Faraday for Fun: en elektronisk batterilös tärning: 12 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:47

Det har varit stort intresse för muskeldrivna elektroniska enheter, till stor del på grund av framgången med Perpetual Torch Perpetual Torch, även känd som batterilös LED-ficklampa. Den batterilösa facklan består av en spänningsgenerator för att driva lysdioderna, en elektronisk krets för att konditionera och lagra spänningen som produceras av spänningsgeneratorn och högeffektiva vita lysdioder. Den muskeldrivna spänningsgeneratorn är baserad på Faradays lag, som består av ett rör med cylindriska magneter. Röret lindas med en spole av magnettråd. När röret skakas passerar magneterna rörets längd fram och tillbaka, vilket förändrar det magnetiska flödet genom spolen och spolen producerar därför en växelspänning. Vi kommer att återkomma till detta senare i Instructable. This Instructable visar dig hur du bygger en elektronisk, smetlös tärning. Ett fotografi av den inbyggda enheten ses nedan. Men först lite bakgrund -

Steg 1: En elektronisk tärning

Istället för en traditionell tärning är det trevligt och häftigt att använda en elektronisk tärning. Vanligtvis skulle en sådan tärning bestå av en elektronisk krets och en LED -display. LED -displayen kan vara en sjusegmentsdisplay som kan visa siffror mellan 1 och 6 som visas nedan eller för att efterlikna det traditionella tärningsmönstret kan den bestå av 7 lysdioder arrangerade som visas i den andra figuren. Båda tärningsdesignerna har en omkopplare, som användaren måste trycka på när hon/han vill "kasta tärningen" (eller "kasta tärningen"?). Omkopplaren utlöser en slumptalsgenerator programmerad i mikrokontrollern och slumpmässigt tal visas sedan på displayen med sju segment eller LED -displayen. När användaren vill ha ett nytt nummer måste du trycka på omkopplaren igen.

Steg 2: Strömförsörjning för tärningarna

Båda konstruktionerna som visas i föregående steg behöver en lämplig strömförsörjning som kan härledas från en väggvarta, en lämplig likriktare, utjämningskondensator och en lämplig +5V regulator. Om användaren önskar tärningens bärbarhet, bör väggtransformatorn bytas ut mot ett lämpligt batteri, säg ett 9V -batteri. Andra alternativ för batteriet finns, till exempel för att kunna använda tärningarna från ett enda AA- eller AAA -batteri, fungerar inte en normal linjär regulator. För att få +5V för tärningsoperationen måste en lämplig DC-DC-omvandlare av boosttyp användas. Figuren illustrerar en +5V strömförsörjning lämplig för tärning från ett vägg 9V batteri och den andra figuren visar schemat för en +5V strömförsörjning från ett 1,5V AA eller AAA typ batteri med en TPS61070 boost DC-DC omvandlare.

Steg 3: Fri kraft: Använd dina muskler …

Detta steg beskriver den muskeldrivna spänningsgeneratorn. Generatorn består av ett Perspex -rör med en längd på 6 tum och en ytterdiameter på 15 mm. Innerdiametern är 12 mm. Ett spår på cirka 1 mm djupt och 2 tum långt bearbetas på rörets yttre yta. Detta spår lindas med cirka 1500 varv med 30 SWG -magnettråd. En uppsättning med tre cylindriska magneter av sällsynta jordartsmetaller placeras i röret. Magneterna är 10 mm i diameter och 10 mm i längd. Efter att magneterna har satts in i röret förseglas rörets ändar med cirkulära bitar av rent PCB -material och limmas med en tvådelad epoxi och med några stötdämpande kuddar inuti (jag använde IC -förpackningsskum). Ett sådant rör är tillgängligt från McMaster (mcmaster.com), artikelnummer: 8532K15. Magneter kan köpas från amazingmagnets.com. Del # D375D.

Steg 4: Spänningsgeneratorns prestanda

Hur bra fungerar muskelspänningsgeneratorn? Här är några oscilloskopskärmar. Med milda skakningar ger generatorn cirka 15V topp till topp. Kortslutningsströmmen är cirka 680mA. Rätt nog för detta projekt.

Steg 5: Tärningsschematisk

Detta steg visar kretsschemat för tärningarna. Den består av en likriktardiodkrets för att rätta till AC -spänningen som produceras av Faraday -generatorn och filtreras med en elektrolytkondensator på 4700uF/25V. Kondensatorns spänning regleras med en LDO, LP-2950 med en 5V utspänning, som används för att ge matningsspänning till resten av kretsen, bestående av en mikrokontroller och lysdioder. Jag använde 7 högeffektiva 3 mm blå lysdioder i transparent förpackning, arrangerade i "tärning" -form. Lysdioderna styrs av en 8-polig AVR-mikrokontroller, ATTiny13. Spänningsutmatningen från faradaygeneratorn är en pulsad utgång. Denna pulsade utgång konditioneras med hjälp av ett motstånd (1,2KOhm) och en zenerdiod (4,7V). De konditionerade spänningspulserna avkänns av mikrokontrollern för att avgöra om röret skakas. Så länge röret skakas väntar mikrokontrollern. När användaren slutar skaka röret, genererar mikrokontrollern ett slumpmässigt tal, med hjälp av en intern 8-bitars timer som arbetar i fritt driftläge och matar ut slumpmässigt tal mellan 1 och 6, på utgångs-lysdioderna. Mikrokontrollen väntar sedan igen på att användaren skakar röret igen. När lysdioderna visar ett slumpmässigt tal räcker den tillgängliga laddningen på kondensatorn för att tända lysdioderna i en genomsnittlig tid på cirka 10 sekunder. För att få ett nytt slumptal måste användaren skaka röret några gånger igen.

Steg 6: Programmering av mikrokontrollern

Tiny13 -mikrokontrollern fungerar med en intern RC -oscillator programmerad för att generera 128KHz klocksignal. Detta är den lägsta klocksignal som Tiny13 kan generera internt och väljs för att minimera strömmen som förbrukas av mikrokontrollen. Styrenheten är programmerad i C med AVRGCC -kompilatorn och flödesschemat visas här. Säkringsbitarna för regulatorn är också Jag använde STK500 för att programmera min Tiny, men du kan hänvisa till denna instruktionsbok om du föredrar en AVR Dragon-programmerare: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- till-8-bitars-AVR-Pr/

Steg 7: Kontrollprogramvara

/*Elektroniskt batteri Mindre tärningar*//*Dhananjay Gadre*//*20 september 2007*//*Tiny13 Processor @ 128KHz intern RC -oscillator*//*7 lysdioder anslutna enligt följande LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Pulsingång från spolen är på 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 är input*/TCCR0B = 2; /*dividera med 8*/TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; /*inaktivera alla lysdioder*/while (1) {/*vänta tills pulsen blir hög*/while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); /*vänta på att pulsen blir låg*/ while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); räkna = 5000; medan ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } om (count == 0) /* inte mer puls så visa ett slumpmässigt tal* / {PORTB = 0xfe; /*alla lysdioder släckta*/ _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp%6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = temp; }}}

Steg 8: Montering av kretsen

Här är några bilder på monteringsstadierna för de elektroniska tärningarna. Den elektroniska kretsen är monterad på en perfboard som är tillräckligt smal för att gå i ett perspexrör. Ett identiskt perspexrör som används för spänningsgeneratorn används för att omsluta den elektroniska kretsen.

Steg 9: Slutförd montering

Faradays spänningsgenerator och den elektroniska tärningskretsen är nu anslutna mekaniskt och elektriskt. Spänningsgeneratorrörets utgångar är anslutna till den 2-poliga ingångskontakten på den elektroniska tärningskretsen. Båda rören knyts ihop med ett buntband och för extra säkerhet, limmas ihop med en 2-delad epoxi. Jag använde AralditeAraldite.

Steg 10: Använda batterilösa elektroniska tärningar

När monteringen är klar och de två rören är fästa tillsammans är tärningarna redo att användas. Skaka bara på det några gånger så kommer ett slumpmässigt tal att visas. Skaka igen och en annan slumpmässig kommer upp. En video av tärningarna i aktion finns här, även publicerad i denna Instructables-video:

Steg 11: Referenser och designfiler

Detta projekt bygger på mina tidigare publicerade artiklar. nämligen:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, October2006 2. "Kinetic Remote Control", Make:, November 2007, Issue 12. C -källkodfilen finns här. Eftersom projektet först prototypades gjorde jag PCB med örn. Så här ser det ut nu. Eagle schematiska och styrelser finns här. Observera att jämfört med prototypen är komponenterna på det sista kretskortet anordnade något annorlunda. Uppdatering (15 september 2008): BOM -fil tillagd

Steg 12: Jag vet att du vill ha mer

En elektronisk tärning med bara en display? Men jag spelar många spel som behöver två tärningar säger du. OK, jag vet att du vill det. Här är vad jag har försökt bygga. Jag har kretskortet för den här nyare versionen redo, väntar bara på lite ledig tid för att slutföra koden och testa tavlan. Jag kommer att lägga upp ett projekt här när det är klart … Tills dess njuta av den enda tärningen..