Часы со светодиодной нитью в стиле «Сеть Шарлотты»: 10 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

С тех пор, как я впервые увидел светодиодные лампы накаливания, я подумал, что они должны быть пригодны для чего-то, но до закрытия местного магазина запчастей для электроники я купил несколько лампочек с намерением разбить их и посмотрим, что я могу сделать с нитями.

Вскоре было решено, что из них получатся интересные часы, и что было бы очень весело парить в воздухе их сегменты, подвешенные только на их проводах питания.

В процессе создания я понял, что он странным образом напоминает паутину с надписью из книги «Паутина Шарлотты».

Имейте в виду, что это устройство имеет 80V на голом металлическом корпусе. Но использование изолирующего преобразователя постоянного тока в постоянный и источника питания означает, что можно коснуться рамы и избежать удара током. По крайней мере, нет.

Шаг 1: Необходимые детали

Мои эксперименты показали, что для включения светодиодов требуется около 55 вольт, а полная мощность светодиода - около 100 В. При использовании они организованы последовательно парами для рынков 230 В / 240 В и чисто параллельными для рынков 110 В. В цоколе лампы есть какой-то контроллер, но я решил не пытаться использовать его повторно, так как хотел, чтобы нити светились намного менее ярко. Полностью яркие светодиодные часы было бы неприятно читать. Для часов с 7-сегментным дисплеем требуется 27 линий управления, и изначально я намеревался использовать Arduino Mega. Однако при обсуждении управления током 100 В (или около того) через светодиоды с помощью микроконтроллера на несвязанном канале IRC мне сказали о существовании микросхем драйверов DS8880 для вакуумных флуоресцентных дисплеев. Они идеально подходят для выполняемой работы, поскольку принимают 4 бита входных данных BCD на цифру и преобразуют в 7-сегментные управляющие сигналы со встроенным регулятором переменного тока до 1,5 мА. Тестирование показало, что 1,5 мА идеально подходят для этого приложения. Снижение с 7 бит до 4 бит на цифру также означало, что я мог использовать Arduino Nano или Uno для управления, поскольку необходимо всего 13 линий управления. (2 x 4-битных канала 0-9, 1 x 3-битный канал 0-7 и 1 x 2-битный канал 0-3)

Я решил использовать радиосигнал MSF 60 кГц, чтобы Arduino узнавала время суток. Я уже использовал это раньше с некоторым успехом, используя стандартные модули приемников, один из которых у меня был под рукой. Однако сейчас их труднее найти, поэтому, возможно, будет проще использовать модуль Wi-Fi, если кому-то захочется сделать свою собственную версию этих часов.

Во время тестирования я обнаружил, что все Arduino Nanos, которые у меня были, похоже, имеют плохую тактовую базу, я часами ждал, пока они синхронизируются, затем в отчаянии попытался подключить старый Duemilanove, который синхронизировался в первую минуту, и привык.

Чтобы создать напряжение 80 В, необходимое для возбуждения нитей, я использовал преобразователь постоянного тока в постоянный. Есть много доступных, которые работают от 12 В. Arduino может питаться от 12 В и создает удобный источник питания 5 В. Но я забыл об этом факте и купил дорогой вход на 5 В. Это все еще может быть хорошим выбором, это означает, что часы также будут работать от USB во время программирования, а дорогой преобразователь имеет изолированные выходы 5 кВ. (что означает, что рама 80 В плавает, что значительно снижает риск поражения электрическим током)

Светодиоды доступны на eBay, не нужно разбивать лампочки, чтобы собрать их.

Список покупок:

Самофлюсующийся медный провод. 34 SWG (31 AWG / 0,22 мм) работает.

Ардуино

4 x DS8880 VFD драйвера

Как минимум 28 светодиодных нитей (но они легко ломаются, так что получите как минимум 25% запасных частей)

Преобразователь постоянного тока в постоянный

Конденсатор 47 мкФ 5 В

Конденсатор 4,7 нФ 100 В

Материал рамы (я использовал латунь U-образного сечения 3 мм x 3 мм x 0,5)

База какая-то

Цианакрилатный клей

Входной разъем постоянного тока (или USB на панели)

Модуль приемника 60 кГц (или аналогичный) и антенна.

Корпуса с 7-контактным разъемом (и соответствующие обжимные клеммы)

Шаг 2: просверлите материал рамы

Рама сделана из латунного U-образного профиля длиной 1 м 3 мм (толщина стенки 0,5 мм) и не может предложить ничего легче этого.

Светодиоды управляются переключателями нижнего плеча. Это означает, что каждый светодиод подключен к токопроводящей рамке на аноде с напряжением 80 В, а затем изолированный провод проходит через рамку к управляющим ИС.

Каркас нужно просверлить под провода. Я решил просверлить отверстия с постоянным шагом 10 мм и сделал небольшой шаблон для установки расстояния. Канавка в нижней части удерживает канал рамы, а штифт (шестигранный ключ на фото) указывает на существующее отверстие и позволяет просверлить еще два с выбранным интервалом.

Сверлильный кондуктор также можно использовать в качестве приспособления для гибки. Он имеет канавку для предотвращения расширения U-образного канала при изгибе.

Я использовал отверстия диаметром 1 мм, но, вероятно, было бы лучше, чтобы было легче приклеивать их.

Шаг 3: согните раму

Распечатал шаблон для внешней рамки и расположения светодиодов. Это было приклеено к верстаку, а затем я осторожно вручную согнул латунную раму, чтобы она соответствовала.

Сгибать открытую сторону U-образной формы наружу было легко, но невозможно было сделать изгибы изнутри, не сломав канал, пока я не отожгу материал паяльной лампой. После отжига его нужно было немного выпрямить, поэтому лучше всего отжигать только те части, которые действительно в этом нуждаются. Просто нагрейте паяльной лампой, пока она не станет тускло и не станет более горячей. Заходить слишком далеко и растапливать было бы бесполезно.

Однажды для придания формы рама была приклеена к шаблону.

Шаблон можно найти в формате PDF здесь. При печати в масштабе 1: 1 (подходит для бумаги формата A3) периметр составляет ровно 1 м, чтобы соответствовать длине материала.

Шаг 4: Подключите светодиоды

Сначала определите, какой конец светодиода является анодом (подключается к положительному напряжению). На моих светодиодах это было отмечено небольшим отверстием в конце пластикового покрытия.

Все эти концы нужно припаять к проводам, припаянным к корпусу. Меня не совсем устраивает моя схема подключения, поэтому я воздержусь от каких-либо предложений. Проденьте провода в выбранное отверстие, слегка затяните и припаяйте на место. Затем срежьте лишнее. Я использовал свой Veropen в качестве дозатора и держателя для провода, отчасти потому, что это был правильный тип изоляции (тип, который можно пропаять без снятия изоляции, известный как «самофлюсующийся»).

Затем вы можете начать наращивать цифры, закрепив провода переключателя (катода) цианакрилатным клеем в том месте, где они проходят через отверстия в раме. Убедитесь, что вы оставили достаточно длины, чтобы петля проходила по всей раме и в основании / блоке управления.

Вы можете подпереть провода друг от друга, чтобы скруглить углы и избежать прохождения проводов перед цифрами. Припаяйте их, если это провода питания, приклейте их, если провода переключателя. Углы цифр выглядят так, как будто провода должны соприкасаться, но при необходимости их легко изолировать друг от друга.

Шаг 5: Сделайте основание и опоры рамы

Я сделал дубовую основу и обработал латунные ножки для рамы на своем токарном станке с ЧПУ. Но подойдет любая коробка, и я уверен, что ножки для рамы, напечатанные на 3D-принтере, подойдут.

Ножки удерживаются винтами M5 в резьбовых отверстиях, смещенных от центрального отверстия рамы. Винты вставляются в прорези в основании. Провода проходят через одни и те же гнезда. Прорези позволяют регулировать расстояние между ножками для регулировки натяжения проводов (до некоторой степени).

Один из винтов дополнительно имеет проушину и провод для подачи питания +80 В на латунный каркас.

Файлы STL для кронштейна антенны и крепления на печатную плату находятся на моем Github.

Шаг 6: Изготовьте и протестируйте печатную плату управления

Способы изготовления печатной платы управления описаны в предыдущем руководстве.

Я не работал по схеме, я составлял ее по ходу дела. Однако я сделал схему постфактум.

Формат PDF или KiCAD

В этой схеме могут отсутствовать некоторые ошибки, которые закодированы в эскизе Arduino, и могут быть дополнительные ошибки, которых нет в реальных часах.

Важно иметь в виду, что преобразователь постоянного тока в постоянный должен быть подключен к выводу V-in на Arduino, а питание логики и радиоприемник должны быть подключены к регулируемому напряжению 5 В. Это означает, что Arduino и преобразователь могут работать от любого блока питания до 12 В, а логика по-прежнему видит только регулируемые 5 В.

Шаг 7: Установите цифры на базу и отсортируйте все провода

Если провода временно прикреплены к каналу с помощью небольших кусочков ленты, можно провести множество прядей к основанию. Я использовал регулируемый повышающий преобразователь, чтобы определить, какой провод какой. Сначала я установил его на напряжение, которое просто зажигает ослабленную светодиодную нить, а затем просунул положительный выход через отверстие в раме. Затем, прикоснувшись обрезанным концом конца эмалированного медного провода к отрицательному проводу питания от преобразователя, я смог увидеть, какому сегменту соответствует каждый светодиод. Затем я зажал провод на штырь и частично вставил в разъем.

Клеммы после опрессовки не проводят, их тоже нужно припаять, чтобы пробить эмалевую изоляцию. После пайки штифты были задвинуты до упора.

Шаг 8: прошиваем Arduino

Эскиз Arduino можно найти здесь.

github.com/andypugh/LEDClock

Есть два эскиза, один для работы часов, а другой просто показывает числа от 0 до 9 на каждом канале.

Этот тестовый набросок позволит вам определить, какие заголовки на выходных контактах нужно поменять местами, и нужно ли поменять местами какие-либо строки данных BCD. (Если вы посмотрите на набросок, то увидите, что мне пришлось поменять местами пару каналов из-за ошибок с проводкой, это было проще исправить программно).

Шаг 9: разочаровавшись, дождитесь радиосинхронизации

Радиочасы должны получать данные за полную минуту. На скетче Arduino мигает центральная полоса цифры десятков часов, чтобы отобразить входящие радиоданные, а минуты показывают, сколько битов исправленных данных было получено. Если доходит до 60, значит, есть хорошие данные и отображается время.

В духе полного раскрытия информации это симуляция. Мне казалось, что он синхронизируется только при питании от USB моего Mac и когда он находится в каком-то нефотогеничном месте. В случае реальных данных односекундные импульсы имеют разную длину для кодирования двоичного кода.

Есть еще ленивый элемент (светится, но тусклее остальных) Сам светодиод хороший. Я опасаюсь проблемы с микросхемой драйвера, но сначала я попробую повторно подключить эмалированную медь. (на самом деле я, вероятно, просто проведу лишний провод)

Шаг 10: Завершение

Провода можно удерживать в канале с помощью зачищенной изоляции от провода 1,5 мм2. Но будьте осторожны, чтобы не повредить тонкие провода.

Отказ от ответственности: я не претендую на то, чтобы быть первым, кто придумал идею использования этих нитей для часов, но идея пришла мне в голову самостоятельно. При поиске подходящих драйверов я нашел этот пост от 2015 года, в котором показаны часы, сделанные из тех же нитей (хотя он кажется гибким, что было бы намного проще).

Я могу быть первым, кто повесит их в космосе на проводах питания, но я бы тоже не стал делать ставку на это.