Faraday for Fun: um dado eletrônico sem bateria: 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:40

Tem havido muito interesse em dispositivos eletrônicos movidos a músculo, em grande parte devido ao sucesso da Perpetual TorchPerpetual Torch, também conhecida como tocha de LED sem bateria. A tocha sem bateria consiste em um gerador de tensão para alimentar os LEDs, um circuito eletrônico para condicionar e armazenar a tensão produzida pelo gerador de tensão e LEDs brancos de alta eficiência. O gerador de tensão alimentado por músculos é baseado na lei de Faraday, consistindo em um tubo com ímãs cilíndricos. O tubo é enrolado com uma bobina de fio magnético. Conforme o tubo é agitado, os ímãs percorrem o comprimento do tubo para frente e para trás, alterando assim o fluxo magnético através da bobina e a bobina, portanto, produz uma tensão CA. Voltaremos a isso mais tarde no Instructable. Este Instructable mostra como construir um dado eletrônico sem batedor. Uma fotografia da unidade construída é vista abaixo. Mas primeiro alguns antecedentes -

Etapa 1: um dado eletrônico

Em vez de um dado tradicional, é legal e legal usar um dado eletrônico. Normalmente, esse tipo de dado consistiria em um circuito eletrônico e um display LED. O display de LED pode ser um display de sete segmentos que pode exibir números entre 1 e 6 como visto abaixo ou talvez, para imitar o padrão tradicional de dados, pode consistir em 7 LEDs dispostos como mostrado na segunda figura. Ambos os desenhos de dados possuem um interruptor, que o usuário deve pressionar quando quiser "lançar os dados" (ou "lançar o dado"?). A chave aciona um gerador de número aleatório programado no microcontrolador e o número aleatório é então exibido no display de sete segmentos ou no display LED. Quando o usuário deseja um novo número, o interruptor deve ser pressionado novamente.

Etapa 2: Fonte de alimentação para os dados

Ambos os projetos mostrados na etapa anterior precisam de uma fonte de alimentação adequada que pode ser derivada de uma verruga na parede, um retificador adequado, um capacitor de suavização e um regulador de + 5V apropriado. Se o usuário deseja portabilidade dos dados, o transformador de verrugas de parede deve ser substituído por uma bateria adequada, digamos uma bateria de 9V. Existem outras opções para a bateria, por exemplo, para poder operar os dados com uma única bateria AA ou AAA, um regulador linear normal não funcionará. Para derivar + 5 V para a operação de dados, um conversor DC-DC do tipo boost adequado deve ser usado. A figura ilustra uma fonte de alimentação de + 5V adequada para a operação de dados de uma bateria de parede de 9V e a outra figura mostra o esquema para uma fonte de alimentação de + 5V de uma bateria do tipo AA ou AAA de 1,5 V usando um conversor CC-CC TPS61070 boost.

Etapa 3: Força livre: use seus músculos …

Esta etapa descreve o gerador de tensão alimentado por músculos. O gerador consiste em um tubo Perspex de 6 polegadas de comprimento e um diâmetro externo de 15 mm. O diâmetro interno é de 12 mm. Uma ranhura com cerca de 1 mm de profundidade e 2 polegadas de comprimento é usinada na superfície externa do tubo. Esta ranhura é enrolada com cerca de 1500 voltas com fio magnético 30 SWG. Um conjunto de três ímãs cilíndricos de terras raras é colocado no tubo. Os ímãs têm 10 mm de diâmetro e 10 mm de comprimento. Depois de inserir os ímãs no tubo, as extremidades do tubo são seladas com peças circulares de material de PCB nua e coladas com um epóxi de duas partes e com algumas almofadas de absorção de choque dentro (usei espuma de embalagem IC). Esse tubo está disponível em McMaster (mcmaster.com), número da peça: 8532K15. Os ímãs podem ser comprados em amazingmagnets.com. Peça # D375D.

Etapa 4: Desempenho do gerador de tensão

Quão bem o gerador de tensão de força muscular funciona? Aqui estão algumas capturas de tela do osciloscópio. Com agitações suaves, o gerador fornece cerca de 15 V pico a pico. A corrente de curto-circuito é de cerca de 680mA. Bastante suficiente para este projeto.

Etapa 5: esquema de dados

Esta etapa mostra o diagrama de circuito dos dados. Consiste em um circuito de ponte de diodo retificador para retificar a tensão CA produzida pelo gerador Faraday e filtrada com um capacitor eletrolítico de 4700uF / 25V. A tensão do capacitor é regulada com um LDO, LP-2950 com tensão de saída de 5 V, que é usado para fornecer tensão de alimentação para o resto do circuito, composto por um microcontrolador e LEDs. Usei 7 LEDs azuis de 3 mm de alta eficiência em embalagem transparente, dispostos na forma de 'dados'. Os LEDs são controlados por um microcontrolador AVR de 8 pinos, o ATTiny13. A saída de tensão do gerador faraday é uma saída pulsada. Esta saída pulsada é condicionada com a ajuda de um resistor (1,2 KOhm) e um diodo Zener (4,7 V). Os pulsos de tensão condicionada são detectados pelo microcontrolador para determinar se o tubo está sendo agitado. Enquanto o tubo for agitado, o microcontrolador espera. Assim que o usuário para de agitar o tubo, o microcontrolador gera um número aleatório, usando um temporizador interno de 8 bits operando em modo de execução livre e emite o número aleatório entre 1 e 6, nos LEDs de saída. O microcontrolador espera novamente que o usuário agite o tubo novamente. Uma vez que os LEDs exibem um número aleatório, a carga disponível no capacitor é suficiente para acender os LEDs por um tempo médio de cerca de 10 segundos. Para obter um novo número aleatório, o usuário deve sacudir o tubo algumas vezes novamente.

Etapa 6: Programação do microcontrolador

O microcontrolador Tiny13 opera com um oscilador RC interno programado para gerar um sinal de clock de 128 KHz. Este é o sinal de clock mais baixo que o Tiny13 pode gerar internamente e é escolhido para minimizar a corrente consumida pelo microcontrolador. O controlador é programado em C usando o compilador AVRGCC e o fluxograma é mostrado aqui. Os bits de fusível para o controlador também são mostrado aqui. Usei o STK500 para programar meu Tiny, mas você pode consultar este Instructable se preferir um programador AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- para AVR-Pr / de 8 bits

Etapa 7: Software de controle

/ * Electronic battery Less Dice * // * Dhananjay Gadre * // * 20 de setembro de 2007 * // * Processador Tiny13 @ oscilador RC interno de 128 KHz * // * 7 LEDs conectados como segueLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 A entrada D4Pulse da bobina está em PB0 * / # include #include #include #includeconst char ledcode PROGMEM = {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfe}; main () {unsigned char temp = 0; contagem interna = 0; DDRB = 0xfe; / * PB0 é a entrada * / TCCR0B = 2; / * dividir por 8 * / TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; / * desativa todos os LEDs * / while (1) {/ * espera o pulso ficar alto * / while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); / * espera que o pulso diminua * / while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); contagem = 5000; while ((contagem> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {contagem--; } if (contagem == 0) / * sem mais pulso, então exiba um número aleatório * / {PORTB = 0xfe; / * todos os LEDs desligados * / _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp% 6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = temp; }}}

Etapa 8: Montagem do circuito

Aqui estão algumas fotos das etapas de montagem dos dados eletrônicos. O circuito eletrônico é montado em um perfboard estreito o suficiente para entrar em um tubo de perspex. Um tubo perspex idêntico ao usado para o gerador de voltagem é usado para encerrar o circuito eletrônico.

Etapa 9: Montagem Concluída

O gerador de tensão Faraday e o circuito eletrônico de dados agora são conectores, mecânica e eletricamente. Os terminais de saída do tubo do gerador de tensão são conectados ao conector de entrada de 2 pinos do circuito eletrônico de dados. Ambos os tubos são amarrados com uma braçadeira e, para maior segurança, colados com um epóxi de 2 partes. Usei AralditeAraldite.

Etapa 10: usando os dados eletrônicos sem bateria

Assim que a montagem estiver concluída e os dois tubos estiverem presos um ao outro, os dados estarão prontos para uso. Basta sacudir algumas vezes e um número aleatório aparecerá. Sacuda novamente e outro acaso aparece. Um vídeo dos dados em ação está aqui, também postado neste vídeo Instructables:

Etapa 11: Referências e arquivos de projeto

Este projeto é baseado em meus artigos publicados anteriormente. nomeadamente:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, October2006 2. "Kinetic Remote Control", Make:, November 2007, Issue 12. O arquivo de código-fonte C está disponível aqui. Desde que o projeto foi prototipado pela primeira vez, fiz o PCB usando o eagle. É assim que parece agora. O esquemático Eagle e os arquivos da placa estão aqui. Observe que, em comparação com o protótipo, os componentes do PCB final são organizados de maneira um pouco diferente. Atualização (15 de setembro de 2008): arquivo BOM adicionado

Etapa 12: Sei que você quer mais

Um dado eletrônico com apenas um display? Mas eu jogo muitos jogos que precisam de dois dados, você diz. OK, eu sei que você quer isso. Aqui está o que venho tentando construir. Eu tenho o PCB para esta versão mais recente pronto, apenas esperando algum tempo livre para completar o código e testar a placa. Vou postar um projeto aqui assim que estiver completo … Até então aproveitar o único dado..