Nixie Clock Mood Barometer: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

ผู้บาดเจ็บล้มตายที่ไม่มีเครื่องหมายของ Progress คือบารอมิเตอร์ที่บ้านแบบแอนรอยด์ ทุกวันนี้ คุณอาจยังสามารถหาตัวอย่างได้ในบ้านของผู้คนที่มีอายุมากกว่า 90 ปี แต่มีอีกนับล้านอยู่ในถังขยะหรือบนอีเบย์

อันที่จริง บารอมิเตอร์แบบเก่าไม่ได้ช่วยตัวเองโดยเปล่าประโยชน์เลยในงานเดียว แม้แต่สมมติว่ามีการปรับเทียบอย่างถูกต้องและทำงานอย่างถูกต้อง การใช้ความดันบรรยากาศในการทำนายสภาพอากาศ หรือแม้แต่ระบุสภาพอากาศในปัจจุบัน ก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

ในขณะเดียวกัน เพื่อเสริมการเปิดตัวรายงานสภาพอากาศของสื่อมวลชนตลอด 24 ชั่วโมงทุกวัน เซ็นเซอร์ความดันสถานะของแข็ง อุณหภูมิ และความชื้นที่มีความแม่นยำสูงมากก็พร้อมใช้งาน ใส่โปรเซสเซอร์และจอ LCD ราคาถูกและคุณมี "สถานีตรวจอากาศในบ้านแบบดิจิทัล" แม้แต่พวกเนิร์ดสภาพอากาศ หรือคนที่คิดว่าสภาพอากาศในทีวีหรืออินเทอร์เน็ตเป็นแผนของรัฐบาล ก็ไม่จำเป็นต้องใช้บารอมิเตอร์อีกต่อไป

ทั้งหมดนี้เป็นความอัปยศเพราะฉันมีความทรงจำอันอบอุ่นเกี่ยวกับบารอมิเตอร์ที่เรามีในบ้านในวัยเด็กของฉัน พ่อของฉันจะทำการแตะอย่างระมัดระวังทุกวัน และตั้งค่าตัวบ่งชี้การอ่านปัจจุบันในพิธีกรรมเล็กๆ ที่ฉันใฝ่ฝันที่จะเลียนแบบเมื่อฉันอายุมากขึ้น แม้ว่าฉันจะรู้ว่าสิ่งนี้เป็นเพียงคนโกหกระดับโลก

ต่อไปนี้คือวิธีการสร้างบารอมิเตอร์แบบแสดงผลแบบแอนะล็อกที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งไม่มีข้อบกพร่องของต้นฉบับ แต่มีฟังก์ชันเพิ่มเติมบางอย่างที่ไม่มีประโยชน์มากกว่าที่เริ่มต้น ถ้าคุณดูวิดีโอ คุณจะเข้าใจ

ด้วยเป้าหมายที่เจียมเนื้อเจียมตัวของโครงการนี้ มันค่อนข้างซับซ้อน -- หรือแม่นยำกว่านั้น การทำซ้ำโครงการอย่างครบถ้วนนั้นมากเกินไปสำหรับหนึ่ง Instructable ด้วยเหตุผลนี้ ฉันจะเน้นที่ส่วนบารอมิเตอร์/บารอมิเตอร์อารมณ์ และส่วนที่เหลือ ฉันจะชี้ให้คุณไปในทิศทางที่ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 1: ส่วนผสม & เครื่องมือ

สำหรับบารอมิเตอร์/บารอมิเตอร์อารมณ์ คุณจะต้อง:

• บารอมิเตอร์แอนรอยด์ ไม่ต้องทำงาน. สิ่งที่ดึงดูดความรู้สึกอ่อนไหวทางสุนทรียะของคุณนั้นสำคัญกว่า ฉันหวังว่าฉันจะได้มันมาจากบ้านในวัยเด็กของฉัน แต่ฉันคิดว่ามันอยู่ในกองขยะ ฉันได้รับสินค้าทดแทนบนอีเบย์ในราคา $15
• เซ็นเซอร์ความดัน
• โมดูล ESP8266 -- ฉันใช้ NodeMCU
• สเต็ปเปอร์มอเตอร์และบอร์ดควบคุมที่เหมาะสม - ลิงก์ไปยังล็อตงานที่ห้า แต่สำหรับราคานั้นยากที่จะเอาชนะ มอเตอร์นี้มีการหมุนทั้งหมด 4096 ขั้น ให้ความละเอียดเพียงพอสำหรับจุดประสงค์ของเรา
• แหล่งจ่ายไฟ 5VDC - อย่างน้อย 1A - สำหรับ ESP8266 และมอเตอร์ ฉันใช้แหล่งจ่ายไฟ 12VDC และ 5VDC ที่รวมกันเพราะฉันมีอยู่แล้วและต้องการแหล่งจ่ายไฟ 12V สำหรับนาฬิกา Nixie (บวกพลังงาน 5V เพิ่มเติมสำหรับองค์ประกอบอื่นๆ ของโปรเจ็กต์)
• ไฟ LED อย่างน้อย 3 ดวง (เพื่อระบุแนวโน้มแรงดัน)
• LDR/โฟโตรีซีสเตอร์
• วัสดุสิ้นเปลืองเบ็ดเตล็ด เช่น ลวดจัมเปอร์ ตัวต้านทาน ท่อหดด้วยความร้อน ฯลฯ
• ในกรณีส่วนใหญ่ คุณสามารถใช้กล่องเดิมของบารอมิเตอร์ที่คุณใช้เพื่อจัดเก็บอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ฉันนำกล่องใส่นาฬิกาสไตล์ศิลปะและหัตถศิลป์ที่คลุมเครือมาใช้ใหม่เพื่อใช้เป็นที่เก็บนาฬิกาและบารอมิเตอร์ ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องใช้กล่องบารอมิเตอร์

คุณจะต้องมีหัวแร้ง ปืนความร้อน และเครื่องมือช่างเล็กๆ หากคุณต้องการแก้ไขกรณีที่สำคัญ เครื่องมือไฟฟ้าที่เลือกสรรมาจะมีประโยชน์

ขั้นตอนที่ 2: เตรียมเอกสารแนบของคุณอย่างระมัดระวัง

สิ่งที่คุณต้องทำที่นี่ขึ้นอยู่กับเคสที่คุณใช้เป็นส่วนใหญ่ หากคุณกำลังใช้เคสของบารอมิเตอร์ คุณแค่ต้องหาวิธีแยกส่วนและเอากลไกแอนรอยด์ออก มีแนวโน้มว่าพอยน์เตอร์จะติดอยู่บนกลไกนี้โดยตรง และต้องใช้ความระมัดระวังในการถอดตัวชี้ออกโดยไม่ทำให้เกิดความเสียหาย

ฉันมีงานต้องทำอีกเล็กน้อย เพราะตัวเรือนนาฬิกาของฉันยังมีกลไกนาฬิกาแบบเก่า (ไม่ทำงาน) อยู่ในนั้น

ฉันไม่รู้อะไรเลยเกี่ยวกับนาฬิกาจักรกล แต่คอยล์สปริงที่แข็งแรงแนะนำว่าฉันควรดำเนินการด้วยความระมัดระวัง อย่างไรก็ตาม เมื่อสิ่งนั้นระเบิด ฉันก็เลยไม่ได้เตรียมตัวไว้ หนึ่งวินาทีฉันกำลังคลายสกรูที่ดูเหมือนไม่สำคัญ ต่อมาก็มีเสียงดังและอากาศเต็มไปด้วยฝุ่นและเศษซาก เศษนาฬิกาอยู่ทั่วทุกแห่งและตัวเคสก็พังทลายลงอย่างสมบูรณ์ เหมือนกับที่ฉันจินตนาการไว้เมื่อระเบิดจริงดับลง ชั่วขณะหนึ่งฉันก็นึกไม่ออกว่าเกิดอะไรขึ้น ในความเงียบสงัดที่ตามมา ฉันคาดว่าครึ่งหนึ่งจะได้ยินเสียงไซเรนคร่ำครวญจากระยะไกล นอกจากนี้มือของฉันก็เจ็บมาก

บทที่หนึ่ง: แม้แต่กลไกนาฬิกาขนาดพอเหมาะก็สามารถเก็บพลังงานจำนวนมากได้อย่างน่าประหลาดใจ

บทที่สอง: หากมีข้อสงสัย ให้สวมแว่นตานิรภัย! ฉันโชคดีที่ไม่มีอะไรเข้าตาฉัน แต่มันน่าจะมีได้ บางครั้งแค่สอดส่องความปลอดภัยแบบเดิมๆ ก็ไม่เพียงพอ (ฉันเองก็ไม่แน่ใจเหมือนกัน) มือของฉันสบายดี ฉันแค่ยังเป็นเด็ก

หลังจากการติดกาวและหนีบจำนวนมาก ฉันก็ได้เคสกลับคืนมาและพร้อมที่จะไปยังขั้นตอนที่ 3

ขั้นตอนที่ 3: ติดตั้งส่วนประกอบ -- ตอนที่ 1

คุณจำเป็นต้องหาวิธีติดตั้งมอเตอร์เพื่อให้เพลายื่นออกมาผ่านแป้นหมุนได้เพียงพอ ดังนั้นเมื่อติดตัวชี้ไว้ มันจะกวาดไปทั่วใบหน้าโดยไม่มีการรบกวน ซึ่งอาจยากกว่าที่ปรากฏในตอนแรกเล็กน้อย เนื่องจากบารอมิเตอร์ส่วนใหญ่จะมีตัวชี้อีกตัวอยู่ด้านในของกระจก ซึ่งในสมัยโบราณใช้บันทึกการอ่านปัจจุบัน ตามที่อธิบายในภายหลัง เราจะไม่ต้องการตัวชี้นี้ แต่การรักษาไว้จะช่วยรักษารูปลักษณ์ดั้งเดิมของอุปกรณ์

ไม่ว่าในกรณีใด การมีอยู่ของตัวชี้การอ่านปัจจุบันหมายความว่ามีการจำกัดว่าตัวชี้ "หลัก" จะอยู่นอกหน้าปัดได้ไกลแค่ไหน

ในอีกทางหนึ่ง ตัวชี้ต้องอยู่ห่างจากแป้นหมุนให้เพียงพอเพื่อล้างวงแหวนซึ่งจะจัดกรอบ LDR ที่ติดตั้งไว้ในแป้นหมุน (ดูขั้นตอนถัดไป)

สิ่งที่ฉันทำคือติดแป้นหมุนและกรอบบนแผ่นรองที่เป็นไม้ จากนั้นจึงติดมอเตอร์ที่แผ่นรองด้านหลังด้วยตัวเว้นวรรคที่เหมาะสม ภาพแรกอาจช่วยอธิบายเรื่องนี้ได้ แต่คุณอาจคิดขึ้นมาเองได้

ข้อดีอย่างหนึ่งของการใช้ตัวเรือนนาฬิกาหรือขนาดใกล้เคียงกันคือมีพื้นที่สำหรับติดตั้งแหล่งจ่ายไฟภายใน สำหรับฉัน สิ่งนี้สำคัญเพราะนาฬิกาจะวางอยู่บนหิ้งที่เสียบเข้ากับเต้ารับที่ฉันติดตั้งไว้เป็นพิเศษ การซ่อน "หูดที่ผนัง" หรืออิฐ SPS ที่ผิดยุคอย่างเห็นได้ชัดในตำแหน่งนี้จะเป็นเรื่องยาก แต่นั่นอาจไม่ใช่ปัญหาสำหรับคุณ

ส่วนประกอบที่ไม่ได้ระบุไว้ในภาพที่สองเกี่ยวข้องกับส่วนนาฬิกาและตัวสั่นของโครงการ (NodeMCU ตัวที่สามและการเดินสายที่เกี่ยวข้องอยู่ภายใต้ Nixie PCB)

การวางตำแหน่งอื่นๆ - โดยพื้นฐานแล้วเซ็นเซอร์ BMP180, แผงไดรเวอร์มอเตอร์ และ NodeMCU - ไม่สำคัญ ที่กล่าวว่า จนกระทั่งฉันเดินสายเชื่อมต่อระหว่างกันออกจากบอร์ดควบคุม บางครั้งมอเตอร์ก็ทำงานไม่ถูกต้อง ไม่แน่ใจว่าเกิดอะไรขึ้น แต่ถ้ามอเตอร์ของคุณฟังดูตลกและ/หรือเคลื่อนที่ได้ไม่ราบรื่น คุณอาจต้องการลองขยับสายไฟไปรอบๆ

เพื่อหลีกเลี่ยงความจำเป็นในการบันทึกแนวโน้มแรงดันด้วยตนเอง (เพิ่มขึ้น ลดลง หรือคงที่) ฉันได้รวม LED ขนาดเล็กสามดวงไว้ใต้แป้นหมุน เมื่อไฟทั้งสามสว่างขึ้น บารอมิเตอร์จะอยู่ในโหมดอารมณ์ ฉันใช้ไฟ LED "วอร์มไวท์" เพื่อพยายามรักษาความรู้สึกช่วงเวลา ไม่มีการมอดูเลต พวกมันสว่างเกินไปเมื่อดูแบบตรงไปตรงมา แต่ด้วย PWM ที่ใช้งานหนัก ฉันได้รับการดูแลอย่างที่ต้องการ ตัวชี้การอ่านปัจจุบันยังคงมีให้สำหรับนักอนุรักษนิยม

ขั้นตอนที่ 4: ติดตั้งส่วนประกอบ -- ตอนที่ 2

มาจัดการกับ LDR ในหน้าปัดกัน ประการแรกทำไมเราถึงต้องการสิ่งนี้?

นั่นเป็นวิธีแก้ปัญหาของฉันสำหรับข้อจำกัดของสเต็ปเปอร์มอเตอร์ราคาถูก - แม้ว่ามันจะสามารถเคลื่อนที่ในขั้นตอนที่แม่นยำ แต่ก็ไม่มีความสามารถโดยธรรมชาติที่จะรู้ว่ามันอยู่ที่ไหนนอกจากการอ้างอิงถึงตำแหน่งเริ่มต้น ในทางทฤษฎี ฉันคิดว่าคุณสามารถเขียนโค้ดนี้ยากและติดตามการเคลื่อนไหวที่ตามมาทั้งหมดที่ฉันเดา (โดยไม่มีพื้นฐานจริง) ว่าข้อผิดพลาดจะคืบคลานเข้ามาอย่างรวดเร็ว โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีการเคลื่อนไหวขนาดใหญ่ที่จำเป็นใน "โหมดอารมณ์" นอกจากนี้ คุณจะถูกยัดเยียดด้วยการตัดไฟ (การเขียนแต่ละการเคลื่อนไหวไปยัง EEPROM นั้นไม่สามารถทำได้จริง)

ความคิดแรกของฉันคือการแนะนำรอบการปรับเทียบเพื่อเพิ่มพลังและเปลี่ยนระหว่างโหมดอารมณ์และบารอมิเตอร์ รอบนี้จะสะดุดไมโครสวิตช์ ณ จุดที่ทราบบนหน้าปัด แต่การนำแนวคิดสวิตช์ไปใช้ในทางกลไกนั้นดูท้าทายเกินไปสำหรับฉัน ตัวชี้เองนั้นบอบบางเกินกว่าจะเป็นตัวกระตุ้น ดังนั้นฉันต้องติดตั้งอย่างอื่นบนเพลา จากนั้นก็มีปัญหาในการรักษาการเคลื่อนไหว 360° - เหตุผลหนึ่งที่ฉันเลือกใช้สเต็ปเปอร์มอเตอร์มากกว่าเซอร์โวมาตรฐาน ด้วยการใช้ความเฉลียวฉลาดมากกว่าที่ฉันจะทนได้ ฉันแน่ใจว่าไมโครสวิตช์สามารถทำงานได้ หรือบางทีอาจมีโซลูชันเซ็นเซอร์ตำแหน่งนอกชั้นวางที่มีจำหน่ายด้วย แต่ฉันเลือกใช้วิธีอื่น

สังเกตในภาพหน้าปัดมีแหวนรองติดตั้งอยู่ที่ตำแหน่งนาฬิกา วงแหวนนี้สร้างเฟรม LDR ที่เชื่อมต่อกับอินพุตอนาล็อกเดียวที่มีอยู่ใน NodeMCU เมื่อเปิดเครื่องบารอมิเตอร์หรือเปลี่ยนโหมด NodeMCU จะเข้าสู่รอบการปรับเทียบและมองหาการเปลี่ยนแปลงอย่างกะทันหันของระดับแสงที่เกิดจากด้านหลังของตัวชี้ที่เคลื่อนที่ผ่าน LDR การเคลื่อนไหวเพิ่มเติมใดๆ จะถูกจัดทำดัชนีจากตำแหน่งที่ทราบนั้น ฉันต้องเล่นซอเล็กน้อยกับค่าเกณฑ์ในโค้ดเพื่อให้สิ่งนี้ทำงานได้อย่างน่าเชื่อถือ แต่เมื่อทำเสร็จแล้วฉันรู้สึกประหลาดใจกับความแม่นยำของมัน - กลับสู่การตั้งค่าบารอมิเตอร์อย่างสม่ำเสมอภายใน 1% หรือ 2% ของค่าที่คาดไว้

มันใช้งานไม่ได้ในที่มืดสนิท แต่โดยปกติคุณจะไม่เปลี่ยนโหมดในตอนนั้น หากรอบการสอบเทียบไม่สามารถทำได้ภายในระยะเวลาที่กำหนดด้วยเหตุผลบางประการ มันจะยกเลิกและไฟ LED แสดงแนวโน้มจะกะพริบ

อย่างไรก็ตาม ความสวยงามของแนวทาง LDR ก็คือการติดตั้งนั้นง่ายมาก - เจาะรูที่ใหญ่พอสำหรับ LDR ในหน้าปัด ณ จุดที่ด้านหลังของตัวชี้จะหุ้มไว้ เพื่อให้ได้ "ตราประทับ" ที่ดีระหว่างพอยน์เตอร์และ LDR ให้ทากาววงแหวนเล็กๆ รอบๆ LDR และถ้าจำเป็น ให้แก้ไขส่วนหางของตัวชี้ (ฉันใช้กระดาษสีดำที่มีรูปร่างเหมาะสม)

ขั้นตอนที่ 5: โค้ด - ฟังก์ชันพื้นฐาน

ตามที่คนอื่นพบ ฉันไม่สามารถให้ไลบรารี Arduino stepper motor มาตรฐานทำงานกับมอเตอร์และไดรเวอร์นี้ได้ โชคดีที่มีคำแนะนำที่ดีเกี่ยวกับสิ่งนี้ด้วยรหัสที่ใช้งานได้ ฉันใช้โค้ดในการโพสต์ต้นฉบับสำหรับขั้นตอนพื้นฐาน แม้ว่าจะมีคำแนะนำในการเพิ่มประสิทธิภาพหลายประการในความคิดเห็น รหัสนี้ไม่ต้องการห้องสมุด

สำหรับการประมวลผลข้อมูลแรงกดดัน ฉันใช้ตัวอย่างจากไลบรารี Sparkfun BMP180 ทั้งหมดที่ฉันต้องทำคือแต่งงานกับสิ่งนี้ด้วยการควบคุมมอเตอร์

ขั้นตอนที่ 6: โค้ด - การปรับเทียบ, การควบคุม, GUI, Google Assistant และฟังก์ชันยูทิลิตี้

การสอบเทียบหลักเป็นแบบฮาร์ดโค้ด เพื่อความปลอดภัย และพิจารณาถึงการย้ายตำแหน่งบารอมิเตอร์ที่เป็นไปได้ไปยังระดับความสูงที่ต่างกัน การสอบเทียบและการควบคุมรองจะทำได้สำเร็จด้วยเว็บเซิร์ฟเวอร์ที่รวบรวมโดยการสื่อสาร NodeMCU และ Websocket แหล่งข้อมูลที่ดีสำหรับการเรียนรู้เกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่ที่นี่

อย่างไรก็ตาม ตามที่วิดีโอแสดงให้เห็น ปัจจัย "ว้าว" ที่แท้จริงของโครงการนี้ เช่นที่เป็นอยู่ คือการควบคุมผ่าน Google Assistant/Google Home มีคำแนะนำสำหรับเครื่องปิ้งขนมปัง GA (ขับเคลื่อนโดย Raspberry Pi3) ที่นี่ ไม่ต้องกังวล คุณไม่จำเป็นต้องใช้เครื่องปิ้งขนมปังมูลค่า 400 ดอลลาร์เป็นตู้

GA จะส่งคำสั่งผ่าน IFTTT และ Adafruit IO ไปยัง NodeMCU แหล่งข้อมูลที่ดีเกี่ยวกับเรื่องนี้อยู่ที่นี่ มีวิธีอื่นที่ซับซ้อนกว่าในการโต้ตอบกับ Google Assistant ของคุณ แต่สำหรับโครงการนี้ แนวทางที่ง่ายมากนี้ได้ผลดี

สุดท้าย โค้ดนี้รวมฟังก์ชันยูทิลิตี้ที่มีประโยชน์อย่างยิ่ง (การอัปเดตแบบ over-the-air, Multicast DNS, Wifi Manager) ที่ฉันเริ่มรวมไว้ในโปรเจ็กต์ที่ใช้ ESP8266 ทั้งหมดของฉัน

รหัสทั้งหมดสำหรับโครงการนี้ (รวมถึงนาฬิกา Nixie และการควบคุมเสียงกริ่ง) อยู่ใน Github ที่นี่ ฉันทิ้งรูปภาพที่ใช้ในไฟล์ HTML/CSS ไว้เพื่อให้ใช้งานได้ทันที (หวังว่า) คุณจะต้องเพิ่มรายละเอียดบัญชี Adafruit IO ของคุณเอง

ขั้นตอนที่ 7: นาฬิกา Nixie และ Chimer

Nixie Clock ถูกควบคุมโดย NodeMCU ที่แยกจากกัน และใช้หลอด Nixie และโมดูลไดรเวอร์ที่ออกแบบเป็น Arduino shield ที่มีให้ที่นี่ เวอร์ชันในลิงก์มีโมดูล GPS สำหรับรับเวลา เกราะป้องกันของฉัน (เวอร์ชันก่อนหน้า) ไม่มีโมดูล GPS แต่ฉันใช้ Node MCU เพื่อรับเวลาจากอินเทอร์เน็ต ซึ่งดีกว่าในบางวิธี

รูปแบบการควบคุมและ GUI สำหรับนาฬิกามีตัวเลือกการกำหนดค่ามากกว่าแต่จะคล้ายกับบารอมิเตอร์มาก มีความเหลื่อมล้ำกันเล็กน้อยที่ Nixie LEDs ตอบสนองต่ออินพุตอารมณ์ของบารอมิเตอร์ (ผ่านฟีด Adafruit IO เดียวกัน)

จากซากปรักหักพังของกลไกกลไกนาฬิกาแบบเดิม ฉันเก็บเศษชิ้นส่วนได้มากพอที่จะสร้างกลไกการสั่นที่ขับเคลื่อนโดย NodeMCU ตัวที่สาม (เฮ้ พวกมันมีราคาเพียง $6 ต่ออัน) และสเต็ปเปอร์มอเตอร์อีกตัว ทั้งหมดที่ฉันเพิ่มเข้าไปคือ "ส่วนต่อประสาน" ระหว่างกลไกดั้งเดิมกับมอเตอร์ "ส่วนต่อประสาน" อยู่ในเครื่องหมายคำพูดเพราะประกอบด้วยเพียงขั้วต่อกระสุนที่มีตะปูสองตัวตอกเข้าไปในมุมฉากและดันเข้ากับเพลามอเตอร์ การหมุนแต่ละไตรมาสของการคุมกำเนิดนี้จะส่งผลให้เสียงกริ่งดังขึ้นหนึ่งครั้ง อีกครั้งหนึ่ง รูปแบบการควบคุม chimer นั้นคล้ายกับบารอมิเตอร์ และเว็บเซิร์ฟเวอร์ทั้งสามถูกเชื่อมโยงเข้าด้วยกันเพื่อให้ทั้งหมดดูราบรื่นกว่าที่เป็นจริง

NodeMCU ของนาฬิกาและตัวสั่นทำงานแยกจากกันโดยสิ้นเชิง แต่เนื่องจากความมหัศจรรย์ของการจับเวลาทางอินเทอร์เน็ตจึงซิงค์กันอย่างสมบูรณ์แบบเสมอ