นาฬิกาไฟ LED สไตล์ "Charlotte's Web": 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

นับตั้งแต่ฉันเห็นหลอดไฟแบบไส้หลอด LED ครั้งแรก ฉันก็คิดว่าไส้หลอดจะต้องดีสำหรับบางสิ่งบางอย่าง แต่ต้องใช้เวลาจนกระทั่งการปิดร้านชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ในท้องถิ่นให้ฉันซื้อหลอดไฟบางตัวโดยมีเจตนาที่จะทุบให้แตก และดูว่าฉันจะทำอะไรกับเส้นใยได้

ใช้เวลาไม่นานในการตัดสินใจว่าพวกเขาจะทำนาฬิกาที่น่าสนใจ และคงจะสนุกมากที่จะลอยชิ้นส่วนในอากาศที่แขวนด้วยสายไฟเท่านั้น

ระหว่างการสร้างมันขึ้นมา ฉันรู้ว่ามันชวนให้นึกถึงใยแมงมุมอย่างประหลาดด้วยการเขียนจากหนังสือ "Charlotte's Web"

โปรดทราบว่าอุปกรณ์นี้มี 80V บนโครงโลหะเปลือย แต่การใช้ตัวแปลง DC-to-DC แบบแยกและแหล่งจ่ายไฟหมายความว่าคุณสามารถสัมผัสเฟรมและไม่ได้รับแรงกระแทก หรืออย่างน้อยฉันก็ไม่ได้

ขั้นตอนที่ 1: อะไหล่ที่จำเป็น

การทดลองของฉันแสดงให้เห็นว่า LED ต้องใช้ไฟประมาณ 55 โวลต์จึงจะสว่างขึ้น และเรืองแสงด้วยกำลังไฟเต็มที่ประมาณ 100 โวลต์ ในการใช้งาน จะถูกจัดเรียงเป็นชุดคู่สำหรับตลาด 230V / 240V และขนานแท้สำหรับตลาด 110V มีตัวควบคุมบางอย่างในฝาครอบหลอดไฟ แต่ฉันตัดสินใจที่จะไม่ลองใช้สิ่งนั้นซ้ำเพราะฉันต้องการให้เส้นใยเรืองแสงน้อยลงมาก นาฬิกา LED ที่สว่างเต็มที่จะเจ็บปวดในการอ่าน นาฬิกาแสดงผล 7 ส่วนต้องการ 27 สายควบคุมและในตอนแรกฉันตั้งใจจะใช้ Arduino Mega อย่างไรก็ตาม เมื่อพูดถึงการควบคุมกระแสไฟ 100V (หรือมากกว่านั้น) ผ่าน LED ที่มีไมโครคอนโทรลเลอร์บนช่อง IRC ที่ไม่เกี่ยวข้อง ฉันได้รับแจ้งถึงการมีอยู่ของชิปไดรเวอร์ DS8880 สำหรับจอแสดงผลหลอดฟลูออเรสเซนต์สุญญากาศ สิ่งเหล่านี้สมบูรณ์แบบสำหรับงานในมือ เนื่องจากใช้ข้อมูลอินพุต BCD 4 บิตต่อหลัก และแปลงเป็นสัญญาณไดรฟ์ 7 ส่วนด้วยการควบคุมกระแสไฟในตัวและตัวแปรสูงสุด 1.5mA การทดสอบพบว่า 1.5mA เหมาะสำหรับแอปพลิเคชันนี้ การลดลงจาก 7 บิตเป็น 4 บิตต่อหลักยังหมายความว่าฉันสามารถใช้ Arduino Nano หรือ Uno สำหรับการควบคุมได้เนื่องจากต้องการเพียง 13 สายควบคุมเท่านั้น (2 x 4 บิต 0-9 ช่อง, 1 x 3-บิต 0-7 ช่อง และ 1 x 2 บิต 0-3 ช่อง)

ฉันตัดสินใจใช้สัญญาณวิทยุ MSF 60kHz เพื่อให้ Arduino รู้เวลาของวัน ฉันเคยใช้สิ่งนี้มาก่อนแล้วประสบความสำเร็จโดยใช้โมดูลตัวรับนอกชั้นวาง ซึ่งหนึ่งในนั้นฉันต้องลงมือทำ อย่างไรก็ตาม สิ่งเหล่านี้ดูเหมือนจะหายากกว่าในปัจจุบัน ดังนั้นการใช้โมดูล WiFi อาจง่ายกว่าหากใครก็ตามที่รู้สึกอยากทำนาฬิการุ่นนี้ในเวอร์ชันของตนเอง

ระหว่างการทดสอบ ฉันพบว่า Arduino Nanos ที่ฉันมีอยู่ทั้งหมดดูเหมือนจะมีฐานนาฬิกาที่แย่ ฉันใช้เวลาหลายชั่วโมงรอให้พวกมันซิงค์ จากนั้นด้วยความสิ้นหวังจึงลองเสียบ Duemilanove อันเก่า และมันซิงก์ในนาทีแรกและใช้งานได้

ในการสร้าง 80V ที่จำเป็นในการขับเคลื่อนเส้นใย ฉันใช้ตัวแปลง DC เป็น DC มีให้เลือกใช้งานตั้งแต่ 12V. Arduino สามารถขับเคลื่อนโดย 12V และสร้างแหล่งจ่ายไฟ 5V ที่มีประโยชน์จากตรรกะจากนั้น แต่ฉันลืมข้อเท็จจริงนี้และซื้ออินพุต 5V ราคาแพง นี่อาจยังเป็นตัวเลือกที่ดี ซึ่งหมายความว่านาฬิกาจะทำงานจาก USB ในระหว่างการตั้งโปรแกรมด้วย และตัวแปลงราคาแพงมีเอาต์พุตแยก 5kV (ซึ่งหมายความว่าเฟรม 80V ลอยตัวลดความเสี่ยงจากการกระแทกได้มาก)

ไฟ LED มีอยู่ใน eBay ไม่จำเป็นต้องทุบหลอดไฟเพื่อเก็บเกี่ยว

รายการช้อปปิ้ง:

ลวดทองแดงแบบฟลักซ์ตัวเอง 34 SWG (31 AWG / 0.22mm) ใช้งานได้

Arduino

ไดรเวอร์ VFD DS8880 4 ตัว

ไส้หลอด LED อย่างน้อย 28 เส้น (แต่แตกหักง่าย ดังนั้นควรสำรองอย่างน้อย 25%)

ตัวแปลง DC เป็น DC

ตัวเก็บประจุ 47µF 5V

ตัวเก็บประจุ 4.7nF 100V

วัสดุกรอบ (ฉันใช้ทองเหลืองส่วน U ขนาด 3 มม. x 3 มม. x 0.5)

ฐานบางอย่าง

กาวไซยาโนอะคริเลต

ซ็อกเก็ตอินพุต DC (หรือ USB ที่ติดตั้งบนแผง)

โมดูลตัวรับและเสาอากาศ 60kHz (หรือใกล้เคียง)

เรือนส่วนหัวชาย 7 พิน (และขั้วต่อจีบที่เข้าชุดกัน)

ขั้นตอนที่ 2: เจาะวัสดุเฟรม

โครงทำจากทองเหลือง U-section ความยาว 1 ม. 3 มม. (ความหนาของผนัง 0.5 มม.) และจะไม่แนะนำอะไรที่เบากว่านั้น

ไฟ LED ถูกควบคุมโดยสวิตช์ด้านต่ำ ซึ่งหมายความว่า LED แต่ละดวงเชื่อมต่อกับเฟรมนำไฟฟ้าที่ 80V บนขั้วบวก จากนั้นลวดหุ้มฉนวนจะนำผ่านเฟรมไปยังไอซีควบคุม

ต้องเจาะโครงสำหรับสายไฟ ฉันตัดสินใจเจาะรูที่ระยะพิทช์ปกติ 10 มม. และทำจิ๊กนำทางขนาดเล็กเพื่อกำหนดระยะห่าง ร่องที่ด้านล่างถือช่องเฟรมและหมุด (คีย์อัลเลนในรูปภาพ) จะทำดัชนีบนรูที่มีอยู่และอนุญาตให้เจาะอีกสองรูที่ระยะห่างที่เลือก

จิ๊กเจาะยังเพิ่มเป็นสองเท่าของจิ๊กดัด มีร่องเพื่อป้องกันไม่ให้ช่อง U กระจายระหว่างการดัด

ฉันใช้รูขนาด 1 มม. แต่ขนาดเล็กกว่าน่าจะดีกว่า ทำให้ติดกาวได้ง่ายขึ้น

ขั้นตอนที่ 3: งอเฟรม

ฉันพิมพ์เทมเพลตสำหรับกรอบด้านนอกและการวางตำแหน่ง LED สิ่งนี้ถูกแปะไว้ที่โต๊ะทำงานแล้วฉันก็งอโครงทองเหลืองอย่างระมัดระวังเพื่อให้เข้าคู่กัน

การโค้งงอโดยให้ด้านที่เปิดของตัว U อยู่ด้านนอกนั้นง่าย แต่เป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้ด้านในโค้งงอโดยไม่ทำให้ช่องแตกจนกว่าฉันจะอบวัสดุด้วยเครื่องเป่าลม หลังจากการอบอ่อนต้องใช้การยืดผมเล็กน้อย ดังนั้นจึงเป็นการดีที่สุดที่จะอบเฉพาะส่วนที่ต้องการจริงๆ เท่านั้น เพียงแค่อุ่นด้วยคบเพลิงจนไฟสว่างจ้าและไม่ร้อนขึ้น ไปไกลเกินไปและละลายมันจะไม่ช่วย

เมื่อสร้างรูปร่างแล้ว เฟรมก็ติดเทปลงไปที่เทมเพลต

เทมเพลตสามารถพบได้ในรูปแบบ PDF ที่นี่ หากพิมพ์ที่มาตราส่วน 1:1 (พอดีกับกระดาษ A3) เส้นรอบวงจะเท่ากับ 1 ม. เพื่อให้เหมาะกับความยาวของวัสดุ

ขั้นตอนที่ 4: ต่อสายไฟใน LED

ก่อนอื่นให้หาว่าปลายด้านใดของ LED เป็นขั้วบวก (เชื่อมต่อกับแรงดันบวก) ไฟ LED ของฉันมีรูเล็ก ๆ ใกล้กับส่วนท้ายของการเคลือบพลาสติก

ปลายเหล่านี้ทั้งหมดต้องบัดกรีกับสายไฟที่บัดกรีเข้ากับเฟรม ฉันไม่ค่อยพอใจกับรูปแบบการเดินสายของฉัน ดังนั้นฉันจะไม่ให้คำแนะนำใดๆ ดึงสายไฟผ่านรูที่คุณเลือก ดึงให้แน่นแล้วประสานเข้าที่ แล้วตัดส่วนเกินออก ฉันใช้ Veropen เป็นเครื่องจ่ายและที่ยึดสายไฟ ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเป็นฉนวนประเภทที่ถูกต้อง (ประเภทที่สามารถบัดกรีผ่านโดยไม่ต้องปอกหรือที่เรียกว่า "การฟลักซ์ในตัว")

จากนั้นคุณสามารถเริ่มสร้างตัวเลข โดยยึดสายสวิตช์ (แคโทด) ด้วยกาวไซยาโนอะคริเลตตรงจุดที่พวกมันผ่านรูในเฟรม ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณปล่อยความยาวไว้มากพอที่จะวนรอบเฟรมและเข้าไปในฐาน / กล่องควบคุม

คุณสามารถรองรับสายไฟจากกันและกันเพื่อให้ได้มุมที่โค้งมนและหลีกเลี่ยงสายไฟที่ผ่านหน้าหลัก ประสานพวกเขาถ้าเป็นสายไฟ กาวพวกเขาถ้าสายสวิตช์ มุมของตัวเลขดูเหมือนสายไฟต้องสัมผัสกัน แต่เมื่อจำเป็น ง่ายต่อการแยกออกจากกัน

ขั้นตอนที่ 5: สร้างฐานและเฟรมฟุต

ฉันทำฐานไม้โอ๊ค และตีนผีทองเหลืองสำหรับโครงบนเครื่องกลึงซีเอ็นซีของฉัน แต่กล่องแบบไหนก็ได้ และฐานที่พิมพ์ 3 มิติสำหรับเฟรมก็ใช้ได้ดี ฉันแน่ใจ

ขายึดด้วยสกรู M5 ในรูต๊าปที่ชดเชยจากรูเฟรมตรงกลาง สกรูพอดีกับช่องที่กลึงในฐาน สายไฟผ่านช่องเดียวกัน ช่องนี้อนุญาตให้ปรับระยะห่างของเท้าเพื่อกำหนดความตึงในสายไฟ (ในระดับหนึ่ง)

สกรูตัวใดตัวหนึ่งมีรูและสายไฟเพิ่มเติมเพื่อจ่ายไฟ +80V ให้กับโครงทองเหลือง

ไฟล์ STL สำหรับขายึดเสาอากาศและตัวยึด PCB อยู่บน Github ของฉัน

ขั้นตอนที่ 6: สร้างและทดสอบ PCB ควบคุม

วิธีการทำ PCB ควบคุมนั้นครอบคลุมในคำสั่งก่อนหน้า

ฉันไม่ได้ทำงานจากแผนผังฉันสร้างขึ้นเมื่อฉันทำตาม อย่างไรก็ตามฉันได้ทำแผนผังหลังจากข้อเท็จจริง

รูปแบบ PDF หรือ KiCAD

แผนผังนี้อาจไม่มีข้อผิดพลาดบางอย่างที่ร่าง Arduino มีการเข้ารหัสและอาจมีข้อผิดพลาดเพิ่มเติมที่นาฬิกาจริงขาด

จุดสำคัญที่ควรคำนึงถึงคือตัวแปลง DC-DC ควรเชื่อมต่อกับพิน V-in ของ Arduino และพลังงานลอจิกและเครื่องรับวิทยุควรเชื่อมต่อกับ 5V ที่ได้รับการควบคุม ซึ่งหมายความว่า Arduino และตัวแปลงสามารถเรียกใช้จาก PSU ใดๆ ได้ถึง 12V และลอจิกยังคงเห็นเฉพาะ 5V ที่ได้รับการควบคุม

ขั้นตอนที่ 7: เมานต์ตัวเลขกับฐานและจัดเรียงสายทั้งหมด

ด้วยสายไฟที่ยึดไว้กับช่องชั่วคราวด้วยเทปกาวเล็กๆ น้อยๆ จึงสามารถนำเกลียวหลายเส้นเข้าไปในฐานได้ ฉันใช้ตัวแปลงสเต็ปอัพแบบปรับได้เพื่อหาว่าสายใดเป็นสายใด ก่อนอื่นฉันตั้งค่าเป็นแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะทำให้ไส้หลอด LED หลวมจากนั้นจึงกระตุ้นเอาต์พุตที่เป็นบวกผ่านรูเฟรม จากนั้นโดยการสัมผัสปลายที่ตัดของปลายลวดทองแดงเคลือบกับลวดจ่ายลบจากตัวแปลง ฉันสามารถเห็นได้ว่าส่วนใดที่นำแต่ละอันสอดคล้องกัน จากนั้นฉันก็ขันลวดเข้าไปในพินแล้วเสียบเข้าไปในตัวเชื่อมต่อ

ขั้วจะไม่ทำงานหลังจากการจีบ จำเป็นต้องบัดกรีด้วยเพื่อเจาะฉนวนเคลือบฟัน หลังจากบัดกรีหมุดก็ถูกผลักไปจนสุดทางกลับบ้าน

ขั้นตอนที่ 8: แฟลช Arduino

สามารถดูร่าง Arduino ได้ที่นี่

github.com/andypugh/LEDClock

มีภาพสเก็ตช์สองแบบ แบบหนึ่งสำหรับแสดงนาฬิกาและอีกแบบหนึ่งที่วิ่งผ่านตัวเลข 0 ถึง 9 ในแต่ละช่อง

แบบร่างการทดสอบนี้จะช่วยให้คุณทราบว่าจำเป็นต้องสลับส่วนหัวใดในพินเอาต์พุต และหากจำเป็นต้องสลับสายข้อมูล BCD (ถ้าคุณดูภาพสเก็ตช์ คุณจะเห็นว่าฉันจำเป็นต้องสลับช่องสัญญาณสองช่องเนื่องจากปัญหาการเดินสาย ซึ่งแก้ไขได้ง่ายกว่าในซอฟต์แวร์)

ขั้นตอนที่ 9: รอด้วยความหงุดหงิดสำหรับ Radio Sync

นาฬิกาวิทยุต้องได้รับข้อมูลเต็มนาที ภาพสเก็ตช์ Arduino จะกะพริบแถบตรงกลางของตัวเลขหลักสิบชั่วโมงเพื่อสะท้อนข้อมูลวิทยุที่เข้ามา และนาทีจะแสดงจำนวนบิตข้อมูลที่ไม่ผิดพลาดที่มาถึง หากถึง 60 แสดงว่ามีข้อมูลที่ดีและแสดงเวลา

ด้วยจิตวิญญาณของการเปิดเผยอย่างเต็มรูปแบบ นี่คือการจำลอง ดูเหมือนว่าฉันจะซิงค์ได้ก็ต่อเมื่อใช้พลังงานจาก USB ของ Mac และเมื่ออยู่ในที่ที่ไม่มีการถ่ายรูป ในกรณีของข้อมูลจริง พัลส์หนึ่งวินาทีมีความยาวต่างกัน เพื่อเข้ารหัสไบนารี

นอกจากนี้ยังมีองค์ประกอบที่ขี้เกียจ (มันเรืองแสง แต่สลัวกว่าส่วนอื่น ๆ) ไฟ LED นั้นดี ฉันกลัวว่าชิปไดรเวอร์จะมีปัญหา แต่ฉันจะลองเดินสายไฟทองแดงที่เคลือบใหม่ก่อน (อันที่จริงฉันอาจจะแค่เรียกใช้ลวดเสริม)

ขั้นตอนที่ 10: เสร็จสิ้น

สายไฟสามารถยึดเข้ากับช่องได้โดยใช้ฉนวนหุ้มฉนวนยาว 1.5 มม.2 บางเส้น แต่ระวังอย่าให้สายไฟเส้นบางเสียหาย

ข้อจำกัดความรับผิดชอบ: ฉันไม่ได้อ้างว่าเป็นคนแรกที่คิดเกี่ยวกับการใช้เส้นใยเหล่านี้เป็นนาฬิกา แต่ฉันคิดขึ้นมาเองโดยอิสระ เมื่อค้นคว้าหาไดรเวอร์ที่เหมาะสม ฉันพบโพสต์นี้จากปี 2015 ซึ่งแสดงนาฬิกาที่ทำจากเส้นใยชนิดเดียวกัน (แม้ว่าของเขาจะดูยืดหยุ่นได้ ซึ่งจะง่ายกว่ามาก)

ฉันอาจเป็นคนแรกที่จะห้อยพวกมันไว้ในอวกาศด้วยสายไฟ แต่ฉันก็ไม่สนใจที่จะเดิมพันด้วย