LED žiarovkové hodiny v štýle „Charlotte's Web“: 10 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Odkedy som prvýkrát uvidel žiarovky s LED diódami, myslel som si, že vlákna musia byť na niečo dobré, ale trvalo mi, kým som zavrel miestny obchod s elektronickými časťami a kúpil som žiarovky s úmyslom rozbiť. Pozrite sa, čo by som mohol urobiť s vláknami.

Netrvalo dlho a rozhodli sme sa, že vyrobia zaujímavé hodiny a že bude veľmi zábavné vznášať sa segmenty vo vzduchu zavesené iba za ich napájacie vodiče.

Pri čiastočnom budovaní som si uvedomil, že to zvláštne pripomína pavučiny zapísané v knihe „Charlotte's Web“

Majte na pamäti, že toto zariadenie má na holom kovovom ráme 80V. Ale použitie izolovaného meniča DC-DC na napájanie znamená, že sa môžete dotknúť rámu a nedostanete šok. Alebo aspoň nemám.

Krok 1: Potrebné diely

Moje experimenty ukázali, že LED diódy potrebujú na rozsvietenie asi 55 voltov a žiaria na plný výkon okolo 100 V. Pri použití sú usporiadané v pároch sérií pre trhy 230 V / 240 V a čisto paralelné pre trhy 110 V. V žiarovke je nejaký druh ovládača, ale rozhodol som sa to neskúsiť znova použiť, pretože som chcel, aby vlákna žiarili oveľa menej jasne. Plne jasné LED hodiny by bolo bolestivé čítať. Hodiny so 7 segmentovým displejom potrebujú 27 riadkov a pôvodne som chcel použiť Arduino Mega. Pri diskusii o riadení prúdu 100 V (alebo tak) cez LED diódy pomocou mikrokontroléra na nesúvisiacom kanáli IRC mi však bolo povedané, že existujú čipy ovládača DS8880 pre vákuové fluorescenčné displeje. Tieto sú perfektné pre každú prácu, pretože berú 4 bity vstupných údajov BCD na jednu číslicu a prevádzajú ich na 7 segmentové signály pohonu so vstavaným a variabilným ovládaním prúdu až do 1,5 mA. Testovanie ukázalo, že 1,5 mA bolo pre túto aplikáciu ideálne. Pokles zo 7 bitov na 4 bity na číslicu tiež znamenal, že na ovládanie môžem použiť Arduino Nano alebo Uno, pretože je potrebných iba 13 riadiacich riadkov. (2 x 4 bitové 0-9 kanálov, 1 x 3-bitové 0-7 kanály a 1 x 2-bitové 0-3 kanály)

Rozhodol som sa použiť rádiový signál MSF 60 kHz, aby som Arduino poznal dennú dobu. Použil som to predtým s určitým úspechom pomocou bežných modulov prijímača, z ktorých jeden som mal poruke. V súčasnosti sa však zdá ťažšie ich nájsť, takže použitie modulu WiFi môže byť jednoduchšie, ak má niekto chuť vytvoriť si vlastnú verziu týchto hodín.

Počas testovania som zistil, že všetky Arduino Nanos, ktoré som mal, majú zlú hodinovú základňu, strávil som hodiny čakaním na ich synchronizáciu, potom som sa v zúfalstve pokúsil zapojiť starý Duemilanove a ten sa v prvej minúte synchronizoval a zvykol si.

Na vytvorenie 80 V potrebného na pohon vlákien som použil menič DC na DC. Existuje mnoho dostupných zariadení, ktoré fungujú od 12V. Arduino môže byť napájané 12 V a z tejto logiky vytvára praktické napájanie 5 V. Na tento fakt som ale zabudol a kúpil som si drahý vstupný 5V. Stále to môže byť dobrá voľba, znamená to, že hodiny budú počas programovania bežať aj z USB a drahý prevodník má izolované výstupy 5 kV. (čo znamená, že 80V rám pláva, čo výrazne znižuje riziko šoku)

LED diódy sú k dispozícii na eBay, na ich zber nie je potrebné rozbíjať žiarovky.

Nákupný zoznam:

Samonavíjací medený drôt. 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm) funguje.

Arduino

4 x ovládače DS8880 VFD

Najmenej 28 LED vlákien (ale ľahko sa lámu, takže získajte najmenej 25% náhradných dielov)

Prevodník DC-DC

47 µF 5V kondenzátor

4.7nF 100V kondenzátor

Materiál rámu (Použil som mosadz s prierezom 3 mm x 3 mm x 0,5 U)

Nejaký základ

Kyanoakrylátové lepidlo

Vstupná zásuvka DC (alebo USB namontované na paneli)

60kHz (alebo podobný) prijímací modul a anténa.

7-kolíkové kryty konektorov (a zodpovedajúce krimpovacie svorky)

Krok 2: Vŕtajte materiál rámu

Rám je vyrobený z 1 m dlhej 3 mm mosadznej časti U (hrúbka steny 0,5 mm) a nenaznačuje nič ľahšie.

LED diódy sú ovládané spínačmi umiestnenými na spodnej strane. To znamená, že každá LED dióda je pripojená k vodivému rámu pri 80 V na anóde a potom izolovaný vodič vedie cez rám k riadiacim integrovaným obvodom.

Na drôty je potrebné vyvŕtať rám. Rozhodol som sa vyvŕtať otvory s pravidelným rozstupom 10 mm a vyrobil som malý vodiaci prípravok na nastavenie rozstupov. Drážka v spodnej časti drží kanál rámu a čap (imbusový kľúč na fotografii) sa indexuje na existujúcom otvore a umožňuje vyvŕtať ďalšie dva vo zvolenom rozstupe.

Vŕtací prípravok slúži aj ako ohýbací prípravok. Má drážku, ktorá zabraňuje šíreniu U-kanála počas ohýbania.

Použil som otvory 1 mm, ale menšie by pravdepodobne boli lepšie, čo by uľahčilo lepenie.

Krok 3: Ohnite rám

Vytlačil som šablónu pre vonkajší rám a polohovanie LED. Toto bolo prilepené k pracovnému stolu a potom som opatrne ručne ohnul mosadzný rám, aby zodpovedal.

Ohyby s otvorenou stranou U smerom von boli jednoduché, ale nebolo možné urobiť vnútorné ohyby bez prerušenia kanála, kým som materiál nevyžíhal dúchadlom. Po žíhaní to chcelo trochu narovnať, takže je najlepšie žíhať iba kúsky, ktoré to skutočne potrebujú. Jednoducho zahrievajte fúkačkou, až kým nebude matne žiariť a nebude sa viac zahrievať. Ísť príliš ďaleko a roztopiť to by bolo zbytočné.

Akonáhle bol rám tvarovaný, bol prilepený páskou k šablóne.

Šablónu nájdete vo formáte PDF tu. Ak je vytlačený v mierke 1: 1 (zmestí sa na papier formátu A3), perimiter je presne 1 m, aby zodpovedal dĺžke materiálu.

Krok 4: Zapojte diódy LED

Najprv zistite, ktorý koniec LED diódy je anóda (pripája sa na kladné napätie). Na mojich LED diódach to bolo označené malým otvorom tesne pri konci plastového povlaku.

Všetky tieto konce vyžadujú spájkovanie na drôty, ktoré sú spájkované s rámom. Nie som úplne spokojný so svojim vzorom zapojenia, takže sa zdržím akýchkoľvek návrhov. Prevlečte vodiče zvoleným otvorom, trochu ich zatiahnite a spájkujte. Potom prebytočné množstvo odstrihnite. Použil som svoj Veropen ako dávkovač a držiak na drôt, čiastočne preto, že to bol správny druh izolácie (typ, ktorý je možné spájkovať bez odizolovania, známy ako „samonavíjací“)

Potom môžete začať vytvárať číslice a zaistiť vodiče spínača (katódy) kyanoakrylátovým lepidlom v mieste, kde prechádzajú otvormi v ráme. Dbajte na to, aby ste ponechali dostatok dĺžky na to, aby ste celú slučku obtočili okolo rámu a do základne / ovládacieho boxu.

Vodiče môžete navzájom podopierať, aby ste získali zaoblené rohy a vyhli sa prechodu drôtov pred číslicami. Ak sú to napájacie vodiče, spájkujte ich, ak ide o spínacie vodiče, lepte ich. Rohy číslic vyzerajú, že sa drôty musia dotýkať, ale v prípade potreby je ľahké ich navzájom izolovať.

Krok 5: Vytvorte základňové a rámové nohy

Na svojom CNC sústruhu som vyrobil dubový základ a opracoval mosadzné pätky pre rám. Som si však istý, že akýkoľvek box bude stačiť a 3D nožičky rámu budú fungovať dobre.

Nohy sú držané nadol pomocou skrutiek M5 v závitových otvoroch odsadených od otvoru stredného rámu. Skrutky zapadajú do drážok opracovaných v základni. Drôty prechádzajú rovnakými štrbinami. Štrbiny umožňujú nastaviť rozstup chodidiel tak, aby sa nastavilo napätie v drôtoch (do určitej miery).

Jedna zo skrutiek má navyše očko a drôt na napájanie +80 V mosadzného rámu.

Súbory STL pre držiak antény a držiak dosky plošných spojov sú na mojom Githube.

Krok 6: Vytvorte a vyskúšajte riadiacu dosku plošných spojov

Spôsoby výroby riadiacej dosky plošných spojov sú popísané v predchádzajúcom návode na obsluhu.

Nepracoval som podľa schémy, vymýšľal som to za pochodu. Potom som však urobil schému.

Formát PDF alebo KiCAD

V tejto schéme môžu chýbať niektoré chyby, ktoré skica Arduina zakódovala a môžu obsahovať ďalšie chyby, ktoré v skutočných hodinách chýbajú.

Dôležité body, ktoré je potrebné mať na pamäti, je, že prevodník DC-DC by mal byť pripojený k kolíku V-in Arduina a logický napájací a rádiový prijímač by mali byť pripojené k regulovaným 5V. To znamená, že Arduino a prevodník môžu bežať z akéhokoľvek zdroja do 12 V a logika stále vidí regulované iba 5 V.

Krok 7: Namontujte číslice k základni a roztriedte všetky drôty

S káblami dočasne držanými v kanáli pomocou malých kúskov pásky je možné previesť mnoho prameňov dovnútra. Použil som nastaviteľný zosilňovač, aby som zistil, ktorý drôt je ktorý. Najprv som ho nastavil na napätie, ktoré by len rozsvietilo uvoľnené vlákno LED, a potom prepichol kladný výstup otvorom v ráme. Potom, keď som sa dotkol odstrihnutého konca konca smaltovaného medeného drôtu so záporným napájacím vodičom z prevodníka, zistil som, ktorému segmentu zodpovedajú jednotlivé vodiče. Potom som drôt omotal do kolíka a zapojil som ho čiastočne do konektora.

Svorky nevedú po krimpovaní, musia byť tiež spájkované, aby prerazili emailovú izoláciu. Po spájkovaní boli kolíky zatlačené až domov.

Krok 8: Flash Arduino

Skicu Arduina nájdete tu.

github.com/andypugh/LEDClock

Existujú dva náčrty, jeden na spustenie hodín a druhý, ktorý jednoducho prechádza číslami 0 až 9 na každom kanáli.

Tento testovací náčrt vám umožní zistiť, ktoré záhlavia na výstupných kolíkoch je potrebné vymeniť a ak je potrebné vymeniť niektorý z dátových riadkov BCD. (Keď sa pozriete na náčrt, uvidíte, že som kvôli výmene káblov potreboval vymeniť niekoľko kanálov, tie bolo jednoduchšie softvérovo opraviť).

Krok 9: Počkajte vo frustrácii na synchronizáciu rádia

Rádiové hodiny potrebujú získať celú minútu údajov. Náčrt Arduino bliká stredovým pruhom desiatokhodinovej číslice, aby sa zopakovali prichádzajúce rádiové údaje, a minúty ukazujú, koľko neprijatých dátových bitov prišlo. Ak sa dostane na 60, potom sú dobré údaje a zobrazí sa čas.

V duchu úplného odhalenia ide o simuláciu. Zdá sa, že sa mi to synchronizuje iba vtedy, keď je napájaný z USB môjho počítača Mac a keď som sa nachádzal niekde nefotogenickom. V prípade skutočných údajov majú jednosekundové impulzy rôznu dĺžku na kódovanie binárnych súborov.

Existuje aj lenivý prvok (svieti, ale je slabší ako ostatné) Samotná LED dióda je dobrá. Obávam sa, že bude problém s čipom vodiča, ale najskôr sa pokúsim znova zapojiť smaltovanú meď. (v skutočnosti pravdepodobne spustím ďalší drôt)

Krok 10: Dokončenie

Drôty je možné držať v kanáli s dĺžkou odizolovanej izolácie z drôtu 1,5 mm2. Dávajte však pozor, aby ste nepoškodili tenké drôty.

Disclaimer: Netvrdím, že som prvý, kto prišiel s myšlienkou použiť tieto vlákna na hodiny, ale prišiel som na to nezávisle. Pri skúmaní vhodných vodičov som našiel tento príspevok z roku 2015, ktorý ukazuje hodiny vyrobené z rovnakých vlákien (aj keď sa zdá, že sú flexibilné, čo by bolo oveľa jednoduchšie).

Možno som prvý, kto ich zavesil do vesmíru na ich napájacích kábloch, ale ani na to by som si nedal staviť.