CLEPCIDRE: siidripudelite digitaalne kell: 8 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

Enne objekti kirjeldusse sukeldumist pean selgitama konteksti, milles see on projekteeritud ja ehitatud. Mu naine on kunstnik ja töötab põhiliselt saviga, keraamikuna, aga ka muude materjalidega, nagu puit, kiltkivi või klaas. Enamikus oma kunstiteostes püüab ta näidata esemetele aja järgi jäänud jälgi ja lisab sageli looduses leiduvaid materjale nagu rannatükid, et anda kasutatud esemetele teine elu. Tema õde ja õemees tegid omal ajal siidrit (Normandias) ja siiani magavad sajad siidripudelid vana trükipressi all paksu tolmukihi all. Sellest piisas, et käivitada minu naise järgmine loomisidee: "siidripudeli kell". Seos ajaga on ilmne: neil pudelitel on olnud hiilgav minevik ja need peaksid nüüd olema aja möödumise tunnistajaks ning koos moodustama kella. Nii küsis ta üks aasta tagasi minult: "Kallis, kas sa suudaksid mulle teha kella, kus on lambid 12 siidripudeli all? Ma lasen oma ahjus olevad pudelid ise lamedaks ja sina hoolitsed ülejäänu eest: puidust tugi, kaubaalus -, lambid ja kogu elektrooniline vooluring! Tahan kuvada kellaaega, kuid mitte alati, ka LED -id peaksid juhuslikult vilkuma, kas see on võimalik? Peaksite leidma ka lahenduse pudelite kaubaalusele kinnitamiseks ". Kell peaks valmis saama ühe kuu jooksul…

Selle kunstiteose hüüdnimi on "CLEPCIDRE", mis tähistab (prantsuse keeles) "Circuit Lumineux Electronique Programme sous bouteilles de CIDRE", see on noogutus nimele "CLEPSYDRE", mis tähistab egiptlaste leiutatud veekella. Mu naine nimetab seda "Les Bouteilles de Ma Soeur" (minu õe pudelid).

Pilt #1: mu õe õunapudeli varud

Pilt #2: algne spetsifikatsioonidokument

Pilt #3 kuni #6: kella vaated

CLEPCIDRE'i on näidatud eelmisel aastal kahel näitusel, esimest neist Greniers à Selis Honfleuris (Calvados, Normandia, Prantsusmaa) aprillis 2019 (pilt nr 6) ja teist Touquesis (Calvados, Normandia, Prantsusmaa) juunis 2019.

Tarvikud

• Kaksteist siidripudelit (võite proovida ka muud tüüpi pudeleid: šampanjat, vahuveini, aga ilma garantiita)
• Keraamiline ahi (kasutasime 5 kVA ülalt koormatud silindrilist ahju)
• Kaubaalus (lauad servast servani, mõõtmed: +/- 107cmx77cmx16cm)
• Mõned puitlauad (kaubaaluste külgede sulgemiseks)
• 24 suure võimsusega 10 mm läbimõõduga valget LED-i (nt
• Arduino plaat: Uno või Leonardo OK, väiksem plaat võib sobida, Mega on natuke liialdatud
• Kaks toiteallikat (5 V LEDide jaoks ja 12 V Arduino ja RTC plaatide jaoks, kuigi 5 V Arduino jaoks peaks olema korras, kuid mitte testitud)
• RTC-plaat (olen kasutanud Adafruit DS1307, kuid soovitaksin täpsemat temperatuuri kompenseeritud RTC-d, mis põhineb DS3231-l; DS1307 vahetub iga päev 2–3 sekundit ja vajab regulaarset uuesti reguleerimist)
• 4 vahetuste registrit 74HC595 kas üksikute osadena (16-pin DIL CMOS IC) või juba pardal (nt SparkFun Shift Register Breakout-74HC595 ref BOB-10680)
• Epoksü testplaadid (50*100 mm, augud 3 -liikmelises rühmas ja üldotstarbelised plaadid lineaarsete vaskribadega)
• Teemantpuur (6 või 8 mm) ja puidust tüüblid (6 või 8 mm)
• 24 1/4 W takistid (220 Ω)
• Kinnituskrae mehaanilise pudelikorgi jaoks (leitud riistvara poest või Internetist)
• Liim, juhtmed, termokahanev hülss, tööriistad,.., kruvid,.., jootekolb (18W OK)

1. samm: lihtsaim asi: kaubaaluse külgede sulgemine

Proovige leida puidust kaubaalust (ma leidsin ühe umbes 107 cm*77 cm). Puitplaatide vahel ei tohiks olla tühikuid.

Kinnitage kruvidega 4 puitplaati, üks mõlemal küljel. Lõigake 4 lauda suurematest, et saada õiged mõõtmed.

Kuna jalalaudu võib olla (ja tõenäoliselt on), soovitan need lõigata, nagu pildil näidatud, see vabastab juurdepääsu alumistele laudadele ja võimaldab puurida LED -ide jaoks auke.

Hiljem, kui valgusdioodide asukohad on märgitud, tuleb puurida kahes etapis, esmalt LED -i läbimõõduga auk (9–10 mm) ja seejärel suurem auk (näiteks 2 cm), et saada paksus. vastab LED -i kõrgusele (puitplaadi paksus on tõenäoliselt suurem kui LED -i kõrgus)

Pilt 1: Kaubaalus alt vaadatuna koos juba puuritud LED -aukudega

2. samm: tasandage siidripudelid

Meie ahju võimsus võimaldab kuumutada korraga 6 pudelit 3 tasemel. Pudelite paigutamisel veenduge, et pudelid ei puutuks kokku ei ahju seinte ega sammastega.

Võite olla loominguline ja lisada pudelitesse näiteks klaashelmeid või -kestasid või pisikesi kive. Pudelite alla saab sisestada ka terrakotatoe, viimane võtab kuumutamisel toe kuju.

Selle protsessi juures on kõige olulisem lasta pudelitel väga aeglaselt jahtuda ja mitte ahju liiga vara avada, isegi kui arvate, et ahju temperatuur on sama, mis toa temperatuur, peaksite teadma, et klaasi temperatuur jääb kõrgemaks kui ahju teatud aja jooksul ja mis tahes temperatuurilöök, isegi väike, võib põhjustada klaasipurunemise. Meil on pudelid purunenud üks või kaks päeva pärast kuumutamist ja soovitan võtta arvesse +/- 30% kadunust (näete ette 16 kuni 18 pudelit, et saada 12 lõpuks, rääkimata nendest, millega te rahul ei ole kohta).

Siin esitatud temperatuuriprofiili tuleks võtta näitena ja see peegeldab ainult meie ahju omadusi. Kõige sobivama lõpptemperatuuri leidmiseks peaksite oma seadmetega läbi viima mõned testid. Kui kuumutate liiga palju, saate täiesti lamedad pudelid, liiga vähese kuumutamise korral ei ole pudelid piisavalt lamedad.

Pilt 1: ahi, üldvaade

Pilt 2: kaks pudelit lamestatud (mul pole praegu pilti ahju pudelitest enne kuumutamist)

Pilt 3: tüüpiline temperatuuriprofiil

Samm: leidke pudelite ja valgusdioodide asukohad

Kellakujunduses selgitan hiljem, iga pudeli all on kaks LED -i, "välised" näitavad tunde (0 kuni 11 ja 12 kuni 23) ja sisemised näitavad minuteid samm -sammult 5 (0, 5,… 55). Kõigepealt peate pudelid paigutama kaubaaluse ümber. Selleks peate esmalt venitama nöörid keskse nööpnõela ja 12 kaubaaluse ümber oleva nööpnõela vahele, võimaluse korral "risti vastupidi". 4 positsiooni on ilmsed ja hõlpsasti leitavad: 0, 3, 6 ja 9 tundi (stringid ühendavad kummagi külje keskosa, kahekaupa). Ülejäänud 4 rida on natuke keerulisemad. Peate nöörid orienteeruma nii, et iga pudeli jaoks oleks piisavalt ruumi (pudelid joondatakse kahekaupa nööriga vastava teljega) ja pudel jätab mulje, et see jaotub võrdselt. See samm nõuab väikest katset ja viga. Pange tähele, et kuna need pole kõik ühesugused, peate valima, kuhu iga pudel peaks minema (see on "kunstitunde" küsimus). Kui iga pudeli koht on valitud, ärge unustage igale pudelile kinnitada selle numbriga etiketti ja panna kaubaalusele märk iga pudeli alumise keskosa kohta (vt edasi). Neid punkte ja nööre kasutatakse hiljem kinnitustüüblite aukude leidmiseks.

Seejärel tuleb kaks LED -i paigutada iga pudeli suhtes ja asendid seejärel kaubaalusele üle kanda.

Selleks olen ehitanud kasti, millel on kaks "liikuvat" tahvlit (vt pilti), esimene on pudeli teljega risti ja teine, mis on esimesele keskel keeratud, võimaldades pöörlemist, on sellel teljel joondatud. Sellele teisele tahvlile puurisin kaks auku (diameeter 9 või 10 mm) ühe neist nööpaugu kujul, nii et ühte juhikut saab telje suunas liigutada. Ma rakendan 5V igale LED -ile, mis on valitud Arduino plaadilt või muust allikast. OLE ETTEVAATLIK! Suure heledusega valgusdioodid võivad neid otse vaadates olla kahjulikud, seega on tungivalt soovitatav panna poolläbipaistva kleeplindi riba ledide kohale.

Asetage iga pudel karbi ülaosale ja liigutage kahte tahvlit ja mobiiltelefoni LED -i, kuni olete efektiga rahul (pidage meeles, et olete mõnesse pudelisse klaashelmeid sisestanud ja selliste helmeste alla LED -id asetades suurendate valgusefekti), mõõta valgusdioodide asendit pudeli põhja keskpunkti ja selle telje suhtes ning viia need punktid pliiatsiga kaubaalusele. Kui kõik 24 punkti on kaubaalusele märgitud, puurige prooviaugud (diameeter 2-3 mm).

Märkus: viimasel pildil on näha stringi esimene positsioneerimine, mis põhines nende vahel fikseeritud 30 ° nurga all, kuid nagu näha, ei sobinud see pudelite vajaliku ruumiga; pidin pudelite nöörid ümber joondama.

Pilt 1: Joonis, mis näitab LED -e ja nende tähendust

Pilt 2: Spetsiaalne kast LED -de asukoha leidmiseks iga pudeli all

Pilt 3: sama kast pudeli abil

Pilt 4: Pudelite (ja nööride) paigutamine kaubaalusele

4. samm: Ledide jaoks aukude puurimine

Kasutades eelmise sammu katseaugusid, peaksite nüüd puurima LED -ide jaoks augud, kuid kuna kaubaaluse paksus on tõenäoliselt suurem kui LED -ide kõrgus, peaksite paksust vähendama, puurides suurema augu (näiteks 2 cm puidust puur). Puurige kõigepealt suurem auk (sügavus peab olema selline, et "puurimata" paksus vastaks LED-i kõrgusele) ja seejärel LED-ide augud. Vajadusel reguleerige nii, et lambi ülaosa oleks puidu pinnaga samal tasemel.

Märkige iga auk Hx ja Mx siltidega (H tunnid ja M minutid, x = 0, 1,..11).

Seda illustreerib pilt.

Samm: puurida augud kinnitusdüüblite pudelitesse

Sellelt saidilt leiate, kuidas klaasi auke puurida:

Leidke pudeli teljel augu asukoht nii, et see ei kattuks lediga, umbes 2-3 cm kaugusel pudeli keskosast peaks olema korras. Puurige auk (8 mm läbimõõduga) alumisele küljele, kuid poole paksusele (ärge puurige läbi kogu pudeli paksuse!). Märkige sama punkt kaubaaluse ülemisele küljele ja puurige sama läbimõõduga auk (kogu paksusega OK). Aukude asukohta mõõdetakse pudeli põhjast nööril, mille oleksite pidanud nende paigutamisel märkima.

Kinnitage tüüblid iga pudeli auku tugeva liimiga (topeltkomponendid) ja laske liimil kuivada.

Niipea, kui tüüblid on fikseeritud, saate pudelid asetada (horisontaalsele) kaubaalusele, sisestades nende tüüblid aukudesse. Pudelid tuleb asetada pea saba poole, esimene (12h) kael väljapoole.

Eemaldage pudelid (tõmmake nende tüübel õrnalt puidust välja).

Nüüd saate LED-id oma aukudesse sisestada, liiga väikesed augud uuesti reguleerida. Kui need on liiga suured, peate LED -i blokeerima selle alla keeratud väikese puutükiga.

Märkasin, et isegi pudelite kaudu oli ledide toodetud valgus liiga tugev ja värvisin need kahvatukollaseks.

Pilt 1: klaasist puurimismaterjal (märkus: ma kasutasin pudeli all kummist matti)

6. samm: elektrooniline osa

Põhiline led -käsuahel on näidatud esimesel pildil (pange tähele, et RTC -plaati pole sellel skeemil näidatud, kuid selle ühendamine Arduinoga on lihtne ja hästi dokumenteeritud, enamikul juhtudel pakub raamatukogu RTC tootja). Lõplikus versioonis on leivaplaadid asendatud trükkplaatidega.

Otsustasin eraldada tunni liidese minutiliidesest, et programmi veidi lihtsamaks muuta. Iga liides põhineb kahel 74HC595 vahetusregistril, mis on järjestikku ühendatud. Kasutatakse kõiki esimese registri väljundeid (0 kuni 7), teise jaoks aga ainult nelja esimest (8 kuni 11).

Lõpliku süsteemi jaoks lõin 5 cm x 10 cm testplaatide abil kaks eraldi liidest (augud rühmitatud 3 -ga). Olen kasutanud kahte tüüpi 74HC595, millest esimene on natiivne 16-kontaktiline DIL IC, mille paigaldasin kahele 16-kontaktilisele toele, joodetud tahvlile ja teine on kaks väikest tahvlit, mille ostsin Sparkfunist, ühe pinnaga 74HC595 paigaldatud kummalegi (pilt #7).

Kuna mul oli kiire, ei osanud ma oodata trükitud vooluringide valmistamist, mistõttu tegin PCB ise testplaatide abil, kuid PCB diagrammid on nüüd saadaval mõlema liidese jaoks (vt PCB pilte). Pange tähele, et teil on valida ainult ühe tüübi või nende kahe segu vahel, see on teie otsustada. Pange tähele ka seda, et ma pole veel testitud trükkplaati testinud (Fritzingi faile ei saa siia üles laadida, kuid võin neid soovi korral esitada).

RTC reguleerimine: Arduino esmakordsel ühendamisel RTC -ga peate kella õigesti seadistama. Lõpuks on see reguleerimine uuesti vajalik, et kompenseerida RTC nihet (2-3 sekundit päevas).

See säte toimub seadistuses () tingimusel, et järgmisi juhiseid ei kommenteerita:

//#define RTC_ADJUST true // Kui defineerite, toimub seadistamisel RTC reguleerimine

Kui ülaltoodud rida kommenteeritakse, kohandab set-up () RTC-d järgmiste konstantide väärtustega (ärge unustage lähtestada need konstandid praeguste väärtustega, st väärtused kompileerimise ja allalaadimise hetkel programm Arduinole)

// Kui RTC_ADJUST on määratletud, ärge unustage allpool olevat konstanti reguleerida!#Define DEF_YEAR 2019 // RTC esialgsel kohandamisel kasutatud vaikimisi kasutatav aasta

#define DEF_MONTH 11 // RTC esialgsel kohandamisel kasutatud vaikekuu

#define DEF_DAY 28 // RTC esialgsel kohandamisel kasutatud vaikepäev

#define DEF_HOUR 11 // RTC esialgsel kohandamisel kasutatud vaiketund

#define DEF_MIN 8 // RTC esialgsel kohandamisel kasutatud vaikiminut

#define DEF_SEC 0 // RTC esialgsel kohandamisel kasutatud vaikimisi sekund

Samuti on oluline: kui kohandamine on toimunud, ärge unustage rida uuesti kommenteerida ja programm Arduinole uuesti alla laadida

//#define RTC_ADJUST true // Kui defineerite, toimub seadistamisel RTC reguleerimine

vastasel korral toimuks RTC reguleerimine valede väärtustega iga kord, kui programm taaskäivitatakse (Arduino sisselülitamine või lähtestamine). See juhtus minu testide ajal !! (Unustasin seda rida uuesti kommenteerida ega saanud aru, mis toimub …).

Nüüd vaatame kella funktsionaalsust ennast.

Põhimõtteliselt on kaks kuvamisrežiimi:

1. CLOCK režiim (vt pilti #9)

   1. praegusele tunnile vastav tund on sisse lülitatud
   2. minuti LED, mis vastab praegusele 5 minuti kordajale, on SISSE lülitatud (see LED jääb põlema 5 minutiks)
   3. iga juhitud minut, välja arvatud see, mis on sisse lülitatud, vilgub 5 sekundi jooksul (mis on tuletatud RTC -st loetud "teisest" väärtusest)

RANDOM režiim (vt pilti #10)

kõik LED -id lülitatakse juhuslikult sisse ja välja, välja arvatud praegused "tunnid" ja "minutid"

Aeg, mille jooksul minut LED on sisse lülitatud, kestab 5 minutit, kuid selle aja jooksul liigub "tõeline" minut edasi. Näiteks kui praegune minut muutub 15 -ks, lülitatakse idapoolne LED 5 minuti jooksul sisse, kuid tegelik minut on selle 5 minuti jooksul 15, 16, 17, 18 ja 19 (me nimetame seda 5 minutiks) tsükkel ")

Programm teeb kolme asja:

1. See arvutab välja erinevuse tegeliku minuti ja kuvatava vahel, andes 5 väärtust: 0, 1, 2, 3 ja 4
2. See arvutab juhusliku režiimi kestuse, korrutades ülaltoodud arvu 6 sekundiga, mille tulemuseks on 5 väärtust: 0, 6, 12, 18 ja 24 (sekundit) juhusliku režiimi puhul ning nende väärtuste ja 30 vahel kellarežiim (30, 24, 18, 12 ja 6 sekundit)
3. See kordab seda režiimidevahelist jaotust kaks korda minutis (mõlema režiimi kogusumma on alati 30 sekundit)

Seda "5 -minutilist tsüklit" rakendatakse uuesti ja uuesti iga kord, kui järgmine "minuti LED" lülitatakse sisse (mis juhtub iga 5 minuti järel).

Märkus: tegeliku minuti saab tuletada, lugedes juhusliku režiimi kestuse ja jagades selle 6 -ga; näiteks kui loete juhusliku režiimi jaoks 18 sekundit ja "25" minutit on sisse lülitatud, tähendab see, et tegelik minut on 28 (18/6 = 3 ja 25+3 = 28)

Sellel videol on kõigepealt näha kellarežiim (praegune aeg on vahemikus 10h25 kuni 10h29), seejärel juhuslik režiim (kestab 6 sekundit, mis tähendab, et praegused minutid on 26) ja seejärel uuesti kellarežiim. Pange tähele, et siinne kaubaalus on asetatud maapinnale ja "kesköö" pudel on paremal. Alates sellest esimesest näitusest on kella nüüd statiivtoel vertikaalselt esitatud (pilt #11)

Pange tähele ka seda, et juhuslik režiim ei mõjuta praeguse tunni (10h) ja minuti (25m) LED -e.

Märkused trükkplaatide diagrammide kohta

Esimene trükkplaat (emakeelne 74HC595: pilt #4):

• U1 ja U2 on 74HC595 IC -d
• Tihvtide paigutuse leiate pildilt nr 6 (vt ka programmi muutujadeklaratsioonis Arduinos kasutatud tihvti)

Teine trükkplaat (Sparkfun 74HC595 purunemisplaadid: pilt #5)

Tihvtide paigutuse leiate pildilt #7

Olen kasutanud mõlemal liideseplaadil joodetud isaste tihvtide päiseid, nii et kõik juhtmete pistikud on naissoost.

Samm: pudelite kinnitamine kaubaalusele ja LED -ide ühendamine

Iga pudeli kohta:

• Leidke selle kael kaubaalusel (pange pudel oma kohale, märkige kael ja eemaldage pudel)
• Keerake kinnituskrae, mille kruvi on keskel ja kaela keskel (märgitud kaubaalusele). Kasutasin automaatselt puurivaid krohvkruvisid. Kui see on lihtsam, võite kraesse puurida prooviaugu.
• Sisestage pudeli tüübel kaubaaluses olevasse auku
• Sulge krae pudeli kaela ümber, pudel tuleks nüüd kaubaalusele kinnitada

See on kõik! (ärge unustage eemaldada nöörid ja pudeli sildid lõpus).

Iga LED -i kohta:

Ühendage mõlemad juhitud jalad + ja GND juhtmetega. + Pärineb liideseplaadi vastavast väljundpoldist ja GND ühest vahepealsest "GND jaotusplaadist"; need tahvlid on lihtsalt testplaadid (+/- 2cm x 5cm) lineaarsete ribadega, millele jootate isast tihvtid ja kõik nende tihvtid on joodetud samale ribale, kusjuures üks tihvt on ühendatud ühe liidese GND tihvtiga; kui teil on GND -tihvtide puudus, ühendage riba teisega ja ühendage need kokku. Soovitan isoleerida joodetud LED-ühendused termokahaneva hülsiga (sinine GND ja punane led-signaali puhul, "+")

Parandage kõik kaubaalusel olevad lauad allpool ja ühendage need pistikutega pistikutega juhtmetega (Arduino liideseplaatidele, 6 signaali + GND, toiteallikad Arduino ja liideseplaatidele ning RTC, RTC Arduinole, liideseplaadid 24-le) LEDid (12 ühel liideseplaadil). Ärge unustage GND -d kõigi tahvlitega ühendada.

Kinnitage toiteallikad ühele vertikaalsele puitplaadile, ühendage vahelduvvoolu kaabel esimese ja ketiheit teisega (olge ettevaatlik, ühendage toitekaabel alles pärast ühendamist!).

Allolev video näitab ühe 5 -minutilise tsükli kolme esimest minutit. Praegune aeg on peaaegu 4h55 ja video algab vahetult enne seda, kui "50min" LED lülitub "55min" režiimile (esmalt 24sek juhusliku režiimi viimased sekundid, 6sekundiline režiim ja seejärel lülitumine 55min led). Esimesel minutil (16h55) kuvatakse ainult kellarežiim (60 sekundit), teisel minutil (16h56) algab iga 30 -sekundiline samm 6 -sekundilise juhusliku režiimiga ja seejärel järgneb 24 -sekundiline kellarežiim kolmanda minuti jooksul (16h57), 12 sekundit juhuslik ja 18 sekundit kell (kaks korda)

8. samm: märkused, laiendused ja täiustused

Märkused:

• Kui programm käivitub, ootab see järgmise "täisminutini" (st RTC-sekundit = 0), enne kui LED-ekraan kuvatakse

• Mõned programmi parameetrid võimaldavad

  • Valige "kesköö" LED -i jaoks teine suund
  • Jagage kaks režiimi kahe minuti 30 sekundi asemel ühe minuti jooksul
• Kaubaaluste tugi ja siidripudelid pole absoluutselt vajalikud, võite leiutada muud tüüpi ekraanitoed, näiteks suhkrukarbi, nagu pildil näidatud

Laiendused:

• Kohandasin programmi ja tegin "tabelipõhise" versiooni, mis võimaldab kella/juhuslike režiimide alajaotust, mis põhineb ajatabelil, mitte eelnevalt määratletud reeglil
• "Kalendrist sõltuv" tabel (kuupäev, algusaeg, stopp-tund) võimaldab juhtida kella algus- ja lõpp-aega, nii et selle saab pärast näituse sulgemist õhtul sisse lülitada (see lülitub automaatselt peatab ekraani ja käivitab hommikul ilma käsitsi toimimata)
• Programmil on versioon, kus kuva käivitab külastaja kohaloleku tuvastamine ja see peatub 5 minutit pärast külastajate puudumist.

Parandused:

• RTC: stabiilsem versioon võiks asendada seni kasutatud 1307
• Võib lisada käsitsi RTC reguleerimise (näiteks lisades kaks pöörlevat kodeerijat, näiteks https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… ja nupp uute tundide ja minutite seadete kinnitamiseks)