Faraday for Fun: электронные кости без батареи: 12 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

Большой интерес к электронным устройствам с питанием от мускулов вызван во многом успехом Perpetual TorchPerpetual Torch, также известного как безбатарейный светодиодный фонарик. Безбатарейный фонарик состоит из генератора напряжения для питания светодиодов, электронной схемы для кондиционирования и хранения напряжения, создаваемого генератором напряжения, и высокоэффективных белых светодиодов. Генератор напряжения с питанием от мышц основан на законе Фарадея и состоит из трубки с цилиндрическими магнитами. Трубка намотана катушкой из магнитной проволоки. Когда трубка встряхивается, магниты перемещаются по длине трубки вперед и назад, таким образом изменяя магнитный поток, проходящий через катушку, и, следовательно, катушка вырабатывает переменное напряжение. Мы вернемся к этому позже в инструкции. Эта инструкция покажет вам, как построить электронные кости без бэттера. Фотография построенного агрегата видна ниже, но сначала немного предыстории -

Шаг 1: электронные кости

Вместо традиционных игральных костей приятно и круто использовать электронные. Обычно такие игральные кости состоят из электронной схемы и светодиодного дисплея. Светодиодный дисплей может быть семисегментным дисплеем, на котором могут отображаться числа от 1 до 6, как показано ниже, или, возможно, для имитации традиционного рисунка игральных костей он может состоять из 7 светодиодов, расположенных, как показано на втором рисунке. Оба дизайна кубиков имеют переключатель, который пользователь должен нажать, когда он / она хочет «бросить кубик» (или «бросить кубик»?). Переключатель запускает генератор случайных чисел, запрограммированный в микроконтроллере, и случайное число затем отображается на семисегментном дисплее или светодиодном дисплее. Когда пользователю нужен новый номер, необходимо снова нажать переключатель.

Шаг 2: источник питания для игральных костей

Обе схемы, показанные на предыдущем шаге, требуют подходящего источника питания, который может быть получен из стенной бородавки, подходящего выпрямителя, сглаживающего конденсатора и соответствующего регулятора + 5В. Если пользователь желает переносить игральные кости, то трансформатор для защиты от бородавок следует заменить подходящей батареей, например, батареей на 9 В. Существуют и другие варианты батареи, например, чтобы игра в кости могла работать от одной батареи AA или AAA, обычный линейный регулятор работать не будет. Чтобы получить + 5 В для работы с кристаллами, необходимо использовать подходящий DC-DC преобразователь повышающего типа. На рисунке показан источник питания + 5 В, подходящий для работы в кости от настенной батареи 9 В, а на другом рисунке показана схема источника питания + 5 В от батареи типа AA или AAA 1,5 В с использованием повышающего DC-DC преобразователя TPS61070.

Шаг 3. Свободная сила: задействуйте мышцы…

Этот шаг описывает генератор напряжения с питанием от мышц. Генератор состоит из трубки из плексигласа длиной 6 дюймов и внешним диаметром 15 мм. Внутренний диаметр 12 мм. На внешней поверхности трубы вырезается паз глубиной около 1 мм и длиной 2 дюйма. Эта канавка намотана примерно на 1500 витков магнитным проводом 30 SWG. В трубку помещен комплект из трех редкоземельных цилиндрических магнитов. Магниты имеют диаметр 10 мм и длину 10 мм. После вставки магнитов в трубку концы трубки герметизируются круглыми кусочками неизолированного материала печатной платы и склеиваются двухкомпонентной эпоксидной смолой и с некоторыми амортизирующими прокладками внутри (я использовал упаковочную пену для IC). Такая трубка доступна в McMaster (mcmaster.com), номер детали: 8532K15. Магниты можно купить на сайте amazingmagnets.com. Деталь № D375D.

Шаг 4: Характеристики генератора напряжения

Насколько хорошо работает генератор напряжения питания мышц? Вот несколько снимков экрана осциллографа. При легком встряхивании генератор выдает около 15 В от пика до пика. Ток короткого замыкания составляет около 680 мА. Вполне достаточно для этого проекта.

Шаг 5: Схема игральных костей

На этом шаге показана принципиальная схема игральных костей. Он состоит из выпрямительной диодной мостовой схемы для выпрямления переменного напряжения, создаваемого генератором Фарадея, и фильтруется электролитическим конденсатором 4700 мкФ / 25 В. Напряжение конденсатора регулируется LDO LP-2950 с выходным напряжением 5 В, который используется для подачи напряжения на остальную цепь, состоящую из микроконтроллера и светодиодов. Я использовал 7 высокоэффективных 3-миллиметровых синих светодиодов в прозрачной упаковке, расположенных в форме «кубиков». Светодиоды управляются 8-контактным микроконтроллером AVR, ATTiny13. Выходное напряжение генератора Фарадея является импульсным. Этот импульсный выход регулируется с помощью резистора (1,2 кОм) и стабилитрона (4,7 В). Кондиционированные импульсы напряжения воспринимаются микроконтроллером, чтобы определить, встряхивается ли трубка. Пока трубка встряхивается, микроконтроллер ждет. Как только пользователь прекращает встряхивать трубку, микроконтроллер генерирует случайное число, используя внутренний 8-битный таймер, работающий в автономном режиме, и выводит случайное число от 1 до 6 на выходные светодиоды. Затем микроконтроллер снова ждет, пока пользователь снова встряхнет трубку. Как только светодиоды отображают случайное число, имеющегося заряда конденсатора достаточно для включения светодиодов в среднем около 10 секунд. Чтобы получить новое случайное число, пользователь должен еще несколько раз встряхнуть трубку.

Шаг 6: Программирование микроконтроллера

Микроконтроллер Tiny13 работает с внутренним RC-генератором, запрограммированным на генерацию тактового сигнала 128 кГц. Это самый низкий тактовый сигнал, который Tiny13 может генерировать внутри, и выбран для минимизации тока, потребляемого микроконтроллером. Контроллер программируется на языке C с использованием компилятора AVRGCC, и здесь показана блок-схема. Я использовал STK500 для программирования своего Tiny, но вы можете обратиться к этому руководству, если предпочитаете программатор AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- к-8-бит-AVR-Pr /

Шаг 7: управляющее программное обеспечение

/ * Электронная батарея без кости * // * Дхананджай Гадре * // * 20 сентября 2007 г. * // * Процессор Tiny13 с внутренним RC-генератором 128 кГц * // * 7 светодиодов подключены следующим образом: LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4 Импульсный вход от катушки включен PB0 * / # include #include #include #includeconst char ledcode PROGMEM = {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfeigned}; main () {unsigned char temp = 0; int count = 0; DDRB = 0xfe; / * PB0 вводится * / TCCR0B = 2; / * делим на 8 * / TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; / * отключаем все светодиоды * / while (1) {/ * ждем, пока импульс станет высоким * / while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); / * ждать, пока пульс снизится * / while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); count = 5000; while ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } if (count == 0) / * пульса больше нет, поэтому отображается случайное число * / {PORTB = 0xfe; / * все светодиоды выключены * / _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp% 6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = темп; }}}

Шаг 8: Сборка схемы

Вот несколько изображений этапов сборки электронных игральных костей. Электронная схема собрана на перфорированной плате, достаточно узкой, чтобы помещаться в трубку из плексигласа. Такая же трубка из плексигласа, что и для генератора напряжения, используется для заключения электронной схемы.

Шаг 9: Завершенная сборка

Генератор напряжения Фарадея и схема электронных игральных костей теперь соединены вместе механически и электрически. Выходные клеммы трубки генератора напряжения подключены к 2-контактному входному разъему электронной схемы игральных костей. Обе трубки связаны кабельной стяжкой и для дополнительной безопасности склеены двухкомпонентной эпоксидной смолой. Я использовал AralditeAraldite.

Шаг 10: Использование безбатарейных электронных кубиков

После завершения сборки и соединения двух трубок кубики готовы к использованию. Просто встряхните его несколько раз, и появится случайное число. Встряхните его снова, и появится еще один случайный предмет. Видео с игральными костями здесь, также опубликовано в этом видео с инструкциями:

Шаг 11: Ссылки и файлы дизайна

Этот проект основан на моих ранее опубликованных статьях. а именно:

1. «Power Generator for Portable Applications», Circuit Cellar, октябрь 2006 г. 2. «Kinetic Remote Control», Марка:, ноябрь 2007 г., выпуск 12. Файл исходного кода C доступен здесь. Поскольку прототип проекта был первым, я сделал печатную плату с помощью Eagle. Вот как это выглядит сейчас. Схема и файлы платы Eagle находятся здесь. Обратите внимание, что по сравнению с прототипом компоненты на окончательной печатной плате расположены немного иначе. Обновление (15 сентября 2008 г.): добавлен файл спецификации

Шаг 12: я знаю, что вы хотите большего

Электронные игральные кости с одним дисплеем? Но я играю во многие игры, для которых нужны два кубика, как вы говорите. Хорошо, я знаю, что ты этого хочешь. Вот что я пытался построить. У меня есть готовая печатная плата для этой новой версии, просто жду свободного времени, чтобы завершить код и протестировать плату. Я опубликую здесь проект, когда он будет завершен … А пока наслаждайтесь одиночными игральными костями..