"Charlotte's Web" stil LED -filamentklokke: 10 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Helt siden jeg så LED-glødelampene for første gang, har jeg tenkt at filamentene må være gode for noe, men det tok inntil salget av en lokal elektronikkdelbutikk ble avsluttet før jeg kjøpte noen pærer med den hensikt å knuse dem og se hva jeg kan gjøre med filamentene.

Det tok ikke lang tid å bestemme seg for at de skulle lage en interessant klokke, og at det ville være veldig gøy å flyte segmentene i luften som bare var suspendert av strømledningene.

Midtveis i å bygge den innså jeg at det på en merkelig måte minner om spindelvevene med å skrive inn fra boken "Charlottes web"

Husk at denne enheten har 80V på bare metallrammen. Men å bruke en isolerende DC-til-DC-omformer og strømforsyning betyr at det er mulig å berøre rammen og ikke få sjokk. Eller det har jeg i hvert fall ikke.

Trinn 1: Nødvendige deler

Eksperimentene mine viste at lysdiodene trenger omtrent 55 volt for å lyse opp og lyse med full effekt rundt 100V. I bruk er de ordnet i seriepar for 230V / 240V markeder og ren parallell for 110V markeder. Det er en slags kontroller i lampedekselet, men jeg bestemte meg for ikke å prøve å bruke det på nytt da jeg ville at filamentene skulle lyse mye mindre lyst. En helt lysende LED-klokke ville være smertefull å lese. En 7-segment skjermklokke trenger 27 kontrollinjer, og i utgangspunktet hadde jeg tenkt å bruke en Arduino Mega. Men da jeg diskuterte kontrollen av 100V (eller så) strøm gjennom lysdiodene med en mikrokontroller på en ikke -relatert IRC -kanal, ble jeg fortalt om eksistensen av DS8880 driverchips for vakuumfluorescerende skjermer. Disse er perfekte for jobben, ettersom de tar 4 biter BCD-inngangsdata per siffer og konverterer til 7 segmenters drivsignaler med innebygd og variabel strømstyring opp til 1,5mA. Testing viste at 1,5mA var ideell for denne applikasjonen. Dråpen fra 7 biter til 4 biter per siffer betydde også at jeg kunne bruke en Arduino Nano eller Uno for kontrollen, da bare 13 kontrolllinjer er nødvendig. (2 x 4 biters 0-9 kanaler, 1 x 3-biters 0-7 kanal og 1 x 2-bits 0-3 kanaler)

Jeg bestemte meg for å bruke MSF 60kHz radiosignal for å få Arduinoen til å kjenne tidspunktet på dagen. Jeg har brukt dette før med en viss suksess ved å bruke mottakermoduler uten hylle, en av dem måtte jeg levere. Disse virker imidlertid vanskeligere å finne for øyeblikket, så det kan være lettere å bruke en WiFi -modul hvis noen har lyst til å lage sin egen versjon av denne klokken.

Under testen fant jeg ut at Arduino Nanos jeg hadde alle syntes å ha en dårlig klokkebase, jeg brukte timer på å vente på at de skulle synkronisere, deretter prøvde jeg i desperasjon å koble til en gammel Duemilanove, og det synkroniserte seg i det første minuttet, og ble vant.

For å lage 80V som trengs for å drive filamentene, brukte jeg en DC til DC converter. Det er mange tilgjengelige som fungerer fra 12V. Arduino kan drives av 12V og skaper en hendig 5V forsyning fra logikken fra det. Men jeg glemte dette og kjøpte en dyr 5V inngang. Dette kan fortsatt være et godt valg, det betyr at klokken også går fra USB under programmeringen, og den dyre omformeren har 5kV isolerte utganger. (noe som betyr at 80V -rammen flyter, noe som reduserer sjokkrisiko mye)

Lysdiodene er tilgjengelige på eBay, det er ikke nødvendig å knuse pærer for å høste dem.

Handleliste:

Selvstrømmende kobbertråd. 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm) fungerer.

Arduino

4 x DS8880 VFD -drivere

Minst 28 LED -filamenter (men de går lett i stykker, så få minst 25% reservedeler)

DC-til-DC-omformer

47µF 5V kondensator

4.7nF 100V kondensator

Rammemateriale (jeg brukte 3 mm x 3 mm x 0,5 U-seksjon messing)

En slags base

Cyanoakrylatlim

DC-inngang (eller panelmontert USB)

60kHz (eller lignende) mottakermodul og antenne.

7-pinners hodehus (og matchende krympeterminaler)

Trinn 2: Bor rammematerialet

Rammen er laget av en 1 m lengde på 3 mm messing U-seksjon (veggtykkelse 0,5 mm) og vil ikke foreslå noe lettere enn det.

Lysdiodene styres av lavsidebrytere. Dette betyr at hver LED er koblet til en ledende ramme ved 80V på anoden, og deretter fører en isolert ledning gjennom rammen til kontroll -IC -ene.

Rammen må bores for ledningene. Jeg bestemte meg for å bore hull på en vanlig stigning på 10 mm og laget en liten guide-jig for å stille inn avstanden. Et spor i bunnen holder rammekanalen og en pinne (unbrakonøkkel på bildet) indekser på et eksisterende hull, og gjør at det kan bores ytterligere to i den valgte avstanden.

Borejiggen fungerer også som en bøyejigg. Den har et spor for å forhindre at U-kanalen sprer seg under bøyning.

Jeg brukte 1 mm hull, men mindre hadde sannsynligvis vært bedre, noe som gjorde limingen enklere.

Trinn 3: Bøy rammen

Jeg skrev ut en mal for den ytre rammen og LED -posisjonering. Dette ble teipet til arbeidsbenken, og deretter bøyde jeg forsiktig messingrammen for å matche.

Bøyninger med den åpne siden av U til utsiden var enkle, men det var umulig å gjøre de innvendige svingene uten å bryte kanalen før jeg glødet materialet med en blåsebrenner. Det trengte litt retting etter gløding, så det er best å bare gløde bitene som faktisk trenger det. Bare varm med blåseren til den lyser kjedelig og ikke varmere. Å gå for langt og smelte det ville være lite nyttig.

En gang for å forme ble rammen tapet ned til malen.

Malen finner du som PDF her. Hvis den skrives ut i skala 1: 1 (passer på A3 -papir), er perimiteren nøyaktig 1 m for å passe til materialets lengde.

Trinn 4: Koble til lysdiodene

Finn først ut hvilken ende av LED -en som er anoden (kobles til positiv spenning). På lysdiodene mine var dette markert med et lite hull like ved enden av plastbelegget.

Disse endene trenger alle lodding til ledninger som er loddet til rammen. Jeg er ikke helt fornøyd med ledningsmønsteret mitt, så jeg kommer til å la være å komme med forslag. Stikk ledningene gjennom hullet du har valgt, trekk litt fast og loddetinn på plass. Kutt deretter av overflødig. Jeg brukte min Veropen som en dispenser og holder for ledningen, delvis fordi det var den riktige typen isolasjon (typen som kan loddes gjennom uten stripping, kjent som "selvstrømmende")

Du kan deretter begynne å bygge opp sifrene og feste bryterledningene (katode) med cyanoakrylatlim på det tidspunktet de passerer gjennom hullene i rammen. Sørg for at du har mye lengde, slik at du kan løkke hele rammen rundt rammen og inn i basen / kontrollboksen.

Du kan støtte ledningene fra hverandre for å få runde hjørner og unngå at ledninger passerer foran sifre. Lodd dem hvis de er strømledninger, lim dem hvis du bytter ledninger. Hjørnene på sifrene ser ut som om ledningene må berøre, men når det er nødvendig er det lett å holde dem isolert fra hverandre.

Trinn 5: Lag foten og rammen

Jeg laget en eikefot og bearbeidet messingføtter for rammen på min CNC -dreiebenk. Men en hvilken som helst boks ville fungere, og 3D-trykte føtter for rammen ville fungere fint, jeg er sikker.

Føttene holdes nede med M5 -skruer i hull som er forskjøvet fra hullet i senterrammen. Skruene passer inn i spor som er bearbeidet i basen. Ledningene passerer gjennom de samme sporene. Sporene gjør at avstanden mellom føttene kan justeres for å stille spenningen i ledningene (til en viss grad).

En av skruene har i tillegg et øye og ledning for å levere +80V strøm til messingrammen.

STL -filene for antennebraketten og PCB -feste er på min Github.

Trinn 6: Lag og test kontroll -PCB

Midlene for å lage kontroll -PCB er dekket i en tidligere Instructable.

Jeg jobbet ikke ut fra en skjematisk, jeg fant det ut mens jeg gikk. Imidlertid har jeg laget en skjematisk oversikt etter det faktum.

PDF -format eller KiCAD

Denne skjemaet kan mangle noen feil som Arduino -skissen har kodet rundt, og kan ha ekstra feil som den virkelige klokken mangler.

De viktige punktene du må huske på er at DC-DC-omformeren skal kobles til V-in-pinnen på Arduino, og den logiske strøm- og radiomottakeren bør kobles til den regulerte 5V. Dette betyr at Arduino og omformer kan kjøre fra hvilken som helst strømforsyning opp til 12V og logikken fremdeles bare ser regulert 5V.

Trinn 7: Monter sifrene på basen og sorter ut alle ledningene

Med ledningene midlertidig holdt fast i kanalen med små bånd av tape, kan de mange trådene ledes inn til basen. Jeg brukte en justerbar trinnkonverter for å finne ut hvilken ledning som var hvilken. Jeg satte den først til en spenning som bare ville tenne et løst LED -filament og deretter stakk den positive utgangen gjennom et rammehull. Ved å berøre den avskårne enden av den emaljerte kobbertrådenden til den negative forsyningskabelen fra omformeren, kunne jeg se hvilket segment hver ledning tilsvarte. Jeg krympet deretter ledningen i en pinne og slisset inn i en kontakt delvis.

Terminalene leder ikke etter krymping, de må også loddes for å bryte gjennom emaljisolasjonen. Etter lodding ble pinnene dyttet helt hjem.

Trinn 8: Flash Arduino

Arduino -skissen finner du her.

github.com/andypugh/LEDClock

Det er to skisser, en for å kjøre klokken og en som ganske enkelt går gjennom tallene 0 til 9 på hver kanal.

Denne testskissen lar deg finne ut hvilke overskrifter i utgangspinnene som må byttes, og om noen av BCD -datalinjene må byttes. (Hvis du ser på skissen, vil du se at jeg trengte å bytte et par kanaler på grunn av kabelføring, disse var lettere å fikse i programvare).

Trinn 9: Vent i frustrasjon på Radiosynkronisering

Radioklokken må få et helt minutt med data. Arduino-skissen blinker midtlinjen i ti-timers-sifferet for å ekko de innkommende radiodataene, og minuttene viser hvor mange ufeilbare databiter som har kommet. Hvis det kommer til 60, er det gode data og tiden vises.

I en ånd av full avsløring er dette en simulering. Jeg kunne bare synes å få den til å synkronisere når den ble koblet fra USB-en på min Mac og når den var plassert et sted som ikke var fotogenisk. Når det gjelder reelle data, er ett-sekunders pulser forskjellige lengder, for å kode det binære.

Det er også et lat element (det lyser, men svakere enn de andre) Lysdioden i seg selv er god. Jeg frykter et problem med driverbrikken, men jeg skal prøve å koble det emaljerte kobberet først. (faktisk vil jeg nok bare kjøre en ekstra ledning)

Trinn 10: Fullfør

Ledningene kan holdes inne i kanalen med en lengde på den avisolerte isolasjonen fra en 1,5 mm2 ledning. Men vær forsiktig så du ikke skader de tynne ledningene.

Ansvarsfraskrivelse: Jeg hevder ikke å være den første som tenkte tanken på å bruke disse filamentene for en klokke, men jeg kom på ideen uavhengig. Når jeg undersøkte egnede drivere fant jeg dette innlegget fra 2015 som viser en klokke laget av de samme trådene (selv om det ser ut til å være fleksibelt, noe som ville vært mye lettere).

Jeg kan være den første som dingler dem i verdensrommet på strømkablene, men jeg ville ikke bry meg om å satse på det heller.