Faraday for Fun: an Electronic Batteryless Battery: 12 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:39

Υπήρξε μεγάλο ενδιαφέρον για τις ηλεκτρονικές συσκευές που λειτουργούν με μυς, λόγω της επιτυχίας του Perpetual TorchPerpetual Torch, επίσης γνωστού ως φακός LED χωρίς μπαταρία. Ο φακός χωρίς μπαταρία αποτελείται από μια γεννήτρια τάσης για την τροφοδοσία των LED, ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα για τον έλεγχο και την αποθήκευση της τάσης που παράγεται από τη γεννήτρια τάσης και των λευκών LED υψηλής απόδοσης. Η γεννήτρια τάσης που λειτουργεί με μυς βασίζεται στον νόμο του Faraday, που αποτελείται από έναν σωλήνα με κυλινδρικούς μαγνήτες. Ο σωλήνας τυλίγεται με ένα πηνίο από σύρμα μαγνήτη. Καθώς ο σωλήνας ανακινείται, οι μαγνήτες διασχίζουν το μήκος του σωλήνα μπρος -πίσω, αλλάζοντας έτσι τη μαγνητική ροή μέσω του πηνίου και το πηνίο παράγει συνεπώς τάση AC. Θα επανέλθουμε σε αυτό αργότερα στο Instructable. Αυτό το Instructable σας δείχνει πώς να φτιάξετε ένα ηλεκτρονικό, χωρίς ζύμη ζάρι. Μια φωτογραφία της δομημένης μονάδας φαίνεται παρακάτω. Αλλά πρώτα ένα φόντο -

Βήμα 1: Ένα ηλεκτρονικό ζάρι

Αντί για ένα παραδοσιακό ζάρι, είναι ωραίο και δροσερό να χρησιμοποιείτε ένα ηλεκτρονικό ζάρι. Συνήθως ένα τέτοιο ζάρι θα αποτελείται από ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα και μια οθόνη LED. Η οθόνη LED θα μπορούσε να είναι οθόνη επτά τμημάτων που θα μπορούσε να εμφανίσει αριθμούς μεταξύ 1 και 6 όπως φαίνεται παρακάτω ή ίσως, για να μιμηθεί το παραδοσιακό μοτίβο ζαριών, θα μπορούσε να αποτελείται από 7 LED που είναι διατεταγμένα όπως φαίνεται στο δεύτερο σχήμα. Και τα δύο σχέδια με ζάρια διαθέτουν διακόπτη, τον οποίο ο χρήστης πρέπει να πατήσει όταν θέλει να "ρίξει το ζάρι" (ή "να ρίξει τη μήτρα";). Ο διακόπτης ενεργοποιεί μια γεννήτρια τυχαίων αριθμών προγραμματισμένη στον μικροελεγκτή και ο τυχαίος αριθμός εμφανίζεται στη συνέχεια στην οθόνη των επτά τμημάτων ή στην οθόνη LED. Όταν ο χρήστης θέλει έναν νέο αριθμό, ο διακόπτης πρέπει να πατηθεί ξανά.

Βήμα 2: Τροφοδοσία για τα ζάρια

Και τα δύο σχέδια που δείχθηκαν στο προηγούμενο βήμα χρειάζονται μια κατάλληλη τροφοδοσία που μπορεί να προέλθει από έναν κονδυλώματος τοίχου, έναν κατάλληλο ανορθωτή, πυκνωτή λείανσης και έναν κατάλληλο ρυθμιστή +5V. Εάν ο χρήστης επιθυμεί τη φορητότητα των ζαριών, τότε ο μετασχηματιστής κονδυλωμάτων τοίχου πρέπει να αντικατασταθεί με μια κατάλληλη μπαταρία, ας πούμε μια μπαταρία 9V. Υπάρχουν άλλες επιλογές για την μπαταρία, για παράδειγμα, για να είναι δυνατή η λειτουργία των ζαριών από μία μπαταρία ΑΑ ή ΑΑΑ, ένας κανονικός γραμμικός ρυθμιστής δεν θα λειτουργήσει. Για να προκύψει +5V για τη λειτουργία ζαριών, πρέπει να χρησιμοποιηθεί ένας κατάλληλος μετατροπέας DC-DC τύπου ενίσχυσης. Το σχήμα απεικονίζει ένα τροφοδοτικό +5V κατάλληλο για τη λειτουργία ζαριών από μια μπαταρία τοίχου 9V και το άλλο σχήμα δείχνει το σχηματικό για μια τροφοδοσία +5V από μπαταρία τύπου 1.5V AA ή AAA χρησιμοποιώντας μετατροπέα DC-DC ενίσχυσης TPS61070.

Βήμα 3: Δωρεάν ενέργεια: Χρησιμοποιήστε τους μυς σας…

Αυτό το βήμα περιγράφει τη γεννήτρια τάσης που λειτουργεί με μυς. Η γεννήτρια αποτελείται από σωλήνα Perspex μήκους 6 ιντσών και εξωτερική διάμετρο 15 mm. Η εσωτερική διάμετρος είναι 12 mm. Μια αυλάκωση βάθους περίπου 1 mm και μήκους 2 ίντσες επεξεργάζεται στην εξωτερική επιφάνεια του σωλήνα. Αυτή η αυλάκωση τυλίγεται με περίπου 1500 στροφές με σύρμα μαγνήτη 30 SWG. Ένα σύνολο τριών κυλινδρικών μαγνητών σπάνιας γης τοποθετούνται στο σωλήνα. Οι μαγνήτες έχουν διάμετρο 10 mm και μήκος 10 mm. Μετά την εισαγωγή των μαγνητών στον σωλήνα, τα άκρα του σωλήνα σφραγίζονται με κυκλικά κομμάτια γυμνού υλικού PCB και κολλούνται με δύο μέρη εποξικά και με μερικά μαξιλάρια απορρόφησης κραδασμών στο εσωτερικό (χρησιμοποίησα αφρό συσκευασίας IC). Ένας τέτοιος σωλήνας διατίθεται από τη McMaster (mcmaster.com), αριθμός ανταλλακτικού: 8532K15. Οι μαγνήτες μπορούν να αγοραστούν από το amazingmagnets.com. Μέρος # D375D.

Βήμα 4: Απόδοση γεννήτριας τάσης

Πόσο καλά λειτουργεί η γεννήτρια τάσης μυϊκής ισχύος; Εδώ είναι μερικά πλάνα οθόνης παλμογράφου. Με απαλές ανακινήσεις, η γεννήτρια παρέχει περίπου 15V κορυφή σε κορυφή. Το ρεύμα βραχυκυκλώματος είναι περίπου 680mA. Αρκετά επαρκές για αυτό το έργο.

Βήμα 5: Σχήμα με ζάρια

Αυτό το βήμα δείχνει το διάγραμμα κυκλώματος για τα ζάρια. Αποτελείται από ένα κύκλωμα γέφυρας διόδου ανορθωτή για τη διόρθωση της τάσης AC που παράγεται από τη γεννήτρια Faraday και φιλτράρεται με ηλεκτρολυτικό πυκνωτή 4700uF/25V. Η τάση του πυκνωτή ρυθμίζεται με LDO, LP-2950 με τάση εξόδου 5V, η οποία χρησιμοποιείται για την παροχή τάσης τροφοδοσίας στο υπόλοιπο κύκλωμα, αποτελούμενο από μικροελεγκτή και LED. Χρησιμοποίησα 7 μπλε LED υψηλής απόδοσης 3 mm σε διαφανή συσκευασία, διατεταγμένα σε μορφή «ζαριού». Τα LED ελέγχονται από έναν μικροελεγκτή AVR 8 ακίδων, τον ATTiny13. Η έξοδος τάσης από τη γεννήτρια faraday είναι μια παλμική έξοδος. Αυτή η παλμική έξοδος ρυθμίζεται με τη βοήθεια μιας αντίστασης (1,2KOhm) και μιας διόδου Zener (4,7V). Οι ρυθμισμένοι παλμοί τάσης ανιχνεύονται από τον μικροελεγκτή για να καθοριστεί εάν ο σωλήνας ανακινείται. Όσο ο σωλήνας ανακινείται, ο μικροελεγκτής περιμένει. Μόλις ο χρήστης σταματήσει να ανακινεί το σωλήνα, ο μικροελεγκτής δημιουργεί έναν τυχαίο αριθμό, χρησιμοποιώντας έναν εσωτερικό χρονοδιακόπτη 8-bit που λειτουργεί σε ελεύθερη λειτουργία και εξάγει τον τυχαίο αριθμό μεταξύ 1 και 6, στις λυχνίες LED εξόδου. Στη συνέχεια, ο μικροελεγκτής περιμένει ξανά από τον χρήστη να ανακινήσει ξανά τον σωλήνα. Μόλις τα LED εμφανίσουν έναν τυχαίο αριθμό, η διαθέσιμη φόρτιση στον πυκνωτή είναι αρκετή για να ανάψει τα LED για μέσο χρόνο περίπου 10 δευτερολέπτων. Για να λάβει έναν νέο τυχαίο αριθμό, ο χρήστης πρέπει να ανακινήσει το σωλήνα μερικές φορές ξανά.

Βήμα 6: Προγραμματισμός του μικροελεγκτή

Ο μικροελεγκτής Tiny13 λειτουργεί με έναν εσωτερικό ταλαντωτή RC προγραμματισμένο να παράγει σήμα ρολογιού 128KHz. Αυτό είναι το χαμηλότερο σήμα ρολογιού που μπορεί να παράγει το Tiny13 εσωτερικά και επιλέγεται για να ελαχιστοποιήσει το ρεύμα που καταναλώνει ο μικροελεγκτής. Ο ελεγκτής είναι προγραμματισμένος σε C χρησιμοποιώντας τον μεταγλωττιστή AVRGCC και το διάγραμμα ροής εμφανίζεται εδώ. Τα bits ασφάλειας για τον ελεγκτή είναι επίσης εμφανίζεται εδώ. Χρησιμοποίησα το STK500 για τον προγραμματισμό του Tiny μου, αλλά μπορείτε να ανατρέξετε σε αυτό το Instructable εάν προτιμάτε έναν προγραμματιστή AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- to-8-Bit-AVR-Pr/

Βήμα 7: Λογισμικό ελέγχου

/*Ηλεκτρονική μπαταρία Less Dice*//*Dhananjay Gadre*//*20 Σεπτεμβρίου 2007*//*Tiny13 Processor @ 128KHz εσωτερικός ταλαντωτής RC*//*7 LED που συνδέονται ως εξήςLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Η παλμική είσοδος από το πηνίο είναι στο PB0*/ #include #include #include #includeconst char ledcode PROGMEM = {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfe} (main) char temp = 0; int count = 0; DDRB = 0xfe; /*Το PB0 είναι είσοδος*/TCCR0B = 2. /*διαίρεση με 8*/TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; /*απενεργοποιήστε όλα τα LED*/ενώ (1) {/*περιμένετε να αυξηθεί ο παλμός*/ενώ ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); /*περιμένετε να πέσει ο παλμός*/ ενώ ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); μέτρηση = 5000; while ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } if (count == 0) /* no more pulse οπότε εμφανίστε έναν τυχαίο αριθμό* / {PORTB = 0xfe? /*όλα τα LED απενεργοποιημένα*/ _delay_loop_2 (10000). temp = TCNT0; temp = temp%6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = θερμοκρασία }}}

Βήμα 8: Συναρμολόγηση του κυκλώματος

Ακολουθούν μερικές εικόνες από τα στάδια συναρμολόγησης του ηλεκτρονικού ζαριού. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα συναρμολογείται σε μια σανίδα υπερβολικά στενή ώστε να περνά σε σωλήνα perspex. Ένας πανομοιότυπος σωλήνας perspex όπως χρησιμοποιείται για τη γεννήτρια τάσης, χρησιμοποιείται για να περικλείσει το ηλεκτρονικό κύκλωμα.

Βήμα 9: Ολοκληρώθηκε η συναρμολόγηση

Η γεννήτρια τάσης Faraday και το κύκλωμα ηλεκτρονικών ζαριών είναι πλέον συνδεδεμένα μεταξύ τους, μηχανικά και ηλεκτρικά. Οι ακροδέκτες εξόδου του σωλήνα γεννήτριας τάσης συνδέονται με τον συνδετήρα εισόδου 2 ακίδων του κυκλώματος ηλεκτρονικών ζαριών. Και οι δύο σωλήνες είναι δεμένοι μεταξύ τους με μια γραβάτα καλωδίου και για μεγαλύτερη ασφάλεια, κολλημένες μαζί με ένα εποξικό 2 μερών. Χρησιμοποίησα το AralditeAraldite.

Βήμα 10: Χρήση του ηλεκτρονικού ζαριού χωρίς μπαταρία

Μόλις ολοκληρωθεί η συναρμολόγηση και οι δύο σωλήνες στερεωθούν μεταξύ τους, το ζάρι είναι έτοιμο για χρήση. Απλώς ανακινήστε το μερικές φορές και θα εμφανιστεί ένας τυχαίος αριθμός. Ανακινήστε το ξανά και εμφανίζεται ένα άλλο τυχαίο. Ένα βίντεο με τα ζάρια σε δράση είναι εδώ, επίσης αναρτημένο σε αυτό το βίντεο του Instructables:

Βήμα 11: Αναφορές και αρχεία σχεδίασης

Αυτό το έργο βασίζεται στα προηγούμενα δημοσιευμένα άρθρα μου. και συγκεκριμένα:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, October2006 2. "Kinetic Remote Control", Μάρκα:, Νοέμβριος 2007, Τεύχος 12. Το αρχείο πηγαίου κώδικα C είναι διαθέσιμο εδώ. Δεδομένου ότι το έργο πρωτοτύπησε, έκανα PCB χρησιμοποιώντας αετό. Εδώ είναι πώς φαίνεται τώρα. Τα σχήματα και τα αρχεία του πίνακα Eagle είναι εδώ. Λάβετε υπόψη ότι σε σύγκριση με το πρωτότυπο, τα εξαρτήματα στο τελικό PCB είναι διατεταγμένα ελαφρώς διαφορετικά. Ενημέρωση (15 Σεπτεμβρίου 2008): Προστέθηκε το αρχείο BOM

Βήμα 12: Ξέρω ότι θέλετε περισσότερα

Ένα ηλεκτρονικό ζάρι με μία μόνο οθόνη; Αλλά παίζω πολλά παιχνίδια που χρειάζονται δύο ζάρια λέτε. Εντάξει, το ξέρω ότι το θέλεις. Εδώ είναι αυτό που προσπαθούσα να χτίσω. Έχω έτοιμο το PCB για αυτήν τη νεότερη έκδοση, περιμένοντας λίγο ελεύθερο χρόνο για να συμπληρώσω τον κώδικα και να δοκιμάσω τον πίνακα. Θα δημοσιεύσω ένα έργο εδώ μόλις ολοκληρωθεί… Μέχρι τότε απολαύστε το μόνο ζάρι..