Faraday for Fun: Xúc xắc không dùng pin điện tử: 12 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:36

Đã có rất nhiều sự quan tâm đến các thiết bị điện tử chạy bằng cơ, một phần lớn là do sự thành công của Perpetual TorchPerpetual Torch, còn được gọi là đèn LED ít pin. Ngọn đuốc không dùng pin bao gồm một bộ tạo điện áp để cung cấp năng lượng cho các đèn LED, một mạch điện tử để điều chỉnh và lưu trữ điện áp do bộ tạo điện áp tạo ra và các đèn LED trắng hiệu suất cao. Máy tạo điện áp hoạt động dựa trên định luật Faraday, bao gồm một ống có nam châm hình trụ. Ống được quấn bằng một cuộn dây điện từ. Khi ống bị lắc, các nam châm đi qua chiều dài của ống qua lại, do đó làm thay đổi từ thông qua cuộn dây và do đó cuộn dây tạo ra điện áp xoay chiều. Chúng ta sẽ quay lại vấn đề này sau trong phần Có thể hướng dẫn. Dưới đây là một bức ảnh của thiết bị đã chế tạo.

Bước 1: Xúc xắc điện tử

Thay vì xúc xắc truyền thống, sử dụng xúc xắc điện tử sẽ rất hay và thú vị. Thông thường một con xúc xắc như vậy sẽ bao gồm một mạch điện tử và một màn hình LED. Màn hình LED có thể là màn hình bảy đoạn có thể hiển thị số từ 1 đến 6 như được thấy bên dưới hoặc có thể, để bắt chước kiểu xúc xắc truyền thống, nó có thể bao gồm 7 đèn LED được sắp xếp như trong hình thứ hai. Cả hai thiết kế xúc xắc đều có một công tắc, người dùng phải nhấn khi muốn "tung xúc xắc" (hay "tung xúc xắc"?). Công tắc kích hoạt bộ tạo số ngẫu nhiên được lập trình trong vi điều khiển và số ngẫu nhiên sau đó được hiển thị trên màn hình bảy đoạn hoặc màn hình LED. Khi người dùng muốn một số mới, công tắc phải được nhấn lại.

Bước 2: Cung cấp điện cho xúc xắc

Cả hai thiết kế được trình bày ở bước trước đều cần nguồn điện phù hợp có thể lấy từ ổ cắm trên tường, bộ chỉnh lưu phù hợp, tụ làm dịu và bộ điều chỉnh + 5V thích hợp. Nếu người dùng mong muốn tính di động của xúc xắc, thì máy biến áp tường vi khuẩn nên được thay thế bằng một loại pin phù hợp, chẳng hạn như pin 9V. Các tùy chọn khác cho pin tồn tại, ví dụ, để có thể vận hành xúc xắc từ một pin AA hoặc AAA, một bộ điều chỉnh tuyến tính thông thường sẽ không hoạt động. Để lấy + 5V cho hoạt động của xúc xắc, phải sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC loại tăng cường phù hợp. Hình minh họa nguồn điện + 5V phù hợp với hoạt động xúc xắc từ pin 9V gắn tường và hình còn lại cho thấy sơ đồ cho nguồn điện + 5V từ pin loại 1,5V AA hoặc AAA sử dụng bộ chuyển đổi DC-DC TPS61070 tăng cường.

Bước 3: Sức mạnh miễn phí: Sử dụng cơ bắp của bạn…

Bước này mô tả bộ tạo điện áp được cấp điện bằng cơ. Máy phát điện bao gồm một ống Perspex dài 6 inch và đường kính ngoài 15 mm. Đường kính trong là 12 mm. Một rãnh sâu khoảng 1 mm và dài 2 inch được gia công trên bề mặt ngoài của ống. Rãnh này được quấn khoảng 1500 vòng với dây điện từ 30 SWG. Một bộ ba nam châm hình trụ đất hiếm được đặt trong ống. Nam châm có đường kính 10 mm và chiều dài 10 mm. Sau khi lắp các nam châm vào trong ống, các đầu của ống được bịt kín bằng các miếng hình tròn bằng vật liệu PCB trần và được dán bằng epoxy hai phần và có một số miếng đệm hấp thụ sốc bên trong (tôi đã sử dụng xốp đóng gói IC). Một ống như vậy có sẵn từ McMaster (mcmaster.com), số bộ phận: 8532K15. Nam châm có thể được mua từ Amazingmagnets.com. Phần # D375D.

Bước 4: Hiệu suất máy phát điện áp

Máy phát điện áp cơ hoạt động tốt như thế nào? Dưới đây là một số ảnh chụp màn hình máy hiện sóng. Với những lần lắc nhẹ nhàng, máy phát điện cung cấp khoảng 15V đến đỉnh điểm. Dòng ngắn mạch khoảng 680mA. Khá đủ cho dự án này.

Bước 5: Sơ đồ xúc xắc

Bước này hiển thị sơ đồ mạch cho xúc xắc. Nó bao gồm một mạch cầu diode chỉnh lưu để chỉnh lưu điện áp xoay chiều do máy phát Faraday tạo ra và được lọc bằng tụ điện 4700uF / 25V. Điện áp tụ điện được điều chỉnh bằng LDO, LP-2950 với điện áp đầu ra 5V, được sử dụng để cung cấp điện áp cung cấp cho phần còn lại của mạch, bao gồm vi điều khiển và đèn LED. Tôi đã sử dụng 7 đèn LED màu xanh lam 3 mm hiệu suất cao trong bao bì trong suốt, được sắp xếp ở dạng ‘xúc xắc’. Các đèn LED được điều khiển bởi vi điều khiển AVR 8 chân, ATTiny13. Đầu ra điện áp từ máy phát faraday là đầu ra xung. Đầu ra xung này được điều hòa với sự trợ giúp của điện trở (1,2KOhm) và điốt Zener (4,7V). Các xung điện áp điều hòa được bộ vi điều khiển cảm nhận để xác định xem ống có bị lắc hay không. Miễn là ống được lắc, bộ vi điều khiển sẽ chờ đợi. Khi người dùng ngừng lắc ống, bộ vi điều khiển sẽ tạo ra một số ngẫu nhiên, sử dụng bộ đếm thời gian 8 bit bên trong hoạt động ở chế độ chạy tự do và xuất ra số ngẫu nhiên từ 1 đến 6, trên các đèn LED đầu ra. Sau đó, bộ vi điều khiển lại đợi người dùng lắc ống một lần nữa. Khi các đèn LED hiển thị một số ngẫu nhiên, điện tích có sẵn trên tụ điện đủ để chiếu sáng các đèn LED trong thời gian trung bình khoảng 10 giây. Để có một số ngẫu nhiên mới, người dùng phải lắc ống vài lần một lần nữa.

Bước 6: Lập trình vi điều khiển

Bộ vi điều khiển Tiny13 hoạt động với một bộ dao động RC bên trong được lập trình để tạo ra tín hiệu xung nhịp 128KHz. Đây là tín hiệu xung nhịp thấp nhất mà Tiny13 có thể tạo ra bên trong và được chọn để giảm thiểu dòng điện tiêu thụ bởi bộ vi điều khiển. Bộ điều khiển được lập trình trong C bằng trình biên dịch AVRGCC và biểu đồ lưu lượng được hiển thị ở đây. hiển thị ở đây Tôi đã sử dụng STK500 để lập trình Tiny của mình, nhưng bạn có thể tham khảo Tài liệu hướng dẫn này nếu bạn thích một lập trình viên AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- đến 8-Bit-AVR-Pr /

Bước 7: Phần mềm điều khiển

/ * Pin điện tử Ít xúc xắc * // * Dhananjay Gadre * // * Ngày 20 tháng 9 năm 2007 * // * Bộ xử lý Tiny13 @ 128KHz Bộ dao động RC bên trong * // * 7 đèn LED được kết nối như sauLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4 Ngõ vào từ cuộn dây đang ở trên 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 là đầu vào * / TCCR0B = 2; / * chia cho 8 * / TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; / * tắt tất cả các đèn LED * / while (1) {/ * đợi xung lên cao * / while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); / * đợi xung xuống thấp * / while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); đếm = 5000; while ((count> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {count--; } if (count == 0) / * không còn xung nên hiển thị một số ngẫu nhiên * / {PORTB = 0xfe; / * tất cả các đèn LED tắt * / _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp% 6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = tạm thời; }}}

Bước 8: Lắp ráp mạch

Dưới đây là một số hình ảnh về các công đoạn lắp ráp của xúc xắc điện tử. Mạch điện tử được lắp ráp trên một tấm ván mỏng đủ hẹp để đi trong một ống cá nhân. Một ống cá nhân giống hệt như được sử dụng cho máy phát điện áp, được sử dụng để bao bọc mạch điện tử.

Bước 9: Hoàn thành lắp ráp

Máy phát điện áp Faraday và mạch xúc xắc điện tử hiện được kết nối với nhau, bằng cơ và bằng điện. Các cực đầu ra của ống tạo điện áp được nối với đầu vào 2 chân của mạch xúc xắc điện tử. Cả hai ống được buộc với nhau bằng dây buộc cáp và để tăng độ an toàn, được dán với nhau bằng epoxy 2 phần. Tôi đã sử dụng AralditeAraldite.

Bước 10: Sử dụng xúc xắc điện tử không dùng pin

Sau khi lắp ráp xong và hai ống được gắn chặt với nhau, xúc xắc đã sẵn sàng để sử dụng. Chỉ cần lắc nó một vài lần và một số ngẫu nhiên sẽ xuất hiện. Lắc nó một lần nữa và một ngẫu nhiên khác xuất hiện. Video về hoạt động của xúc xắc ở đây, cũng được đăng trong video Hướng dẫn này:

Bước 11: Tài liệu tham khảo và thiết kế tệp

Dự án này dựa trên các bài báo đã xuất bản trước đây của tôi. cụ thể là:

1. "Máy phát điện cho các ứng dụng di động", Circuit Cellar, tháng 10 năm 2006 2. "Điều khiển từ xa Kinetic", Ngày sản xuất:, tháng 11 năm 2007, Số phát hành 12. Tệp mã nguồn C có sẵn tại đây. Kể từ khi dự án được tạo mẫu đầu tiên, tôi đã tạo ra PCB bằng cách sử dụng Eagle. Đây là cách nó trông bây giờ. Các tệp sơ đồ và bảng Eagle có ở đây. Xin lưu ý rằng so với nguyên mẫu, các thành phần trên PCB cuối cùng được sắp xếp hơi khác một chút. Cập nhật (ngày 15 tháng 9 năm 2008): Đã thêm tệp BOM

Bước 12: Tôi biết bạn muốn nhiều hơn

Một con xúc xắc điện tử chỉ với một màn hình? Nhưng tôi chơi nhiều trò chơi cần đến hai viên xúc xắc. OK, tôi biết bạn muốn điều đó. Đây là những gì tôi đã cố gắng xây dựng. Tôi đã có sẵn PCB cho phiên bản mới hơn này, chỉ cần đợi một chút thời gian rảnh để hoàn thành mã và kiểm tra bảng. Tôi sẽ đăng một dự án ở đây khi nó hoàn thành… Cho đến khi đó hãy tận hưởng một viên xúc xắc duy nhất..