Faraday for Fun: un dado elettronico senza batterie: 12 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:05

C'è stato un grande interesse per i dispositivi elettronici ad alimentazione muscolare, dovuto in gran parte al successo di Perpetual TorchPerpetual Torch, noto anche come torcia LED senza batteria. La torcia senza batteria è costituita da un generatore di tensione per alimentare i LED, un circuito elettronico per condizionare e immagazzinare la tensione prodotta dal generatore di tensione e LED bianchi ad alta efficienza. Il generatore di tensione ad alimentazione muscolare si basa sulla legge di Faraday, costituito da un tubo con magneti cilindrici. Il tubo è avvolto con una bobina di filo smaltato. Quando il tubo viene scosso, i magneti percorrono la lunghezza del tubo avanti e indietro, modificando così il flusso magnetico attraverso la bobina e la bobina produce quindi una tensione alternata. Torneremo su questo argomento più avanti nell'Instructable. Questo Instructable mostra come costruire un dado elettronico senza battitore. Di seguito si vede una fotografia dell'unità costruita. Ma prima un po' di sfondo -

Passaggio 1: un dado elettronico

Invece di un dado tradizionale, è bello usare un dado elettronico. Di solito un tale dado consisterebbe in un circuito elettronico e un display a LED. Il display a LED potrebbe essere un display a sette segmenti che potrebbe visualizzare numeri tra 1 e 6 come mostrato di seguito o forse, per imitare il tradizionale schema dei dadi, potrebbe essere costituito da 7 LED disposti come mostrato nella seconda figura. Entrambi i modelli di dadi hanno un interruttore, che l'utente deve premere quando vuole "tirare i dadi" (o "tirare il dado"?). L'interruttore attiva un generatore di numeri casuali programmato nel microcontrollore e il numero casuale viene quindi visualizzato sul display a sette segmenti o sul display a LED. Quando l'utente desidera un nuovo numero, l'interruttore deve essere premuto nuovamente.

Passaggio 2: alimentazione per i dadi

Entrambi i progetti mostrati nel passaggio precedente necessitano di un alimentatore adatto che può essere derivato da una verruca da parete, un raddrizzatore adatto, un condensatore di livellamento e un regolatore appropriato +5V. Se l'utente desidera la portabilità dei dadi, il trasformatore per verruche da parete deve essere sostituito con una batteria adatta, ad esempio una batteria da 9 V. Esistono altre opzioni per la batteria, ad esempio per poter far funzionare i dadi da una singola batteria AA o AAA, un normale regolatore lineare non funzionerà. Per ricavare +5V per il funzionamento dei dadi, è necessario utilizzare un convertitore DC-DC di tipo boost adatto. La figura illustra un alimentatore +5V adatto per il funzionamento dei dadi da una batteria da 9V a parete e l'altra figura mostra lo schema per un'alimentazione +5V da una batteria di tipo AA o AAA da 1,5V utilizzando un convertitore DC-DC boost TPS61070.

Passaggio 3: energia gratuita: usa i muscoli…

Questo passaggio descrive il generatore di tensione alimentato dai muscoli. Il generatore è costituito da un tubo in perspex di 6 pollici di lunghezza e un diametro esterno di 15 mm. Il diametro interno è di 12 mm. Sulla superficie esterna del tubo è ricavata una scanalatura di circa 1 mm di profondità e 2 pollici di lunghezza. Questa scanalatura è avvolta con circa 1500 giri con filo smaltato 30 SWG. Un set di tre magneti cilindrici in terre rare è posizionato nel tubo. I magneti hanno un diametro di 10 mm e una lunghezza di 10 mm. Dopo aver inserito i magneti nel tubo, le estremità del tubo vengono sigillate con pezzi circolari di materiale PCB nudo e incollate con una resina epossidica in due parti e con alcuni cuscinetti antiurto all'interno (ho usato schiuma da imballaggio IC). Tale tubo è disponibile da McMaster (mcmaster.com), numero di parte: 8532K15. I magneti possono essere acquistati da amazingmagnets.com. Parte # D375D.

Passaggio 4: prestazioni del generatore di tensione

Come funziona il generatore di tensione di potenza muscolare? Ecco alcune schermate dell'oscilloscopio. Con leggeri scuotimenti, il generatore fornisce circa 15V picco-picco. La corrente di cortocircuito è di circa 680mA. Abbastanza sufficiente per questo progetto.

Passaggio 5: schema dei dadi

Questo passaggio mostra lo schema del circuito per i dadi. Consiste in un circuito raddrizzatore a ponte a diodi per raddrizzare la tensione alternata prodotta dal generatore di Faraday e filtrata con un condensatore elettrolitico da 4700uF/25V. La tensione del condensatore è regolata con un LDO, LP-2950 con una tensione di uscita di 5 V, che viene utilizzata per fornire tensione di alimentazione al resto del circuito, costituito da un microcontrollore e LED. Ho utilizzato 7 LED blu da 3 mm ad alta efficienza in confezione trasparente, disposti a forma di 'dadi'. I LED sono controllati da un microcontrollore AVR a 8 pin, l'ATTiny13. L'uscita di tensione dal generatore di Faraday è un'uscita a impulsi. Questa uscita pulsata è condizionata con l'aiuto di un resistore (1.2KOhm) e un diodo Zener (4.7V). Gli impulsi di tensione condizionata vengono rilevati dal microcontrollore per determinare se il tubo viene agitato. Finché il tubo viene agitato, il microcontrollore attende. Una volta che l'utente smette di agitare il tubo, il microcontrollore genera un numero casuale, utilizzando un timer interno a 8 bit che opera in modalità di funzionamento libero e restituisce il numero casuale compreso tra 1 e 6, sui LED di uscita. Il microcontrollore quindi attende di nuovo che l'utente agiti nuovamente il tubo. Una volta che i LED visualizzano un numero casuale, la carica disponibile sul condensatore è sufficiente per accendere i LED per un tempo medio di circa 10 secondi. Per ottenere un nuovo numero casuale, l'utente deve agitare nuovamente il tubo alcune volte.

Passaggio 6: programmazione del microcontrollore

Il microcontrollore Tiny13 funziona con un oscillatore RC interno programmato per generare un segnale di clock a 128 KHz. Questo è il segnale di clock più basso che Tiny13 può generare internamente ed è scelto per ridurre al minimo la corrente consumata dal microcontrollore. Il controller è programmato in C utilizzando il compilatore AVRGCC e il diagramma di flusso è mostrato qui. Anche i bit dei fusibili per il controller sono mostrato qui. Ho usato STK500 per programmare il mio Tiny, ma puoi fare riferimento a questo Instructable se preferisci un programmatore AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- a-8-Bit-AVR-Pr/

Passaggio 7: software di controllo

/*Batteria elettronica Less Dice*//*Dhananjay Gadre*//*20 settembre 2007*//*Processore Tiny13 @ oscillatore RC interno a 128KHz*//*7 LED collegati come segueLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4L'ingresso a impulsi dalla bobina è attivo 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 è l'input*/TCCR0B=2; /*dividi per 8*/TCCR0A=0;TCNT0= 0;PORTB=254; /*disabilita tutti i LED*/while(1) { /*attendere che l'impulso salga*/ while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2(50); /*attendere che l'impulso scenda*/ while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2(50); conteggio=5000; while ((conta > 0) && ((PINB &0x01) ==0)) {conta--; } if(count ==0) /* non più impulsi quindi visualizza un numero casuale*/ { PORTB=0xfe; /*tutti i LED spenti*/ _delay_loop_2(10000); temperatura=TCNT0; temperatura= temperatura%6; temp =pgm_read_byte(&ledcode[temp]); PORTAB=temp; } }}

Passaggio 8: assemblaggio del circuito

Di seguito alcune immagini delle fasi di montaggio dei dadi elettronici. Il circuito elettronico è assemblato su una perfboard abbastanza stretta da entrare in un tubo di perspex. Un tubo di perspex identico a quello utilizzato per il generatore di tensione viene utilizzato per racchiudere il circuito elettronico.

Passaggio 9: assemblaggio completato

Il generatore di tensione di Faraday e il circuito dei dadi elettronici sono ora collegati insieme, meccanicamente ed elettricamente. I terminali di uscita del tubo generatore di tensione sono collegati al connettore di ingresso a 2 pin del circuito dei dadi elettronici. Entrambi i tubi sono legati insieme con una fascetta e per una maggiore sicurezza, incollati insieme con una resina epossidica in 2 parti. Ho usato AralditeAraldite.

Passaggio 10: utilizzo dei dadi elettronici senza batteria

Una volta che l'assemblaggio è completo e i due tubi sono fissati insieme, il dado è pronto per l'uso. Basta scuoterlo un paio di volte e apparirà un numero casuale. Scuotilo di nuovo e ne esce un altro a caso. Un video dei dadi in azione è qui, pubblicato anche in questo video di Instructables:

Passaggio 11: riferimenti e file di progettazione

Questo progetto si basa sui miei articoli pubblicati in precedenza. vale a dire:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, ottobre 2006 2. "Kinetic Remote Control", Make:, novembre 2007, numero 12. Il file del codice sorgente C è disponibile qui. Dal momento che il progetto è stato prototipato per la prima volta, ho realizzato PCB utilizzando eagle. Ecco come appare ora. Schema Eagle e file di bordo sono qui. Si prega di notare che rispetto al prototipo, i componenti sul PCB finale sono disposti in modo leggermente diverso. Aggiornamento (15 settembre 2008): aggiunto file BOM

Passaggio 12: so che vuoi di più

Un dado elettronico con un solo display? Ma gioco a molti giochi che hanno bisogno di due dadi, dici. Ok, so che lo vuoi. Ecco cosa ho cercato di costruire. Ho pronto il PCB per questa versione più recente, aspetto solo un po' di tempo libero per completare il codice e testare la scheda.