"Charlotte's Web" stijl LED-gloeidraadklok - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:18

Sinds ik de LED-gloeilampen voor het eerst zag, dacht ik dat de gloeidraden ergens goed voor moesten zijn, maar het duurde tot de sluiting van een lokale elektronica-onderdelenwinkel voordat ik een paar lampen kocht met de bedoeling om te breken en kijken wat ik met de filamenten kon doen.

Het duurde niet lang om te besluiten dat ze een interessante klok zouden maken, en dat het heel leuk zou zijn om de segmenten in de lucht te laten zweven, alleen opgehangen aan hun stroomdraden.

Halverwege het bouwen realiseerde ik me dat het vreemd genoeg deed denken aan de spinnenwebben met het schrijven uit het boek "Charlotte's Web"

Houd er rekening mee dat dit apparaat 80V op het blanke metalen frame heeft. Maar door een isolerende DC-naar-DC-converter en voeding te gebruiken, is het mogelijk om het frame aan te raken zonder een schok te krijgen. Of ik in ieder geval niet.

Stap 1: Vereiste onderdelen

Mijn experimenten toonden aan dat de LED's ongeveer 55 volt nodig hebben om op te lichten en op volle kracht rond de 100V te gloeien. In gebruik zijn ze in serie-paren gerangschikt voor 230V / 240V-markten en puur parallel voor 110V-markten. Er zit een soort controller in de lampvoet, maar ik besloot die niet opnieuw te gebruiken omdat ik wilde dat de filamenten veel minder fel zouden gloeien. Een volledig heldere LED-klok zou pijnlijk zijn om te lezen. Een klok met 7 segmenten heeft 27 stuurlijnen nodig en in eerste instantie was ik van plan een Arduino Mega te gebruiken. Toen ik echter de besturing van 100V (of zo) stroom door de LED's besprak met een microcontroller op een niet-gerelateerd IRC-kanaal, werd mij verteld over het bestaan van de DS8880-stuurprogrammachips voor vacuümfluorescentieschermen. Deze zijn perfect voor de uit te voeren taak, aangezien ze 4 bits BCD-invoergegevens per cijfer opnemen en converteren naar 7-segments stuursignalen met ingebouwde en variabele stroomregeling tot 1,5 mA. Testen toonden aan dat 1,5 mA ideaal was voor deze toepassing. De daling van 7 bits naar 4 bits per cijfer betekende ook dat ik een Arduino Nano of Uno kon gebruiken voor de besturing, aangezien er maar 13 besturingslijnen nodig zijn. (2 x 4 bit 0-9 kanalen, 1 x 3-bit 0-7 kanaal en 1 x 2-bit 0-3 kanaal)

Ik besloot het MSF 60 kHz-radiosignaal te gebruiken om de Arduino de tijd van de dag te laten weten. Ik heb dit eerder met enig succes gebruikt met gebruik van kant-en-klare ontvangermodules, waarvan ik er één bij de hand had. Deze lijken momenteel echter moeilijker te vinden, dus het kan gemakkelijker zijn om een WiFi-module te gebruiken als iemand zin heeft om zijn eigen versie van deze klok te maken.

Tijdens het testen ontdekte ik dat de Arduino Nano's die ik allemaal had een slechte klokbasis leken te hebben, ik bracht uren door met wachten tot ze gesynchroniseerd waren, en probeerde toen in wanhoop een oude Duemilanove aan te sluiten, en dat synchroniseerde in de eerste minuut en raakte gewend.

Om de 80V te creëren die nodig is om de filamenten aan te sturen, heb ik een DC-naar-DC-converter gebruikt. Er zijn er veel beschikbaar die vanaf 12V werken. De Arduino kan gevoed worden door 12V en creëert vanuit de logica een handige 5V voeding. Maar ik vergat dit feit en kocht een dure 5V-ingang. Dit kan nog steeds een goede keuze zijn, het betekent dat de klok ook via USB loopt tijdens het programmeren, en de dure converter heeft 5kV geïsoleerde uitgangen. (wat betekent dat het 80V-frame zweeft, waardoor het risico op schokken aanzienlijk wordt verminderd)

De LED's zijn verkrijgbaar op eBay, het is niet nodig om bollen kapot te slaan om ze te oogsten.

Boodschappenlijst:

Zelfvloeiend koperdraad. 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm) werkt.

Arduino

4 x DS8880 VFD-stuurprogramma's

Minstens 28 LED-filamenten (maar ze breken gemakkelijk, dus zorg voor minimaal 25% reserve)

DC-naar-DC-omzetter

47µF 5V condensator

4.7nF 100V condensator

Framemateriaal (ik gebruikte 3 mm x 3 mm x 0,5 U-profiel messing)

Een soort basis

Cyanoacrylaatlijm

DC-ingang (of op een paneel gemonteerde USB)

60 kHz (of vergelijkbaar) ontvangermodule en antenne.

7-pins mannelijke headerbehuizingen (en bijpassende krimpklemmen)

Stap 2: boor het framemateriaal

Het frame is gemaakt van een 1 m lengte van 3 mm messing U-profiel (wanddikte 0,5 mm) en zou niets lichters dan dat suggereren.

De LED's worden aangestuurd door low-side schakelaars. Dit betekent dat elke LED is aangesloten op een geleidend frame bij 80V op de anode en vervolgens een geïsoleerde draad door het frame naar de besturings-IC's leidt.

Het frame moet worden geboord voor de draden. Ik besloot gaten te boren met een regelmatige steek van 10 mm en maakte een kleine geleidemal om de afstand in te stellen. Een groef in de bodem houdt het framekanaal vast en een pen (inbussleutel op de foto) indexeert op een bestaand gat en maakt het mogelijk om er nog twee te boren op de gekozen afstand.

De boormal doet ook dienst als buigmal. Het heeft een groef om te voorkomen dat het U-kanaal zich tijdens het buigen uitspreidt.

Ik heb gaten van 1 mm gebruikt, maar kleiner was waarschijnlijk beter geweest, waardoor het lijmen gemakkelijker was.

Stap 3: Buig het frame

Ik heb een sjabloon afgedrukt voor het buitenframe en de LED-positionering. Dit werd op de werkbank geplakt en vervolgens heb ik het koperen frame zorgvuldig met de hand gebogen.

Bochten met de open kant van de U naar buiten waren gemakkelijk, maar het was onmogelijk om de binnenbochten te maken zonder het kanaal te breken totdat ik het materiaal met een steekvlam had uitgegloeid. Na het gloeien moest het een beetje worden rechtgetrokken, dus het is het beste om alleen de bits te gloeien die het echt nodig hebben. Gewoon opwarmen met de brander totdat deze dof gloeit en niet heter wordt. Te ver gaan en het smelten zou nutteloos zijn.

Een keer om het frame vorm te geven, werd het op de sjabloon geplakt.

Het sjabloon is hier als pdf te vinden. Indien afgedrukt op een schaal van 1:1 (past op A3-papier), dan is de omtrek precies 1 m om bij de lengte van het materiaal te passen.

Stap 4: Sluit de LED's aan

Zoek eerst uit welk uiteinde van de LED de anode is (aangesloten op positieve spanning). Op mijn LED's werd dit gemarkeerd door een klein gaatje vlak bij het einde van de plastic coating.

Deze uiteinden moeten allemaal worden gesoldeerd aan draden die aan het frame zijn gesoldeerd. Ik ben niet helemaal tevreden met mijn bedradingspatroon, dus ik ga geen suggesties doen. Steek de draden door het door u gekozen gat, trek ze wat strak en soldeer ze vast. Knip vervolgens het overtollige af. Ik gebruikte mijn Veropen als dispenser en houder voor de draad, mede omdat het de juiste soort isolatie was (het type dat kan worden doorgesoldeerd zonder te strippen, bekend als "zelfvloeiend")

U kunt dan beginnen met het opbouwen van de cijfers, waarbij u de schakelaardraden (kathode) vastzet met cyanoacrylaatlijm op het punt dat ze door de gaten in het frame gaan. Zorg ervoor dat u voldoende lengte overlaat om helemaal rond het frame en in de basis / bedieningskast te lussen.

U kunt de draden van elkaar ondersteunen om hoeken te maken en te voorkomen dat draden voor de cijfers gaan. Soldeer ze als het stroomdraden zijn, lijm ze als ze van draad wisselen. De hoeken van de cijfers zien eruit alsof de draden elkaar moeten raken, maar indien nodig is het gemakkelijk om ze van elkaar geïsoleerd te houden.

Stap 5: Maak de basis en framevoeten

Ik maakte een eikenhouten basis en bewerkte koperen voeten voor het frame op mijn CNC-draaibank. Maar elk soort doos zou het doen, en 3D-geprinte voeten voor het frame zouden prima werken, daar ben ik zeker van.

De voeten worden met M5-schroeven vastgehouden in getapte gaten die verschoven zijn ten opzichte van het middelste framegat. De schroeven passen in sleuven die in de basis zijn bewerkt. De draden gaan door dezelfde sleuven. Met de sleuven kan de afstand tussen de voeten worden aangepast om de spanning in de draden (tot op zekere hoogte) in te stellen.

Een van de schroeven heeft bovendien een oog en een draad om de +80V-voeding aan het messing frame te leveren.

De STL-bestanden voor de antennebeugel en PCB-montage staan op mijn Github.

Stap 6: Maak en test de besturings-PCB

De middelen voor het maken van de besturingsprint worden behandeld in een eerdere Instructable.

Ik werkte niet vanuit een schema, ik verzon het gaandeweg. Maar ik heb achteraf een schema gemaakt.

PDF-formaat of KiCAD

Dit schema kan enkele fouten missen die de Arduino-schets rond heeft gecodeerd, en kan extra fouten bevatten die de echte klok mist.

De belangrijke punten om in gedachten te houden is dat de DC-DC-converter moet worden aangesloten op de V-in-pin van de Arduino en dat de logische voeding en radio-ontvanger moeten worden aangesloten op de gereguleerde 5V. Dit betekent dat de Arduino en converter vanaf elke PSU tot 12V kunnen werken en dat de logica nog steeds alleen gereguleerde 5V ziet.

Stap 7: Monteer de cijfers op de basis en sorteer alle draden

Met de draden tijdelijk in het kanaal gehouden met kleine stukjes tape, kunnen de vele strengen door de basis worden geleid. Ik gebruikte een verstelbare step-up converter om uit te zoeken welke draad welke was. Ik heb het eerst ingesteld op een spanning die gewoon een losse LED-gloeidraad zou aansteken en vervolgens de positieve output door een framegat prikte. Door vervolgens met het afgesneden uiteinde van het geëmailleerde koperdraaduiteinde de negatieve voedingsdraad van de converter aan te raken, kon ik zien met welk segment elke led overeenkwam. Vervolgens heb ik de draad in een pin geplooid en gedeeltelijk in een connector gestoken.

De klemmen geleiden niet na het krimpen, ze moeten ook worden gesoldeerd om door de emaille isolatie te breken. Na het solderen werden de pinnen helemaal naar huis geduwd.

Stap 8: Flash de Arduino

De Arduino-schets is hier te vinden.

github.com/andypugh/LEDClock

Er zijn twee schetsen, een voor het draaien van de klok en een die eenvoudig door de nummers 0 tot 9 op elk kanaal loopt.

Met deze testschets kunt u bepalen welke headers in de uitvoerpinnen moeten worden verwisseld en of een van de BCD-gegevenslijnen moet worden verwisseld. (Als je naar de schets kijkt, zul je zien dat ik een paar kanalen moest verwisselen vanwege bedradingsfouten, deze waren gemakkelijker in software te repareren).

Stap 9: Wacht gefrustreerd op de radiosynchronisatie

De radioklok heeft een volledige minuut aan gegevens nodig. De Arduino-schets flitst de middelste balk van het cijfer van tientallen uren om de inkomende radiogegevens te echoën, en de minuten laten zien hoeveel onbeschadigde databits zijn aangekomen. Als het 60 wordt, zijn er goede gegevens en wordt de tijd weergegeven.

In een geest van volledige openheid is dit een simulatie. Ik kon het alleen maar synchroniseren als het werd gevoed via de USB van mijn Mac en als het ergens niet-fotogeniek was. In het geval van echte gegevens hebben de pulsen van één seconde verschillende lengtes, om het binaire getal te coderen.

Er is ook een lui element (het gloeit, maar is zwakker dan de andere) De LED zelf is goed. Ik vrees een probleem met de driverchip, maar ik zal eerst proberen het geëmailleerde koper opnieuw te bedraden. (in feite zal ik waarschijnlijk gewoon een extra draad trekken)

Stap 10: Afwerking

De draden kunnen in het kanaal worden gehouden met een lengte van de gestripte isolatie van ongeveer 1,5 mm2 draad. Maar pas op dat u de dunne draden niet beschadigt.

Disclaimer: ik beweer niet de eerste te zijn die op het idee kwam om deze filamenten voor een klok te gebruiken, maar ik ben wel zelfstandig op het idee gekomen. Bij het zoeken naar geschikte stuurprogramma's vond ik deze post uit 2015 die een klok toont die is gemaakt van dezelfde filamenten (hoewel hij flexibel lijkt te zijn, wat een stuk eenvoudiger zou zijn geweest).

Ik ben misschien de eerste die ze in de ruimte bengelt aan hun stroomdraden, maar daar zou ik ook niet op wedden.