Faraday for Fun: een elektronische dobbelsteen zonder batterijen - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Er is veel belangstelling voor door spieren aangedreven elektronische apparaten, grotendeels dankzij het succes van Perpetual TorchPerpetual Torch, ook wel bekend als batterijloze LED-zaklamp. De batterijloze zaklamp bestaat uit een spanningsgenerator om de LED's van stroom te voorzien, een elektronisch circuit om de door de spanningsgenerator geproduceerde spanning te conditioneren en op te slaan en zeer efficiënte witte LED's. De door spieren aangedreven spanningsgenerator is gebaseerd op de wet van Faraday en bestaat uit een buis met cilindrische magneten. De buis is gewikkeld met een spoel van magneetdraad. Terwijl de buis wordt geschud, doorkruisen de magneten de lengte van de buis heen en weer, waardoor de magnetische flux door de spoel verandert en de spoel daarom een wisselspanning produceert. We komen hier later in de Instructable op terug. Deze Instructable laat je zien hoe je een elektronische, batterijloze dobbelsteen kunt bouwen. Een foto van de gebouwde unit is hieronder te zien. Maar eerst wat achtergrond -

Stap 1: Een elektronische dobbelsteen

In plaats van een traditionele dobbelsteen is het lekker koel om een elektronische dobbelsteen te gebruiken. Gewoonlijk zou zo'n dobbelsteen bestaan uit een elektronische schakeling en een LED-display. Het LED-display kan een display met zeven segmenten zijn dat getallen tussen 1 en 6 kan weergeven, zoals hieronder te zien is of misschien, om het traditionele dobbelsteenpatroon na te bootsen, kan bestaan uit 7 LED's die zijn gerangschikt zoals weergegeven in de tweede afbeelding. Beide dobbelsteenontwerpen hebben een schakelaar, die de gebruiker moet indrukken wanneer hij/zij "de dobbelstenen wil gooien" (of "de dobbelsteen gooien"?). De schakelaar activeert een willekeurige nummergenerator die in de microcontroller is geprogrammeerd en het willekeurige nummer wordt vervolgens weergegeven op het zevensegmentendisplay of het LED-display. Wanneer de gebruiker een nieuw nummer wil, moet de schakelaar opnieuw worden ingedrukt.

Stap 2: Voeding voor de dobbelstenen

Beide ontwerpen die in de vorige stap zijn getoond, hebben een geschikte voeding nodig die kan worden afgeleid uit een muurwrat, een geschikte gelijkrichter, afvlakcondensator en een geschikte +5V-regelaar. Als de gebruiker de dobbelstenen draagbaar wil maken, moet de muurwrattentransformator worden vervangen door een geschikte batterij, bijvoorbeeld een 9V-batterij. Er zijn andere opties voor de batterij, bijvoorbeeld om de dobbelstenen te kunnen bedienen vanaf een enkele AA- of AAA-batterij, een normale lineaire regelaar zal niet werken. Om +5V voor de dobbelsteenbewerking af te leiden, moet een geschikte DC-DC-converter van het boost-type worden gebruikt. De afbeelding illustreert een +5V-voeding die geschikt is voor de dobbelsteenwerking van een 9V-wandbatterij en de andere afbeelding toont het schema voor een +5V-voeding van een 1,5V AA- of AAA-batterij met een TPS61070 boost DC-DC-converter.

Stap 3: Gratis kracht: gebruik je spieren …

Deze stap beschrijft de door spieren aangedreven spanningsgenerator. De generator bestaat uit een perspex buis van 6 inch lengte en een buitendiameter van 15 mm. De binnendiameter is 12 mm. Op het buitenoppervlak van de buis is een groef van ongeveer 1 mm diep en 2 inch lang gefreesd. Deze groef is omwonden met ongeveer 1500 windingen met 30 SWG magneetdraad. In de buis is een set van drie zeldzame-aarde cilindrische magneten geplaatst. De magneten hebben een diameter van 10 mm en een lengte van 10 mm. Nadat de magneten in de buis zijn gestoken, worden de uiteinden van de buis afgedicht met cirkelvormige stukken blank PCB-materiaal en gelijmd met een tweedelige epoxy en met wat schokabsorberende pads erin (ik gebruikte IC-verpakkingsschuim). Zo'n buis is verkrijgbaar bij McMaster (mcmaster.com), onderdeelnummer: 8532K15. Magneten kunnen worden gekocht bij amazingmagnets.com. Onderdeel # D375D.

Stap 4: Prestaties van de spanningsgenerator

Hoe goed werkt de spanningsgenerator voor spierkracht? Hier zijn enkele screenshots van de oscilloscoop. Met zacht schudden levert de generator ongeveer 15V van piek tot piek. De kortsluitstroom is ongeveer 680mA. Ruim voldoende voor dit project.

Stap 5: Dobbelstenen Schema

Deze stap toont het schakelschema voor de dobbelstenen. Het bestaat uit een gelijkrichterdiodebrugcircuit om de door de Faraday-generator geproduceerde wisselspanning te corrigeren en gefilterd met een 4700uF/25V elektrolytische condensator. De condensatorspanning wordt geregeld met een LDO, LP-2950 met een uitgangsspanning van 5V, die wordt gebruikt om de rest van het circuit, bestaande uit een microcontroller en LED's, van voedingsspanning te voorzien. Ik gebruikte 7 hoogrenderende blauwe LED's van 3 mm in een transparante verpakking, gerangschikt in de vorm van 'dobbelstenen'. De LED's worden aangestuurd door een 8-pins AVR-microcontroller, de ATTiny13. De uitgangsspanning van de Faraday-generator is een gepulseerde uitgang. Deze pulsuitgang wordt geconditioneerd met behulp van een weerstand (1,2 KOhm) en een Zenerdiode (4,7 V). De geconditioneerde spanningspulsen worden door de microcontroller gedetecteerd om te bepalen of de buis wordt geschud. Zolang de buis wordt geschud, wacht de microcontroller. Zodra de gebruiker stopt met het schudden van de buis, genereert de microcontroller een willekeurig getal, met behulp van een interne 8-bits timer die in vrijloopmodus werkt en geeft het willekeurige getal tussen 1 en 6 weer op de output-LED's. De microcontroller wacht vervolgens opnieuw tot de gebruiker de buis opnieuw schudt. Zodra de LED's een willekeurig getal weergeven, is de beschikbare lading op de condensator voldoende om de LED's gemiddeld ongeveer 10 seconden te laten branden. Om een nieuw willekeurig getal te krijgen, moet de gebruiker de tube nog een paar keer schudden.

Stap 6: De microcontroller programmeren

De Tiny13-microcontroller werkt met een interne RC-oscillator die is geprogrammeerd om een 128KHz-kloksignaal te genereren. Dit is het laagste kloksignaal dat de Tiny13 intern kan genereren en is gekozen om het stroomverbruik door de microcontroller te minimaliseren. De controller is geprogrammeerd in C met behulp van de AVRGCC-compiler en het stroomschema wordt hier getoond. De zekeringbits voor de controller zijn ook Ik heb STK500 gebruikt om mijn Tiny te programmeren, maar je kunt deze Instructable raadplegen als je de voorkeur geeft aan een AVR Dragon-programmeur: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- naar-8-Bit-AVR-Pr/

Stap 7: besturingssoftware

/*Elektronische batterij Less Dice*//*Dhananjay Gadre*//*20 september 2007*//*Tiny13 Processor @ 128KHz interne RC-oscillator*//*7 LED's als volgt aangesloten LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Pulse ingang van spoel is aan 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 is invoer*/TCCR0B=2; /*delen door 8*/TCCR0A=0;TCNT0= 0;PORTB=254; /*schakel alle LED's uit*/while(1) { /*wacht tot de puls hoog wordt*/ while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2(50); /*wacht tot de hartslag laag wordt*/ while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2(50); aantal = 5000; while ((telling > 0) && ((PINB &0x01) ==0)) {tel--; } if(count ==0) /* geen puls meer dus geef een willekeurig getal weer*/ { PORTB=0xfe; /*alle LED's uit*/ _delay_loop_2(10000); temp=TCNT0; temp=temp%6; temp =pgm_read_byte(&ledcode[temp]); POORTB=temp; } }}

Stap 8: Het circuit monteren

Hier zijn enkele foto's van de montagefasen van de elektronische dobbelsteen. Het elektronische circuit is geassembleerd op een perspexplaat die smal genoeg is om in een perspex buis te passen. Een identieke perspex buis zoals gebruikt voor de spanningsgenerator, wordt gebruikt om het elektronische circuit te omsluiten.

Stap 9: Voltooide montage

De Faraday-spanningsgenerator en het elektronische dobbelsteencircuit zijn nu mechanisch en elektrisch met elkaar verbonden. De uitgangsklemmen van de spanningsgeneratorbuis zijn verbonden met de 2-pins ingangsconnector van het elektronische dobbelsteencircuit. Beide buizen zijn aan elkaar gebonden met een kabelbinder en voor extra veiligheid aan elkaar gelijmd met een 2-componenten epoxy. Ik heb AralditeAraldite gebruikt.

Stap 10: De batterijloze elektronische dobbelstenen gebruiken

Zodra de montage is voltooid en de twee buizen aan elkaar zijn bevestigd, is de dobbelsteen klaar voor gebruik. Schud het een paar keer en er verschijnt een willekeurig nummer. Schud het opnieuw en er komt nog een willekeurig. Een video van de dobbelstenen in actie is hier, ook gepost in deze Instructables-video:

Stap 11: Referenties en ontwerpbestanden

Dit project is gebaseerd op mijn eerder gepubliceerde artikelen. namelijk:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, oktober 2006 2. "Kinetic Remote Control", merk: november 2007, uitgave 12. Het C-broncodebestand is hier beschikbaar. Aangezien het project voor het eerst werd geprototypeerd, heb ik PCB's gemaakt met behulp van eagle. Hier is hoe het er nu uitziet. Eagle-schema en bordbestanden zijn hier. Houd er rekening mee dat in vergelijking met het prototype de componenten op de uiteindelijke PCB iets anders zijn gerangschikt. Update (15 september 2008): BOM-bestand toegevoegd

Stap 12: Ik weet dat je meer wilt

Een elektronische dobbelsteen met slechts één display? Maar ik speel veel spellen waarvoor je twee dobbelstenen nodig hebt. Oké, ik weet dat je dat wilt. Hier is wat ik heb geprobeerd te bouwen. Ik heb de PCB voor deze nieuwere versie klaar, ik wacht gewoon op wat vrije tijd om de code te voltooien en het bord te testen. Ik zal hier een project posten zodra het voltooid is … Tot dan, geniet van de enkele dobbelsteen..