Hodiny s LED vlákny ve stylu „Charlotte's Web“: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Od té doby, co jsem poprvé viděl žárovky s LED vlákny, jsem si myslel, že vlákna musí být k něčemu dobrá, ale trvalo mi, než jsem zavřel prodej místního obchodu s elektronickými součástmi, abych koupil nějaké žárovky s úmyslem rozbít a podívejte se, co bych mohl s vlákny udělat.

Netrvalo dlouho a rozhodli se, že vyrobí zajímavé hodiny a že bude velmi zábavné vznášet se ve vzduchu segmenty zavěšené pouze za jejich napájecími dráty.

Při částečném budování jsem si uvědomil, že to podivně připomínalo pavučiny zapsané v knize „Charlotte's Web“

Mějte na paměti, že toto zařízení má na holém kovovém rámu 80V. Ale použití izolačního měniče DC-DC na DC a napájení znamená, že je možné se dotknout rámu a nepůsobit šok. Nebo alespoň nemám.

Krok 1: Požadované součásti

Moje experimenty ukázaly, že LED diody potřebují k rozsvícení asi 55 voltů a září plným výkonem kolem 100 V. Při použití jsou uspořádány v párech sérií pro trhy 230V / 240V a čistě paralelní pro trhy 110V. Ve víčku lampy je nějaký ovladač, ale rozhodl jsem se, že to nezkusím znovu použít, protože jsem chtěl, aby vlákna svítila mnohem méně jasně. Plně jasné LED hodiny by bylo bolestivé číst. Hodiny se 7 segmentovým displejem potřebují 27 ovládacích řádků a původně jsem zamýšlel použít Arduino Mega. Při diskusi o řízení proudu 100 V (nebo tak nějak) pomocí LED s mikrokontrolérem na nesouvisejícím kanálu IRC mi bylo řečeno, že existují čipy ovladače DS8880 pro vakuové fluorescenční displeje. Ty jsou ideální pro danou práci, protože odebírají 4 bity vstupních dat BCD na číslici a převádějí na signály 7 segmentových měničů s vestavěným a variabilním řízením proudu až do 1,5 mA. Testování ukázalo, že 1,5 mA bylo pro tuto aplikaci ideální. Pokles ze 7 bitů na 4 bity na číslici také znamenal, že jsem pro ovládání mohl použít Arduino Nano nebo Uno, protože je potřeba pouze 13 řídicích linek. (2 x 4 bitové 0-9 kanály, 1 x 3bitové 0-7 kanály a 1 x 2bitové 0-3 kanály)

Rozhodl jsem se použít rádiový signál MSF 60kHz, abych Arduino poznal denní dobu. Použil jsem to dříve s určitým úspěchem pomocí běžných přijímacích modulů, z nichž jeden jsem měl po ruce. Zdá se však, že je v současné době hůře najít, takže může být snazší použít modul WiFi, pokud má někdo chuť vytvořit si vlastní verzi těchto hodin.

Během testování jsem zjistil, že všechny Arduino Nanos, které jsem měl, mají špatnou hodinovou základnu, strávil jsem hodiny čekáním na jejich synchronizaci, pak jsem se v zoufalství pokusil zapojit starou Duemilanove a ta se synchronizovala v první minutě a zvykla si.

K vytvoření 80V potřebného k pohonu vláken jsem použil měnič DC na DC. Existuje mnoho dostupných, které fungují od 12V. Arduino může být napájeno 12V a z logiky z toho vytváří šikovné 5V napájení. Na tento fakt jsem ale zapomněl a koupil jsem si drahý 5V vstupní. To může být stále dobrá volba, to znamená, že hodiny budou během programování pracovat také z USB a drahý převodník má izolované výstupy 5 kV. (což znamená, že 80V rám plave, což výrazně snižuje riziko šoku)

LED diody jsou k dispozici na eBay, pro jejich sklizeň není nutné rozbíjet žárovky.

Nákupní seznam:

Samonavíjecí měděný drát. 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm) funguje.

Arduino

4 x DS8880 VFD ovladače

Nejméně 28 LED diod (ale snadno se lámou, takže získejte minimálně 25% náhradních dílů)

Převodník DC-DC

47 µF 5V kondenzátor

4.7nF 100V kondenzátor

Materiál rámu (použil jsem mosaz o průměru 3 mm x 3 mm x 0,5 U)

Nějaká základna

Kyanoakrylátové lepidlo

Vstupní zásuvka DC (nebo USB na panel)

60kHz (nebo podobný) přijímací modul a anténa.

7pólová pouzdra zástrčky (a odpovídající krimpovací svorky)

Krok 2: Vyvrtejte materiál rámu

Rám je vyroben z mosazného U profilu o délce 1 m (tloušťka stěny 0,5 mm) a nenaznačuje nic lehčího.

LED diody jsou ovládány spínači na spodní straně. To znamená, že každá LED je připojena k vodivému rámu při 80 V na anodě a poté izolovaný vodič vede skrz rám k řídicím obvodům.

Pro dráty je třeba vyvrtat rám. Rozhodl jsem se vyvrtat otvory s pravidelným stoupáním 10 mm a vytvořil jsem malý vodicí přípravek pro nastavení rozteče. Drážka ve spodní části drží kanál rámu a čep (imbusový klíč na fotografii) se indexuje na stávajícím otvoru a umožňuje vyvrtat další dva ve zvoleném rozestupu.

Vrtací přípravek slouží také jako ohýbací přípravek. Má drážku, která zabraňuje šíření U-kanálu během ohýbání.

Použil jsem otvory 1 mm, ale menší by pravděpodobně byly lepší, což by usnadnilo lepení.

Krok 3: Ohněte rám

Vytiskl jsem šablonu pro vnější rámeček a polohování LED. Toto bylo nalepeno na pracovní stůl a pak jsem opatrně ručně ohnul mosazný rám, aby odpovídal.

Ohyby s otevřenou stranou U směrem ven byly snadné, ale nebylo možné provést vnitřní ohyby bez přerušení kanálu, dokud jsem materiál nevyžehlil foukačkou. Po žíhání to chtělo trochu narovnat, takže je nejlepší žíhat pouze ty bity, které to skutečně potřebují. Jednoduše zahřejte foukací hořákem, dokud nezačne tupě svítit a nebude žhavější. Jít příliš daleko a roztát to by bylo k ničemu.

Jakmile byl rámeček tvarován, byl nalepen páskou dolů na šablonu.

Šablonu najdete jako PDF zde. Pokud je vytištěn v měřítku 1: 1 (vejde se na papír formátu A3), pak je perimiter přesně 1 m, aby odpovídal délce materiálu.

Krok 4: Zapojte diody LED

Nejprve zjistěte, který konec LED je anoda (připojuje se k kladnému napětí). Na mých LED diodách to bylo označeno malým otvorem těsně u konce plastového povlaku.

Všechny tyto konce potřebují pájení na dráty, které jsou připájeny k rámu. Nejsem úplně spokojený se svým vzorem zapojení, takže se budu zdržovat jakýchkoli návrhů. Propíchněte dráty zvoleným otvorem, zatáhněte poněkud pevně a pájte na místo. Poté přebytek odřízněte. Použil jsem svůj Veropen jako dávkovač a držák drátu, částečně proto, že to byl správný druh izolace (typ, který lze pájet bez odizolování, známý jako „samonavíjecí“)

Poté můžete začít vytvářet číslice a zajistit spínací (katodové) vodiče kyanoakrylátovým lepidlem v místě, kde procházejí otvory v rámu. Ujistěte se, že necháte dostatek délky, aby se smyčka celá kolem rámu a do základny / ovládací skříňky.

Můžete vzájemně podepřít dráty, abyste získali zaoblené rohy a vyhnuli se průchodu drátů před číslicemi. Pokud jsou to napájecí vodiče, pájejte je, lepte je, pokud jde o spínací vodiče. Rohy číslic vypadají, že se dráty musí dotýkat, ale v případě potřeby je lze snadno izolovat od sebe.

Krok 5: Vytvořte základnu a nohy rámu

Na svém CNC soustruhu jsem vyrobil dubový základ a opracoval mosazné patky pro rám. Ale jakýkoli druh krabice by stačil a 3D-tištěné nohy pro rám by fungovaly dobře, jsem si jistý.

Patky jsou drženy dolů pomocí šroubů M5 v závitových otvorech odsazených od otvoru středního rámu. Šrouby zapadají do otvorů obrobených v základně. Dráty procházejí stejnými štěrbinami. Drážky umožňují upravit rozteč chodidel pro nastavení napětí v drátech (do určité míry).

Jeden ze šroubů má navíc očko a drát pro napájení +80V mosazného rámu.

Soubory STL pro držák antény a držák desky plošných spojů jsou na mém Githubu.

Krok 6: Vytvořte a otestujte řídicí desku plošných spojů

Způsob výroby řídicí desky plošných spojů je popsán v předchozím Instructable.

Nepracoval jsem podle schématu, vymyslel jsem to, jak jsem šel. Po této skutečnosti jsem však vytvořil schéma.

Formát PDF nebo KiCAD

Toto schéma může obsahovat některé chyby, které skica Arduina zakódovala, a může obsahovat chyby navíc, které skutečné hodiny postrádají.

Důležité body, které je třeba mít na paměti, je, že převodník DC-DC by měl být připojen ke kolíku V-in Arduina a logický napájecí a rádiový přijímač by měl být připojen k regulovanému 5V. To znamená, že Arduino a převodník mohou běžet z jakéhokoli napájecího zdroje až do 12 V a logika stále vidí pouze regulované 5 V.

Krok 7: Namontujte číslice na základnu a roztřiďte všechny dráty

S dráty dočasně drženými v kanálu pomocí malých kousků pásky lze protáhnout mnoho pramenů dovnitř základny. Použil jsem nastavitelný stupňovací převodník, abych zjistil, který drát je který. Nejprve jsem nastavil napětí, které by jen rozsvítilo uvolněné vlákno LED, a pak jsem prostrčil kladný výstup otvorem v rámu. Poté, když jsem se dotkl oříznutého konce smaltovaného konce měděného drátu záporným napájecím vodičem z převodníku, viděl jsem, kterému segmentu každý vodič odpovídá. Potom jsem drát zalisoval do kolíku a částečně zasunul do konektoru.

Svorky nevedou po krimpování, je třeba je také pájet, aby se prorazila izolace smaltu. Po pájení byly kolíky zasunuty až domů.

Krok 8: Flashujte Arduino

Skicu Arduina najdete zde.

github.com/andypugh/LEDClock

Existují dva náčrty, jeden pro běh hodin a jeden, který jednoduše prochází čísly 0 až 9 na každém kanálu.

Tento testovací náčrt vám umožní zjistit, která záhlaví na výstupních pinech je třeba prohodit a zda je třeba prohodit některý z datových řádků BCD. (Když se podíváte na náčrt, uvidíte, že jsem kvůli záměně kabelů potřeboval vyměnit několik kanálů, ty se snadněji opravovaly v softwaru).

Krok 9: Ve Frustraci počkejte na synchronizaci rádia

Rádiové hodiny potřebují získat celou minutu dat. Skica Arduina bliká středovou lištou desítky hodin, aby odrážela příchozí rádiová data, a minuty ukazují, kolik datových bitů dorazilo. Pokud se dostane na 60, pak jsou dobrá data a zobrazí se čas.

V duchu úplného odhalení se jedná o simulaci. Zdálo se mi, že se synchronizuje pouze při napájení z USB mého počítače Mac a když je umístěn někde nefotogenický. V případě reálných dat mají jednosekundové impulsy různou délku, aby zakódovaly binární.

Existuje také líný prvek (svítí, ale je slabší než ostatní) Samotná LED je dobrá. Obávám se, že bude problém s čipem ovladače, ale nejprve zkusím znovu zapojit smaltovanou měď. (ve skutečnosti pravděpodobně jen spustím další drát)

Krok 10: Dokončení

Dráty mohou být drženy v kanálu s délkou odizolované izolace z nějakého 1,5 mm2 drátu. Dávejte však pozor, abyste nepoškodili tenké dráty.

Disclaimer: Netvrdím, že jsem první, kdo přišel s myšlenkou použít tato vlákna pro hodiny, ale přišel jsem s nápadem samostatně. Při hledání vhodných ovladačů jsem našel tento příspěvek z roku 2015, který ukazuje hodiny vyrobené ze stejných vláken (i když se zdá, že je flexibilní, což by bylo mnohem jednodušší).

Možná jsem první, kdo je zavěsil do prostoru na jejich napájecích vodičích, ale ani na to bych nedbal.