CLEPCIDRE: Digitální hodiny Cider Bottles: 8 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Než se ponořím do popisu objektu, musím vysvětlit kontext, ve kterém byl navržen a postaven. Moje žena je výtvarnice a pracuje v zásadě s hlínou, jako keramička, ale také s jinými materiály, jako je dřevo, břidlice nebo sklo. Ve většině svých uměleckých děl se snaží ukázat stopy, které zanechala doba, na předmětech a často používá materiály, které se nacházejí v přírodě, jako kousky dřeva na pláži, aby „dala druhému životu použitý předmět“. Její sestra a švagr si vyráběli vlastní cider (v Normandii) a stále mají stovky lahví od cideru, které spaly pod silnou vrstvou prachu ve svém starém lisu. To bylo více než dost na to, aby se spustil další nápad mé ženy na stvoření: „hodiny s ciderem“. Souvislost s časem je evidentní: tyto lahve mají za sebou slavnou minulost a nyní by měly být svědky plynoucího času a společně tvořit hodiny. Před rokem se mě tedy zeptala: „Miláčku, můžeš mi vyrobit hodiny s lampami pod 12 lahví cideru? Sám zploštím lahve ve své peci a ty se postaráš o zbytek: dřevěná podpěra, -paleta- "lampy a všechny elektronické obvody! Chci zobrazit čas, ale ne vždy, LED diody by také měly blikat náhodně, je to možné? Měli byste také najít řešení pro upevnění lahví na paletě". Hodiny by měly být připraveny do jednoho měsíce…

„Přezdívka“tohoto uměleckého díla je „CLEPCIDRE“, což znamená (ve francouzštině) „Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE“, což je kývnutí na název „CLEPSYDRE“, který označuje vodní hodiny vynalezené Egypťany. Moje žena tomu říká „Les Bouteilles de Ma Soeur“(lahve mé sestry).

Obrázek č. 1: Zásoba ciderových lahví mé švagrové

Obrázek č. 2: Původní dokument se specifikací

Obrázek č. 3 až č. 6: zobrazení hodin

CLEPCIDRE byl představen během dvou výstav v loňském roce, první na výstavě „Greniers à Sel“v Honfleuru (Calvados, Normandie, Francie) v dubnu 2019 (obrázek č. 6) a druhá v Touques (Calvados, Normandie, Francie) v červnu 2019.

Zásoby

• Dvanáct lahví cideru (můžete vyzkoušet jiné druhy lahví: šampaňské, sekt, … ale bez záruky)
• Keramická pec (použili jsme válcovou pec s vrchním plněním 5 kVA)
• Paleta (desky od okraje k okraji, rozměry: +/- 107 cm x 77 cm x 16 cm)
• Některé dřevěné desky (k uzavření stran palety)
• 24 vysoce výkonných bílých LED diod o průměru 10 mm (např.
• Deska Arduino: Uno nebo Leonardo v pořádku, menší deska může být v pořádku, Mega je trochu přehnaná
• Dva napájecí zdroje (5 V pro LED a 12 V pro desky Arduino a RTC, i když 5 V pro Arduino by mělo být v pořádku, ale netestováno)
• Deska RTC (použil jsem Adafruit DS1307, ale doporučil bych přesnější teplotně kompenzovaný RTC na základě DS3231; DS1307 se každý den posune o 2 až 3 sekundy a potřebuje pravidelnou úpravu)
• 4 posuvné registry 74HC595 buď jako jednotlivé položky (16kolíkový DIL CMOS IC), nebo již namontované na desce (např. SparkFun Shift Register Breakout-74HC595 ref BOB-10680)
• Epoxidové testovací desky (50 x 100 mm, otvory ve skupině 3 a desky pro obecné použití s lineárními měděnými pásy)
• Diamantový vrták (6 nebo 8 mm) a dřevěné hmoždinky (6 nebo 8 mm)
• 24 1/4 W odpory (220 Ω)
• Upevňovací límec pro mechanickou zátku lahve (k dostání v železářství nebo na internetu)
• Lepidlo, Dráty, smršťovací bužírka, nářadí,.., šrouby,.., páječka (18W OK)

Krok 1: Nejjednodušší věc: Zavření stran palety

Zkuste najít dřevěnou paletu (našel jsem jednu asi 107 cm x 77 cm). Mezi dřevěnými deskami by neměla být žádná mezera.

Opravte 4 dřevěné desky pomocí šroubů, jeden na každé straně. Vyřízněte 4 desky z ležáckých, abyste získali správné rozměry.

Jelikož mohou existovat (a pravděpodobně tam budou) nášlapné desky, doporučuji je rozříznout, jak je znázorněno na obrázku, tím se uvolní přístup ke spodním deskám a umožní se vyvrtat otvory pro ledky.

Později, když budou označeny polohy LED, bude nutné vrtat ve dvou stupních, nejprve otvor s průměrem LED (9 - 10 mm) a poté větší otvor (řekněme 2 cm), aby se získala tloušťka odpovídající výšce LED (tloušťka dřevěné desky bude pravděpodobně větší než výška LED)

Obrázek 1: Paleta při pohledu zespodu s již vyvrtanými dírami

Krok 2: Srovnejte jablečné lahve

Naše kapacita pece umožňuje ohřev 6 lahví najednou na 3 úrovních. Při umísťování lahví dbejte na to, aby lahve nebyly ve vzájemném kontaktu, ani se stěnami trouby, ani se sloupy.

Můžete být kreativní a do lahví přidat například skleněné korálky nebo mušle nebo kamínky. Pod lahve můžete také vložit terakotovou podpěru, ta bude mít během zahřívání tvar podpěry.

Nejdůležitější v tomto procesu je nechat lahve velmi pomalu vychladnout a neotevírat pec příliš brzy, i když si myslíte, že teplota pece je stejná jako v místnosti, měli byste vědět, že teplota skla zůstává vyšší než pec po určitou dobu a jakýkoli teplotní šok, dokonce i malý, může způsobit rozbití skla. Jeden nebo dva dny po zahřátí jsme měli láhve rozbité a doporučuji vzít v úvahu +/- 30% ztracených (předpokládejte 16 až 18 lahví, abyste dostali 12 na konci, nemluvě o těch, s nimiž nebudete spokojeni z).

Zde uvedený teplotní profil by měl být považován za příklad a odráží pouze vlastnosti naší pece. Abyste našli nejvhodnější konečnou teplotu, měli byste provést nějaké testy s vlastním zařízením. Pokud zahřejete příliš mnoho, získáte zcela ploché lahve, zatímco pokud budete zahřívat příliš málo, láhve nebudou dostatečně zploštělé.

Obrázek 1: pec, celkový pohled

Obrázek 2: Dvě lahve zploštělé (momentálně nemám žádný obrázek lahví v peci před ohřevem)

Obrázek 3: Typický teplotní profil

Krok 3: Vyhledejte polohy lahví a ledů

V designu hodin, vysvětlím později, jsou pod každou lahví dvě LED diody, „externí“ukazující hodiny (0 až 11 a 12 až 23) a interní ukazující minuty po kroku 5 (0, 5,… 55). Nejprve musíte umístit lahve kolem palety. K tomu musíte nejprve natáhnout šňůry mezi centrálním připínáčkem a 12 připínáčky kolem palety, pokud možno „diametrálně odlišnými“. 4 pozice jsou zřejmé a lze je snadno najít: 0, 3, 6 a 9 hodin (struny spojují střed každé strany, dvě po dvou). Další 4 řádky jsou trochu složitější. Je třeba orientovat struny tak, aby pro každou láhev (láhve byly zarovnány dvě po dvou s jejich osou odpovídající provázku) a láhev vytvářely dojem rovnoměrného rozložení. Tento krok vyžaduje trochu pokusu a omylu. Všimněte si také, že protože nejsou všechny stejné, musíte si vybrat, kam by měla jít každá láhev (to je věc „uměleckého cítění“). Jakmile je vybráno místo pro každou láhev, nezapomeňte na každou láhev připevnit štítek s jejím číslem a na paletu umístit značku pro střed dna každé lahve (viz dále). Tyto body a struny budou později použity k vyhledání otvorů upevňovacích hmoždinek.

Dále musí být obě ledky umístěny relativně ke každé láhvi a polohy poté přeneseny na paletu.

Za tímto účelem jsem postavil krabici se dvěma „mobilními“deskami (viz obrázek), přičemž první je kolmá na osu láhve a druhá, která je přišroubována na první uprostřed a umožňuje otáčení, je zarovnána s touto osou. Do této druhé desky jsem vyvrtal dva otvory (průměr 9 nebo 10 mm), jeden z nich ve formě knoflíkové dírky, aby se jedna dioda dala pohybovat ve směru osy. Aplikuji 5V na každou LED, vybranou z desky Arduino nebo jiného zdroje. BUĎ OPATRNÝ! LED diody s vysokou svítivostí mohou být škodlivé, pokud se na ně podíváte přímo, proto se doporučuje umístit nad diody pásku průsvitné lepicí pásky.

Umístěte každou láhev na horní část krabice a posuňte dvě desky a „mobilní“LED, dokud nebudete s efektem spokojeni (pamatujte, že jste do některých lahví vložili skleněné korálky a umístění LED pod takové korálky zesiluje světelný efekt), změřte polohu diod relativně ke středu dna lahve a její osu a přeneste tyto body na paletu tužkou. Když je na paletě označeno všech 24 bodů, vyvrtejte pilotní otvory (průměr 2–3 mm).

Poznámka: poslední obrázek ukazuje první umístění strun, které bylo založeno na pevném 30 ° úhlu mezi nimi, ale jak je vidět, nebylo to kompatibilní s prostorem potřebným pro lahve; Musel jsem znovu zarovnat struny na lahvích.

Obrázek 1: Kresba ukazující LED diody a jejich význam

Obrázek 2: Speciální pole pro vyhledání polohy LED pod každou lahví

Obrázek 3: Stejná krabice s lahví

Obrázek 4: Umístění lahví (a provázků) na paletu

Krok 4: Vrtání otvorů pro LED

Pomocí pilotních otvorů z předchozího kroku byste nyní měli vyvrtat otvory pro LED diody, ale jelikož je tloušťka paletové desky pravděpodobně větší než výška LED, měli byste tloušťku zmenšit vyvrtáním většího otvoru (například pomocí 2 cm vrták do dřeva). Vyvrtejte nejprve větší otvor (hloubka musí být taková, aby „nevyvrtaná“tloušťka odpovídala výšce ledky) a poté otvory pro ledky. V případě potřeby upravte tak, aby horní část lampy byla v jedné rovině s povrchem dřeva.

Každý otvor označte štítky Hx a Mx (H pro hodiny a M pro minuty, x = 0, 1,..11).

To je znázorněno na obrázku.

Krok 5: Vrtání otvorů do lahví pro upevňovací hmoždinky

Jak vyvrtat otvory do skla najdete na tomto webu:

Najděte polohu otvoru na ose lahve tak, aby nepřekrývala LED, asi 2-3 cm od spodního středu lahve by měla být v pořádku. Na spodní straně vyvrtejte otvor (průměr 8 mm), ale na polovinu tloušťky (nevyvrtávejte celou tloušťku lahve!). Na horní straně palety označte stejný bod a vyvrtejte otvor stejného průměru (přes celou tloušťku OK). Poloha otvoru se měří na provázku ze spodní části láhve, který byste měli označit při jejich umístění.

Upevněte hmoždinky na každou láhev v otvoru silným lepidlem (dvojité komponenty) a nechte lepidlo zaschnout.

Jakmile jsou hmoždinky upevněny, můžete lahve umístit na (horizontální) paletu zasunutím jejich hmoždinek do otvorů. Láhve musí být umístěny hlavou k ocasu, první (12 hodin) hrdlem směrem ven.

Odstraňte lahve (jemně vytáhněte hmoždinku ze dřeva).

Nyní můžete LEDky zasunout do jejich otvorů, znovu upravit otvory, které jsou příliš malé. U těch, které jsou příliš velké, budete muset zablokovat led malým kouskem dřeva, který je pod ním přišroubován.

Všiml jsem si, že i přes lahve bylo světlo produkované diodami příliš silné a namaloval jsem je bledě žlutou barvou.

Obrázek 1: Materiál pro vrtání skla (poznámka: pod láhev jsem použil gumovou podložku)

Krok 6: Elektronická část

Základní ovládací obvod LED je zobrazen na prvním obrázku (všimněte si, že deska RTC není na tomto diagramu zobrazena, ale připojení k Arduinu je snadné a dobře zdokumentované, ve většině případů poskytuje knihovnu výrobce RTC). Ve finální verzi byly chlebové desky nahrazeny deskami plošných spojů.

Rozhodl jsem se oddělit hodinové rozhraní od minutového, abych program trochu usnadnil. Každé rozhraní je založeno na dvou sériově propojených posuvných registrech 74HC595. Jsou použity všechny výstupy prvního registru (0 až 7), zatímco pro druhý (8 až 11) jsou potřeba pouze první čtyři.

Pro konečný systém jsem vytvořil dvě samostatná rozhraní pomocí testovacích desek 5 cm x 10 cm (otvory seskupené podle 3). Použil jsem dva typy 74HC595, z nichž první jsou nativní 16kolíkové DIL integrované obvody, které jsem namontoval na dvě 16pinové podpěry, pájené na desce a druhé dvě malé desky, které jsem koupil od Sparkfun, s jedním povrchem 74HC595 namontované na každém (obrázek č. 7).

Jelikož jsem spěchal, nemohl jsem se dočkat výroby plošných spojů, tak jsem si PCB vyrobil sám pomocí testovacích desek, ale diagramy DPS jsou nyní k dispozici pro obě rozhraní (viz obrázky PCB). Všimněte si, že máte na výběr buď pouze jeden typ, nebo kombinaci těchto dvou typů, to je na vás. Všimněte si také, že jsem zatím nevytestoval vyrobené PCB (soubory Fritzing zde nelze nahrát, ale na požádání je mohu poskytnout).

Nastavení RTC: při prvním připojení Arduina k RTC budete muset správně nastavit hodiny. Nakonec je toto nastavení nutné znovu pro kompenzaci posunu RTC (2–3 s za den).

Toto nastavení probíhá v set-up () za předpokladu, že následující instrukce není odkomentována:

//#define RTC_ADJUST true // Pokud je definováno, úprava RTC proběhne v nastavení

Pokud je výše uvedený řádek okomentován, set-up () upraví RTC s hodnotami následujících konstant (nezapomeňte tyto konstanty inicializovat aktuálními hodnotami, tj. Hodnotami v okamžiku kompilace a stažení program pro Arduino)

// Nezapomeňte upravit níže uvedenou konstantu, pokud je definován RTC_ADJUST !!#define DEF_YEAR 2019 // Výchozí rok použitý při počáteční úpravě RTC

#define DEF_MONTH 11 // Výchozí měsíc použitý při počáteční úpravě RTC

#define DEF_DAY 28 // Výchozí den použitý při počáteční úpravě RTC

#define DEF_HOUR 11 // Výchozí hodina použitá při počátečním nastavení RTC

#define DEF_MIN 8 // Výchozí minuta použitá při počátečním nastavení RTC

#define DEF_SEC 0 // Výchozí sekunda použitá při počátečním nastavení RTC

Důležité také: jakmile proběhlo nastavení, nezapomeňte řádek znovu okomentovat a znovu stáhnout program do Arduina

//#define RTC_ADJUST true // Pokud je definováno, dojde při nastavení k úpravě RTC

jinak by nastavení RTC proběhlo s nesprávnými hodnotami při každém restartu programu (zapnutí nebo reset Arduina). To se při mých testech stalo !! (Zapomněl jsem ten řádek znovu okomentovat a nerozuměl jsem, co se děje …).

Nyní se podívejme na samotnou funkci hodin.

V zásadě existují dva režimy zobrazení:

1. Režim CLOCK (viz obrázek #9)

   1. LED dioda odpovídající aktuální hodině svítí
   2. minutová LED odpovídající aktuálnímu násobku 5 minut je ZAPNUTÁ (tato LED svítí 5 minut)
   3. každá minuta LED, jiná než ta, která je ZAPNUTÁ, bliká po dobu 5 sekund (která LED je odvozena od „druhé“hodnoty načtené z RTC)

RANDOM režim (viz obrázek č. 10)

všechny LED diody jsou zapnuty a vypnuty náhodně, kromě aktuálních „hodin“a „minut“

Doba, po kterou je zapnutá minuta LED, trvá 5 minut, ale za tu dobu „skutečná“minuta postupuje. Například když se aktuální minuta stane 15, „východní“LED se zapne během 5 minut, ale skutečná minuta bude 15, 16, 17, 18 a 19 během těchto 5 minut (budeme tomu říkat „5 minut“cyklus )

Program dělá tři věci:

1. Vypočítá rozdíl mezi „skutečnou“minutou a zobrazenou minutou a poskytne 5 hodnot: 0, 1, 2, 3 a 4
2. Vypočítává, jak dlouho by měl náhodný režim trvat, vynásobením čísla nalezeného těsně nad 6 sekundami, což vede k 5 hodnotám: 0, 6, 12, 18 a 24 (sekund) pro náhodný režim a rozdílu mezi těmito hodnotami a 30 pro režim hodin (30, 24, 18, 12 a 6 sekund)
3. Toto rozdělení mezi režimy se opakuje dvakrát za každou minutu (součet obou režimů je vždy 30 sekund)

Tento „5minutový cyklus“se aplikuje znovu a znovu pokaždé, když je zapnuta další „minutová kontrolka“(což se děje každých 5 minut).

Poznámka: skutečnou minutu lze odvodit jednoduše tím, že spočítáte, jak dlouho trvá náhodný režim, a vydělíte toto trvání 6; například pokud počítáte 18 sekund pro náhodný režim a „25“minut je ZAPNUTO, znamená to, že skutečná minuta je 28 (18/6 = 3 a 25+3 = 28)

Na tomto videu je nejprve vidět režim hodin (aktuální čas je mezi 10h25 a 10h29), poté náhodný režim (trvající 6 sekund, což znamená, že aktuální minuty jsou 26) a poté opět režim hodin. Všimněte si, že paleta je zde umístěna na zemi a že „půlnoční“láhev je vpravo. Od této první výstavy jsou hodiny nyní svisle prezentovány na stativu (obrázek č. 11)

Všimněte si také, že aktuální hodiny (10h) a minuta (25m) LED nejsou ovlivněny náhodným režimem.

Poznámky k diagramům DPS

První PCB (nativní 74HC595: obrázek č. 4):

• U1 a U2 jsou integrované obvody 74HC595
• Rozložení pinů najdete na obrázku č. 6 (viz také pin použitý v Arduinu v deklaraci proměnné programu)

Druhá deska plošných spojů (odpojovací desky Sparkfun 74HC595: obrázek č. 5)

Rozložení pinů najdete na obrázku č. 7

Použil jsem samčí kolíkové pájky pájené na obou deskách rozhraní, takže všechny konektory vodičů jsou ženské.

Krok 7: Upevnění lahví na paletě a připojení LED diod

Pro každou láhev postupně:

• Najděte její hrdlo na paletě (vložte láhev na místo, označte hrdlo a vyjměte láhev)
• Zašroubujte upevňovací límec se šroubem ve středu a ve středu krku (vyznačeno na paletě). Použil jsem samořezné šrouby do sádry. Pokud vám to přijde jednodušší, můžete do límce vyvrtat pilotní otvor.
• Vložte hmoždinku do otvoru v paletě
• Zavřete límec kolem hrdla láhve, láhev by nyní měla být upevněna na paletě

A je to! (nezapomeňte odstranit šňůrky a štítky lahví na konci).

Pro každou LED:

Připojte obě LED diody k vodičům + a GND. + Pochází z příslušného výstupního pinu na desce rozhraní a GND z jedné z přechodných „distribučních desek GND“; tyto desky jsou jednoduše testovací desky (+/- 2 cm x 5 cm) s lineárními pásy, na které pájíte samčí kolíkové hlavičky se všemi jejich piny pájenými na stejném pásmu, přičemž jeden pin je připojen k jednomu GND pinu rozhraní; pokud vám dochází GND piny, jednoduše připojte pásmo k druhému a spojte je dohromady. Doporučuji izolovat pájené LED spoje teplem smrštitelnou objímkou (modrá pro GND a červená pro LED signál, „+“)

Upevněte všechny desky na paletě níže a spojte je dohromady pomocí vodičů zakončených zásuvkou (Arduino na desky rozhraní, 6 signálů + GND, napájecí zdroje na Arduino a desky rozhraní a RTC, RTC na Arduino, desky rozhraní na 24 LED (12 na jedné desce rozhraní). Nezapomeňte připojit GND ke všem deskám.

Upevněte napájecí zdroje na jednu svislou dřevěnou desku, připojte AC kabel k prvnímu a zapojte řetězec k druhému (pozor, AC kabel připojujte až po připojení!).

Níže uvedené video ukazuje tři první minuty jednoho 5minutového cyklu. Aktuální čas je téměř 4 hodiny 55 hodin a video se spustí těsně před tím, než se kontrolka „50 minut“přepne na „55 minut“(nejprve poslední sekundy 24sekundového náhodného režimu, 6 sekund hodinového režimu a poté přepnutí na 55minovou LED). Během první minuty (16h55) se zobrazuje pouze režim hodin (60 sekund), během druhé minuty (16h56) každý krok 30 sekund začíná 6 sekundovým náhodným režimem a poté následuje 24hodinový režim hodin, během třetí minuty (16h57), 12 sekund náhodné a 18 sekund hodiny (dvakrát)

Krok 8: Poznámky, rozšíření a vylepšení

Poznámky:

• Když program začne, čeká na další „celou minutu“(tj. RTC-sekund = 0), než se začne zobrazovat LED dioda

• Některé parametry v programu umožňují

  • Pro LED „půlnoc“vyberte jinou orientaci
  • Distribuujte dva režimy na jednu celou minutu namísto dvakrát na 30 sekund
• Podpěra palet a lahve cideru nejsou nezbytně nutné, můžete vymyslet jiné typy podpěr displeje, jako je například box na cukr, jak je znázorněno na obrázku

Rozšíření:

• Přizpůsobil jsem program a vytvořil verzi „řízenou tabulkou“, která umožňuje dělení hodin/náhodných režimů na základě časovací tabulky, nikoli na základě předem definovaného pravidla
• Tabulka „závislá na kalendáři“(datum, počáteční hodina, stop-hodina) umožňuje ovládat čas začátku a konce hodin, takže je lze nechat zapnuté, když je výstava večer uzavřena (automaticky se zastaví displej a spustí se ráno bez jakéhokoli ručního zásahu)
• Program má verzi, kde je zobrazení spuštěno detekcí přítomnosti návštěvníka a zastaví se 5 minut po nepřítomnosti návštěvníků.

Vylepšení:

• RTC: stabilnější verze by mohla nahradit dosud používaný 1307
• Mohlo by být přidáno ruční nastavení RTC (například přidáním dvou rotačních kodérů, jako https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… a tlačítka pro potvrzení nového nastavení hodin a minut)