Faraday for Fun : un dé électronique sans pile : 12 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:10

Il y a eu beaucoup d'intérêt pour les appareils électroniques alimentés par les muscles, en grande partie grâce au succès de Perpetual TorchPerpetual Torch, également connu sous le nom de torche LED sans batterie. La torche sans pile se compose d'un générateur de tension pour alimenter les LED, d'un circuit électronique pour conditionner et stocker la tension produite par le générateur de tension et de LED blanches à haut rendement. Le générateur de tension musculaire est basé sur la loi de Faraday, constitué d'un tube avec des aimants cylindriques. Le tube est enroulé avec une bobine de fil magnétique. Lorsque le tube est secoué, les aimants parcourent la longueur du tube d'avant en arrière, modifiant ainsi le flux magnétique à travers la bobine et la bobine produit donc une tension alternative. Nous y reviendrons plus tard dans le Instructable. This Instructable vous montre comment construire un dé électronique sans batter. Une photographie de l'unité construite est vue ci-dessous. Mais d'abord un peu d'arrière-plan -

Étape 1: Un dé électronique

Au lieu d'un dé traditionnel, il est agréable et cool d'utiliser un dé électronique. Habituellement, un tel dé consisterait en un circuit électronique et un affichage à LED. L'affichage à LED pourrait être un affichage à sept segments pouvant afficher des nombres compris entre 1 et 6 comme indiqué ci-dessous ou peut-être, pour imiter le motif de dés traditionnel, il pourrait consister en 7 LED disposées comme indiqué sur la deuxième figure. Les deux modèles de dés ont un interrupteur sur lequel l'utilisateur doit appuyer lorsqu'il veut « lancer le dé » (ou « lancer le dé » ?). Le commutateur déclenche un générateur de nombres aléatoires programmé dans le microcontrôleur et le nombre aléatoire est ensuite affiché sur l'affichage à sept segments ou l'affichage à LED. Lorsque l'utilisateur souhaite un nouveau numéro, il doit à nouveau appuyer sur le commutateur.

Étape 2: Alimentation pour les dés

Les deux conceptions illustrées à l'étape précédente nécessitent une alimentation électrique appropriée qui peut être dérivée d'une verrue murale, un redresseur approprié, un condensateur de lissage et un régulateur +5V approprié. Si l'utilisateur souhaite la portabilité des dés, le transformateur mural doit être remplacé par une batterie appropriée, par exemple une batterie 9V. D'autres options pour la pile existent, par exemple, pour pouvoir faire fonctionner les dés à partir d'une seule pile AA ou AAA, un régulateur linéaire normal ne fonctionnera pas. Pour dériver +5V pour le fonctionnement des dés, un convertisseur DC-DC de type boost approprié doit être utilisé. La figure illustre une alimentation +5V adaptée au fonctionnement des dés à partir d'une batterie murale 9V et l'autre figure montre le schéma d'une alimentation +5V à partir d'une batterie de type AA ou AAA de 1,5V utilisant un convertisseur DC-DC boost TPS61070.

Étape 3: Puissance libre: utilisez vos muscles…

Cette étape décrit le générateur de tension alimenté par le muscle. Le générateur se compose d'un tube en Perspex de 6 pouces de longueur et d'un diamètre extérieur de 15 mm. Le diamètre intérieur est de 12 mm. Une rainure d'environ 1 mm de profondeur et 2 pouces de long est usinée sur la surface extérieure du tube. Cette rainure est enroulée avec environ 1500 tours avec un fil magnétique 30 SWG. Un ensemble de trois aimants cylindriques en terres rares est placé dans le tube. Les aimants ont un diamètre de 10 mm et une longueur de 10 mm. Après avoir inséré les aimants dans le tube, les extrémités du tube sont scellées avec des morceaux circulaires de matériau PCB nu et collées avec un époxy en deux parties et avec des coussinets absorbant les chocs à l'intérieur (j'ai utilisé de la mousse d'emballage IC). Un tel tube est disponible auprès de McMaster (mcmaster.com), numéro de pièce: 8532K15. Les aimants peuvent être achetés sur amazingmagnets.com. Pièce # D375D.

Étape 4: Performances du générateur de tension

Le générateur de tension de puissance musculaire fonctionne-t-il bien ? Voici quelques captures d'écran de l'oscilloscope. Avec des secousses douces, le générateur fournit environ 15 V crête à crête. Le courant de court-circuit est d'environ 680mA. Assez suffisant pour ce projet.

Étape 5: Schéma des dés

Cette étape montre le schéma de circuit pour les dés. Il se compose d'un circuit redresseur en pont de diodes pour redresser la tension alternative produite par le générateur de Faraday et filtrée avec un condensateur électrolytique de 4700uF/25V. La tension du condensateur est régulée avec un LDO, LP-2950 avec une tension de sortie de 5V, qui est utilisé pour fournir une tension d'alimentation au reste du circuit, composé d'un microcontrôleur et de LED. J'ai utilisé 7 LED bleues haute efficacité de 3 mm dans un emballage transparent, disposées sous forme de « dés ». Les LED sont contrôlées par un microcontrôleur AVR à 8 broches, l'ATTiny13. La tension de sortie du générateur Faraday est une sortie pulsée. Cette sortie pulsée est conditionnée à l'aide d'une résistance (1,2KOhm) et d'une diode Zener (4,7V). Les impulsions de tension conditionnées sont détectées par le microcontrôleur pour déterminer si le tube est secoué. Tant que le tube est secoué, le microcontrôleur attend. Une fois que l'utilisateur arrête de secouer le tube, le microcontrôleur génère un nombre aléatoire, à l'aide d'un temporisateur interne de 8 bits fonctionnant en mode de fonctionnement libre et affiche le nombre aléatoire entre 1 et 6, sur les LED de sortie. Le microcontrôleur attend à nouveau que l'utilisateur secoue à nouveau le tube. Une fois que les LED affichent un nombre aléatoire, la charge disponible sur le condensateur est suffisante pour allumer les LED pendant un temps moyen d'environ 10 secondes. Pour obtenir un nouveau nombre aléatoire, l'utilisateur doit à nouveau secouer le tube plusieurs fois.

Étape 6: Programmation du microcontrôleur

Le microcontrôleur Tiny13 fonctionne avec un oscillateur RC interne programmé pour générer un signal d'horloge de 128 KHz. C'est le signal d'horloge le plus bas que le Tiny13 peut générer en interne et est choisi pour minimiser le courant consommé par le microcontrôleur. Le contrôleur est programmé en C à l'aide du compilateur AVRGCC et l'organigramme est affiché ici. Les bits de fusible pour le contrôleur sont également montré ici. J'ai utilisé STK500 pour programmer mon Tiny, mais vous pouvez vous référer à ce Instructable si vous préférez un programmeur AVR Dragon: https://www.instructables.com/id/Help%3a-An-Absolute-Beginner_s-Guide- à-8-Bit-AVR-Pr/

Étape 7: Logiciel de contrôle

/*Batterie électronique Less Dice*//*Dhananjay Gadre*//*20 septembre 2007*//*Processeur Tiny13 @ oscillateur RC interne 128KHz*//*7 LED connectées comme suitLED0 - PB1LED1, 2 - PB2LED3, 4 - PB3LED5, 6 - PB4D3 D2D5 D0 D6D1 D4Pulse entrée de la bobine est sur 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 est en entrée*/TCCR0B=2; /*diviser par 8*/TCCR0A=0;TCNT0= 0;PORTB=254; /*désactiver toutes les LED*/while(1) { /*attendre que l'impulsion monte au niveau haut*/ while ((PINB & 0x01) == 0); _delay_loop_2(50); /*attendre que le pouls baisse*/ pendant que ((PINB & 0x01) == 0x01); _delay_loop_2(50); compte=5000; while ((nombre > 0) && ((PINB &0x01) ==0)) {nombre--; } if(count ==0) /* plus d'impulsion donc affiche un nombre aléatoire*/ { PORTB=0xfe; /*toutes les LED éteintes*/ _delay_loop_2(10000); temp=TCNT0; temp= temp%6; temp =pgm_read_byte(&ledcode[temp]); PORTB=temp; } }}

Étape 8: Assemblage du circuit

Voici quelques photos des étapes d'assemblage des dés électroniques. Le circuit électronique est monté sur une plaque perforée suffisamment étroite pour passer dans un tube en plexiglas. Un tube en plexiglas identique à celui utilisé pour le générateur de tension, est utilisé pour enfermer le circuit électronique.

Étape 9: Assemblage terminé

Le générateur de tension de Faraday et le circuit de dés électronique sont maintenant connectés ensemble, mécaniquement et électriquement. Les bornes de sortie du tube générateur de tension sont connectées au connecteur d'entrée à 2 broches du circuit de dés électronique. Les deux tubes sont attachés ensemble avec une attache de câble et pour plus de sécurité, collés ensemble avec un époxy en 2 parties. J'ai utilisé AralditeAraldite.

Étape 10: Utilisation des dés électroniques sans pile

Une fois l'assemblage terminé et les deux tubes fixés ensemble, le dé est prêt à l'emploi. Secouez-le simplement plusieurs fois et un nombre aléatoire apparaîtra. Secouez-le à nouveau et un autre aléatoire apparaît. Une vidéo des dés en action est ici, également publiée dans cette vidéo Instructables:

Étape 11: Références et fichiers de conception

Ce projet est basé sur mes articles publiés précédemment. à savoir:

1. "Power Generator for Portable Applications", Circuit Cellar, octobre 2006 2. "Kinetic Remote Control", Make:, novembre 2007, édition 12. Le fichier de code source C est disponible ici. Depuis que le projet a été prototypé pour la première fois, j'ai fabriqué des PCB à l'aide d'eagle. Voici à quoi cela ressemble maintenant. Les fichiers de schéma et de carte Eagle sont ici. Veuillez noter que par rapport au prototype, les composants sur le PCB final sont disposés légèrement différemment. Mise à jour (15 septembre 2008): fichier BOM ajouté

Étape 12: Je sais que vous en voulez plus

Un dé électronique avec un seul affichage ? Mais je joue à beaucoup de jeux qui nécessitent deux dés, dites-vous. OK, je sais que tu veux ça. Voici ce que j'ai essayé de construire. J'ai le PCB pour cette nouvelle version prêt, j'attends juste un peu de temps libre pour terminer le code et tester la carte. Je posterai un projet ici une fois qu'il sera terminé…En attendant, profitez du dé unique..