[El-Contest / juni] Blink-a-led met home made batterij

[Sphere-]

Mijn idee
Ik denk dat omslachtigheid in de volgende drie gebieden kan worden geimplementeerd: Voeding, Het genereren van de knipperfrequentie en het transporteren van de knipperfrequentie.

In het begin richte ik mij op het transporteren van de knipperfrequentie en wilde ik net als zovelen een boel protocollen en exotische hardware aan elkaar knopen. Alhoewel dit erg leuk is is het nogal tijdsintensief en heb ik geen zin in dagen solderen en programmeren.

Vervolgens kwam ik al snel op het idee om iets met scheikunde te gaan doen. Home made batteries hebben toch iets magisch, ook al zijn de processen verklaarbaar. Het idee was om citroenen te gebruiken als een batterij en een augurk om de knipperfrequentie te transporteren. Ik heb een klein testje
uitgevoerd door een LED tussen twee stukjes augurk te prikken en de stukjes augurk aan mijn labvoeding. De conclusie is dat een augurk een prima voorschakelweerstand is om ervoor te zorgen dat mijn LED niet doorbrand.
Ook van dit idee ben ik terug gekomen. Alhoewel citroenen prima werken als batterij moet ik ze kopen in de supermarkt. Om de gewenste spanning te creeren van meer dan 5V heb ik er toch een redelijk aantal nodig. Het is natuurlijk veel leuker om een batterij te maken van middelen die ik al thuis heb liggen.

Uiteindelijk heb ik besloten een water batterij te gaan maken.
Al dit soort bio-batterijen hebben een vloeistof nodig waar vrije ionen in zitten. Ze werken namelijk door middel van Redox reacties. Omdat kraanwater niet zuiver is moet het in principe mogelijk zijn om kraanwater als elektroliet te gebruiken. Een testje met alluminium en koper elektrodes levert een spanning op van 0.9V. Dat is absoluut niet slecht, echter zal het onder belasting een stuk sneller inzakken doordat de hoeveelheid ionen te klein is. De volgende middelen worden vaak gebruikt in water batterijen om voor meer ionen te zorgen: bleekwater, azijn of andere zuren en zout. Ik heb besloten om keukenzout te gebruiken,
hetgeen ik het gemakkelijkst aan kan komen en ook nog het veiligst is.
Het volgende probleem is welke elektroden je het beste kan gebruiken.
Koper in combinatie met zink wordt vaak gebruikt echter heb ik niet zoveel zink thuis liggen. Verzinkte spijkers worden wel eens gebruikt maar die hebben niet echt een groot contactoppervlak. Vervolgens heb ik rondgezocht of koper in combinatie met alluminium ook goed werkt, en dat werkt prima. Voor de alluminium elektrodes gebruik ik alluminium folie. Voor de koper elektrodes gebruik ik desoldeerlitze.

Expirimenteren
Alvorens een knipperende led te voeden met een zout water batterij wil
ik eerst weten of ik uberhaupt een LED brandend krijg. Ik zie mensen vaak een boel bekers gebruiken. Dit is mij wat te instabiel en ik zocht iets wat meer gestructureerd is en wat ik minder snel kan omstoten. Assortimentsdozen leken mij de perfecte oplossing. Dus heb ik een klein assortimentsdoosje gepakt, klein beetje zout in een stuk of 8 vakjes gedaan, de elektrodes van alluminium folie en desoldeerlitze erop gedaan en er water ingedaan. Na een paar minuten kwam ik er achter dat de assortimentsdoos niet waterdicht is . Om het expiriment voort te zetten heb ik vervolgens een ijsblokjes maker gebruikt. Deze heeft vakjes die ongeveer even groot zijn. Met een stuk of 10 cellen kon ik nog steeds geen LEDje laten branden. Ik vermoed dat er te weinig elektroliet in zit. Uiteindelijk heb ik een assortimentsdoos gepakt met grotere vakken. Met deze kreeg ik gelukkig wel een LED brandend.

Verder is er nog een aanstuur circuit nodig om het LEDje te laten knipperen. Hiervoor wilde ik een NE555 circuit voor gebruiken omdat dit erg simpel te implementeren is.

De uitvoering
Nu ik mijn NE555 circuit heb getest en ik een LED kan branden op mijn eigen gemaakte batterij is het tijd om de boel te combineren en een 18-cels batterij te maken. De cellen zijn serieel doorverbonden om een zo hoog mogelijke spanning te krijgen.

Allereerst moeten we 18 alluminium elektroden en 18 koper elektroden maken.



Vervolgens moeten de elektroden vastgezet worden in de assortimentsdoos. Hiervoor vouw ik de alluminium elektrode iets om de rand en aan de andere zijde stop ik de koperen elektrode eronder. Vervolgens een mini-wasknijpertje erop om de boel vast te zetten.


Vervolgens was het tijd om er zout water bij te doen en het circuit aan te sluiten. Het NE555 circuit is opgebouwd op een breadboard.


Een onbelaste spanningsmeting geeft een spanning van 9.31V weer.


Na het meten van de onbelaste spanning heb ik de NE555 aangesloten en ik was blij dat het werkte. Ik pakte mijn fototoestel om een filmpje te maken en helaas was de blijdschap toen over. De spanning is in een paar seconden zover gezakt dat de LED al niet meer knipperde. De NE555 blijkt toch niet zo'n goed aanstuur circuit te zijn omdat deze zelf al graag een paar mA stroom verbruikt (tot wel 9mA volgens de datasheet).

Toen heb ik maar een Atmel AVR (ATtiny2313) microcontroller gepakt. Ook al zijn deze veel ingewikkelder, ze zijn een stuk zuiniger dan een NE555 (0.3mA @ 1MHz) en kunnen op een lagere spanning werken. Om een LEDje te laten knipperen is niet zoveel CPU power nodig, dus draait de AVR op 128KHz (interne oscillator). Brown-out-detection heb ik uitgeschakeld. Klein programmatje geschreven dat de LED toggled op pin PD7:

C:

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void) {

    /* Set pin PB7 as output */
    DDRB = (1<<PB7);

    while (1) {
        
        /* toggle pin */
        PINB = (1<<PB7);

        _delay_ms(150);
       
    }
}

Het zout water van mijn vorige poging heb ik ververst en toen kon ik aan mijn tweede poging beginnen. Dit keer hield ik de camera in de aanslag alvorens het circuit aan te sluiten . Gelukkig werkt het met de AVR een stuk beter dan met de NE555.

Het systeem schematisch weergegeven:


Een filmpje van de knipperende LED mag natuurlijk niet ontbreken:

Spanning over de batterij met de AVR en LED aangesloten:


De batterij nog een keer:


De AVR op een breadboard:

[StefSybo]

Leuk project en een creatieve invulling van de opdracht.

Maar volgens mij klopt de code die je gepost hebt niet, die zet alleen maar de led aan, maar niet meer uit.
Volgens mij moet je dan zoiets doen:

C:

/* toggle pin */
PINB = (PINB & (1<<PB7)) ? 0 : (1<<PB7);

Hoe lang houdt je batterij het nu trouwens ongeveer vol?

[Verwijderd]

C:

#include <avr/io.h>
#include <util/delay.h>

int main(void) {

    /* Set pin PB7 as output */
    DDRB = (1<<PB7);

    while (1) {
        
        /* toggle pin */
        PINB ^= (1<<PB7);

        _delay_ms(150);
       
    }
}

[Sphere-]

StefSybo schreef op zaterdag 20 juni 2009 @ 11:28:
Leuk project en een creatieve invulling van de opdracht.

Maar volgens mij klopt de code die je gepost hebt niet, die zet alleen maar de led aan, maar niet meer uit.
Volgens mij moet je dan zoiets doen:

C:

/* toggle pin */
PINB = (PINB & (1<<PB7)) ? 0 : (1<<PB7);

Hoe lang houdt je batterij het nu trouwens ongeveer vol?

Mijn code klopt hoor

quote: attiny2313 datasheet

Toggling the Pin
Writing a logic one to PINxn toggles the value of PORTxn, independent on the value of
DDRxn. Note that the SBI instruction can be used to toggle one single bit in a port.

Overigens heeft niet elke AVR deze feature.

Mijn batterij hield het zo ongeveer een uur uit totdat de LED helemaal niks meer deed.
Eigenlijk is mijn batterij verre van efficient want sommigen krijgen zoiets wel een week werkend.
Een van de problemen is denk ik dat solder wick het water opzuigt en de verbinding tussen twee elektroden niet helemaal droog is.

[frankK800i]

Waarom maak je geen eigen zuil van Volta?