Ρολόι νήματος LED "Charlotte's Web": 10 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Από τότε που είδα για πρώτη φορά τους λαμπτήρες νήματος LED, σκεφτόμουν ότι τα νήματα πρέπει να είναι καλά για κάτι, αλλά χρειάστηκε μέχρι το κλείσιμο της πώλησης ενός τοπικού καταστήματος ηλεκτρονικών ειδών για να αγοράσω μερικούς λαμπτήρες με σκοπό να σπάσω και να δουν τι θα μπορούσα να κάνω με τα νήματα.

Δεν άργησε να αποφασίσει ότι θα φτιάξουν ένα ενδιαφέρον ρολόι και ότι θα ήταν πολύ διασκεδαστικό να επιπλέουν τα τμήματα στον αέρα που αιωρούνται μόνο από τα καλώδια τροφοδοσίας τους.

Μέχρι την κατασκευή του συνειδητοποίησα ότι θυμίζει περίεργα τους ιστούς αράχνης με τη συγγραφή από το βιβλίο "Charlotte's Web"

Λάβετε υπόψη ότι αυτή η συσκευή έχει 80V στο γυμνό μεταλλικό πλαίσιο. Αλλά χρησιμοποιώντας έναν απομονωμένο μετατροπέα DC-σε-DC και τροφοδοτικό σημαίνει ότι είναι δυνατό να αγγίξετε το πλαίσιο και να μην πάθετε κραδασμούς. Or τουλάχιστον δεν έχω.

Βήμα 1: Απαιτούμενα μέρη

Τα πειράματά μου έδειξαν ότι τα LED χρειάζονται περίπου 55 βολτ για να ανάψουν και να λάμψουν με πλήρη ισχύ περίπου 100V. Κατά τη χρήση είναι διατεταγμένα σε σειρές-ζεύγη για αγορές 230V / 240V και καθαρά παράλληλα για αγορές 110V. Υπάρχει ένα είδος ελεγκτή στο καπάκι της λάμπας, αλλά αποφάσισα να μην προσπαθήσω να το ξαναχρησιμοποιήσω καθώς ήθελα τα νήματα να λάμπουν πολύ λιγότερο έντονα. Ένα πλήρως φωτεινό ρολόι LED θα ήταν επώδυνο για ανάγνωση. Ένα ρολόι οθόνης 7 τμημάτων χρειάζεται 27 γραμμές ελέγχου και αρχικά σκόπευα να χρησιμοποιήσω ένα Arduino Mega. Ωστόσο, όταν συζητούσα τον έλεγχο του ρεύματος 100V (περίπου) μέσω των LED με μικροελεγκτή σε άσχετο κανάλι IRC, μου είπαν για την ύπαρξη τσιπ οδηγού theDS8880 για οθόνες φθορισμού κενού. Αυτά είναι τέλεια για τη δουλειά που διαθέτετε καθώς λαμβάνουν 4 bit δεδομένων εισόδου BCD ανά ψηφίο και μετατρέπονται σε σήματα μονάδας δίσκου 7 τμημάτων με ενσωματωμένο και μεταβλητό έλεγχο ρεύματος έως 1,5mA. Οι δοκιμές έδειξαν ότι το 1.5mA ήταν ιδανικό για αυτήν την εφαρμογή. Η πτώση από 7 bits σε 4 bits ανά ψηφίο σήμαινε επίσης ότι θα μπορούσα να χρησιμοποιήσω Arduino Nano ή Uno για το χειριστήριο καθώς χρειάζονται μόνο 13 γραμμές ελέγχου. (2 x 4 bit 0-9 κανάλια, 1 x 3 bit 0-7 κανάλια και 1 x 2 bit 0-3 κανάλια)

Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω το ραδιοσήμα MSF 60kHz για να γνωρίσω το Arduino την ώρα της ημέρας. Το έχω χρησιμοποιήσει στο παρελθόν με κάποια επιτυχία χρησιμοποιώντας μονάδες δέκτη εκτός ράφι, μία από τις οποίες έπρεπε να πάρω στο χέρι. Ωστόσο, αυτά φαίνονται πιο δύσκολα προς το παρόν, οπότε μπορεί να είναι ευκολότερο να χρησιμοποιήσετε μια μονάδα WiFi εάν κάποιος θέλει να φτιάξει τη δική του έκδοση αυτού του ρολογιού.

Κατά τη διάρκεια των δοκιμών διαπίστωσα ότι το Arduino Nanos που είχα όλα φαινόταν να έχει κακή βάση ρολογιού, πέρασα ώρες περιμένοντας να συγχρονιστούν, έπειτα σε απόγνωση προσπάθησα να συνδέσω ένα παλιό Duemilanove, και αυτό συγχρονίστηκε στο πρώτο λεπτό και συνηθίστηκε.

Για τη δημιουργία των 80V που απαιτούνται για την οδήγηση των νημάτων, χρησιμοποίησα μετατροπέα DC σε DC. Υπάρχουν πολλά διαθέσιμα που λειτουργούν από 12V. Το Arduino μπορεί να τροφοδοτηθεί από 12V και δημιουργεί μια εύχρηστη παροχή 5V από τη λογική από αυτό. Αλλά ξέχασα αυτό το γεγονός και αγόρασα ένα ακριβό 5V εισόδου. Αυτό μπορεί να εξακολουθεί να είναι μια καλή επιλογή, σημαίνει ότι το ρολόι θα λειτουργεί επίσης από USB κατά τη διάρκεια του προγραμματισμού και ο ακριβός μετατροπέας εκτάκτων 5kV θα έχει απομονωθεί. (πράγμα που σημαίνει ότι το πλαίσιο 80V επιπλέει, μειώνοντας πολύ τον κίνδυνο σοκ)

Οι λυχνίες LED είναι διαθέσιμες στο eBay, δεν είναι απαραίτητο να σπάσετε τους λαμπτήρες για τη συγκομιδή τους.

Λίστα με τα ψώνια:

Σύρμα χαλκού που αυτο-ρέει. 34 SWG (31 AWG / 0.22mm) λειτουργεί.

Arduino

4 x προγράμματα οδήγησης DS8880 VFD

Τουλάχιστον 28 νήματα LED (αλλά σπάνε εύκολα, οπότε πάρτε ανταλλακτικά 25% τουλάχιστον)

Μετατροπέας DC-σε-DC

Πυκνωτής 47μF 5V

Πυκνωτής 4,7nF 100V

Υλικό πλαισίου (χρησιμοποίησα ορείχαλκο 3mm x 3mm x 0.5 U)

Μια βάση κάποιου είδους

Κόλλα κυανοακρυλικού

Υποδοχή εισόδου DC (ή USB τοποθετημένη στον πίνακα)

60kHz (ή παρόμοια) μονάδα δέκτη και κεραία.

Ανδρικά περιβλήματα κεφαλίδας 7 ακίδων (και αντίστοιχα τερματικά πτύχωσης)

Βήμα 2: Τρυπήστε το υλικό πλαισίου

Το πλαίσιο είναι κατασκευασμένο από μήκους 1 μέτρου ορειχάλκινου τμήματος U 3 mm (πάχος τοιχώματος 0,5 mm) και δεν προτείνει κάτι ελαφρύτερο από αυτό.

Οι λυχνίες LED ελέγχονται από διακόπτες χαμηλής πλευράς. Αυτό σημαίνει ότι κάθε LED συνδέεται με ένα αγώγιμο πλαίσιο στα 80V στην Άνοδο και στη συνέχεια ένα μονωμένο καλώδιο οδηγεί μέσω του πλαισίου στα ICs ελέγχου.

Το πλαίσιο πρέπει να τρυπηθεί για τα καλώδια. Αποφάσισα να ανοίξω τρύπες σε κανονικό ύψος 10 χιλιοστών και έκανα ένα μικρό οδηγό για να ρυθμίσω την απόσταση. Μια αυλάκωση στο κάτω μέρος συγκρατεί το κανάλι πλαισίου και μια καρφίτσα (κλειδί allen στη φωτογραφία) ευρετηριάζει σε μια υπάρχουσα τρύπα και επιτρέπει τη διάτρηση δύο ακόμη στο επιλεγμένο διάστημα.

Η γεώτρηση γεώτρησης διπλασιάζεται επίσης ως κάμψη. Διαθέτει αυλάκωση που αποτρέπει την εξάπλωση του καναλιού U κατά την κάμψη.

Χρησιμοποίησα τρύπες 1mm, αλλά μικρότερες μάλλον θα ήταν καλύτερες, διευκολύνοντας την κόλληση.

Βήμα 3: Λυγίστε το πλαίσιο

Τύπωσα ένα πρότυπο για το εξωτερικό πλαίσιο και τη θέση LED. Αυτό ήταν κολλημένο στον πάγκο εργασίας και έπειτα έκαψα προσεκτικά το χάλκινο πλαίσιο για να ταιριάξει.

Οι στροφές με την ανοιχτή πλευρά του U προς τα έξω ήταν εύκολες, αλλά ήταν αδύνατο να γίνουν οι εσωτερικές στροφές χωρίς να σπάσει το κανάλι μέχρι να ανόπτηση του υλικού με φυσητήρα. Χρειάστηκε λίγο ίσιωμα μετά την ανόπτηση, οπότε είναι καλύτερο να ανόπτηση μόνο τα κομμάτια που πραγματικά το χρειάζονται. Απλά ζεσταθείτε με τον πυροσβεστήρα μέχρι να λάμψει θαμπό και όχι πιο ζεστό. Το να πάει πολύ μακριά και να λιώσει θα ήταν άχρηστο.

Μόλις σχηματίσει το πλαίσιο, κολλήθηκε στο πρότυπο.

Το πρότυπο μπορεί να βρεθεί ως PDF εδώ. Αν τυπωθεί σε κλίμακα 1: 1 (ταιριάζει σε χαρτί Α3) τότε το περιμετρικό είναι ακριβώς 1m για να ταιριάζει στο μήκος του υλικού.

Βήμα 4: Καλώδιο στις λυχνίες LED

Αρχικά υπολογίστε ποιο άκρο της λυχνίας LED είναι η άνοδος (συνδέεται με θετική τάση). Στα LED μου αυτό σημειώθηκε από μια μικρή τρύπα ακριβώς κοντά στο τέλος της πλαστικής επίστρωσης.

Όλα αυτά τα άκρα χρειάζονται συγκόλληση σε σύρματα που είναι συγκολλημένα στο πλαίσιο. Δεν είμαι απόλυτα ευχαριστημένος με το μοτίβο καλωδίωσής μου, οπότε θα αποφύγω να κάνω οποιεσδήποτε προτάσεις. Περάστε τα καλώδια μέσα από την τρύπα που έχετε επιλέξει, τραβήξτε κάπως σφιχτά και κολλήστε στη θέση του. Στη συνέχεια κόψτε την περίσσεια. Χρησιμοποίησα το Veropen μου ως διανομέα και συγκράτηση για το σύρμα, εν μέρει επειδή ήταν το σωστό είδος μόνωσης (ο τύπος που μπορεί να συγκολληθεί χωρίς απογύμνωση, γνωστός ως "self-fluxing")

Στη συνέχεια, μπορείτε να αρχίσετε να αυξάνετε τα ψηφία, ασφαλίζοντας τα καλώδια του διακόπτη (Cathode) με κυανοακρυλική κόλλα στο σημείο που περνούν μέσα από τις οπές στο πλαίσιο. Βεβαιωθείτε ότι αφήνετε αρκετό μήκος, για να κάνετε βρόχο μέχρι το πλαίσιο και στη βάση / πλαίσιο ελέγχου.

Μπορείτε να στηρίξετε τα καλώδια το ένα από το άλλο για να έχετε στρογγυλές γωνίες και να αποφύγετε τα καλώδια να περνούν μπροστά από τα ψηφία. Κολλήστε τα αν είναι καλώδια τροφοδοσίας, κολλήστε τα αν αλλάξετε καλώδια. Οι γωνίες των ψηφίων μοιάζουν ότι τα καλώδια πρέπει να αγγίζουν, αλλά όταν είναι απαραίτητο είναι εύκολο να τα κρατήσουμε απομονωμένα το ένα από το άλλο.

Βήμα 5: Φτιάξτε τη βάση και το πλαίσιο-πόδια

Έφτιαξα μια βάση από βελανιδιά και επεξεργασμένα πόδια από ορείχαλκο για το πλαίσιο στον τόρνο μου CNC. Αλλά κάθε είδους κουτί θα έκανε, και τα πόδια με τρισδιάστατη εκτύπωση για το πλαίσιο θα λειτουργούσαν καλά, είμαι σίγουρος.

Τα πόδια συγκρατούνται με βίδες Μ5 σε τρύπες που έχουν αποκοπεί από την κεντρική οπή πλαισίου. Οι βίδες ταιριάζουν σε σχισμές που έχουν υποστεί επεξεργασία στη βάση. Τα καλώδια περνούν από τις ίδιες υποδοχές. Οι σχισμές επιτρέπουν τη ρύθμιση της απόστασης των ποδιών ώστε να ρυθμίζεται η τάση στα καλώδια (σε κάποιο βαθμό).

Μία από τις βίδες έχει επιπλέον ένα βύσμα και σύρμα για την παροχή ισχύος +80V στο πλαίσιο από ορείχαλκο.

Τα αρχεία STL για το βραχίονα κεραίας και τη βάση PCB βρίσκονται στο Github μου.

Βήμα 6: Δημιουργήστε και δοκιμάστε το PCB ελέγχου

Τα μέσα για την κατασκευή του PCB ελέγχου καλύπτονται από προηγούμενες οδηγίες.

Δεν δούλεψα από ένα σχηματικό, το έφτιαξα καθώς προχωρούσα. Ωστόσο, έχω κάνει ένα σχηματικό μετά το γεγονός.

Μορφή PDF ή KiCAD

Αυτό το σχηματικό σχέδιο μπορεί να στερείται ορισμένων σφαλμάτων που έχει κωδικοποιήσει το σκίτσο του Arduino και μπορεί να έχει επιπλέον λάθη που του λείπουν από το πραγματικό ρολόι.

Τα σημαντικά σημεία που πρέπει να έχετε κατά νου είναι ότι ο μετατροπέας DC-DC θα πρέπει να είναι συνδεδεμένος με τον ακροδέκτη V-in του Arduino και ο λογικός δέκτης ισχύος και ραδιοφώνου θα πρέπει να συνδέονται με το ρυθμιζόμενο 5V. Αυτό σημαίνει ότι το Arduino και ο μετατροπέας μπορούν να τρέξουν από οποιοδήποτε τροφοδοτικό έως 12V και η λογική εξακολουθεί να βλέπει ρυθμιζόμενα 5V.

Βήμα 7: Τοποθετήστε τα ψηφία στη βάση και ταξινομήστε όλα τα καλώδια

Με τα καλώδια που συγκρατούνται προσωρινά στο κανάλι με μικρά κομμάτια ταινίας, τα πολλά σκέλη μπορούν να περάσουν στη βάση. Χρησιμοποίησα έναν ρυθμιζόμενο μετατροπέα επιτάχυνσης για να καταλάβω ποιο σύρμα ήταν ποιο. Το έθεσα αρχικά σε μια τάση που θα ανάβει απλά ένα χαλαρό νήμα LED και έπειτα πέρασε τη θετική έξοδο μέσω μιας οπής πλαισίου. Στη συνέχεια αγγίζοντας το κομμένο άκρο του σμάλτου του άκρου του καλωδίου χαλκού στο αρνητικό καλώδιο τροφοδοσίας από τον μετατροπέα, μπορούσα να δω σε ποιο τμήμα αντιστοιχούσε το κάθε led. Έπειτα έσπρωξα το σύρμα σε μια καρφίτσα και έβαλα με τρυπήματα σε μια πρίζα.

Οι ακροδέκτες δεν αγωγώνονται μετά την πτύχωση, πρέπει επίσης να συγκολληθούν για να σπάσουν τη μόνωση του σμάλτου. Μετά τη συγκόλληση, οι καρφίτσες σπρώχθηκαν μέχρι το σπίτι.

Βήμα 8: Αναβοσβήστε το Arduino

Το σκίτσο Arduino μπορείτε να το βρείτε εδώ.

github.com/andypugh/LEDClock

Υπάρχουν δύο σκίτσα, ένα για τη λειτουργία του ρολογιού και ένα που απλώς περνάει από τους αριθμούς 0 έως 9 σε κάθε κανάλι.

Αυτό το δοκιμαστικό σκίτσο θα σας επιτρέψει να υπολογίσετε ποιες κεφαλίδες στις ακίδες εξόδου πρέπει να αλλάξουν και εάν πρέπει να αλλάξετε κάποια από τις γραμμές δεδομένων BCD. (Αν κοιτάξετε το σκίτσο, θα δείτε ότι χρειάστηκε να αλλάξω μερικά κανάλια λόγω χαζών καλωδίωσης, αυτά ήταν πιο εύκολο να διορθωθούν στο λογισμικό).

Βήμα 9: Περιμένετε απογοητευμένοι για το Radio Synch

Το ρολόι του ραδιοφώνου πρέπει να λάβει ένα πλήρες λεπτό δεδομένων. Το σκίτσο του Arduino αναβοσβήνει την κεντρική γραμμή του ψηφίου των δεκάδων ωρών για να αντηχήσει τα εισερχόμενα δεδομένα ραδιοφώνου και τα λεπτά δείχνουν πόσα bits δεδομένων προεπιλογής έχουν φτάσει. Αν φτάσει στο 60 τότε υπάρχουν καλά δεδομένα και εμφανίζεται η ώρα.

Με πνεύμα πλήρους αποκάλυψης, πρόκειται για προσομοίωση. Μου φάνηκε να το συγχρονίζω μόνο όταν τροφοδοτείται από το USB του Mac μου και όταν βρίσκεται κάπου χωρίς φωτογένεια. Στην περίπτωση πραγματικών δεδομένων, οι παλμοί ενός δευτερολέπτου έχουν διαφορετικά μήκη, για να κωδικοποιήσουν το δυαδικό.

Υπάρχει επίσης ένα τεμπέλης στοιχείο (λάμπει, αλλά πιο αμυδρό από τα άλλα) Το ίδιο το LED είναι καλό. Φοβάμαι ότι υπάρχει πρόβλημα με το τσιπ οδηγού, αλλά θα προσπαθήσω να ξανασυνδέσω πρώτα το σμάλτο χαλκού. (στην πραγματικότητα μάλλον θα τρέξω ένα επιπλέον καλώδιο)

Βήμα 10: Ολοκλήρωση

Τα σύρματα μπορούν να συγκρατηθούν στο κανάλι με ένα μήκος απογυμνωμένης μόνωσης από ένα σύρμα 1,5 mm2. Προσέξτε όμως να μην καταστρέψετε τα λεπτά σύρματα.

Αποποίηση ευθυνών: Δεν ισχυρίζομαι ότι ήμουν ο πρώτος που σκέφτηκε την ιδέα της χρήσης αυτών των νημάτων για ένα ρολόι, αλλά έκανα την ιδέα ανεξάρτητα. Κατά την έρευνα για κατάλληλους οδηγούς βρήκα αυτήν την ανάρτηση από το 2015 που δείχνει ένα ρολόι κατασκευασμένο από τα ίδια νήματα (αν και φαίνεται να είναι ευέλικτο, κάτι που θα ήταν πολύ πιο εύκολο).

Mayσως να είμαι ο πρώτος που τους κρέμασα στο διάστημα στα καλώδια τροφοδοσίας τους, αλλά δεν θα με ενδιέφερε να ποντάρω ούτε σε αυτό.