Βαρόμετρο διάθεσης ρολογιού Nixie: 7 βήματα (με εικόνες)

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

Ένα απροσδιόριστο θύμα της Progress είναι το βαρόμετρο αναιροειδούς σπιτιού. Αυτές τις μέρες, μπορεί να είστε ακόμα σε θέση να βρείτε παραδείγματα στα σπίτια ανθρώπων άνω των ενενήντα, αλλά εκατομμύρια ακόμη βρίσκονται στο χωματερή ή στο ebay.

Στην πραγματικότητα, το βαρόμετρο του παλιού σχολείου δεν βοηθούσε τον εαυτό του επειδή ήταν σχεδόν άχρηστο στη μία του δουλειά. Ακόμη και αν υποτεθεί ότι έχει βαθμονομηθεί σωστά και λειτουργεί σωστά, η χρήση ατμοσφαιρικής πίεσης για την πρόβλεψη του καιρού ή ακόμη και την ένδειξη του τρέχοντος καιρού, είναι σχεδόν αδύνατη.

Εν τω μεταξύ, για να συμπληρωθεί η εισαγωγή 24ωρου ρεπορτάζ μετεωρολογικών εκθέσεων, έγιναν διαθέσιμοι αισθητήρες υπερ-ακριβούς στερεάς κατάστασης, θερμοκρασίας και υγρασίας. Ρίξτε έναν επεξεργαστή και μια φτηνή οθόνη LCD και έχετε τον εαυτό σας έναν «ψηφιακό μετεωρολογικό σταθμό στο σπίτι». Ακόμα και οι σπασίκλες του καιρού, ή οι άνθρωποι που πιστεύουν ότι ο καιρός στην τηλεόραση ή στο διαδίκτυο είναι κυβερνητικό σχέδιο, δεν χρειάζονταν άλλο βαρόμετρο.

Όλα αυτά είναι κρίμα, γιατί έχω ζεστές αναμνήσεις από το βαρόμετρο που είχαμε στο παιδικό μου σπίτι. Ο μπαμπάς μου έδινε μια προσεκτικά διαμορφωμένη βρύση κάθε μέρα και έβαζε την τρέχουσα ένδειξη ανάγνωσης σε ένα μίνι τελετουργικό που ήθελα να μιμηθώ όταν ήμουν μεγαλύτερος, ακόμη και αφού είχα καταλάβει ότι το πράγμα ήταν απλώς ένα παγκοσμίου φήμης blager.

Δείτε πώς μπορείτε να φτιάξετε ένα ενημερωμένο βαρόμετρο αναλογικής οθόνης που δεν καλύπτει καμία από τις ελλείψεις του πρωτότυπου, αλλά έχει κάποια πρόσθετη λειτουργικότητα ακόμη πιο άχρηστη από αυτήν με την οποία ξεκίνησε. Αν δείτε το βίντεο, θα πάρετε την ιδέα.

Δεδομένων των μετριοπαθών στόχων αυτού του έργου, είναι αρκετά πολύπλοκο - ή ακριβέστερα, η αναπαραγωγή του έργου στο σύνολό του είναι πάρα πολύ για ένα Instructable. Για το λόγο αυτό, θα επικεντρωθώ στο τμήμα βαρόμετρο/βαρόμετρο διάθεσης και για τα υπόλοιπα θα σας δείξω στη σωστή κατεύθυνση.

Βήμα 1: Συστατικά & Εργαλεία

Για το βαρόμετρο/βαρόμετρο διάθεσης, θα χρειαστείτε:

• Αεροειδές βαρόμετρο. Δεν χρειάζεται να δουλέψει. Κάτι που προσελκύει τις αισθητικές σας ευαισθησίες είναι πιο σημαντικό. Μακάρι να είχα ένα από το σπίτι της παιδικής μου ηλικίας, αλλά νομίζω ότι είναι σε χωματερή. Πήρα αντικατάσταση στο ebay για $ 15.
• Ένας αισθητήρας πίεσης.
• Μια μονάδα ESP8266 - χρησιμοποίησα ένα NodeMCU.
• Ένα κατάλληλο βηματικό μοτέρ και σανίδα οδηγού - ο σύνδεσμος είναι για μια θέση εργασίας πέντε, αλλά για την τιμή τους είναι δύσκολο να νικήσει. Αυτός ο κινητήρας έχει 4096 βήματα σε πλήρη περιστροφή, δίνοντας άφθονη ανάλυση για τους σκοπούς μας.
• Τροφοδοτικό 5VDC - τουλάχιστον 1Α - για το ESP8266 και τον κινητήρα. Χρησιμοποίησα μια συνδυασμένη παροχή 12VDC και 5VDC επειδή είχα ήδη μία και χρειαζόμουν μια παροχή 12V για το ρολόι Nixie (συν περισσότερη ισχύ 5V για τα άλλα στοιχεία του έργου).
• Τουλάχιστον τρία LED (για να υποδείξετε την τάση πίεσης).
• Ένα LDR/φωτοαντίσταση.
• Διάφορα αναλώσιμα όπως καλώδιο βραχυκυκλωτήρα, αντιστάσεις, σωλήνες θερμοσυρρίκνωσης κ.λπ.
• Στις περισσότερες περιπτώσεις, θα μπορούσατε να χρησιμοποιήσετε την αρχική θήκη του βαρομέτρου που χρησιμοποιείτε για να στεγάσετε τα ηλεκτρονικά. Επανατοποθέτησα μια αόριστη θήκη ρολογιού τύπου Arts & Crafts για να στεγάσει τόσο το ρολόι όσο και το βαρόμετρο, οπότε δεν χρειάστηκα τη θήκη του βαρομέτρου.

Εργαλειακά, θα χρειαστείτε ένα συγκολλητικό σίδερο, ένα πιστόλι θερμότητας και μερικά μικρά εργαλεία χειρός. Εάν πρέπει να κάνετε σημαντικές τροποποιήσεις στη θήκη, μια επιλογή ηλεκτρικών εργαλείων θα είναι χρήσιμη.

Βήμα 2: Προετοιμάστε το περίβλημα σας, προσεκτικά

Αυτό που πρέπει να κάνετε εδώ εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το περίβλημα που χρησιμοποιείτε. Εάν χρησιμοποιείτε τη δική του θήκη του βαρομέτρου, θα πρέπει απλώς να καταλάβετε πώς να το διαχωρίσετε και να αφαιρέσετε τον ανεροειδή μηχανισμό. Ο δείκτης είναι πιθανότατα τοποθετημένος απευθείας σε αυτόν τον μηχανισμό και πρέπει να ληφθεί μέριμνα για να αποσυνδεθεί ο δείκτης χωρίς να καταστραφεί.

Είχα λίγη δουλειά ακόμα, γιατί η θήκη του ρολογιού μου είχε ακόμα τον παλιό (μη λειτουργικό) μηχανισμό ρολογιού μέσα.

Δεν ξέρω σχεδόν τίποτα για τα μηχανικά ρολόγια, αλλά τα σφιχτά ελαστικά ελατήρια πρότειναν να προχωρήσω με προσοχή. Παρ 'όλα αυτά, όταν έσκασε το πράγμα, ήμουν, απροετοίμαστη. Το ένα δευτερόλεπτο έβγαζα μια φαινομενικά ασήμαντη βίδα, το επόμενο ακούστηκε ένα δυνατό χτύπημα και ο αέρας γέμισε σκόνη και συντρίμμια. Τα κομμάτια του ρολογιού ήταν παντού και η ίδια η θήκη διαλύθηκε εντελώς. Όπως φαντάζομαι όταν σκάει μια πραγματική βόμβα, για μια στιγμή δεν μπορούσα να καταλάβω τι είχε συμβεί. Στη εκκωφαντική σιωπή που ακολούθησε, κατά το ήμισυ περίμενα να ακούσω το μακρινό κλάμα των σειρήνων. Επίσης, το χέρι μου πονούσε πολύ.

Μάθημα Πρώτο: Ακόμη και μετριοπαθείς μηχανισμοί ρολογιού μπορούν να αποθηκεύσουν μια εκπληκτικά μεγάλη ποσότητα ενέργειας.

Μάθημα Δεύτερο: Σε περίπτωση αμφιβολίας, φορέστε γυαλιά ασφαλείας! Wasμουν τυχερός, τίποτα δεν πέταξε στα μάτια μου, αλλά σίγουρα θα μπορούσε να έχει. Μερικές φορές δεν αρκεί η απλή συμμετοχή των παλιών προσφυγών ασφαλείας (ούτε καν σίγουρος ότι το έκανα αυτό). Το χέρι μου ήταν καλά, ήμουν μόλις μωρό.

Μετά από πολύ κόλλημα και σύσφιξη, πήρα ξανά τη θήκη και ήμουν έτοιμος να προχωρήσω στο Βήμα 3.

Βήμα 3: Εγκατάσταση εξαρτημάτων - Μέρος 1

Πρέπει να βρείτε κάποιο τρόπο για να εγκαταστήσετε τον κινητήρα, έτσι ώστε ο άξονας να προεξέχει μέσα από το καντράν, έτσι ώστε όταν είναι τοποθετημένος ο δείκτης να σαρώνει στο πρόσωπο χωρίς παρεμβολές. Αυτό μπορεί να είναι λίγο πιο δύσκολο από ό, τι φαίνεται αρχικά, επειδή τα περισσότερα βαρόμετρα θα έχουν έναν άλλο δείκτη στο εσωτερικό του γυαλιού, ο οποίος παλαιότερα χρησιμοποιούνταν για την καταγραφή της τρέχουσας ένδειξης. Όπως εξηγήθηκε αργότερα, δεν θα χρειαστούμε αυτόν τον δείκτη, αλλά η διατήρησή του βοηθά στη διατήρηση της αρχικής εμφάνισης και αίσθησης της συσκευής.

Εν πάση περιπτώσει, η ύπαρξη του τρέχοντος δείκτη ανάγνωσης σημαίνει ότι υπάρχει ένα όριο στο πόσο μακριά ο "κύριος" δείκτης μπορεί να καθίσει έξω από το πρόσωπο του επιλογέα.

Στην άλλη κατεύθυνση, ο δείκτης πρέπει να καθίσει αρκετά μακριά από τον επιλογέα για να καθαρίσει απλώς μια ροδέλα που θα πλαισιώσει ένα LDR εγκατεστημένο στον επιλογέα (δείτε το επόμενο βήμα).

Αυτό που έκανα ήταν να τοποθετήσω το καντράν και το πλαίσιο του σε μια ξύλινη βάση, και στη συνέχεια να τοποθετήσω το μοτέρ στο πίσω μέρος με κατάλληλα διαχωριστικά. Η πρώτη εικόνα μπορεί να σας βοηθήσει να το εξηγήσετε, αλλά μπορείτε να βρείτε τη δική σας ρύθμιση.

Ένα πλεονέκτημα της χρήσης μιας θήκης ρολογιού ή κάτι παρόμοιου μεγέθους είναι ότι υπάρχει χώρος για εσωτερική εγκατάσταση της τροφοδοσίας. Για μένα, αυτό ήταν σημαντικό επειδή το ρολόι επρόκειτο να καθίσει σε ένα τζάκι, συνδεδεμένο σε μια πρίζα που είχα εγκαταστήσει ειδικά. Η απόκρυψη ενός προφανώς αναχρονιστικού "κονδυλώματος τοίχου" ή τούβλου SPS σε αυτή τη θέση θα ήταν δύσκολο - αλλά αυτό μπορεί να μην αποτελεί πρόβλημα για εσάς.

Τα εξαρτήματα που δεν επισημαίνονται στη δεύτερη εικόνα σχετίζονται με τα τμήματα ρολογιού και χιμέρ του έργου (το τρίτο NodeMCU και η σχετική καλωδίωση βρίσκονται κάτω από το PCB Nixie).

Η τοποθέτηση όλων των άλλων - κυρίως του αισθητήρα BMP180, της πλακέτας οδηγού κινητήρα και του NodeMCU - δεν είναι κρίσιμη. Τούτου λεχθέντος, μέχρι που έβγαλα το καλώδιο διασύνδεσης μακριά από την πλακέτα οδηγού, ο κινητήρας μερικές φορές δεν λειτουργούσε σωστά. Δεν είστε σίγουροι τι συνέβαινε εκεί, αλλά αν το μοτέρ σας ακούγεται αστείο και/ή δεν κινείται ομαλά, ίσως θελήσετε να δοκιμάσετε να μετακινήσετε τα καλώδια.

Για να αποφύγω την ανάγκη χειροκίνητης καταγραφής της τάσης πίεσης (αυξανόμενη, πτωτική ή σταθερή) συμπεριέλαβα τρία μικρά LED κάτω από το καντράν. Όταν ανάβουν και τα τρία, το βαρόμετρο βρίσκεται σε κατάσταση διάθεσης. Χρησιμοποίησα LED "ζεστά λευκά" για να προσπαθήσω να διατηρήσω την αίσθηση της περιόδου. Χωρίς διαμόρφωση, ήταν πολύ φωτεινά όταν τα έβλεπε κανείς μετωπικά, αλλά με κάποιο βαρέως τύπου PWM πήρα την εμφάνιση που ήθελα. Ο τρέχων δείκτης ανάγνωσης είναι ακόμα διαθέσιμος για τους παραδοσιακούς.

Βήμα 4: Εγκατάσταση εξαρτημάτων - Μέρος 2

Ας ασχοληθούμε με το LDR στο καντράν. Πρώτον, γιατί στο καλό το χρειαζόμαστε αυτό;

Λοιπόν, είναι η λύση μου στον περιορισμό ενός φθηνού βηματικού μοτέρ - αν και μπορεί να κινηθεί με συγκεκριμένα βήματα, δεν έχει καμία εγγενή ικανότητα να γνωρίζει πού βρίσκεται εκτός από την αναφορά στην αρχική του θέση. Ενώ θεωρητικά υποθέτω ότι θα μπορούσατε να το κωδικοποιήσετε σκληρά και να παρακολουθείτε όλες τις μεταγενέστερες κινήσεις, υποθέτω (χωρίς πραγματική βάση) ότι τα λάθη θα εισέρχονταν γρήγορα, ειδικά δεδομένης της μεγάλης κλίμακας κινήσεων που απαιτούνται σε "κατάσταση διάθεσης". Επίσης, θα ήσασταν γεμάτοι με διακοπή ρεύματος (η εγγραφή κάθε κίνησης στην EEPROM δεν είναι πραγματικά πρακτική).

Η πρώτη μου σκέψη ήταν να εισαγάγω έναν κύκλο βαθμονόμησης για την ενεργοποίηση και τη μετατόπιση μεταξύ της διάθεσης και της λειτουργίας βαρόμετρου. Αυτός ο κύκλος θα ενεργοποιήσει έναν μικροδιακόπτη σε ένα γνωστό σημείο στο καντράν. Αλλά η μηχανική εφαρμογή της ιδέας του διακόπτη μου φάνηκε πολύ δύσκολη. Ο ίδιος ο δείκτης είναι πολύ εύθραυστος για να είναι ο ενεργοποιητής, οπότε θα πρέπει να εγκαταστήσω κάτι άλλο στον άξονα. Στη συνέχεια, υπήρχε το ζήτημα της διατήρησης της κίνησης 360 ° - ένας λόγος που πήγα με ένα βηματικό μοτέρ και όχι με ένα τυπικό σερβο. Με την εφαρμογή λίγο περισσότερης εφευρετικότητας από ό, τι μπορούσα να φέρω, είμαι βέβαιος ότι ένας μικροδιακόπτης θα μπορούσε να λειτουργήσει-ή ίσως υπάρχει επίσης διαθέσιμη λύση αισθητήρα θέσης εκτός ράφι-αλλά πήγα με άλλο τρόπο.

Παρατηρήστε ότι στην εικόνα του καντράν υπάρχει ένα πλυντήριο τοποθετημένο στη θέση της μίας ώρας. Αυτό το πλυντήριο πλαισιώνει ένα LDR συνδεδεμένο με την ενιαία αναλογική είσοδο που διατίθεται στο NodeMCU. Όταν το βαρόμετρο ενεργοποιείται ή αλλάζει λειτουργίες, το NodeMCU μπαίνει σε έναν κύκλο βαθμονόμησης και απλώς αναζητά μια ξαφνική αλλαγή στο επίπεδο φωτός που προκαλείται από το πίσω μέρος του δείκτη που ταξιδεύει πάνω από το LDR. Οποιαδήποτε περαιτέρω κίνηση καταχωρείται από αυτήν τη γνωστή θέση. Έπρεπε να ασχοληθώ λίγο με τις τιμές κατωφλίου στον κώδικα για να λειτουργήσει αξιόπιστα, αλλά μόλις έγινε αυτό, ήμουν ευχάριστα έκπληκτος από το πόσο ακριβής ήταν - επιστρέφοντας σταθερά στις ρυθμίσεις του βαρομέτρου εντός 1% ή 2% των αναμενόμενων τιμών.

Δεν λειτουργεί στο απόλυτο σκοτάδι, προφανώς, αλλά συνήθως δεν αλλάζατε τρόπους τότε. Εάν για κάποιο λόγο ο κύκλος βαθμονόμησης δεν μπορεί να ολοκληρωθεί εντός καθορισμένου χρόνου, εγκαταλείπει και αναβοσβήνει τα LED τάσης.

Τέλος πάντων, η ομορφιά της προσέγγισης LDR είναι ότι η εγκατάσταση είναι εξαιρετικά απλή - ανοίξτε μια τρύπα αρκετά μεγάλη για το LDR στο καντράν σε ένα σημείο όπου θα καλύπτεται από το πίσω άκρο του δείκτη. Για να έχετε μια ωραία «σφράγιση» μεταξύ του δείκτη και του LDR, κολλήστε ένα μικρό πλυντήριο γύρω από το LDR και, εάν είναι απαραίτητο, τροποποιήστε την ουρά του δείκτη (χρησιμοποίησα κάποιο κατάλληλο σχήμα μαύρου χαρτιού).

Βήμα 5: Ο Κώδικας - Βασική Λειτουργικότητα

Όπως διαπίστωσαν άλλοι, δεν μπόρεσα να κάνω την τυπική βιβλιοθήκη Arduino stepper motor να δουλέψει με αυτόν τον κινητήρα και τον οδηγό. Ευτυχώς, υπάρχει μια καλή οδηγία για αυτό με κώδικα που λειτουργεί. Χρησιμοποίησα τον κώδικα στην αρχική ανάρτηση για το βασικό βήμα, αν και υπάρχουν αρκετές προτάσεις βελτιστοποίησης στα σχόλια. Αυτός ο κωδικός δεν απαιτεί βιβλιοθήκη.

Για την επεξεργασία των δεδομένων πίεσης, χρησιμοποίησα ένα παράδειγμα από τη βιβλιοθήκη Sparkfun BMP180. Το μόνο που είχα να κάνω τότε ήταν να το συνδυάσω με το χειριστήριο του κινητήρα.

Βήμα 6: Ο Κώδικας - Βαθμονόμηση, Έλεγχος, GUI, Βοηθός Google και Βοηθητικές λειτουργίες

Η κύρια βαθμονόμηση είναι σκληρά κωδικοποιημένη. Για να είστε ασφαλείς και να λογοδοτήσετε για πιθανή μετεγκατάσταση του βαρομέτρου σε διαφορετικό υψόμετρο, η δευτεροβάθμια βαθμονόμηση και έλεγχος επιτυγχάνεται με έναν διακομιστή ιστού που περιστρέφεται από την επικοινωνία NodeMCU και Websocket. Ένας καλός πόρος για να μάθετε για αυτό είναι εδώ.

Ωστόσο, όπως δείχνει το βίντεο, ο πραγματικός παράγοντας "wow" αυτού του έργου, όπως είναι, είναι ο έλεγχος μέσω του Google Assistant/Google Home. Υπάρχει ένα Instructable για το τοστιέρα GA (τροφοδοτείται από Raspberry Pi3) εδώ. Μην ανησυχείτε, δεν χρειάζεται να χρησιμοποιήσετε τοστιέρα $ 400 ως περίβλημα.

Οι εντολές περνούν από το GA μέσω του IFTTT και του Adafruit IO στο NodeMCU. Ένας καλός πόρος για αυτό είναι εδώ. Υπάρχουν άλλοι, πιο περίπλοκοι, τρόποι αλληλεπίδρασης με τον Βοηθό Google, αλλά για αυτό το έργο αυτή η πολύ απλή προσέγγιση λειτουργεί τέλεια.

Τέλος, ο κώδικας περιλαμβάνει μερικές εξαιρετικά χρήσιμες λειτουργίες βοηθητικού προγράμματος (ενημέρωση μέσω αέρα, Multicast DNS, Wifi Manager) που έχω αρχίσει να συμπεριλαμβάνω σε όλα τα έργα μου που βασίζονται στο ESP8266.

Όλος ο κώδικας για αυτό το έργο (συμπεριλαμβανομένου του ρολογιού Nixie και του χειροκίνητου ελέγχου) βρίσκεται στο Github εδώ. Άφησα τις εικόνες που χρησιμοποίησα στα αρχεία HTML/CSS έτσι ώστε να λειτουργεί εκτός πλαισίου (ελπίζουμε) - θα χρειαστεί απλώς να προσθέσετε τα δικά σας στοιχεία του λογαριασμού Adafruit IO.

Βήμα 7: Το ρολόι Nixie και το Chimer

Το ρολόι Nixie ελέγχεται από ξεχωριστό NodeMCU και χρησιμοποιεί σωλήνα και μονάδα οδήγησης Nixie σχεδιασμένο ως ασπίδα Arduino που διατίθεται εδώ. Η έκδοση στο σύνδεσμο περιλαμβάνει μια μονάδα GPS για την απόκτηση χρόνου. Η ασπίδα μου (παλαιότερη έκδοση) δεν διαθέτει τη μονάδα GPS, αλλά χρησιμοποιώ το Node MCU για να λάβω χρόνο από το διαδίκτυο, κάτι που κατά κάποιο τρόπο είναι καλύτερο.

Το σχήμα ελέγχου και το GUI για το ρολόι έχουν περισσότερες επιλογές διαμόρφωσης, αλλά διαφορετικά μοιάζουν πολύ με το βαρόμετρο. Υπάρχει μια μικρή επικάλυψη εδώ στο ότι τα LED Nixie ανταποκρίνονται στις εισόδους διάθεσης του βαρομέτρου (μέσω της ίδιας τροφοδοσίας Adafruit IO).

Από τα συντρίμμια του αρχικού μηχανισμού ρολογιού έσωσα αρκετά κομμάτια για να φτιάξω έναν χιμαιρικό μηχανισμό που οδηγείται από ένα τρίτο NodeMCU (γεια, είναι μόνο $ 6 το καθένα) και ένα άλλο βηματικό μοτέρ. Το μόνο που πρόσθεσα ήταν μια "διεπαφή" μεταξύ του αρχικού μηχανισμού και του κινητήρα. Το "Interface" είναι σε εισαγωγικά επειδή περιλαμβάνει μόνο έναν σύνδεσμο σφαίρας με δύο καρφιά που εισέρχονται σε αυτό υπό ορθή γωνία και ωθούνται στον άξονα του κινητήρα. Κάθε περιστροφή τετάρτου αυτής της αντιστάθμισης έχει ως αποτέλεσμα μία κρούση του χιμέρου. Για άλλη μια φορά, το σχήμα ελέγχου χιμέρ είναι παρόμοιο με το βαρόμετρο και οι τρεις διακομιστές ιστού συνδέονται μεταξύ τους για να κάνουν το σύνολο να φαίνεται πιο απρόσκοπτο από ό, τι πραγματικά είναι.

Το ρολόι και το χιμέρ NodeMCU λειτουργούν εντελώς ανεξάρτητα το ένα από το άλλο, αλλά λόγω των θαυμάτων της διαδικτυακής χρονομέτρησης είναι πάντα απόλυτα συγχρονισμένα.