Faraday for Fun: ลูกเต๋าไร้แบตเตอรี่อิเล็กทรอนิกส์: 12 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:09

มีความสนใจอย่างมากในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ขับเคลื่อนด้วยกล้ามเนื้อ ส่วนใหญ่เป็นผลมาจากความสำเร็จของ Perpetual TorchPerpetual Torch หรือที่เรียกว่าไฟฉาย LED แบบไม่ใช้แบตเตอรี่ ไฟฉายไร้แบตเตอรี่ประกอบด้วยเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าสำหรับจ่ายไฟให้กับ LED วงจรอิเล็กทรอนิกส์เพื่อปรับสภาพและเก็บแรงดันไฟฟ้าที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าและ LED สีขาวประสิทธิภาพสูง เครื่องกำเนิดแรงดันไฟของกล้ามเนื้อเป็นไปตามกฎของฟาราเดย์ ซึ่งประกอบด้วยหลอดที่มีแม่เหล็กทรงกระบอก หลอดถูกพันด้วยขดลวดแม่เหล็ก เมื่อเขย่าหลอด แม่เหล็กจะเคลื่อนที่ไปตามความยาวของท่อกลับไปกลับมา ดังนั้นจึงเปลี่ยนฟลักซ์แม่เหล็กผ่านขดลวดและขดลวดจึงสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เราจะกลับมาที่สิ่งนี้ในภายหลังใน Instructable คำแนะนำนี้จะแสดงให้คุณเห็นถึงวิธีการสร้างลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์แบบไร้แป้ง ภาพถ่ายของหน่วยที่สร้างขึ้นอยู่ด้านล่าง แต่ก่อนอื่น -

ขั้นตอนที่ 1: ลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์

แทนที่จะใช้ลูกเต๋าแบบดั้งเดิม การใช้ลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์เป็นเรื่องที่ดีและยอดเยี่ยม โดยปกติลูกเต๋าดังกล่าวจะประกอบด้วยวงจรอิเล็กทรอนิกส์และจอแสดงผล LED จอแสดงผล LED อาจเป็นจอแสดงผลเจ็ดส่วนที่สามารถแสดงตัวเลขระหว่าง 1 ถึง 6 ได้ตามที่เห็นด้านล่าง หรือบางทีเพื่อเลียนแบบรูปแบบลูกเต๋าแบบดั้งเดิม อาจประกอบด้วย LED 7 ดวงที่จัดเรียงตามที่แสดงในรูปที่สอง การออกแบบลูกเต๋าทั้งสองแบบมีสวิตช์ ซึ่งผู้ใช้ต้องกดเมื่อต้องการ "ทอยลูกเต๋า" (หรือ "ทอยลูกเต๋า"?) สวิตช์จะทริกเกอร์ตัวสร้างตัวเลขสุ่มที่ตั้งโปรแกรมไว้ในไมโครคอนโทรลเลอร์ จากนั้นตัวเลขสุ่มจะแสดงบนจอแสดงผลเจ็ดส่วนหรือจอแสดงผล LED เมื่อผู้ใช้ต้องการหมายเลขใหม่จะต้องกดสวิตช์อีกครั้ง

ขั้นตอนที่ 2: พาวเวอร์ซัพพลายสำหรับลูกเต๋า

การออกแบบทั้งสองที่แสดงในขั้นตอนก่อนหน้านี้จำเป็นต้องมีแหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสมซึ่งสามารถหาได้จากหูดที่ผนัง วงจรเรียงกระแสที่เหมาะสม ตัวเก็บประจุปรับให้เรียบ และตัวควบคุม +5V ที่เหมาะสม หากผู้ใช้ต้องการพกพาลูกเต๋า ควรเปลี่ยนหม้อแปลงหูดที่ผนังด้วยแบตเตอรี่ที่เหมาะสม เช่น แบตเตอรี่ 9V มีตัวเลือกอื่น ๆ สำหรับแบตเตอรี่ ตัวอย่างเช่น เพื่อให้สามารถควบคุมลูกเต๋าจากแบตเตอรี่ AA หรือ AAA เพียงก้อนเดียว เครื่องควบคุมเชิงเส้นปกติจะไม่ทำงาน เพื่อให้ได้ค่า +5V สำหรับการทำงานของลูกเต๋า ต้องใช้ตัวแปลง DC-DC ชนิดบูสต์ที่เหมาะสม รูปภาพแสดงแหล่งจ่ายไฟ +5V ที่เหมาะสมสำหรับการทำงานของลูกเต๋าจากแบตเตอรี่ 9V แบบติดผนัง และอีกรูปแสดงแผนผังสำหรับแหล่งจ่ายไฟ +5V จากแบตเตอรี่ประเภท 1.5V AA หรือ AAA โดยใช้ตัวแปลง DC-DC บูสต์ TPS61070

ขั้นตอนที่ 3: พลังอิสระ: ใช้กล้ามเนื้อของคุณ…

ขั้นตอนนี้อธิบายเกี่ยวกับเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนด้วยกล้ามเนื้อ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าประกอบด้วยท่อ Perspex ยาว 6 นิ้ว และเส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 15 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 12 มม. ร่องลึกประมาณ 1 มม. และยาว 2 นิ้วถูกกลึงบนผิวด้านนอกของท่อ ร่องนี้พันรอบ 1500 รอบด้วยลวดแม่เหล็ก 30 SWG ชุดแม่เหล็กทรงกระบอกหายากสามชุดวางอยู่ในหลอด แม่เหล็กมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 มม. และยาว 10 มม. หลังจากใส่แม่เหล็กลงในท่อแล้ว ปลายท่อจะถูกปิดผนึกด้วยวัสดุ PCB เปลือยเป็นชิ้นกลมและติดกาวด้วยอีพ็อกซี่สองส่วนและมีแผ่นดูดซับแรงกระแทกด้านใน (ฉันใช้โฟมบรรจุภัณฑ์ IC) หลอดดังกล่าวหาได้จาก McMaster (mcmaster.com) หมายเลขชิ้นส่วน: 8532K15 แม่เหล็กสามารถซื้อได้ที่ amazingmagnets.com ส่วน # D375D.

ขั้นตอนที่ 4: ประสิทธิภาพเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้า

เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าของกล้ามเนื้อทำงานได้ดีเพียงใด? นี่คือภาพหน้าจอออสซิลโลสโคปบางส่วน ด้วยการเขย่าเบา ๆ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะให้ค่าสูงสุดประมาณ 15V ถึงจุดสูงสุด กระแสไฟลัดวงจรประมาณ 680mA ค่อนข้างเพียงพอสำหรับโครงการนี้

ขั้นตอนที่ 5: Dice Schematic

ขั้นตอนนี้แสดงแผนภาพวงจรของลูกเต๋า ประกอบด้วยวงจรเรียงกระแสไดโอดบริดจ์เพื่อแก้ไขแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ผลิตโดยเครื่องกำเนิดฟาราเดย์และกรองด้วยตัวเก็บประจุด้วยไฟฟ้าขนาด 4700uF/25V แรงดันไฟฟ้าของตัวเก็บประจุถูกควบคุมด้วย LDO, LP-2950 พร้อมแรงดันเอาต์พุต 5V ซึ่งใช้จ่ายแรงดันไฟให้กับส่วนที่เหลือของวงจร ซึ่งประกอบด้วยไมโครคอนโทรลเลอร์และไฟ LED ฉันใช้ไฟ LED สีน้ำเงินขนาด 3 มม. ประสิทธิภาพสูง 7 ดวงในบรรจุภัณฑ์โปร่งใส จัดเรียงในรูปแบบ "ลูกเต๋า" ไฟ LED ถูกควบคุมโดยไมโครคอนโทรลเลอร์ AVR 8 พิน ATTiny13 แรงดันเอาต์พุตจากเครื่องกำเนิดฟาราเดย์เป็นเอาต์พุตพัลซิ่ง เอาต์พุตพัลซิ่งนี้ถูกปรับสภาพโดยใช้ตัวต้านทาน (1.2KOhm) และซีเนอร์ไดโอด (4.7V) ไมโครคอนโทรลเลอร์จะตรวจจับพัลส์แรงดันไฟฟ้าที่ปรับสภาพแล้วเพื่อตรวจสอบว่ามีการเขย่าหลอดหรือไม่ ตราบใดที่เขย่าหลอด ไมโครคอนโทรลเลอร์ก็จะรอ เมื่อผู้ใช้หยุดเขย่าหลอด ไมโครคอนโทรลเลอร์จะสร้างตัวเลขสุ่ม โดยใช้ตัวจับเวลา 8 บิตภายในที่ทำงานในโหมดการทำงานอิสระและส่งออกตัวเลขสุ่มระหว่าง 1 ถึง 6 บน LED เอาต์พุต ไมโครคอนโทรลเลอร์จะรอให้ผู้ใช้เขย่าหลอดอีกครั้ง เมื่อไฟ LED แสดงตัวเลขสุ่ม ประจุที่มีอยู่บนตัวเก็บประจุก็เพียงพอที่จะให้ไฟ LED เป็นเวลาเฉลี่ยประมาณ 10 วินาที ในการรับหมายเลขสุ่มใหม่ ผู้ใช้ต้องเขย่าหลอดอีกสองสามครั้ง

ขั้นตอนที่ 6: การเขียนโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์

ไมโครคอนโทรลเลอร์ Tiny13 ทำงานร่วมกับออสซิลเลเตอร์ RC ภายในที่ตั้งโปรแกรมไว้เพื่อสร้างสัญญาณนาฬิกา 128KHz นี่คือสัญญาณนาฬิกาที่ต่ำที่สุดที่ Tiny13 สามารถสร้างได้ภายใน และเลือกเพื่อลดกระแสที่ใช้โดยไมโครคอนโทรลเลอร์ คอนโทรลเลอร์ได้รับการตั้งโปรแกรมใน C โดยใช้คอมไพเลอร์ AVRGCC และแผนภูมิการไหลจะแสดงที่นี่ ฟิวส์บิตสำหรับคอนโทรลเลอร์ก็เช่นกัน แสดงที่นี่ ฉันใช้ STK500 เพื่อตั้งโปรแกรม Tiny ของฉัน แต่คุณสามารถอ้างถึงคำแนะนำนี้ได้หากคุณต้องการโปรแกรมเมอร์ AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- ถึง-8-บิต-AVR-Pr/

ขั้นตอนที่ 7: ซอฟต์แวร์ควบคุม

/*แบตเตอรี่อิเล็กทรอนิกส์ Less Dice*//*Dhananjay Gadre*//*20 กันยายน 2550*//*โปรเซสเซอร์ Tiny13 @ ออสซิลเลเตอร์ RC ภายใน 128KHz*//*7 LEDs ที่เชื่อมต่อดังนี้LED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Pulse อินพุตจากคอยล์อยู่บน PB0*/#include #include #include #includeconst ถ่าน ledcode PROGMEM= {0xfc, 0xee, 0xf8, 0xf2, 0xf0, 0xe2, 0xfe};main(){ไม่ได้ลงนาม ถ่าน temp=0;int นับ=0;DDRB=0xfe; /*PB0 คืออินพุต*/TCCR0B=2; /*หารด้วย 8*/TCCR0A=0;TCNT0= 0;PORTB=254; /*ปิดการใช้งานไฟ LED ทั้งหมด*/ในขณะที่(1) { /*รอให้ชีพจรสูงขึ้น*/ ในขณะที่ ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2(50); /*รอให้ชีพจรลดต่ำลง*/ ในขณะที่ ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2(50); นับ=5000; ในขณะที่ ((นับ > 0) && ((PINB &0x01) ==0)) {นับ--; } if(count ==0) /* ไม่มีพัลส์อีกต่อไป ดังนั้นให้แสดงตัวเลขสุ่ม*/ { PORTB=0xfe; /*ไฟ LED ทั้งหมดดับ*/ _delay_loop_2(10000); อุณหภูมิ=TCNT0; อุณหภูมิ = อุณหภูมิ% 6; temp =pgm_read_byte(&ledcode[ชั่วคราว]); PORTB=อุณหภูมิ; } }}

ขั้นตอนที่ 8: การประกอบวงจร

นี่คือภาพบางส่วนของขั้นตอนการประกอบลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ประกอบบนแผ่นไม้อัดที่แคบพอที่จะใส่เข้าไปในหลอดเพอร์สเปกซ์ได้ ใช้หลอดเพอร์เพ็กซ์ที่เหมือนกันกับเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเพื่อปิดวงจรอิเล็กทรอนิกส์

ขั้นตอนที่ 9: ประกอบเสร็จ

เครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าฟาราเดย์และวงจรลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์ขณะนี้เชื่อมต่อเข้าด้วยกัน ทั้งทางกลไกและทางไฟฟ้า ขั้วเอาต์พุตของหลอดเครื่องกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับขั้วต่ออินพุต 2 พินของวงจรลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์ ท่อทั้งสองถูกมัดด้วยสายรัดและติดกาวด้วยอีพ็อกซี่ 2 ส่วนเพื่อความปลอดภัยเป็นพิเศษ ฉันใช้ AralditeAraldite

ขั้นตอนที่ 10: การใช้ลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์แบบไม่ใช้แบตเตอรี่

เมื่อประกอบเสร็จและยึดท่อทั้งสองเข้าด้วยกันแล้ว ลูกเต๋าก็พร้อมใช้งาน เพียงแค่เขย่าสองสามครั้งแล้วตัวเลขสุ่มก็จะปรากฏขึ้น เขย่าอีกครั้งและสุ่มขึ้นมาอีกครั้ง วิดีโอของลูกเต๋าที่ใช้งานจริงอยู่ที่นี่แล้ว ยังโพสต์ในวิดีโอคำแนะนำนี้ด้วย:

ขั้นตอนที่ 11: ไฟล์อ้างอิงและออกแบบ

โครงการนี้อ้างอิงจากบทความที่ตีพิมพ์ก่อนหน้านี้ของฉัน กล่าวคือ:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, ตุลาคม 2549 2. "Kinetic Remote Control", ยี่ห้อ: พฤศจิกายน 2550, ฉบับที่ 12. ไฟล์ซอร์สโค้ด C มีให้ที่นี่ เนื่องจากโปรเจ็กต์ถูกสร้างต้นแบบครั้งแรก ฉันจึงสร้าง PCB โดยใช้ eagle นี่คือลักษณะที่ปรากฏในขณะนี้ ไฟล์แผนผังและบอร์ดของ Eagle อยู่ที่นี่แล้ว โปรดทราบว่าเมื่อเทียบกับต้นแบบ ส่วนประกอบบน PCB สุดท้ายมีการจัดเรียงแตกต่างกันเล็กน้อย อัปเดต (15 กันยายน 2551): เพิ่มไฟล์ BOM แล้ว

ขั้นตอนที่ 12: ฉันรู้ว่าคุณต้องการมากกว่านี้

ลูกเต๋าอิเล็กทรอนิกส์ที่มีจอแสดงผลเพียงจอเดียว? แต่ฉันเล่นเกมหลายเกมที่ต้องการลูกเต๋าสองลูกที่คุณพูด ตกลง ฉันรู้ว่าคุณต้องการสิ่งนั้น นี่คือสิ่งที่ฉันพยายามสร้าง ฉันมี PCB สำหรับเวอร์ชั่นใหม่กว่านี้แล้ว รอเวลาว่างเพื่อกรอกโค้ดและทดสอบบอร์ด ฉันจะโพสต์โปรเจ็กต์ที่นี่เมื่อเสร็จแล้ว…จนกว่าจะสนุกไปกับลูกเต๋าตัวเดียว..