ. Химические элементы необходимые для изготовления прибора можно достать в любом химическом кабинете школы или химической лаборатории любого предприятия. Для начала возьмем две стеклянные пластинки, хлорид олова SnClz, серебро, сульфид цинка ZnS (кристаллический) и медь. Стёкла подержите 4 часа в смеси из H2SO4 и К2Сг2О7 (дихромат калия). Просушите. Потом возьмите фарфоровую чашечку, положите в нее SnCl2 и поставьте в муфельную (или электро-) печь. Над ней на расстоянии 7-10см закрепите стёкла. Накройте чашечку металлической пластиной и включите печь. Как только она разогреется до 400-480 градусов, выньте металлическую пластину. Как только образуется тончайшее токопроводящее покрытие, выключите печь и оставьте стёкла в ней до полного остывания. Покрытие проверьте тестером.
Затем на одну из этих пластин нанесите фотополупроводник. Для этого приготовьте равные количества 3%-ного раствора тио-карбомида Na4 C(S)NH2 и 6%-ного раствора ацетата свинца. Вылейте оба раствора в стеклянный сосуд. С помощью пинцета внесите в раствор стеклянную пластинку и держите ее вертикально. Но перед этим нанесите на сторону свободную от токопроводящего покрытия лак. Надев резиновые перчатки, налейте в сосуд с пластинами, доверху концентрированный раствор щелочи /осторожно!!/ и очень аккуратно размешайте стеклянной палочкой, не задевая пластин. Через 10 минут пластинку выньте (аккуратно) и вымойте под струёй дистиллированной воды. Высушите.
Теперь Вам остается собрать схему генератора высокого напряжения и собрать это все в единый корпус. Он может быть любой формы. Но рекомендуется все-таки предложенный разработчиком (см.рис.2). Объектив может быть от любого фотоаппарата, желательно короткофокусный, например от «ФЭД», «Смена-М». Окуляром может служить любая двояковыпуклая линза. После окончательной сборки проверьте все соединения на правильность подсоединении и прочность. Включив ПНВ должет тихо запищать трансформатор. Если изображение не появилось не отчаивайтесь. Измените частоту генератора или уровень напряжения. Установите максимальную чувствительность.
Гайд о том как сделать простой ПНВ своими руками (длиннопост)
Итак, дорогие пикабушники (в особенности @Aries0104, и @Suneru, )) сегодня я хочу вам в текстовом и немного фото варианте предоставить относительно простой способ изготовления портативного цифрового ПНВ (прибора ночного видения) своими руками) + бонус в конце
Для начала общий список того, что нам понадобится:
2. Нам потребуется вебкамера (да да, самая обычная вебкамера, вот её придется немного модифицировать, так что я советую использовать или какую-нибудь старую или купить на авито (цена вопроса 300-400р) или же попросить у знакомых если тоже есть старая ненужная)
В моем случае использовалась какая-то модель A4tech 2008-2009 года выпуска вроде бы.
3. OTG кабель для смартфона (есть производители, которые ложат (шучу, а то сейчас набегут филологи и посадят меня на свернутый в трубу словарь русского языка) кладут его в комплект поставки и если вы им не пользовались, то стоит заглянуть в коробку, может он у вас есть. Или же его можно купить на али рублей за 100 (в наших магазинах его ценник в районе 200-300р)
4.Ик источник света 850нм
(есть вариант с ик светодиодами (можно поковырять их из нерабочих пультов, а можно не заморачиваться с этим и купить ик фонарик на али (как я и сделал, поэтому примеры будут с ним)
По схеме все гладко выходит, НО. Так гладко выходит только не у смартфонов с чипами MediaTek так как даже если эти смартфоны и поддерживают подключение внешних USB устройств (флешек, портативных хардов) то вот взаимодействовать с чем-то более интересным (эндоскопы, регистраторы, и в том числе Вебкамеры) они не способны. У Broadcom’ов и снапов все нормально с этим (вот только про Кирины от Ху***вея ничего не знаю)
По расходникам нам будут нужны:
1.Стержни термосоплей термоколея.
P.s.Желательно использовать черную (МыжЭстеты)).
3. Налобный фонарик из фикспрайса (в частности нужен только корпус из под него и резинки для крепления на голове)
1.Для начала нам нужно собрать корпус для нашего пнв. В качестве его основы будут немного переделанные очки Google Cardboard из картона (без линз). Выглядят они в оригинальном виде вот так:
1. Нам необходимо Избавиться от перегородок. В данном случае мы их просто не вырезаем (и отверстия под них тоже, они обозначены на скрине)
2.Нам нужно будет удлиннить их на несколько см (чтобы была фокусировка, а не размытая каша перед глазами, тут конкретное количество см вычисляется путем подбора тк мое может не подойти кому-то, но тут вообще ничего сложного, особенно при наличии штангенциркуля (хотя можно и линейкой обойтись)
После этого мы собираем эту измененную шайтан коробку и термосоплями проклеиваем её (для пущей надежности).
Затем обматываем это дело черной изолентой для еще более пущей надежности ))) (лично мне на момент написания поста изоленты просто не хватило (и еще малость криво склеил) тк делал на скорую руку, сорри (хотя функционал от этого не страдает)
Затем берем корпус из под фонаря и лепим его всей площадью задней стенки (для лучшего сцепления с картоном) на передней части прямо по центру (Сам момент его крепления я забыл сфотографировать, но сложного там ничего нет)
В общем корпус мы собрали, примерили, а теперь займемся начинкой.
После сборки камеры все теми же термосоплями крепим в центр корпуса из под фонаря её.
Выглядеть это будет примерно так.
Затем нам нужно настроить вывод изображения с вебкамеры на смартфон. Делается это в несколько простых этапов.
1.Качаем с 4pda воот этот апкшник (внимание, для скачивания с 4pda необходима простая регистрация, без нее эта зараза ничего не дает скачать (будет писать ошибку, что файл не найден) http://4pda.ru/forum/index.php?showtopic=271792&st=540#e.
2.Затем заходим установленное приложение UsbWebCamera и подключаем камеру к смартфону посредством OTG кабеля.
Затем вы естественно захотите его испытать и для начала скорее всего пойдете в ванную и выключите свет, а потом. жестоко обломаетесь тк нужно было читать внимательнее.
(Это ик светодиод из пульта подключенный напрямую к батарейке)
Вот так он выглядит при съемке на обычную камеру (глазом вообще ничего не видно)
А вот так тот же ик светодиод светит в нашем пнв.
Но. Одного светодиода недостаточно для нормальных ночных прогулок, поэтому лучше заказать несколько более мощных на али и сделать свой фонарик так как эти светодиоды стоят копейки (если можете), а если не можете собрать,
То можете купить вот примерно такой ИК Фонарь (как у меня)
Вот его характеристики
А вот непосредственно он сам
Вот собственно и все, теперь ПНВ полностью готов. Как я и говорил, выглядит бредово, но свои функции выполняет +
(P.s.s. сам таким не занимался тк не видел смысла лично для себя)
(Кстати, при такой подсветке и чай, и квас становятся прозрачными, но инфа выше вам будет явно интереснее)))
Хочу добавить, что фоткает он стремно, но когда смотришь глазами на экран смарта все куда лучше в плане качества картинки. В принципе можно еще лучше сделать пнв, взяв камеру поновее тысячи за 2-3, а не 2008 года выпуска, но у меня пока что нет на это средств)
Вот ПНВ непосредственно в работе (пара фоток и в помещении тк пишу пост в светлое время суток, но и тут эффект очевиден (на улице бил метров за 150 (но там все уперлось в качество изображения камеры)
В общем не судите строго, делал все на коленке по просьбе двух пикабушников )
Сижу, никого не трогаю, лениво листаю ПКБ, пью какаву.
Так это, конечно же все хорошо, но блин где фотки девушек на пнв.
У меня от бати остался ПНВ танковый, вот это вещь 🙂
Народ, поскольку пост неожиданно бахнул по рейтингу, то хочу воспользоваться случаем и спросить (особенно у мужской части читателей этого поста):
Можете заминусить, но просто очень хочется такой образец получить и поэкспериментировать с ним.
Кстати. Есть еще вариант для самых бесбашенных )
Это взять vr шлем для смартфона, снять с камеры Смартфона ик-
фильтр (хотя вряд ли прокатит, но может вам повезет))) просверлить в шлеме отверстие под камеру смарта, вставить одно в другое и радоваться жизни (но это лишь в теории, может у кого-нибудь ненужный бюджетник есть и он сможет по данной инстре воплотить мою задумку в жизнь)
@AlexGyver я тут почитал, а теперь хочется и посмотреть ( ° ʖ °)
Часть смартфонов итак видит ИК
Игрушка достаточно широко известная, как ПНВ слабее какой-нибудь «Дудки» образца 1938 года которая не пошла на вооружение из-за крайне малой дальности действия(до 50 метров против максимум 15-20 у игрушки из веб-камеры). Кстати портативный ПНВ с характеристиками примерно как у той же «Дудки» сделали в 1941 году, адово дизельпанковая штука.
Здорово, спасибо. А сможете тепловизор сколхозить?
С кайрином камера работает.
Кстати, корпус можно на 3D принтере напечатать!
И какое энергопотребление у данной конструкции?
Чёт перемудрёно сильно. Инфрокрасную камеру заднего вида для авто можно было задействовать, решив вопрос с питанием (она на 12 вольт).
А что на счёт эксиноса (линейка процессоров разработки Samsung, стоят на большинстве их телефонов)?
Правильно ли я понимаю, если он работает с подсветкой, через него на звезды, как в посте про Люсю, не посмотришь?
Ебанарот. У меня регистратор самый первый, купленный а авто (из ряда китайских поделок DVR 027) имеет «инфракрасное зрение». Включил его, смотришь на его экран и все видишь. Ну вот такую же картинку, как в посте крайняя. Ваш вариант сильно дешевле пары тысяч рублей.
Стандартный пнв, как ставили на танки вкупе с ик прожекторами. Если человек сам не догадается, как сделать подобное, значит подобное ему не нужно. Пост ради плюсов.
Вообще, чисто технически, это скорее тепловизор, чем ПНВ.
Как вывести параметры компьютера на стрелочные приборы
Честно говоря, я бросал и вновь принимался его писать несколько раз, потому что долго не мог определиться с тем, какова его целевая аудитория. Дело в том, что новичок не сможет повторить использованную в «Феликсе» схему — для этого нужно быть достаточно опытным радиолюбителем. Но если вы — опытный радиолюбитель, вы и сами наверняка представляете, как это сделать! В общем, чтобы пост не получился бесполезным, я решил рассказать не только о том, как всё реализовано у меня в «Феликсе», но и о том, какие более простые решения можно применить взамен, если вы знаете, с какой стороны браться за паяльник, но ваши познания в электронике ограничиваются законом Ома.
Что мы хотим получить
Начать, конечно, нужно с постановки задачи. В идеале было бы неплохо выводить на стрелочные приборы процент занятой памяти, загруженность процессора и видеокарты, скорость закачки из интернета, температуру, активность жёсткого диска и обороты вентиляторов. Поскольку параметров больше, чем измерительных головок, нужно иметь возможность выбирать нужные показания с помощью ручек или тумблеров. Также важна универсальность: схема должна подходить к любому железу и не требовать радикальной переделки в случае апгрейда.
Что для этого понадобится
Прежде всего, конечно, это сами стрелочные приборы. Для наших целей годится далеко не каждый, поэтому нужно обязательно изучить обозначения на шкале. Горизонтальная черта (—) означает, что прибор точно подойдёт, и на второй значок можно уже не смотреть.
Если же вместо черты там нарисована волна (
), символ переменного тока, нужно смотреть на второй значок. В этом случае подойдёт только тот прибор, у которого он имеет вид перевёрнутой буквы U с чёрточкой. Это знак магнитоэлектрической системы отклонения, которая работает с постоянным током. В таком приборе внутри стоит диодный выпрямитель, и его нужно будет убрать. А вот если на шкале прибора нарисован значок электромагнитной системы (катушка вокруг стержня), это значит, что его использовать не получится (ну разве что для измерения напряжения в сети 220 В).
На следующей картинке показаны три прибора, которые полностью подойдут для индикации параметров компьютера, и один, который совсем не подойдёт.
Сами приборы могут иметь различное назначение — вольтметры, амперметры, ваттметры, измерители всяких специфических величин. В нашем случае это не важно, потому что конструктивно все они, по сути, являются амперметрами, и отклонение стрелки в них вызывает протекающий по катушке ток. А уж как он туда попадает и что головка в результате показывает, решает разработчик устройства.
Если найденный вами стрелочный прибор в девичестве был вольтметром, внутри него наверняка стоит последовательно включённое добавочное сопротивление. Оно требуется для того, чтобы подобрать предел измерения по шкале: так-то для максимального отклонения стрелки большинству приборов достаточно десятых долей вольта. Для наших целей, как правило, это сопротивление нужно существенно уменьшать.
Если вам достался амперметр, между его выводами, скорее всего, будет распаян шунт (мощный резистор или проволочная спираль с очень малым сопротивлением):
Его необходимо удалить и вместо него подпаять последовательно некое добавочное сопротивление (по сути, превратив амперметр в вольтметр).
Ну а в случае с милли- либо микроамперметром достаточно лишь подобрать нужный резистор. Собственное сопротивление катушки у них, как правило, составляет несколько сотен Ом.
Если вам нужен большой прибор вроде того, что стоит в «Феликсе» наверху, ищите стрелочные головки серий М24, М903 и аналогичные им. Красивые измерители чуть меньшего размера выпускались в сериях М358 и М494. Также хорошо подходят компактные приборы типа Ц25, М5-2, М4255. Купить их можно на радиорынках или с рук на онлайн-барахолках. Предложений всегда достаточно, стоимость колеблется в диапазоне 50–300 руб. в зависимости от размера и состояния головки.
Ещё вам будут нужны вышеупомянутые постоянные и переменные резисторы (лучше купить несколько штук в диапазоне 1–100 КОм, всегда пригодятся), соединительные провода (можно взять от сломанных блоков питания), электролитические конденсаторы ёмкостью 10–100 мкФ, а также ручки и тумблеры.
1. По умолчанию компьютер умеет выводить на внешний индикатор только один из интересующих нас параметров — активность жёсткого диска. Вместо штатного светодиода к контактам HDD_LED можно подключить стрелочную головку, рассчитанную на напряжение около 5 В. Чтобы при редких обращениях к диску стрелка не дёргалась слишком резко, между плюсом и минусом прибора стоит поставить конденсатор где-нибудь на 10 мкФ. Это самый простой вариант, с которым справится даже новичок, так что если вам нужно, чтобы стрелочные головки «ожили» и начали хоть что-то показывать, начать можно с этого.
2. Также несложно выводить чисто «электрические» параметры — например, напряжение, подаваемое на вентиляторы, по которому можно косвенно судить о скорости их вращения. Здесь достаточно подобрать такую величину добавочного сопротивления, при которой от 12 В стрелка будет отклоняться до крайнего правого значения на шкале. В этом случае можно будет наблюдать, как стрелка отзывается на вращение ручки регулятора.
Сам регулятор можно собрать по такой схеме:
Здесь VT1 — это NPN-транзистор средней мощности, например КТ817, R1 — переменный резистор, используемый непосредственно для регулирования (для начала можно взять 4,7 КОм), а R2 — сопротивление, задающее минимальное напряжение (для большинства случаев подойдёт 1 КОм). Есть и другие варианты, ищите по запросу «самодельный реобас». А в самом простом случае, если вам удастся найти мощный переменный резистор на 50–100 Ом, можно просто подключить его последовательно с вентилятором и получить практически тот же результат безо всяких транзисторов.
3. Чуть больше придётся повозиться с «электрическим» измерением нагрузки на процессор. В «Феликсе», который вы видели, этот способ не используется, но я успешно применял его в предыдущей версии подобного корпуса. Как вы знаете, подсистема питания процессора в современных компьютерах подключается к БП по отдельной линии +12 В. По ней течёт ток, величина которого зависит от объёма работы, который сейчас выполняет процессор, и если подключить к этой линии стрелочный прибор в качестве амперметра, можно будет косвенно следить за нагрузкой на ЦП.
При этом вовсе необязательно по школьным правилам подключать амперметр последовательно, в разрыв цепи. Можно поступить хитрее и использовать в качестве шунта сам питающий провод. Протекающий по нему ток достаточно велик, чтобы вызвать падение напряжения, которого хватит для отклонения стрелки чувствительного прибора. Возьмите два провода и подпаяйте их к началу и к концу питающей линии процессора (удобнее всего это сделать в случае с модульным блоком питания), подключите их к микроамперметру и подберите добавочное сопротивление. Недостаток этого решения в том, что при замене процессора или проводов подстройку нужно будет производить снова, ну и нулевые значения на шкале вы вряд ли увидите, потому что процессор потребляет ток и «вхолостую».
4. Ещё одна вещь, которую может сделать даже начинающий, это стрелочный термометр. Для этого нужно купить активный термодатчик, например, MCP9700. По сути, он преобразует температуру в напряжение, причём делает это линейно (см. график зависимости):
К одной из его ножек нужно подключить питание (+5 В от красного провода БП), к другой — «землю» (чёрный провод), а с третьей можно отправлять показания на стрелочный прибор. Только обратите внимание, что 0°C не соответствуют нулевому выходному напряжению. Исправить это несоответствие можно двумя способами: если вы больше любите рисовать, сделайте для прибора новую шкалу, где ноль будет располагаться не в самом начале. Заглавная картинка поста, кстати говоря, выбрана не просто так 😉 Если же вы больше любите паять, соберите резистивный делитель, который будет выдавать 0,5 В (это выходное напряжение термодатчика при нуле градусов). На стрелочный прибор нужно будет подать разность потенциалов между выходом делителя и выходом термодатчика, и в результате можно будет использовать без переделки шкалу, размеченную от 0 до 100, только теперь это будут не миллиамперы или вольты, а градусы Цельсия.
5. И напоследок — кое-что, имеющее отношение не к измерению, а к управлению. Раз уж на передней панели имеется выход на наушники, неплохо было бы добавить к нему аналоговую регулировку громкости. Существует множество более сложных и правильных способов её реализации (скажем, с тонкомпенсацией в области нижних частот), но самый простой и притом вполне рабочий — это установка сдвоенного переменного резистора. Его необходимо включить в разрыв провода, идущего к разъёму для наушников на передней панели:
Номинал резистора — 1 кОм или немного ниже. Используйте только новые и современные резисторы, поскольку детали из советских запасов обычно имеют скачок сопротивления в начале и в конце хода, а иногда ещё и добавляют треск при регулировке.
Следующий график объясняет, почему нужно выбирать резистор сопротивлением 1 кОм или ниже. На нём отражена зависимость тока через наушники (ось Y) от процента поворота резистора (ось X).
Человеческое ухо имеет нелинейную чувствительность к громкости звука (небольшие изменения при низкой громкости ощущаются так же сильно, как и большие изменения при высокой), и синий график (1 кОм) достаточно близок к такой зависимости. При повороте ручки такого резистора кажется, что громкость меняется линейно. Ещё лучше будет, если вам удастся найти резистор сопротивлением около 300 Ом, но такие встречаются редко. Если же взять резистор с большим сопротивлением (красный график), регулировка получится неравномерной. Поворот ручки в начале и в конце сектора не будет оказывать почти никакого влияния на громкость, зато в середине даже небольшое прикосновение к регулятору будет менять громкость очень резко.
На вход регулятора подаётся сигнал с контактов 2 (GND), 6 (OUT R) и 10 (OUT L) внутреннего разъёма F_AUDIO на материнской плате или аудиокарте. Соответственно, выход регулятора нужно будет подпаять к проводам, которые ранее шли от этих контактов к передней панели. Типичная распиновка F_AUDIO:
Если на вашей плате разъём F_AUDIO выглядит по-другому, ищите его распиновку в руководстве пользователя. В любом случае, линейный выход там будет всегда.
На этом я заканчиваю описание вещей, которые начинающий радиолюбитель может сделать самостоятельно, и перехожу к тем, для реализации которых потребуется помощь более опытных товарищей. Как я уже говорил раньше, плату, отвечающую за вывод параметров в «Феликсе», я делал не сам. Её разработал и изготовил мой друг, скрывающийся под ником ALS. Он профессиональный инженер-электронщик, к помощи которого в разное время прибегали многие российские моддеры.
Придуманная им схема довольно затейлива: программа-монитор AIDA записывает показания встроенных датчиков в реестр, оттуда их читает самописная программка и отправляет в COM-порт (через адаптер USB-COM). К порту подключён ЦАП на микроконтроллере, после которого данные в виде напряжения идут на подстроечные резисторы, ну а затем — на стрелочные головки.
На первый взгляд это решение может показаться излишне сложным, но у ALS’а были причины выбрать именно его. Не буду углубляться в чужие для меня дебри и просто предоставлю слово автору:
Я видел в комментариях заявления, что всё это можно сделать на Ардуине за вечер. Прежде чем так говорить, нужно действительно взять и сделать. Потому что нередки ситуации, когда схема работает «на столе», но напрочь отказывается это делать в готовом устройстве.
Есть такое понятие, как разумная достаточность. И с данной задачей вполне справляется именно 8-ногий микроконтроллер типа PIC12F1822, а не какой другой, более быстрый и/или расфуфыренный. И дело тут совсем не в цене железа, стоят-то они почти одинаково. Но если, опять же, вернуться к модулям Arduino, то среди них нет таких, которые имели бы встроенный USB-интерфейс (точнее, есть, но это самые дорогие и большие по размерам модели). А в остальных случаях используется тот же самый мост USB-UART в виде отдельной микросхемы. И нет таких модулей, у которых бы на каждом канале ШИМа находился бы «железный» подстроечный резистор. Это значит, что к ардуино-платке по-любому потребовалась бы какая-то плата-прокладка, на которой, как минимум, находились бы эти самые резисторы. Что увеличивает и время разработки, и трудозатраты.
Там уйма информации, всевозможные примеры и даже заготовки для типовых задач. К сожалению, работа с AIDA к типовым задачам не относится. Поэтому ещё нужно поиметь хотя бы базовое знание английского, сжать волю в кулак и просто потратить какое-то время на эксперименты и изучение программирования.
А напоследок — моя любимая фраза: кому шашечки, а кому — ехать. По большому счету, не важно, на чём оно написано и на чём собрано. Главное — адекватная работа, быстрая победа над глюками, возможность оперативной разработки «такого же, но с автопилотом и турбонаддувом». Если мне потребуется не 4 канала, а 16, я просто возьму другой МК, который стоит на 50 рублей дороже. Разумеется, нужно будет дорабатывать код, но это делается всегда.
Ну что ж, после небольшой отповеди от инженера вернёмся к особенностям схемы. В настройках AIDA нужно указать, какие параметры будут записываться в реестр.
Затем в программе, которую написал ALS, нужно выбрать перечень отображаемых параметров, назначить им выходные разъёмы и указать максимальные значения (чтобы плата понимала, до какого предела отклонять стрелку).
С помощью подстроечных резисторов нужно отрегулировать уровень выходного напряжения под конкретную стрелочную головку. Для удобства в программе предусмотрена галочка, при установке которой на все каналы выдаётся максимальное значение.
Также на плате предусмотрена возможность подключения двух аналоговых термодатчиков вроде тех, что я описывал выше.
Вторая интересная схема, разработанная ALS’ом — это аналого-цифровой регулятор громкости. Он гораздо совершеннее простой схемы на резисторе, поскольку меняет выходную громкость в самой операционной системе. Для этого используется тот же механизм, что и в мультимедийных клавиатурах с кнопками регулировки громкости, только вместо кнопок в данном случае используется поворотная ручка резистора. По сути, он выступает в качестве энкодера, и для человека регулировка выглядит не ступенчатой, а плавной.
Единственный минус схемы — необходимость наличия порта PS/2 на материнской плате.
Для меня разработать что-то подобное — это всё равно что построить космический корабль. Поэтому я сосредоточился на том, что могу сделать сам, а эти схемы просто заказал у ALS’а. Он продаёт их по вполне разумным ценам, отправляет почтой по всей России. Уж не сочтите за рекламу, хотя я и рад бы его прорекламировать, потому что он много раз меня выручал и никогда не отказывал в совете.
Результат объединения его и моих разработок напоминает кадр из фильма «Железное небо», где безумный учёный встроил современный планшет в примитивный ламповый компьютер, но тем не менее это работает)
Я постараюсь ответить на ваши вопросы в комментариях, а если не смогу, то призову ALS’а на помощь. Спасибо за внимание!