Faraday for Fun: en elektronisk batteriløs terning: 12 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:31

Der har været stor interesse for muskeldrevne elektroniske enheder, hvilket i høj grad skyldes succesen med Perpetual Torch Perpetual Torch, også kendt som batteriløs LED-brænder. Den batteriløse fakkel består af en spændingsgenerator til at drive lysdioderne, et elektronisk kredsløb til at konditionere og gemme spændingen produceret af spændingsgeneratoren og højeffektive hvide lysdioder. Den muskeldrevne spændingsgenerator er baseret på Faradays lov, der består af et rør med cylindriske magneter. Røret vikles med en spole af magnettråd. Når røret rystes, krydser magneterne rørets længde frem og tilbage, hvilket ændrer den magnetiske strømning gennem spolen, og spolen producerer derfor en vekselstrømsspænding. Vi vender tilbage til dette senere i Instructable. This Instructable viser dig, hvordan du bygger en elektronisk, batterfri terning. Et fotografi af den indbyggede enhed ses herunder. Men først lidt baggrund -

Trin 1: En elektronisk terning

I stedet for en traditionel terning er det dejligt og fedt at bruge en elektronisk terning. Normalt ville en sådan terning bestå af et elektronisk kredsløb og et LED -display. LED -displayet kan være et syv segment display, der kan vise tal mellem 1 og 6 som vist nedenfor, eller måske for at efterligne det traditionelle terningemønster kan det bestå af 7 LED'er arrangeret som vist i den anden figur. Begge terningedesign har en switch, som brugeren skal trykke på, når hun/han vil "kaste terningerne" (eller "rulle terningen"?). Omskifteren udløser en tilfældig talgenerator programmeret i mikrokontrolleren, og tilfældigt tal vises derefter på syv segment display eller LED display. Når brugeren ønsker et nyt nummer, skal der trykkes på kontakten igen.

Trin 2: Strømforsyning til terningerne

Begge designs vist i det foregående trin har brug for en passende strømforsyning, som kan udledes af en vægvorte, en passende ensretter, udjævningskondensator og en passende +5V regulator. Hvis brugeren ønsker at overføre terningerne, skal vægvortransformatoren udskiftes med et passende batteri, f.eks. Et 9V batteri. Der findes andre muligheder for batteriet, for eksempel for at kunne betjene terningerne fra et enkelt AA- eller AAA -batteri, fungerer en normal lineær regulator ikke. For at udlede +5V til terningoperationen skal der bruges en passende DC-DC-omformer af boosttype. Figuren illustrerer en +5V strømforsyning, der er egnet til terninger fra et vægbatteri på 9V, og den anden figur viser skematisk en +5V strømforsyning fra et 1,5V AA- eller AAA-batteri ved hjælp af en TPS61070 boost DC-DC-omformer.

Trin 3: Fri strøm: Brug dine muskler …

Dette trin beskriver den muskeldrevne spændingsgenerator. Generatoren består af et Perspex -rør med en længde på 6 tommer og en ydre diameter på 15 mm. Den indvendige diameter er 12 mm. En rille på ca. 1 mm dyb og 2 tommer lang bearbejdes på rørets ydre overflade. Denne rille er viklet med omkring 1500 omdrejninger med 30 SWG -magnettråd. Et sæt med tre cylindriske magneter med sjælden jord er placeret i røret. Magneterne er 10 mm i diameter og 10 mm i længden. Efter indsættelse af magneterne i røret forsegles rørets ender med cirkulære stykker af bare PCB -materiale og limes med en todelt epoxy og med nogle stødabsorberende puder indeni (jeg brugte IC -emballageskum). Sådan et rør fås fra McMaster (mcmaster.com), varenummer: 8532K15. Magneter kan købes fra amazingmagnets.com. Del # D375D.

Trin 4: Spændingsgenerator ydeevne

Hvor godt fungerer muskelspændingsgeneratoren? Her er nogle oscilloskop skærmbilleder. Med blide rystelser giver generatoren ca. 15V top til top. Kortslutningsstrømmen er omkring 680mA. Ganske tilstrækkeligt til dette projekt.

Trin 5: Terning skematisk

Dette trin viser kredsløbsdiagrammet for terningerne. Den består af et ensretterdiodebrokredsløb til at rette op på AC -spændingen, der produceres af Faraday -generatoren og filtreres med en 4700uF/25V elektrolytkondensator. Kondensatorspændingen reguleres med en LDO, LP-2950 med en 5V udgangsspænding, som bruges til at levere forsyningsspænding til resten af kredsløbet, bestående af en mikrokontroller og lysdioder. Jeg brugte 7 højeffektive 3 mm blå lysdioder i gennemsigtig emballage, arrangeret i formen ‘terninger’. Lysdioderne styres af en 8-benet AVR-mikrokontroller, ATTiny13. Spændingsudgangen fra faraday -generatoren er en pulseret udgang. Denne pulserede udgang er betinget ved hjælp af en modstand (1,2KOhm) og en zener -diode (4,7V). De konditionerede spændingsimpulser registreres af mikrokontrolleren for at afgøre, om røret rystes. Så længe røret rystes, venter mikrokontrolleren. Når brugeren holder op med at ryste røret, genererer mikrokontrolleren et tilfældigt tal ved hjælp af en intern 8-bit timer, der fungerer i frit løbstilstand og udsender tilfældigt tal mellem 1 og 6 på output-LED'erne. Mikrocontrolleren venter derefter igen på, at brugeren ryster røret igen. Når lysdioderne viser et tilfældigt tal, er den tilgængelige opladning på kondensatoren tilstrækkelig til at tænde lysdioderne i en gennemsnitlig tid på ca. 10 sekunder. For at få et nyt tilfældigt tal skal brugeren ryste røret et par gange igen.

Trin 6: Programmering af mikrokontrolleren

Tiny13 -mikrokontrolleren fungerer med en intern RC -oscillator, der er programmeret til at generere 128KHz urssignal. Dette er det laveste kloksignal, som Tiny13 kan generere internt og er valgt for at minimere strømforbruget af mikrokontrolleren. Controlleren er programmeret i C ved hjælp af AVRGCC -kompilatoren og flowdiagrammet er vist her. Sikringsbitene til controlleren er også Jeg brugte STK500 til at programmere min Tiny, men du kan henvise til denne Instructable, hvis du foretrækker en AVR Dragon programmerer: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- til-8-bit-AVR-Pr/

Trin 7: Kontrolsoftware

/*Elektronisk batteri Mindre terninger*//*Dhananjay Gadre*//*20. september 2007*//*Tiny13 Processor @ 128KHz intern RC -oscillator*//*7 LED'er tilsluttet som følger LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4 Pulsindgang fra spole er på PB0*/ #inkluderer #include #include #includeconst char ledcode PROGMEM = {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfe}; main () {unsigned char temp = 0; int count = 0; DDRB = 0xfe; /*PB0 er input*/TCCR0B = 2; /*divider med 8*/TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; /*deaktiver alle lysdioder*/mens (1) {/*vente på, at pulsen bliver høj*/mens ((PINB & 0x01) == 0); _forsinkelse_loop_2 (50); /*vent på at pulsen går ned*/ while ((PINB & 0x01) == 0x01); _forsinkelse_loop_2 (50); count = 5000; mens ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } hvis (count == 0) /* ikke mere puls, så vis et tilfældigt tal* / {PORTB = 0xfe; /*alle lysdioder slukket*/ _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp%6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = temp; }}}

Trin 8: Montering af kredsløbet

Her er nogle billeder af samlingerne i de elektroniske terninger. Det elektroniske kredsløb samles på et perfboard smalt nok til at gå i et perspex -rør. Et identisk perspex -rør, der bruges til spændingsgeneratoren, bruges til at omslutte det elektroniske kredsløb.

Trin 9: Afsluttet samling

Faraday -spændingsgeneratoren og det elektroniske terningskredsløb er nu forbundet sammen mekanisk og elektrisk. Udgangsterminalerne på spændingsgeneratorrøret er forbundet til det 2-polede indgangsstik på det elektroniske terningskredsløb. Begge rør er bundet sammen med et kabelbinder og for ekstra sikkerhed limet sammen med en 2-delt epoxy. Jeg brugte AralditeAraldite.

Trin 10: Brug af batteriløse elektroniske terninger

Når samlingen er færdig, og de to rør er fastgjort sammen, er terningerne klar til brug. Bare ryst det et par gange, og der vises et tilfældigt tal. Ryst den igen, og en anden tilfældig dukker op. En video af terningerne i aktion er her, også lagt ud i denne Instructables-video:

Trin 11: Referencer og designfiler

Dette projekt er baseret på mine tidligere publicerede artikler. nemlig:

1. "Power Generator for bærbare applikationer", Circuit Cellar, oktober 2006 2. "Kinetic Remote Control", Make:, November 2007, Issue 12. C -kildekodefilen er tilgængelig her. Da projektet først blev prototypet, lavede jeg PCB ved hjælp af ørn. Sådan ser det ud nu. Eagle skematisk og bestyrelsesfiler er her. Bemærk, at i forhold til prototypen er komponenterne på det endelige printkort anbragt lidt anderledes. Opdatering (15. september 2008): BOM -fil tilføjet

Trin 12: Jeg ved, du vil have mere

En elektronisk terning med kun et display? Men jeg spiller mange spil, der kræver to terninger, siger du. OK, jeg ved, du vil det. Her er hvad jeg har forsøgt at bygge. Jeg har printkortet til denne nyere version klar, og venter bare på lidt ledig tid til at fuldføre koden og teste tavlen. Jeg vil lægge et projekt her, når det er færdigt … Indtil da kan du nyde den enkelte terning..