Faraday for Fun: Elektronická kocka bez batérií: 12 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:01

O elektronické zariadenia poháňané svalmi bol veľký záujem, a to predovšetkým z dôvodu úspechu Perpetual TorchPerpetual Torch, známeho aj ako LED baterka bez batérií. Bez bateriový horák pozostáva z generátora napätia na napájanie diód LED, elektronického obvodu na úpravu a ukladanie napätia generovaného generátorom napätia a vysoko účinných bielych diód LED. Svalovo napájaný generátor napätia je založený na Faradayovom zákone a pozostáva z trubice s valcovými magnetmi. Rúrka je navinutá cievkou z magnetického drôtu. Keď sa trubica trasie, magnety prechádzajú po dĺžke trubice tam a späť, čím menia magnetický tok cievkou a cievka preto vytvára striedavé napätie. K tomu sa vrátime neskôr v návode. Tento návod vám ukáže, ako postaviť elektronickú kocku bez batérií. Fotografia postavenej jednotky je uvedená nižšie. Najprv však nejaké pozadie -

Krok 1: Elektronické kocky

Namiesto tradičných kociek je pekné a cool použiť elektronické kocky. Obvykle taká kocka pozostáva z elektronického obvodu a LED displeja. LED displej môže byť sedemsegmentový, ktorý môže zobrazovať čísla od 1 do 6, ako je vidieť nižšie, alebo aby napodobnil tradičný vzor kociek, mohol by pozostávať zo 7 diód LED usporiadaných podľa druhého obrázku. Oba návrhy kociek majú vypínač, ktorý musí používateľ stlačiť, keď chce „hodiť kockou“(alebo „hodiť kockou“?). Prepínač spustí generátor náhodných čísel naprogramovaný v mikrokontroléri a náhodné číslo sa potom zobrazí na sedemsegmentovom displeji alebo LED displeji. Keď chce používateľ nové číslo, prepínač musí byť znova stlačený.

Krok 2: Napájanie kockami

Oba návrhy uvedené v predchádzajúcom kroku vyžadujú vhodný napájací zdroj, ktorý je možné odvodiť zo stenovej bradavice, vhodný usmerňovač, vyhladzovací kondenzátor a vhodný regulátor +5V. Ak používateľ požaduje prenos kociek, nástenný bradavičný transformátor by mal byť nahradený vhodnou batériou, povedzme 9V batériou. Existujú ďalšie možnosti pre batériu, napríklad aby bolo možné ovládať kocky z jednej batérie AA alebo AAA, normálny lineárny regulátor nebude fungovať. Na odvodenie +5 V pre kocky je potrebné použiť vhodný zosilňovač typu DC-DC. Obrázok ilustruje napájanie +5 V vhodné pre kocky zo stenovej 9V batérie a druhý obrázok ukazuje schému napájania +5 V z 1,5 V batérie typu AA alebo AAA pomocou zosilňovača DC-DC TPS61070.

Krok 3: Voľná sila: Používajte svaly …

Tento krok popisuje svalový generátor napätia. Generátor sa skladá z trubice Perspex s dĺžkou 6 palcov a vonkajším priemerom 15 mm. Vnútorný priemer je 12 mm. Na vonkajšom povrchu trubice je opracovaná drážka hlboká asi 1 mm a dlhá 2 palce. Táto drážka je navinutá asi na 1500 otáčok magnetickým drôtom 30 SWG. V trubici je umiestnená sada troch valcových magnetov vzácnych zemín. Magnety majú priemer 10 mm a dĺžku 10 mm. Po vložení magnetov do skúmavky sú konce trubice utesnené kruhovými kusmi holého materiálu DPS a zlepené dvojdielnym epoxidom a vnútri vložkami absorbujúcimi nárazy (použil som obalovú penu IC). Takáto trubica je k dispozícii od spoločnosti McMaster (mcmaster.com), číslo dielu: 8532K15. Magnety je možné kúpiť na adrese amazingmagnets.com. Časť # D375D.

Krok 4: Výkon generátora napätia

Ako dobre funguje generátor napätia svalovej energie? Tu je niekoľko záberov z obrazovky osciloskopu. S jemným chvením generátor poskytuje približne 15 V od vrcholu k vrcholu. Skratový prúd je asi 680 mA. Na tento projekt celkom dostačujúce.

Krok 5: Schéma kocky

Tento krok ukazuje schému zapojenia kociek. Skladá sa z obvodu premosťovacieho diódového mostíka na usmernenie striedavého napätia generovaného Faradayovým generátorom a filtrovaného elektrolytickým kondenzátorom 4700uF/25V. Napätie kondenzátora je regulované pomocou LDO, LP-2950 s výstupným napätím 5V, ktoré slúži na zabezpečenie napájacieho napätia pre zvyšok obvodu, pozostávajúceho z mikrokontroléra a diód LED. Použil som 7 vysoko účinných 3 mm modrých LED diód v priehľadnom obale, usporiadaných vo forme „kociek“. LED diódy sú ovládané 8-kolíkovým mikrokontrolérom AVR, ATTiny13. Napäťový výstup z faradayového generátora je impulzný výstup. Tento impulzný výstup je podmienený pomocou odporu (1,2 KOhm) a Zenerovej diódy (4,7 V). Kondicionované napäťové impulzy sú snímané mikrokontrolérom, aby sa určilo, či sa trubica trepe. Pokiaľ je trubica trepaná, mikrokontrolér čaká. Akonáhle užívateľ prestane trepať trubicu, mikrokontrolér vygeneruje náhodné číslo pomocou interného 8-bitového časovača pracujúceho v režime voľného chodu a na výstupné LED diódy vydá náhodné číslo medzi 1 a 6. Mikrokontrolér potom opäť počká, kým používateľ skúmavkou znova zatrasie. Akonáhle LED diódy zobrazia náhodné číslo, dostupný náboj na kondenzátore stačí na osvetlenie diód LED v priemere asi 10 sekúnd. Aby používateľ získal nové náhodné číslo, musí tubou znova niekoľkokrát zatriasť.

Krok 6: Programovanie mikrokontroléra

Mikrokontrolér Tiny13 pracuje s interným RC oscilátorom naprogramovaným na generovanie hodinového signálu 128 KHz. Toto je najnižší hodinový signál, ktorý môže Tiny13 generovať interne, a je vybraný tak, aby minimalizoval prúd spotrebovaný mikrokontrolérom. Ovládač je naprogramovaný v jazyku C pomocou kompilátora AVRGCC a je tu zobrazený vývojový diagram. Poistkové bity pre regulátor sú tiež Tu som použil STK500 na naprogramovanie môjho Tiny, ale ak dávate prednosť programátoru AVR Dragon, môžete sa obrátiť na tento návod: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- to-8-Bit-AVR-Pr/

Krok 7: Ovládací softvér

/*Elektronická batéria Menej kociek*//*Dhananjay Gadre*//*20. september 2007*//*Procesor Tiny13 @ 128KHz interný RC oscilátor*//*7 LED zapojených nasledovneLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Pulzný vstup z cievky je na 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 je vstup*/TCCR0B = 2; /*delené 8*/TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; /*deaktivujte všetky LED*/while (1) {/*počkajte, kým sa impulz nezvyšuje*/while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); /*počkajte, kým sa pulz nezníži*/ while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); počet = 5000; while ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } if (count == 0) /* no more pulse so display a random number* / {PORTB = 0xfe; /*všetky LED zhasnuté*/ _delay_loop_2 (10 000); teplota = TCNT0; temp = temp%6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = teplota; }}}

Krok 8: Zostavenie obvodu

Tu je niekoľko fotografií z fáz montáže elektronických kociek. Elektronický obvod je zostavený na dostatočne úzkej perfboardovej doske, aby sa zmestil do plexisklovej trubice. Na uzavretie elektronického obvodu sa používa rovnaká trubica z plexiskla, aká sa používa v generátore napätia.

Krok 9: Dokončená montáž

Faradayov generátor napätia a obvod elektronických kociek sú teraz spolu mechanicky a elektricky prepojené. Výstupné svorky trubice generátora napätia sú pripojené k 2-pólovému vstupnému konektoru obvodu elektronických kociek. Obe trubice sú k sebe zviazané sťahovacou páskou a pre väčšiu bezpečnosť sú zlepené 2-dielnym epoxidom. Použil som AralditeAraldite.

Krok 10: Použitie bezbateriových elektronických kociek

Akonáhle je zostava dokončená a dve trubice sú k sebe zaistené, kocky sú pripravené na použitie. Stačí párkrát potriasť a objaví sa náhodné číslo. Znova potraste a príde ďalší náhodný. Tu je video z kociek v prevádzke, ktoré je zverejnené aj v tomto videu s pokynmi:

Krok 11: Referencie a súbory návrhu

Tento projekt je založený na mojich predtým publikovaných článkoch. a to:

1. „Generátor energie pre prenosné aplikácie“, Circuit Cellar, október 2006 2. „Kinetic Remote Control“, značka:, november 2007, vydanie 12. Súbor zdrojového kódu C je dostupný tu. Pretože bol projekt prvýkrát prototypovaný, vyrobil som PCB pomocou orla. Takto to vyzerá teraz. Schématické a tabuľkové súbory Eagle sú tu. Upozorňujeme, že v porovnaní s prototypom sú komponenty na konečnej doske plošných spojov usporiadané mierne odlišne. Aktualizácia (15. septembra 2008): Bol pridaný súbor kusovníka

Krok 12: Viem, že chceš viac

Elektronické kocky s jediným displejom? Ale hrám veľa hier, ktoré vyžadujú dve kocky, čo poviete. Dobre, viem, že to chceš. Tu je to, čo som sa snažil vybudovať. Mám PCB pre túto novšiu verziu pripravenú, čakám na nejaký voľný čas na dokončenie kódu a testovanie dosky. Keď bude kompletný, zverejním tu projekt … Do tej doby si užívajte kocky..