Ceas cu filament cu stil LED „Charlotte's Web”: 10 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

De când am văzut becurile cu filament cu LED-uri, m-am gândit că filamentele trebuie să fie bune pentru ceva, dar a durat până la închiderea unui magazin local de piese electronice pentru a cumpăra niște becuri cu intenția de a sparge ei și să văd ce aș putea face cu filamentele.

Nu a durat mult să decidem că vor face un ceas interesant și că ar fi foarte distractiv să plutim segmentele în aer suspendate doar de firele lor de alimentare.

Mi-am dat seama că, parțial, am construit-o, amintind în mod ciudat de pânzele de păianjen cu scrierea din cartea „Charlotte's Web”

Rețineți că acest dispozitiv are 80V pe cadrul metalic gol. Dar folosirea unui convertor DC-to-DC izolator și a unei surse de alimentare înseamnă că este posibil să atingeți cadrul și să nu primiți un șoc. Sau cel puțin nu am făcut-o.

Pasul 1: Piese necesare

Experimentele mele au arătat că LED-urile au nevoie de aproximativ 55 de volți pentru a se aprinde și strălucesc cu putere maximă în jur de 100V. În utilizare, acestea sunt aranjate în perechi de serie pentru piețele de 230V / 240V și paralele pure pentru piețele de 110V. Există un fel de controler în capacul lămpii, dar am decis să nu încerc să reutilizez acest lucru, deoarece am vrut ca filamentele să strălucească mult mai puțin strălucitoare. Un ceas LED complet luminos ar fi dureros de citit. Un ceas de afișare pe 7 segmente are nevoie de 27 de linii de control și inițial intenționam să folosesc un Arduino Mega. Totuși, când am discutat despre controlul curentului de 100 V (aproximativ) prin intermediul LED-urilor cu un microcontroler pe un canal IRC fără legătură, mi s-a spus despre existența cipurilor driverului DS8880 pentru afișaje fluorescente în vid. Acestea sunt perfecte pentru munca la îndemână, deoarece iau 4 biți de date de intrare BCD pe cifră și se convertesc în semnale de unitate pe 7 segmente cu control încorporat și variabil de curent de până la 1,5 mA. Testarea a arătat că 1,5mA a fost ideal pentru această aplicație. Scăderea de la 7 biți la 4 biți pe cifră a însemnat, de asemenea, că aș putea folosi un Arduino Nano sau Uno pentru control, deoarece sunt necesare doar 13 linii de control. (2 x 4 biți 0-9 canale, 1 x 3 biți 0-7 canale și 1 x 2 biți 0-3 canale)

Am decis să folosesc semnalul radio MSF 60kHz pentru ca Arduino să știe ora din zi. Am folosit acest lucru înainte, cu un anumit succes, folosind module de recepție, unul dintre care am avut-o la îndemână. Cu toate acestea, acestea par mai greu de găsit în prezent, deci ar putea fi mai ușor să folosiți un modul WiFi dacă cineva are chef să-și facă propria versiune a acestui ceas.

În timpul testării, am descoperit că Arduino Nanos pe care-l păream cu toți cu o bază de ceas slabă, am petrecut ore întregi așteptându-le să se sincronizeze, apoi, cu disperare, am încercat să conectez un vechi Duemilanove și asta s-a sincronizat în primul minut și m-am obișnuit.

Pentru a crea 80V necesari pentru a conduce filamentele am folosit un convertor DC-DC. Există multe disponibile care funcționează de la 12V. Arduino poate fi alimentat de 12V și creează o sursă la îndemână de 5V din logica de la asta. Dar am uitat acest fapt și am cumpărat unul de intrare scump de 5V. Aceasta ar putea fi în continuare o alegere bună, înseamnă că ceasul va rula și de pe USB în timpul programării, iar convertorul scump are 5kV de ieșiri izolate. (ceea ce înseamnă că cadrul de 80V plutește, reducând mult riscul de șoc)

LED-urile sunt disponibile pe eBay, nu este necesar să spargeți becurile pentru a le recolta.

Lista de cumparaturi:

Sârmă de cupru autofluent. 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm) funcționează.

Arduino

4 x drivere DS8880 VFD

Cel puțin 28 de filamente LED (dar se rup ușor, deci obțineți cel puțin 25% piese de schimb)

Convertor DC-to-DC

Condensator 47µF 5V

4.7nF 100V condensator

Material cadru (am folosit alamă cu secțiunea U de 3 mm x 3 mm x 0,5)

O bază de un fel

Adeziv cianoacrilat

Priză de intrare DC (sau USB montat pe panou)

Modul și antenă receptor 60kHz (sau similar).

Carcasă antet pentru bărbați cu 7 pini (și terminale de sertizare potrivite)

Pasul 2: Găuriți materialul cadrului

Cadrul este realizat dintr-o lungime de 1m din secțiunea U din alamă de 3 mm (grosimea peretelui 0,5 mm) și nu ar sugera nimic mai ușor decât acesta.

LED-urile sunt controlate de comutatoare laterale joase. Aceasta înseamnă că fiecare LED este conectat la un cadru conductiv la 80V pe anod și apoi un fir izolat conduce prin cadru la circuitele de control.

Cadrul trebuie să fie găurit pentru fire. Am decis să găuresc la un pas regulat de 10 mm și am făcut un mic ghidaj pentru a seta distanța. O canelură în partea inferioară ține canalul cadrului și un știft (cheia Allen din fotografie) indexează pe o gaură existentă și permite găurirea a încă două la distanța aleasă.

Dispozitivul de foraj se dublează și ca un dispozitiv de îndoire. Are o canelură pentru a preveni răspândirea canalului U în timpul îndoirii.

Am folosit găuri de 1 mm, dar mai mici ar fi fost probabil mai bune, facilitând lipirea.

Pasul 3: Îndoiți cadrul

Am imprimat un șablon pentru cadrul exterior și poziționarea cu LED-uri. Aceasta a fost lipită pe bancul de lucru și apoi am îndoit cu grijă rama de alamă pentru a se potrivi.

Îndoirile cu partea deschisă a U către exterior au fost ușoare, dar a fost imposibil să se facă îndoirile interioare fără a rupe canalul până când nu am recocit materialul cu o suflantă. A avut nevoie de un pic de îndreptare după recoacere, deci cel mai bine este să recoacem doar biții care au nevoie de ea. Pur și simplu încălziți cu torța până când luminează ușor și nu se aprinde. Mergând prea departe și topindu-l ar fi inutil.

O dată pentru a modela cadrul a fost fixat în jos pe șablon.

Șablonul poate fi găsit ca PDF aici. Dacă este tipărit la scara 1: 1 (se potrivește pe hârtie A3), atunci perimiterul este exact 1m pentru a se potrivi cu lungimea materialului.

Pasul 4: Conectați LED-urile

Mai întâi aflați ce capăt al LED-ului este anodul (se conectează la tensiunea pozitivă). Pe LED-urile mele acest lucru a fost marcat de o gaură mică chiar lângă capătul stratului de plastic.

Toate aceste capete au nevoie de lipire pe fire care sunt lipite pe cadru. Nu sunt pe deplin mulțumit de modelul meu de cablare, așa că mă voi abține să nu fac sugestii. Introduceți firele prin orificiul ales, trageți oarecum strâns și lipiți-l în poziție. Apoi tăiați excesul. Am folosit Veropenul meu ca distribuitor și suport pentru sârmă, parțial pentru că era tipul corect de izolație (tipul care poate fi lipit fără decupare, cunoscut sub numele de „autofluent”)

Apoi puteți începe să construiți cifrele, asigurând firele comutatoare (catodice) cu adeziv cianoacrilat în punctul în care trec prin găurile din cadru. Asigurați-vă că lăsați o mulțime de lungime, pentru a face o buclă completă în jurul cadrului și în baza / cutia de control.

Puteți susține firele unul de celălalt pentru a obține colțuri rotunde și a evita firele care trec în fața cifrelor. Lipiți-le dacă sunt fire de alimentare, lipiți-le dacă sunt fire de comutare. Colțurile cifrelor arată ca firele trebuie să se atingă, dar atunci când este necesar este ușor să le menține izolate una de cealaltă.

Pasul 5: Faceți baza și picioarele cadrului

Am făcut o bază de stejar și am prelucrat picioare de alamă pentru cadru pe strungul meu CNC. Dar orice fel de cutie ar funcționa, iar picioarele imprimate 3D pentru cadru ar funcționa bine, sunt sigur.

Picioarele sunt menținute în jos cu șuruburi M5 în găurile filetate, decalate de gaura centrală a cadrului. Șuruburile se potrivesc cu fante prelucrate în bază. Firele trec prin aceleași sloturi. Sloturile permit reglarea distanței picioarelor pentru a seta tensiunea în fire (într-o oarecare măsură).

Unul dintre șuruburi are în plus un ochi și o sârmă pentru a furniza puterea de + 80V cadrului din alamă.

Fișierele STL pentru suportul antenei și montarea PCB sunt pe Github.

Pasul 6: Faceți și testați placa de control

Mijloacele de realizare a plăcii de control sunt acoperite într-un instructabil anterior.

Nu am lucrat dintr-o schemă, am inventat-o pe măsură ce mergeam. Cu toate acestea, am făcut o schemă după acest fapt.

Format PDF sau KiCAD

Această schemă poate să nu aibă unele erori pe care schița Arduino le-a codificat rotund și ar putea avea erori suplimentare de care lipsesc ceasul real.

Punctele importante de reținut este că convertorul DC-DC ar trebui să fie conectat la pinul V-in al Arduino și puterea logică și receptorul radio ar trebui conectate la 5V reglementat. Aceasta înseamnă că Arduino și convertorul pot rula de la orice alimentator de până la 12V, iar logica vede doar 5V reglementat.

Pasul 7: Montați cifrele pe bază și sortați toate firele

Cu firele ținute temporar în canal cu mici bucăți de bandă, multe fire pot fi conduse prin bază. Am folosit un convertor step-up reglabil pentru a afla care era firul. Mai întâi l-am setat la o tensiune care ar lumina doar un filament cu LED-uri libere, apoi a introdus ieșirea pozitivă printr-o gaură a cadrului. Apoi atingând capătul tăiat al capătului firului de cupru emailat la firul negativ de alimentare de la convertor am putut vedea cărui segment îi corespundea fiecare led. Apoi am sertizat firul într-un știft și am introdus parțial un conector.

Terminalele nu se conduc după sertizare, trebuie să fie lipite și pentru a sparge izolația smalțului. După lipire, știfturile au fost împinse până acasă.

Pasul 8: Flash Arduino

Schița Arduino poate fi găsită aici.

github.com/andypugh/LEDClock

Există două schițe, una pentru rularea ceasului și una care trece pur și simplu prin numerele de la 0 la 9 pe fiecare canal.

Această schiță de testare vă va permite să identificați anteturile din pinii de ieșire care trebuie schimbate și dacă vreuna dintre liniile de date BCD trebuie schimbate. (Dacă vă uitați la schiță, veți vedea că trebuia să schimb câteva canale din cauza cablurilor, acestea au fost mai ușor de remediat în software).

Pasul 9: Așteptați frustrarea pentru sincronizarea radio

Ceasul radio trebuie să obțină un minut complet de date. Schița Arduino clipește bara centrală a cifrei de zeci de ore pentru a răsuna cu datele radio primite, iar minutele arată câți biți de date neefectuați au ajuns. Dacă ajunge la 60, atunci există date bune și se afișează ora.

Într-un spirit de dezvăluire completă, aceasta este o simulare. Aș putea părea să-l sincronizez doar când sunt alimentat de pe USB-ul Mac-ului meu și când sunt amplasat undeva ne-fotogenic. În cazul datelor reale, impulsurile de o secundă au lungimi diferite, pentru a codifica binarul.

Există, de asemenea, un element leneș (luminează, dar mai slab decât celelalte) LED-ul în sine este bun. Mă tem de o problemă cu cipul șoferului, dar voi încerca să reconectez mai întâi cuprul emailat. (de fapt, probabil că voi rula un fir suplimentar)

Pasul 10: Finalizare

Firele pot fi ținute în canal cu o lungime a izolației dezbrăcate de la un fir de 1,5 mm2. Dar aveți grijă să nu deteriorați firele subțiri.

Disclaimer: Nu pretind că sunt primul care a gândit ideea utilizării acestor filamente pentru un ceas, dar am venit cu ideea independent. Când am cercetat șoferii potriviți, am găsit această postare din 2015, care arată un ceas din aceleași filamente (deși a lui pare să fie flexibil, ceea ce ar fi fost mult mai ușor).

S-ar putea să fiu primul care îi atârnă în spațiu pe firele lor de alimentare, dar nici nu aș vrea să pariez pe asta.