भौतिकी और इलेक्ट्रॉनिक्स के रसायन विज्ञान का उपयोग करके एक मूल उपहार बनाएं: भाग 2

पिछले भाग ( http://habrahabr.ru/blogs/DIY/111610/ ) में, डिवाइस बनाने के लिए पहला कदम माना जाता था, वास्तव में क्रिस्टल बढ़ रहा था। इस भाग में, हम डिवाइस के भौतिक अवतार और उसके विद्युत सर्किट पर विचार करेंगे।

चरण 2: संरचना बनाएं

लंबा और सुनसान हिस्सा खत्म हो गया है, अब सब कुछ तेजी से आगे बढ़ेगा। अपने क्रिस्टल को प्राप्त करने के बाद, मैंने सोचा कि "मुझे एक उपयुक्त ग्लास सिलेंडर कहाँ मिल सकता है जिसमें क्रिस्टल को संलग्न किया जा सकता है?" इसका उत्तर "घर के लिए सभी" स्टोर में पाया गया, जो कि $ 20 रूबल के वोदका के लिए एक उत्कृष्ट बेलनाकार ग्लास के रूप में है।







उसने मुझे दो कारणों से आकर्षित किया: सबसे पहले, वह पैटर्न, उत्कीर्णन और सही रूप के बिना था - एक फ्लैट ग्लास सिलेंडर। दूसरे, यह काफी मोटी दीवारों वाला था, जो संरचना की ताकत को प्रभावित करता है।



अंतिम निर्माण जिसके लिए हमें आना चाहिए नीचे दर्शाया गया है।









असल में, यदि आपने एक क्रिस्टल को मुट्ठी के आकार में बड़ा कर लिया है, या आप ऐसे ढेर के समान नहीं हैं, तो आप किसी भी उपयुक्त पारदर्शी कंटेनर का चयन कर सकते हैं। मुख्य बात यह है कि क्रिस्टल को अपक्षय से रोकने के लिए बाद में इसे सील करना संभव होना चाहिए।

अब हमारा काम एक प्लास्टिक डालने के लिए अंदर खोखला हो जाना है, जिस पर एक क्रिस्टल रखा जा सकता है, और इसके अंदर एक बैटरी के साथ एक नियंत्रण सर्किट होता है। मैं एक प्लास्टिक के रस बॉक्स पर बस गया जो पूरी तरह से ग्लास में फिट हो गया।

इसके केंद्र में हम एलईडी के लिए एक छेद बनाते हैं (इलेक्ट्रॉनिक्स अनुभाग में एलईडी की पसंद पर ध्यान दें), इसे वहां डालें और गर्म गोंद बंदूक के साथ अंदर गोंद करें। हम प्लास्टिक स्टैंड के बाहर एक ही गोंद पर एक क्रिस्टल रखते हैं, सीधे एलईडी के ऊपर।

यह सुनिश्चित करने के बाद कि सब कुछ ठीक वैसा ही है, हम इस चरण के अंतिम चरण पर आगे बढ़ते हैं - हम एक उपयुक्त रंग सीलेंट के साथ स्टैंड की बाहरी सतह को लुब्रिकेट करते हैं (मैंने क्रमशः ब्लैक स्टैंड, और ब्लैक सीलेंट चुना) और इसे ग्लास के अंदर डालें। सीलेंट के सख्त होने के बाद, आपको अंदर एक क्रिस्टल के साथ पूरी तरह से सील ग्लास मिलता है, जिसे एलईडी पिंस को बिजली की आपूर्ति करके उजागर किया जा सकता है।

मैंने क्रिस्टल को किसी भी चीज़ से नहीं भरा था, वार्निश और सील बर्तन विकल्प पर ध्यान केंद्रित करते हुए, लेकिन अगर आप वास्तव में सुनिश्चित करना चाहते हैं कि क्रिस्टल सदियों तक संग्रहीत किया जाएगा, तो आप इसे कुछ पारदर्शी कार्बनिक यौगिक (उदाहरण के लिए) से भर सकते हैं। सच है, इससे आपको ठीक से सील करने की आवश्यकता होगी ताकि डिवाइस अचानक रिसाव न करने लगे।



हम सबसे दिलचस्प कदम से गुजरते हैं - इलेक्ट्रॉनिक्स का विकास।

चरण 3: विकासशील इलेक्ट्रॉनिक्स

उपरोक्त चरणों को करने के बाद, हमें एक वर्कपीस मिलनी चाहिए थी, जिससे, सिद्धांत रूप में, आप एक बैटरी और एक स्विच जोड़ सकते हैं और एक तैयार उत्पाद प्राप्त कर सकते हैं। लेकिन इस तरह के एक स्मारिका अलग "रोशनी" के एक झुंड के बीच बाहर खड़ा नहीं होगा, 50 रूबल एक बाल्टी के लिए बेचा गया। इस कदम पर हमारा लक्ष्य डिवाइस के एक विद्युत सर्किट को विकसित करना है, जो सबसे पहले हमारे स्टैंड में फिट बैठता है, और दूसरा यह कि यह निष्क्रिय मोड में बहुत अधिक मात्रा में खपत नहीं करता है (आप कर सकते हैं, बेशक, स्विच को बाहर लाएं, लेकिन मेरे लिए यह वास्तव में धारणा को प्रभावित करता है), और तीसरा, यह वही प्रदान करेगा जो हमने शुरू से ही किया था: क्रिस्टल की चमक में एक चिकनी वृद्धि जब इसे हाथ में लिया जाता है, और इसे लगाने के बाद लुप्त होती है।

वास्तव में, हम दो कार्यों से सामना कर रहे हैं:

1) किसी व्यक्ति के उपकरण पर स्पर्श का निर्धारण करें

2) एलईडी की चमक को नियंत्रित करें।



पहली समस्या का एक उत्कृष्ट समाधान कैपेसिटिव सेंसर का कार्यान्वयन है। सोनोरस नाम के बावजूद, यह बहुत सरल है और इसकी आवश्यकता है, वास्तव में, केवल सेंसर ही (एक मुद्रित सर्किट बोर्ड पर पन्नी, तार, या पैड के एक साधारण टुकड़े के रूप में), माइक्रोकंट्रोलर के 1-2 पिन और मेगाम या उच्चतर प्रतिरोध के लिए एक अवरोधक।



हम सिद्धांत की ओर मुड़ते हैं। मान लें कि हमारे पास एक अवरोधक और एक संधारित्र का एक श्रृंखला कनेक्शन है, जिसे विकी लेख "आरसी सर्किट" में वर्णित किया गया है।







मान लें कि शुरू में विन = 0 और संधारित्र को छुट्टी दे दी गई है। Vc इस प्रकार भी शून्य है। जब एक वोल्टेज विन लागू किया जाता है जो शून्य के बराबर नहीं होता है, तो संधारित्र के पार वोल्टेज निम्न कानून के अनुसार बढ़ता है:







जहां टी = आरसी।

अब मान लीजिए कि संधारित्र के बजाय हमारे पास एक नियमित धातु प्लेट, या पन्नी की पट्टी है। भौतिक विज्ञान के नियमों के अनुसार, यह भी कुछ है, भले ही बहुत छोटे, क्षमता, picofarad इकाइयों के आदेश पर। यह गणना करना आसान है कि जिस समय के लिए ऐसी प्लेट को 1 एमओएम के अवरोधक के साथ चार्ज किया जाता है वह 10 ^ 6 * 10 ^ (- 12) = 10 ^ (- 6) s है। हालांकि, 10 मेगाहर्ट्ज की आवृत्ति पर संचालित एक माइक्रोकंट्रोलर के लिए एक बहुत छोटा मूल्य, क्योंकि 10 चक्रों के माध्यम से जाने का समय होगा।

अब कल्पना कीजिए कि एक व्यक्ति ने प्लेट को छुआ। इसकी क्षमता प्लेट की क्षमता से अधिक परिमाण के दो क्रम है और लगभग 100-200 पिकोफ़ारड है। नतीजतन, प्लेट को चार्ज करने में लगने वाला समय काफी बढ़ जाएगा।



नीचे प्रोटीन सिस्टम में सेंसर का एक मॉडल है।

कैपेसिटर सी 1 हमारे सेंसर प्लेट के आंतरिक कैपेसिटेंस के रूप में कार्य करता है, सी 2, स्विच एसडब्ल्यू 1 के साथ मिलकर, एक छूने वाले व्यक्ति की समाई है।







जैसा कि हम देखते हैं, सर्किट बेहद सरल है और माइक्रोकंट्रोलर के केवल दो पिन का उपयोग करता है। इसके अलावा, यदि आवश्यक हो, तो आप एक पिन पर सेंसर का निर्माण कर सकते हैं, वैकल्पिक रूप से इसे आउटपुट से इनपुट पर स्विच कर सकते हैं, लेकिन इस मामले में मैंने माइक्रोकिरिट के पैरों को नहीं बचाने का फैसला किया।



सेंसर मतदान एल्गोरिथ्म भी बहुत सरल है और ऊपर से निम्नानुसार है:



1) हम आउटपुट के लिए PB.4 सेट करते हैं, और 0. फ़ीड करते हैं। यह सेंसर को डिस्चार्ज करेगा।

2) सस्पेंड को अक्षम करके इनपुट को PB.3 सेट करें (यह महत्वपूर्ण है! पावर तक पुल-अप लगातार सेंसर को चार्ज रखेगा, लेकिन हमें इसकी आवश्यकता नहीं है)।

3) हमारे द्वारा आवश्यक आवृत्ति के लिए माइक्रोकंट्रोलर टाइमर सेट करें। आवृत्ति को निम्न मानदंड के अनुसार चुना गया है: चार्ज समय पर कब्जा करने और "खाली" सेंसर और एक सक्रिय सेंसर के बीच अंतर करने के लिए यह काफी बड़ा होना चाहिए, लेकिन एक ही समय में इतना छोटा है कि टाइमर सक्रिय सेंसर के साथ अतिप्रवाह नहीं करता है। चूंकि हमारे उपकरण में अंतरिक्ष को बचाने के लिए अंतर्निहित घड़ी से माइक्रोकंट्रोलर काम करेगा, इसकी अधिकतम आवृत्ति 9.6 मेगाहर्ट्ज होगी, जो उपरोक्त मानदंड के अनुसार काफी उपयुक्त है। इसलिए, हम माइक्रोकंट्रोलर की आवृत्ति पर पूर्व-चयनकर्ता के बिना टाइमर शुरू करेंगे।

4) टाइमर चालू करें

5) हम PB.4 में एक तार्किक इकाई प्राप्त करते हैं, जिससे चार्जिंग कैपेसिटी की प्रक्रिया शुरू होती है

6) जब तक कि लॉग दिखाई न दे तब तक PB.3 पर मान की जाँच करें। 1।

7) हम टाइमर को रोकते हैं।

8) हम लॉग को PB.4 में प्रदर्शित करते हैं। 0 सेंसर को डिस्चार्ज करने के लिए।



टाइमर का प्राप्त मूल्य वह संख्या है जिसके द्वारा हम यह निर्धारित करेंगे कि सेंसर खाली है या नहीं। लेकिन इसकी तुलना सीधे अनुमानित मूल्य से करना गलत है। यह सर्किट को पर्यावरण पर अत्यधिक निर्भर करेगा। सेंसर सही ढंग से काम करे, इसके लिए आवश्यक है कि स्टार्टअप पर कैलिब्रेशन किया जाए, यानी वर्णित एल्गोरिदम का प्रदर्शन किया जाए, और प्राप्त टाइमर मान को आंतरिक वेरिएबल, SensorLow में लिखा जाए, इसे निष्क्रिय सेंसर के अनुरूप मान माना जाए।

सेंसर को मतदान करने की प्रक्रिया में, वर्णित सभी चरणों को निष्पादित करना आवश्यक है, और प्राप्त मूल्य की तुलना करें, उदाहरण के लिए, सेंसरलो + एन के साथ, जहां एन हमारे सेंसर की संवेदनशीलता सीमा है।



एलईडी के चमक नियंत्रण के लिए, यह आसानी से पीडब्लूएम (पल्स चौड़ाई मॉडुलन) का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है, जिसमें एक स्थिर वोल्टेज स्तर के बजाय, एक समायोज्य कर्तव्य चक्र के साथ आयताकार दालों को लोड पर लागू किया जाता है। नतीजतन, औसत वोल्टेज मान कर्तव्य स्तर मूल्य द्वारा गुणा किए गए तर्क स्तर के मूल्य के बराबर है। यह तकनीक व्यापक रूप से ज्ञात है, इसलिए मैं इसके विस्तृत विवरण पर ध्यान नहीं दूंगा।



एलईडी और बिजली स्रोत की पसंद के बारे में कुछ शब्द।

बैटरी से, हमें एक लंबी शैल्फ जीवन (कम खपत के साथ), नियंत्रक और एलईडी की शक्ति के लिए 3-5 वोल्ट की आपूर्ति वोल्टेज और पूरी तरह से जलाए गए एलईडी के साथ अपेक्षाकृत बड़े वर्तमान की आवश्यकता होती है - 10-15 एमए।

3.0 वोल्ट के आउटपुट वोल्टेज के साथ एक CR2450 लिथियम बैटरी, लगभग 610 एमएएच की क्षमता रखती है, जो बड़े (30 एमए तक) धाराओं को वितरित करने में सक्षम है और 10 वर्षों तक संग्रहीत है, आदर्श रूप से अनुकूल है।

ऐसी बैटरी की लागत लगभग 100r है।







मैंने एक नीले एलईडी, क्रिस्टल का रंग चुना, जिसमें लेंस का आकार 5 मिमी था, लेकिन सब कुछ आपके हाथों में है, आप विभिन्न रंगों और रंगों के साथ प्रयोग कर सकते हैं। एलईडी के लिए मुख्य स्थिति - इसे खोलने के लिए बैटरी वोल्टेज पर्याप्त होना चाहिए।

मेरी नीली एलईडी पर वोल्टेज ड्रॉप लगभग 2.7 वोल्ट है, जिसका अर्थ है कि जब बैटरी केवल 0.3 वोल्ट से गिरती है, तो डायोड प्रकाश नहीं करेगा। एक और भी अधिक वोल्टेज ड्रॉप के साथ एल ई डी हैं, ऐसे चयनित लिथियम बैटरी के लिए अब उपयुक्त नहीं होगा।

हालांकि, एक चांदी का अस्तर है - मेरी एलईडी पर एक उच्च वोल्टेज ड्रॉप ने इसे अतिरिक्त अवरोधक के बिना कनेक्ट करना संभव बना दिया। नतीजतन, पूरा विद्युत सर्किट इस तरह दिखता है:







अत्यंत सरल - एक छोटे से 8-पिन ATTiny13 माइक्रोकंट्रोलर, एक मेगाोहेम रोकनेवाला, एक एलईडी और एक सेंसर के रूप में पन्नी की एक पट्टी, जिसे मैंने प्लास्टिक स्टैंड के बाहरी किनारे से चिपकाया और एक पतली तार के साथ सर्किट से जुड़ा। आरेख में नियंत्रक की शक्ति और पृथ्वी पिन नहीं दिखाए गए हैं।

हम लगभग वहां हैं, यह फर्मवेयर लिखने के लिए बना हुआ है, जो अगले चरण का विषय है (अगले लेख में)।



भाग 1

भाग ३