Faraday for Fun: un dau electrònic sense piles: 12 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:16

Hi ha hagut un gran interès en els dispositius electrònics alimentats per músculs, degut en gran part a l’èxit de la Torxa perpetua, també coneguda com a torxa LED sense bateria. La torxa sense bateria consisteix en un generador de tensió per alimentar els LED, un circuit electrònic per condicionar i emmagatzemar la tensió produïda pel generador de tensió i els LED blancs d’alta eficiència. El generador de tensió alimentat per múscul es basa en la llei de Faraday, que consisteix en un tub amb imants cilíndrics. El tub s’enrotlla amb una bobina de fil d’imant. A mesura que es sacseja el tub, els imants recorren la longitud del tub cap endavant i cap enrere, canviant així el flux magnètic a través de la bobina i, per tant, la bobina produeix una tensió de corrent altern. Tornarem a això més endavant a l’instructible, que us mostra com construir un dau electrònic sense batre. A continuació es mostra una fotografia de la unitat construïda, però primer un fons:

Pas 1: un dau electrònic

En lloc d’un dau tradicional, és bo i divertit utilitzar un dau electrònic. Normalment, aquest dau consistiria en un circuit electrònic i una pantalla LED. La pantalla LED podria ser una pantalla de set segments que podria mostrar números entre l’1 i el 6, tal com es veu a continuació o, potser, per imitar el patró de daus tradicional, podria consistir en 7 LED disposats com es mostra a la segona figura. Tots dos dissenys de daus tenen un commutador que l'usuari ha de prémer quan vulgui "tirar els daus" (o "tirar el dau"?). El commutador activa un generador de números aleatoris programat al microcontrolador i el número aleatori es mostra a la pantalla de set segments o a la pantalla LED. Quan l'usuari vol un número nou, s'ha de tornar a prémer el commutador.

Pas 2: font d'alimentació per als daus

Tots dos dissenys mostrats al pas anterior necessiten una font d’alimentació adequada que es pugui derivar d’una berruga de paret, un rectificador adequat, un condensador de suavitzat i un regulador + 5V adequat. Si l'usuari vol la portabilitat dels daus, el transformador de berrugues de paret s'ha de substituir per una bateria adequada, per exemple, una bateria de 9V. Hi ha altres opcions per a la bateria, per exemple, per poder fer funcionar els daus des d’una sola bateria AA o AAA, un regulador lineal normal no funcionarà. Per obtenir + 5 V per a l'operació de daus, s'ha d'utilitzar un convertidor DC-DC tipus boost adequat. La figura il·lustra una font d’alimentació de + 5V adequada per al funcionament de daus des d’una bateria de paret de 9V i l’altra figura mostra l’esquema d’una font d’alimentació de + 5V d’una bateria de 1,5V tipus AA o AAA mitjançant un convertidor TPS61070 boost DC-DC.

Pas 3: energia lliure: utilitzeu els músculs …

Aquest pas descriu el generador de tensió alimentat per múscul. El generador està format per un tub de Perspex de 6 polzades de longitud i un diàmetre exterior de 15 mm. El diàmetre interior és de 12 mm. A la superfície exterior del tub es mecanitza una ranura d'aproximadament 1 mm de profunditat i 2 polzades de llarg. Aquesta ranura s’enrotlla amb aproximadament 1500 voltes amb fil d’imant de 30 SWG. Un conjunt de tres imants cilíndrics de terres rares es col·loquen al tub. Els imants tenen un diàmetre de 10 mm i una longitud de 10 mm. Després d’inserir els imants al tub, els extrems del tub es segellen amb peces circulars de material de PCB nu i s’enganxen amb un epoxi de dues parts i amb uns coixinets d’absorció de xocs a l’interior (he utilitzat espuma d’embalatge IC). Aquest tub està disponible a McMaster (mcmaster.com), número de peça: 8532K15. Els imants es poden comprar a amazingmagnets.com. Part # D375D.

Pas 4: rendiment del generador de tensió

Què tan bé funciona el generador de tensió muscular? Aquí teniu algunes captures de pantalla de l’oscil·loscopi. Amb sacsejades suaus, el generador proporciona uns 15V de pic a pic. El corrent de curtcircuit és d’uns 680mA. Bastant suficient per a aquest projecte.

Pas 5: esquema de daus

Aquest pas mostra el diagrama de circuits dels daus. Consisteix en un circuit de pont de díode rectificador per rectificar la tensió de CA produïda pel generador de Faraday i filtrada amb un condensador electrolític de 4700uF / 25V. La tensió del condensador es regula amb un LDO, LP-2950 amb una tensió de sortida de 5V, que s’utilitza per proporcionar tensió d’alimentació a la resta del circuit, que consisteix en un microcontrolador i LED. He utilitzat 7 LED blaus de 3 mm d’alta eficiència en envasos transparents, disposats en forma de “daus”. Els LED estan controlats per un microcontrolador AVR de 8 pins, l’ATTiny13. La sortida de tensió del generador de faraday és una sortida pulsada. Aquesta sortida pulsada es condiciona amb l'ajuda d'una resistència (1,2KOhm) i un díode Zener (4,7V). El microcontrolador detecta els impulsos de tensió condicionats per determinar si s’està sacsejant el tub. Mentre el tub es sacseja, el microcontrolador espera. Un cop l'usuari deixa de sacsejar el tub, el microcontrolador genera un número aleatori, mitjançant un temporitzador intern de 8 bits que funciona en mode de funcionament lliure i emet el número aleatori entre 1 i 6, en els LED de sortida. El microcontrolador torna a esperar que l’usuari agiti de nou el tub. Una vegada que els LED mostren un número aleatori, la càrrega disponible al condensador és suficient per encendre els LED durant un temps mitjà d’uns 10 segons. Per obtenir un número aleatori nou, l'usuari ha de sacsejar el tub unes quantes vegades.

Pas 6: Programació del microcontrolador

El microcontrolador Tiny13 funciona amb un oscil·lador RC intern programat per generar un senyal de rellotge de 128 KHz. Aquest és el senyal de rellotge més baix que el Tiny13 pot generar internament i es tria per minimitzar el corrent consumit pel microcontrolador. El controlador es programa en C mitjançant el compilador AVRGCC i es mostra el diagrama de flux. Els bits de fusible per al controlador també són He utilitzat STK500 per programar el meu Tiny, però podeu consultar aquest manual si preferiu un programador AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- a-8-Bit-AVR-Pr /

Pas 7: control de programari

/ * Bateria electrònica Less Dice * // * Dhananjay Gadre * // * 20 de setembre de 2007 * // * Processador Tiny13 @ oscil·lador RC intern de 128 KHz * // * 7 LED connectats de la següent manera LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4 L’entrada d’impulsos de la bobina és a PB0 * / # include #include #include #includeconst char ledcode PROGMEM = {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfe}; main () {unsigned char temp = 0; int count = 0; DDRB = 0xfe; / * PB0 és l'entrada * / TCCR0B = 2; / * divideix per 8 * / TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; / * desactiva tots els LED * / while (1) {/ * espera que el pols augmenti * / while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); / * espereu que el pols baixi * / while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); compte = 5000; while ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } if (count == 0) / * no més pols, així que mostreu un número aleatori * / {PORTB = 0xfe; / * tots els LED apagats * / _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp% 6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = temp; }}}

Pas 8: Muntatge del circuit

Aquí teniu algunes imatges de les fases de muntatge dels daus electrònics. El circuit electrònic està muntat sobre una placa perfecta prou estreta per anar en un tub de pèl. Per tancar el circuit electrònic s’utilitza un tub de perspex idèntic al del generador de tensió.

Pas 9: Assemblea finalitzada

El generador de tensió de Faraday i el circuit de daus electrònic ja estan connectats junts, mecànicament i elèctricament. Els terminals de sortida del tub del generador de tensió estan connectats al connector d’entrada de 2 pins del circuit de daus electrònic. Tots dos tubs estan lligats juntes amb una brida de cable i, per més seguretat, s’enganxen amb un epoxi de dues parts. He utilitzat Araldite.

Pas 10: fer servir els daus electrònics sense bateria

Un cop acabat el muntatge i assegurats els dos tubs, els daus ja es poden utilitzar. Simplement sacsegeu-ho unes quantes vegades i apareixerà un número aleatori. Torneu a sacsejar-lo i apareix un altre atzar. Aquí es mostra un vídeo dels daus en acció, publicat també en aquest vídeo d’Instructables:

Pas 11: referències i fitxers de disseny

Aquest projecte es basa en els meus articles publicats anteriorment. és a dir:

1. "Generador d'energia per a aplicacions portàtils", Circuit Celler, octubre de 2006 2. "Control remot cinètic", marca: novembre de 2007, número 12. El fitxer de codi font C està disponible aquí. Des que el projecte es va prototipar per primera vegada, vaig fabricar PCB amb l'àguila. Així és com es veu ara. Els fitxers esquemàtics i de tauler d’Àguila són aquí. Tingueu en compte que, en comparació amb el prototip, els components del PCB final es disposen lleugerament de manera diferent. Actualització (15 de setembre de 2008): s'ha afegit el fitxer BOM

Pas 12: sé que en vols més

Un dau electrònic amb una sola pantalla? Però jugo a molts jocs que necessiten dos daus que dius. D'acord, sé que ho vols. Això és el que he intentat construir. Tinc el PCB per a aquesta versió més recent a punt, esperant un temps lliure per completar el codi i provar el tauler. Publicaré un projecte aquí un cop s'hagi completat … Fins que gaudiu dels daus individuals …