Faraday dla zabawy: elektroniczne kości bez baterii: 12 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:33

Odnotowano duże zainteresowanie urządzeniami elektronicznymi zasilanymi przez mięśnie, w dużej mierze dzięki sukcesowi Perpetual TorchPerpetual Torch, znanej również jako latarka LED bez baterii. Latarka bez baterii składa się z generatora napięcia do zasilania diod LED, obwodu elektronicznego do kondycjonowania i przechowywania napięcia wytwarzanego przez generator napięcia oraz białych diod LED o wysokiej wydajności. Generator napięcia zasilany przez mięśnie oparty jest na prawie Faradaya i składa się z rurki z cylindrycznymi magnesami. Rura nawinięta jest cewką z drutu magnetycznego. Gdy rurka jest potrząsana, magnesy przemieszczają się wzdłuż jej długości tam iz powrotem, zmieniając w ten sposób strumień magnetyczny przez cewkę, a cewka wytwarza zatem napięcie AC. Wrócimy do tego później w Instructable. This Instructable pokazuje, jak zbudować elektroniczną, beztarczową kostkę. Zdjęcie zbudowanej jednostki widać poniżej. Ale najpierw trochę tła -

Krok 1: Elektroniczna kostka

Zamiast tradycyjnych kostek fajnie i fajnie jest używać kostek elektronicznych. Zazwyczaj taka kostka składałaby się z układu elektronicznego i wyświetlacza LED. Wyświetlacz LED może być wyświetlaczem siedmiosegmentowym, który może wyświetlać liczby od 1 do 6, jak pokazano poniżej, lub być może, aby naśladować tradycyjny wzór kostek, może składać się z 7 diod LED ułożonych tak, jak pokazano na drugim rysunku. Oba wzory kości mają przełącznik, który użytkownik musi nacisnąć, gdy chce „rzucić kostką” (lub „rzucić kostką”?). Przełącznik uruchamia zaprogramowany w mikrokontrolerze generator liczb losowych, który jest następnie wyświetlany na wyświetlaczu siedmiosegmentowym lub wyświetlaczu LED. Gdy użytkownik chce nowy numer, przełącznik musi zostać ponownie wciśnięty.

Krok 2: Zasilanie kości

Oba projekty pokazane w poprzednim kroku wymagają odpowiedniego zasilacza, który można wyprowadzić z brodawki ściennej, odpowiedniego prostownika, kondensatora wygładzającego oraz odpowiedniego regulatora +5V. Jeśli użytkownik życzy sobie przenoszenia kostki, transformator ścienny powinien zostać zastąpiony odpowiednią baterią, powiedzmy baterią 9V. Istnieją inne opcje baterii, na przykład, aby móc obsługiwać kości z jednej baterii AA lub AAA, normalny regulator liniowy nie będzie działał. Aby uzyskać +5 V do działania kostki, należy użyć odpowiedniego konwertera DC-DC typu boost. Rysunek ilustruje zasilanie +5V odpowiednie do działania kostki z baterii ściennej 9V, a drugi rysunek przedstawia schemat zasilania +5V z baterii typu AA lub AAA 1,5V przy użyciu konwertera boost DC-DC TPS61070.

Krok 3: Wolna moc: użyj mięśni…

Ten krok opisuje generator napięcia zasilany przez mięśnie. Generator składa się z tuby z pleksiglasu o długości 6 cali i średnicy zewnętrznej 15 mm. Średnica wewnętrzna wynosi 12 mm. Na zewnętrznej powierzchni rury wykonano rowek o głębokości około 1 mm i długości 2 cali. Ten rowek jest nawinięty około 1500 zwojów drutem magnetycznym 30 SWG. W tubie umieszczony jest zestaw trzech cylindrycznych magnesów ziem rzadkich. Magnesy mają średnicę 10 mm i długość 10 mm. Po włożeniu magnesów do tuby, końce tuby są uszczelniane okrągłymi kawałkami gołego materiału PCB i sklejane dwuczęściową żywicą epoksydową i podkładkami amortyzującymi wewnątrz (ja użyłem pianki do pakowania IC). Taka tuba jest dostępna w firmie McMaster (mcmaster.com), numer części: 8532K15. Magnesy można kupić na stronie amazingmagnets.com. Część nr D375D.

Krok 4: Wydajność generatora napięcia

Jak dobrze działa generator napięcia zasilającego mięśnie? Oto kilka zrzutów ekranu oscyloskopu. Delikatnymi wstrząsami generator zapewnia około 15 V od szczytu do szczytu. Prąd zwarciowy wynosi około 680mA. Całkiem wystarczające dla tego projektu.

Krok 5: Schemat kości

Ten krok pokazuje schemat obwodu dla kości. Składa się z obwodu mostka diodowego prostownika do prostowania napięcia AC wytwarzanego przez generator Faradaya i filtrowanego przez kondensator elektrolityczny 4700uF/25V. Napięcie kondensatora jest regulowane za pomocą LDO, LP-2950 z napięciem wyjściowym 5V, które służy do zasilania reszty układu składającego się z mikrokontrolera i diod LED. Użyłem 7 wysokowydajnych 3-milimetrowych niebieskich diod LED w przeźroczystym opakowaniu, ułożonych w „kostkę”. Diody LED są sterowane przez 8-pinowy mikrokontroler AVR ATTiny13. Wyjście napięcia z generatora Faradaya jest wyjściem impulsowym. To wyjście impulsowe jest kondycjonowane za pomocą rezystora (1,2KOhm) i diody Zenera (4,7V). Kondycjonowane impulsy napięcia są wykrywane przez mikrokontroler w celu określenia, czy lampa jest wstrząśnięta. Dopóki rurka jest potrząsana, mikrokontroler czeka. Gdy użytkownik przestaje potrząsać lampą, mikrokontroler generuje losową liczbę, używając wewnętrznego 8-bitowego timera działającego w trybie swobodnego biegu i wyświetla losową liczbę od 1 do 6 na diodach wyjściowych. Mikrokontroler ponownie czeka, aż użytkownik ponownie wstrząśnie probówką. Gdy diody LED wyświetlają losową liczbę, dostępny ładunek na kondensatorze wystarcza do świecenia diod LED przez średni czas około 10 sekund. Aby otrzymać nową liczbę losową, użytkownik musi jeszcze kilka razy wstrząsnąć probówką.

Krok 6: Programowanie mikrokontrolera

Mikrokontroler Tiny13 współpracuje z wewnętrznym oscylatorem RC zaprogramowanym do generowania sygnału zegarowego 128KHz. Jest to najniższy sygnał zegarowy, jaki Tiny13 może generować wewnętrznie i jest wybrany w celu zminimalizowania prądu pobieranego przez mikrokontroler. Kontroler jest zaprogramowany w C za pomocą kompilatora AVRGCC, a schemat blokowy jest pokazany tutaj. Bity bezpieczników dla kontrolera są również pokazano tutaj. Użyłem STK500 do zaprogramowania mojego Tiny, ale możesz odwołać się do tego Instructable, jeśli wolisz programistę AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- do 8-bitowego-AVR-Pr/

Krok 7: Oprogramowanie sterujące

/*Elektroniczna bateria mniej kości*//*Dhananjay Gadre*//*20 września 2007*//*Procesor Tiny13 @ 128KHz wewnętrzny oscylator RC*//*7 diod połączonych w następujący sposóbLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Wejście impulsowe z cewki jest na PB0*/#include #include #include #includeconst char ledcode PROGMEM= {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfesigned}; char temp=0;int liczba=0;DDRB=0xfe; /*PB0 jest wprowadzany*/TCCR0B=2; /*podziel przez 8*/TCCR0A=0;TCNT0= 0;PORTB=254; /*wyłącz wszystkie diody LED*/while(1) { /*czekaj na wzrost impulsu*/ while ((PINB i 0x01) == 0); _delay_loop_2(50); /*czekaj, aż puls się obniży*/ while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2(50); liczba=5000; while ((liczba > 0) && ((PINB &0x01) ==0)) {liczba--; } if(count ==0) /* koniec pulsu, więc wyświetl liczbę losową*/ { PORTB=0xfe; /*wszystkie diody wyłączone*/ _delay_loop_2(10000); temp=TCNT0; temp= temp%6; temp =pgm_read_byte(&ledcode[temp]); PORTB=temp; } }}

Krok 8: Montaż obwodu

Oto kilka zdjęć etapów montażu elektronicznej kostki. Układ elektroniczny jest zmontowany na płytce perforowanej wystarczająco wąskiej, aby zmieścić się w tubie z pleksiglasu. Identyczna tuba z pleksiglasu, jaka jest używana w generatorze napięcia, jest używana do osłaniania obwodu elektronicznego.

Krok 9: Zakończony montaż

Generator napięcia Faradaya i elektroniczny obwód kostki są teraz połączone mechanicznie i elektrycznie. Zaciski wyjściowe rury generatora napięcia są połączone z 2-pinowym złączem wejściowym elektronicznego obwodu kostki. Obie rurki są połączone opaską kablową i dla dodatkowego bezpieczeństwa sklejone dwuskładnikową żywicą epoksydową. Użyłem AralditeAraldite.

Krok 10: Korzystanie z bezbateryjnych elektronicznych kości

Po zakończeniu montażu i zabezpieczeniu dwóch rurek, kostka jest gotowa do użycia. Po prostu potrząśnij nim kilka razy, a pojawi się losowa liczba. Potrząśnij ponownie, a pojawi się kolejny losowy. Film przedstawiający kości w akcji znajduje się tutaj, również opublikowany w tym filmie Instructables:

Krok 11: Referencje i pliki projektowe

Ten projekt jest oparty na moich wcześniej opublikowanych artykułach. mianowicie:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, październik 2006 2. "Kinetic Remote Control", Make:, listopad 2007, wydanie 12. Plik z kodem źródłowym C jest dostępny tutaj. Ponieważ projekt był pierwszy prototypowany, PCB wykonałem przy użyciu orła. Oto jak teraz wygląda. Schematy orła i pliki planszy znajdują się tutaj. Proszę zwrócić uwagę, że w porównaniu do prototypu elementy na finalnej płytce drukowanej są nieco inaczej ułożone. Aktualizacja (15 września 2008): dodano plik BOM

Krok 12: Wiem, że chcesz więcej

Elektroniczna kostka z tylko jednym wyświetlaczem? Ale gram w wiele gier, które wymagają dwóch kości. OK, wiem, że tego chcesz. Oto, co próbowałem zbudować. Mam gotową płytkę PCB do tej nowszej wersji, tylko czekam na trochę wolnego czasu, aby dokończyć kod i przetestować płytkę. Opublikuję projekt tutaj, gdy będzie gotowy… Do tego czasu ciesz się pojedynczą kostką..