Barometer nálady hodín Nixie: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 12:00

Bezprecedentnou obeťou Progressu je domáci barometer s aneroidmi. V dnešnej dobe možno stále nájdete príklady v domácnostiach ľudí nad deväťdesiat rokov, ale ďalšie milióny sú na smetisku alebo na ebayi.

Po pravde povedané, barometer zo starej školy si nepomohol tým, že bol pri jednom zamestnaní takmer zbytočný. Aj za predpokladu, že je správne kalibrovaný a funguje správne, je použitie atmosférického tlaku na predpovedanie počasia alebo dokonca indikáciu aktuálneho počasia takmer nemožné.

Medzitým, aby sa doplnilo zavedenie nepretržitých správ o počasí v masmédiách, boli k dispozícii superpresné snímače tlaku, teploty a vlhkosti v pevnom stave. Vhoďte procesor a lacný LCD displej a máte „digitálnu domácu meteorologickú stanicu“. Dokonca aj hlupáci počasia alebo ľudia, ktorí si myslia, že počasie v televízii alebo na internete je vládna zápletka, už barometer nepotrebovali.

To všetko je škoda, pretože si na barometer, ktorý sme mali v mojom detskom dome, vrúcne spomínam. Môj otec by to každý deň starostlivo moduloval a nastavil ukazovateľ aktuálneho čítania na malý rituál, ktorý som túžil napodobniť, keď som bol starší, aj keď som prišiel na to, že ide len o blázna svetovej triedy.

Tu je postup, ako vytvoriť aktualizovaný barometer analógového displeja, ktorý nerieši žiadny z nedostatkov originálu, ale má niektoré ďalšie funkcie ešte viac zbytočné, než s akými začínal. Keď si pozriete video, pochopíte.

Vzhľadom na skromné ciele tohto projektu je pomerne zložité - alebo presnejšie povedané, replikovať projekt ako celok je na jedného Inštruovateľného príliš veľa. Z tohto dôvodu sa zameriam na časť barometra/barometra nálady a vo zvyšku vás len nasmerujem správnym smerom.

Krok 1: Prísady a nástroje

Na barometer/barometer nálady budete potrebovať:

• Aneroidový barometer. Nemusí pracovať. Niečo, čo apeluje na vaše estetické cítenie, je dôležitejšie. Prial by som si, aby som mal ten z môjho detského domova, ale myslím, že je na smetisku. Na ebay som dostal náhradu za 15 dolárov.
• Senzor tlaku.
• Modul ESP8266 - použil som NodeMCU.
• Vhodný krokový motor a doska vodiča - prepojenie je na päť zákaziek, ale za cenu sa dajú len ťažko poraziť. Tento motor má 4096 krokov v úplnom otočení, čo poskytuje dostatočné rozlíšenie na naše účely.
• Napájanie 5 V DC - najmenej 1 A - pre ESP8266 a motor. Použil som kombinovaný zdroj 12VDC a 5VDC, pretože som už jeden mal a potreboval som napájanie 12V pre hodiny Nixie (plus ďalšie 5V napájanie pre ostatné prvky projektu).
• Najmenej tri LED diódy (na indikáciu trendu tlaku).
• LDR/fotorezistor.
• Rôzny spotrebný materiál, ako napríklad prepojovací drôt, odpory, zmršťovacie bužírky atď.
• Vo väčšine prípadov môžete na uloženie elektroniky použiť pôvodný obal barometra, ktorý používate. Nejasne som pouzdro na hodiny v štýle Arts & Crafts upravil tak, aby obsahovalo hodiny aj barometer, takže puzdro barometra som nepotreboval.

Pri práci s nástrojmi budete potrebovať spájkovačku, teplovzdušnú pištoľ a malé ručné nástroje. Ak potrebujete na puzdre vykonať výrazné úpravy, príde vám vhod výber elektrického náradia.

Krok 2: Opatrne si pripravte prílohu

Čo tu musíte urobiť, do značnej miery závisí od krytu, ktorý používate. Ak používate vlastný prípad barometra, budete musieť zistiť, ako ho rozobrať a odstrániť mechanizmus aneroidov. Ukazovateľ je pravdepodobne priamo namontovaný na tomto mechanizme a je potrebné dbať na to, aby sa ukazovateľ odpojil bez poškodenia.

Mal som trochu viac práce, pretože v mojom kufríku s hodinami bol stále starý (nefungujúci) hodinový mechanizmus.

O mechanických hodinách neviem takmer nič, ale silné vinuté pružiny naznačovali, že mám postupovať opatrne. Napriek tomu, keď tá vec explodovala, nebol som pripravený. V jednej sekunde som odkrútil zdanlivo nepodstatnú skrutku, v ďalšej sa ozval hlasný tresk a vzduch sa naplnil prachom a odpadkami. Kúsky hodín boli po celom mieste a samotné puzdro bolo úplne rozbité. Podobne, ako si predstavujem, keď vybuchne skutočná bomba, chvíľu som nevedel prísť na to, čo sa stalo. V ohlušujúcom tichu, ktoré nasledovalo, som napoly očakával, že budem počuť vzdialené kvílenie sirén. Tiež ma poriadne bolela ruka.

Lekcia jedna: Aj skromne veľké hodinové mechanizmy môžu uložiť prekvapivo veľké množstvo energie.

Lekcia dva: Ak máte pochybnosti, noste ochranné okuliare! Mal som šťastie, nič mi nevletelo do očí, ale určite mohlo. Niekedy nestačí zapojiť iba staré bezpečnostné šilhanie (ani si nie som istý, či som to urobil). Moja ruka bola v poriadku, bola som ešte dieťa.

Po dlhom lepení a upínaní som dal puzdro opäť dohromady a bol som pripravený pristúpiť ku kroku 3.

Krok 3: Inštalácia komponentov - časť 1

Musíte nájsť spôsob, ako nainštalovať motor tak, aby hriadeľ vyčnieval cez číselník tak, aby sa po pripevnení ukazovateľa pohyboval po tvári bez rušenia. To môže byť trochu ťažšie, ako sa na prvý pohľad zdá, pretože väčšina barometrov bude mať na vnútornej strane skla ďalší ukazovateľ, ktorý sa v dávnych dobách používal na zaznamenávanie aktuálneho stavu. Ako je vysvetlené neskôr, tento ukazovateľ nebudeme potrebovať, ale jeho zachovanie pomôže zachovať pôvodný vzhľad a dojem zo zariadenia.

V každom prípade existencia ukazovateľa aktuálneho čítania znamená, že existuje limit na to, ako ďaleko sa „primárny“ukazovateľ môže usadiť mimo ciferníka.

V opačnom smere musí ukazovateľ dostatočne sedieť mimo číselníka, aby vyčistil podložku, ktorá zarámuje LDR nainštalovaný v číselníku (pozri ďalší krok).

Čo som urobil, bolo namontovať číselník a jeho rám na drevenú podložku a potom namontovať motor na podložku vhodnými rozperami. Prvý obrázok by to mohol pomôcť vysvetliť, ale môžete prísť s vlastným usporiadaním.

Jednou z výhod použitia puzdra na hodiny alebo niečoho podobného je, že je priestor na vnútornú inštaláciu napájania. Pre mňa to bolo dôležité, pretože hodiny budú sedieť na krbovej rímse zapojenej do zásuvky, ktorú som špeciálne nainštaloval. Skrytie evidentne anachronickej „nástennej bradavice“alebo tehly SPS na tomto mieste by bolo náročné - ale to pre vás nemusí byť problém.

Komponenty, ktoré nie sú označené na druhom obrázku, sa týkajú hodinovej a chimérnej časti projektu (tretí NodeMCU a súvisiace zapojenie je pod Nixie PCB).

Umiestnenie všetkého ostatného - predovšetkým senzora BMP180, dosky ovládača motora a NodeMCU - nie je kritické. To znamená, že kým som neodpojil prepojovací vodič z dosky vodiča, motor niekedy nefungoval správne. Nie ste si istí, čo sa tam deje, ale ak váš motor znie vtipne a/alebo sa nepohybuje hladko, môžete skúsiť premiestniť drôty.

Aby sa zabránilo potrebe ručne zaznamenávať trend tlaku (stúpajúci, klesajúci alebo stabilný), zaradil som pod číselník tri malé diódy LED. Keď svietia všetky tri, barometer je v náladovom režime. Na vyskúšanie a udržanie dobového pocitu som použil „teplé biele“LED diódy. Nemodulované boli príliš svetlé, keď sa na ne pozerali hlava-nehlava, ale s nejakým ťažkým PWM som dostal vzhľad, po ktorom som túžil. Súčasný ukazovateľ čítania je stále k dispozícii tradicionalistom.

Krok 4: Inštalácia komponentov - časť 2

Poďme sa zaoberať LDR v číselníku. Po prvé, prečo to sakra potrebujeme?

Toto je moje riešenie obmedzenia lacného krokového motora - aj keď sa môže pohybovať v presných krokoch, nemá vlastnú schopnosť vedieť, kde je, okrem odkazu na svoju počiatočnú polohu. Aj keď teoreticky predpokladám, že by ste to mohli jednoducho kódovať a sledovať všetky nasledujúce pohyby, hádal som (bez skutočného základu), že chyby sa rýchlo vkradnú, obzvlášť vzhľadom na rozsiahle pohyby požadované v „režime nálady“. Tiež by vás napchal výpadok prúdu (zápis každého pohybu do EEPROM nie je skutočne praktické).

Moja prvá myšlienka bola zavedenie kalibračného cyklu pri zapnutí a prepínaní medzi režimom nálady a barometra. Tento cyklus by vypol mikrospínač v známom mieste na číselníku. Mechanická implementácia myšlienky prepínača sa mi však zdala príliš náročná. Ukazovateľ samotný je príliš tenký na to, aby bol pohonom, takže by som na hriadeľ musel nainštalovať niečo iné. Potom tu bol problém zachovania 360 ° pohybu - jeden z dôvodov, prečo som radšej šiel s krokovým motorom než so štandardným servom. S trochou vynaliezavosti, ako som dokázal uniesť, som si istý, že by mohol fungovať mikrospínač-alebo možno existuje aj riešenie senzora polohy, ktoré je k dispozícii mimo predajne-, ale vybral som sa inou cestou.

Všimnite si, že na obrázku ciferníka je podložka namontovaná v polohe jednej hodiny. Táto podložka rámuje LDR pripojený k jedinému analógovému vstupu, ktorý je k dispozícii na NodeMCU. Keď je barometer zapnutý alebo prepne režimy, NodeMCU vstúpi do kalibračného cyklu a jednoducho hľadá náhlu zmenu hladiny svetla spôsobenú cestovaním zadnej časti ukazovateľa nad LDR. Akýkoľvek ďalší pohyb je indexovaný z tejto známej polohy. Musel som sa trochu pohrávať s prahovými hodnotami v kóde, aby to fungovalo spoľahlivo, ale akonáhle to bolo hotové, bol som príjemne prekvapený, ako to bolo presné - dôsledne sa vracať k nastaveniam barometra v rámci 1% alebo 2% očakávaných hodnôt.

Očividne to nefunguje v úplnej tme, ale vtedy by ste zvyčajne neprepínali režimy. Ak z nejakého dôvodu nie je možné kalibračný cyklus dokončiť v stanovenom čase, rezignuje a začne blikať LED diódy trendu.

Krása prístupu LDR je, že inštalácia je veľmi jednoduchá - vyvŕtajte do číselníka dostatočne veľkú dieru pre LDR v mieste, kde bude zakrytá zadným koncom ukazovateľa. Ak chcete získať pekné „tesnenie“medzi ukazovateľom a LDR, prilepte malú podložku okolo LDR a v prípade potreby upravte chvost ukazovateľa (použil som nejaký vhodne tvarovaný čierny papier).

Krok 5: Kód - základná funkčnosť

Ako zistili iní, nemohol som dostať do prevádzky štandardnú knižnicu krokových motorov Arduino, ktorá by pracovala s týmto motorom a ovládačom. Našťastie na to existuje dobrý návod s kódom, ktorý funguje. Kód som použil v pôvodnom príspevku na základné krokovanie, aj keď v komentároch je niekoľko návrhov na optimalizáciu. Tento kód nevyžaduje knižnicu.

Na spracovanie údajov o tlaku som použil príklad z knižnice Sparkfun BMP180. Jediné, čo som potom musel urobiť, bolo vydať to za ovládanie motora.

Krok 6: Kód - funkcie kalibrácie, ovládania, grafického používateľského rozhrania, asistenta Google a nástrojov

Primárna kalibrácia je pevne zakódovaná. Sekundárna kalibrácia a kontrola sú zaistené a zaistené prípadné premiestnenie barometra do inej nadmorskej výšky pomocou webového servera roztočeného komunikáciou NodeMCU a Websocket. Dobrý zdroj, ako sa o tom dozvedieť, je tu.

Ako však ukazuje video, skutočným „wow“faktorom tohto projektu, akým je, je ovládanie prostredníctvom Google Assistant/Google Home. Tu je návod na hriankovač GA (poháňaný Raspberry Pi3). Nebojte sa, ako prílohu nepotrebujete hriankovač za 400 dolárov.

Príkazy odovzdáva GA prostredníctvom IFTTT a Adafruit IO do NodeMCU. Dobrý zdroj o tom je tu. Existujú aj ďalšie, komplikovanejšie spôsoby interakcie s asistentom Google, ale pre tento projekt tento veľmi jednoduchý prístup funguje perfektne.

Nakoniec kód obsahuje niekoľko mimoriadne užitočných pomocných funkcií (bezdrôtová aktualizácia, Multicast DNS, Wifi Manager), ktoré som začal zahŕňať do všetkých svojich projektov založených na ESP8266.

Všetok kód tohto projektu (vrátane hodinového a chimérneho ovládača Nixie) je na Githube tu. Obrázky, ktoré som použil, som nechal v súboroch HTML/CSS, takže to funguje bez obalu (dúfajme) - budete musieť iba pridať podrobnosti o svojom vlastnom účte Adafruit IO.

Krok 7: Hodiny a Chimer Nixie

Hodiny Nixie sú ovládané samostatným NodeMCU a používajú tu dostupný modul Nixie a modul ovládača navrhnutý ako štít Arduino. Verzia v odkaze obsahuje modul GPS na získanie času. Môj štít (staršia verzia) nemá modul GPS, ale na získanie času z internetu používam Node MCU, čo je v niektorých ohľadoch lepšie.

Schéma ovládania a GUI pre hodiny má viac možností konfigurácie, ale inak je veľmi podobný barometru. Trochu sa tu prekrýva, že LED diódy Nixie reagujú na náladové vstupy barometra (prostredníctvom rovnakého kanála Adafruit IO).

Z trosiek pôvodného hodinového mechanizmu som zachránil dostatok bitov na vybudovanie chimérového mechanizmu poháňaného tretím NodeMCU (hej, každý stojí iba 6 dolárov) a ďalším krokovým motorom. Jediné, čo som pridal, bolo „rozhranie“medzi pôvodným mechanizmom a motorom. „Rozhranie“je v úvodzovkách, pretože pozostáva iba z konektora s guľkou, do ktorého sú v pravom uhle zatlčené dva klince a zasunuté na hriadeľ motora. Každá štvrtinová rotácia tohto zariadenia má za následok jeden úder chiméra. Schéma riadenia chiméra je opäť podobná barometru a všetky tri webové servery sú prepojené, aby celá šarža pôsobila plynulejšie, ako v skutočnosti je.

Hodinové a chimérne NodeMCU fungujú úplne nezávisle na sebe, ale kvôli zázrakom internetového časomiera sú vždy dokonale synchronizované.