Faraday for Fun: un dado electrónico sin batería: 12 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:45

Ha habido mucho interés en los dispositivos electrónicos accionados por músculos, debido en gran parte al éxito de la antorcha perpetua, también conocida como antorcha LED sin batería. La antorcha sin batería consta de un generador de voltaje para alimentar los LED, un circuito electrónico para acondicionar y almacenar el voltaje producido por el generador de voltaje y LED blancos de alta eficiencia. El generador de voltaje alimentado por músculos se basa en la ley de Faraday, que consiste en un tubo con imanes cilíndricos. El tubo está enrollado con una bobina de alambre magnético. A medida que se agita el tubo, los imanes atraviesan la longitud del tubo hacia adelante y hacia atrás, cambiando así el flujo magnético a través de la bobina y, por lo tanto, la bobina produce un voltaje de CA. Volveremos a esto más adelante en el Instructable. Este Instructable le muestra cómo construir un dado electrónico sin batería. A continuación se muestra una fotografía de la unidad construida, pero primero algunos antecedentes:

Paso 1: un dado electrónico

En lugar de un dado tradicional, es agradable y divertido usar un dado electrónico. Por lo general, este tipo de dados consistiría en un circuito electrónico y una pantalla LED. La pantalla LED podría ser una pantalla de siete segmentos que podría mostrar números entre 1 y 6 como se ve a continuación o tal vez, para imitar el patrón de dados tradicional, podría consistir en 7 LED dispuestos como se muestra en la segunda figura. Ambos diseños de dados tienen un interruptor, que el usuario tiene que presionar cuando quiere "tirar los dados" (¿o "tirar el dado"?). El interruptor activa un generador de números aleatorios programado en el microcontrolador y el número aleatorio se muestra en la pantalla de siete segmentos o en la pantalla LED. Cuando el usuario quiere un nuevo número, el interruptor debe presionarse nuevamente.

Paso 2: Fuente de alimentación para los dados

Los dos diseños mostrados en el paso anterior necesitan una fuente de alimentación adecuada que se pueda derivar de una verruga de pared, un rectificador adecuado, un condensador de suavizado y un regulador de + 5V apropiado. Si el usuario desea la portabilidad de los dados, entonces el transformador de verrugas de pared debe reemplazarse por una batería adecuada, digamos una batería de 9V. Existen otras opciones para la batería, por ejemplo, para poder operar los dados desde una sola batería AA o AAA, un regulador lineal normal no funcionará. Para derivar + 5V para la operación de dados, se debe usar un convertidor DC-DC de tipo boost adecuado. La figura ilustra una fuente de alimentación de + 5V adecuada para la operación de dados desde una batería de pared de 9V y la otra figura muestra el esquema para una fuente de alimentación de + 5V desde una batería de tipo AA o AAA de 1.5V usando un convertidor DC-DC de refuerzo TPS61070.

Paso 3: Poder libre: usa tus músculos …

Este paso describe el generador de voltaje alimentado por los músculos. El generador consta de un tubo de metacrilato de 6 pulgadas de largo y un diámetro exterior de 15 mm. El diámetro interior es de 12 mm. Se mecaniza una ranura de aproximadamente 1 mm de profundidad y 2 pulgadas de largo en la superficie exterior del tubo. Esta ranura se enrolla con aproximadamente 1500 vueltas con alambre magnético de 30 SWG. En el tubo se coloca un conjunto de tres imanes cilíndricos de tierras raras. Los imanes tienen 10 mm de diámetro y 10 mm de longitud. Después de insertar los imanes en el tubo, los extremos del tubo se sellan con piezas circulares de material de PCB desnudo y se pegan con un epoxi de dos partes y con algunas almohadillas amortiguadoras en el interior (usé espuma de embalaje IC). Un tubo de este tipo está disponible en McMaster (mcmaster.com), número de pieza: 8532K15. Los imanes se pueden comprar en amazingmagnets.com. Pieza n. ° D375D.

Paso 4: Rendimiento del generador de voltaje

¿Qué tan bien funciona el generador de voltaje de potencia muscular? Aquí hay algunas capturas de pantalla del osciloscopio. Con movimientos suaves, el generador proporciona aproximadamente 15 V pico a pico. La corriente de cortocircuito es de aproximadamente 680 mA. Bastante suficiente para este proyecto.

Paso 5: Esquema de dados

Este paso muestra el diagrama de circuito de los dados. Consiste en un circuito puente de diodo rectificador para rectificar el voltaje CA producido por el generador Faraday y filtrado con un capacitor electrolítico 4700uF / 25V. La tensión del condensador se regula con un LDO, LP-2950 con una tensión de salida de 5V, que se utiliza para suministrar tensión de alimentación al resto del circuito, compuesto por un microcontrolador y leds. Utilicé 7 LED azules de 3 mm de alta eficiencia en un embalaje transparente, dispuestos en forma de "dados". Los LED están controlados por un microcontrolador AVR de 8 pines, el ATTiny13. La salida de voltaje del generador de faraday es una salida pulsada. Esta salida pulsada se acondiciona con la ayuda de una resistencia (1.2KOhm) y un diodo Zener (4.7V). Los pulsos de voltaje condicionados son detectados por el microcontrolador para determinar si el tubo está siendo sacudido. Mientras se agita el tubo, el microcontrolador espera. Una vez que el usuario deja de agitar el tubo, el microcontrolador genera un número aleatorio, utilizando un temporizador interno de 8 bits que opera en modo de ejecución libre y emite el número aleatorio entre 1 y 6, en los LED de salida. El microcontrolador vuelve a esperar a que el usuario vuelva a agitar el tubo. Una vez que los LED muestran un número aleatorio, la carga disponible en el condensador es suficiente para encender los LED durante un tiempo promedio de unos 10 segundos. Para obtener un nuevo número aleatorio, el usuario debe volver a agitar el tubo varias veces.

Paso 6: Programación del microcontrolador

El microcontrolador Tiny13 funciona con un oscilador RC interno programado para generar una señal de reloj de 128 KHz. Esta es la señal de reloj más baja que el Tiny13 puede generar internamente y se elige para minimizar la corriente consumida por el microcontrolador. El controlador se programa en C usando el compilador AVRGCC y el diagrama de flujo se muestra aquí. Se muestra aquí Utilicé STK500 para programar mi Tiny, pero puede consultar este Instructable si prefiere un programador AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- a AVR-Pr de 8 bits /

Paso 7: Software de control

/ * Batería electrónica Less Dice * // * Dhananjay Gadre * // * 20 de septiembre de 2007 * // * Procesador Tiny13 @ oscilador RC interno de 128KHz * // * 7 LED conectados de la siguiente manera: LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4 La entrada de pulso de la bobina está en 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 es entrada * / TCCR0B = 2; / * dividir por 8 * / TCCR0A = 0; TCNT0 = 0; PORTB = 254; / * deshabilitar todos los LED * / while (1) {/ * esperar a que el pulso suba * / while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2 (50); / * esperar a que el pulso baje * / while ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2 (50); cuenta = 5000; while ((cuenta> 0) && ((PINB & 0x01) == 0)) {cuenta--; } if (count == 0) / * no más pulso, así que muestra un número aleatorio * / {PORTB = 0xfe; / * todos los LED apagados * / _delay_loop_2 (10000); temp = TCNT0; temp = temp% 6; temp = pgm_read_byte (& ledcode [temp]); PORTB = temp; }}}

Paso 8: Montaje del circuito

A continuación se muestran algunas imágenes de las etapas de montaje de los dados electrónicos. El circuito electrónico se ensambla en una placa perfilada lo suficientemente estrecha como para entrar en un tubo de metacrilato. Se utiliza un tubo de metacrilato idéntico al utilizado para el generador de voltaje para encerrar el circuito electrónico.

Paso 9: Montaje completo

El generador de voltaje de Faraday y el circuito de dados electrónicos ahora están conectados, mecánica y eléctricamente. Los terminales de salida del tubo generador de voltaje están conectados al conector de entrada de 2 pines del circuito de dados electrónicos. Ambos tubos están atados con una brida y para mayor seguridad, pegados con epoxi de 2 partes. Usé AralditeAraldite.

Paso 10: uso de los dados electrónicos sin batería

Una vez que se completa el ensamblaje y los dos tubos están asegurados, los dados están listos para usar. Simplemente agítelo unas cuantas veces y aparecerá un número aleatorio. Agítelo de nuevo y aparecerá otro aleatorio. Un video de los dados en acción está aquí, también publicado en este video de Instructables:

Paso 11: Referencias y archivos de diseño

Este proyecto se basa en mis artículos publicados anteriormente. a saber:

1. "Generador de energía para aplicaciones portátiles", Circuit Cellar, octubre de 2006 2. "Control remoto cinético", Marca:, noviembre de 2007, número 12. El archivo de código fuente C está disponible aquí. Desde que se hizo el prototipo del proyecto por primera vez, hice PCB usando eagle. Así es como se ve ahora. Los archivos del tablero y el esquema de Eagle están aquí. Tenga en cuenta que, en comparación con el prototipo, los componentes de la PCB final están dispuestos de forma ligeramente diferente. Actualización (15 de septiembre de 2008): archivo BOM agregado

Paso 12: sé que quieres más

¿Un dado electrónico con una sola pantalla? Pero juego muchos juegos que necesitan dos dados, dices. Está bien, sé que quieres eso. Esto es lo que he estado intentando construir. Tengo la PCB para esta nueva versión lista, solo espero un poco de tiempo libre para completar el código y probar la placa. Publicaré un proyecto aquí una vez que esté completo … Hasta entonces, disfruta de los dados individuales …