CLEPCIDRE: a Cider Bottles Digital Clock: 8 Steps (with Pictures)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

Innan jag dyker ner i objektbeskrivningen måste jag förklara i vilket sammanhang den har utformats och byggts. Min fru är konstnär och arbetar i princip med lera, som keramiker, men också med andra material som trä, skiffer eller glas. I de flesta av sina konstverk försöker hon visa spåren som lämnats av tiden på föremål och hon innehåller ofta material som finns i naturen som träbitar på stranden för att "ge ett nytt liv åt begagnade föremål". Hennes syster och svåger brukade göra sin egen cider (i Normandie) och har fortfarande hundratals ciderflaskor som sover under ett tjockt lager damm i sin gamla press. Det var mer än tillräckligt för att utlösa min frus nästa skapelseidé: "en ciderflaskor klocka". Kopplingen till tiden är uppenbar: de flaskorna har haft ett härligt förflutet och borde nu vara ett vittne om tiden som går och tillsammans bilda en klocka. Så för ett år sedan frågade hon mig: "Älskling, kan du göra mig en klocka med lampor under 12 ciderflaskor? Jag ska platta flaskorna i min ugn själv och du bryr dig om resten: trästödet, en pall-, lamporna och alla elektroniska kretsar! Jag vill visa tiden men inte alltid, lysdioderna ska också blinka slumpmässigt, är det möjligt? Du bör också hitta lösningen för att fixa flaskorna på pallen ". Klockan ska vara klar inom en månad …

"Smeknamnet" på detta konstverk är "CLEPCIDRE" som står (på franska) för "Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE", det är en nick till namnet "CLEPSYDRE" som betecknar en vattenklocka som uppfanns av egyptierna. Min fru kallar det "Les Bouteilles de Ma Soeur" (Min systers flaskor).

Bild #1: Lager av ciderflaskor till min svägerska

Bild #2: Det ursprungliga specifikationsdokumentet

Bild #3 till #6: visningar av klockan

CLEPCIDRE har visats under två utställningar förra året, den första i "Greniers à Sel" i Honfleur (Calvados, Normandie, Frankrike) i april 2019 (bild #6) och den andra i Touques (Calvados, Normandie, Frankrike) i juni 2019.

Tillbehör

• Tolv ciderflaskor (du kan prova andra typer av flaskor: champagne, mousserande vin, … men utan garanti)
• En keramisk ugn (vi använde en 5kVA toppladdad cylindrisk ugn)
• En pall (kant-till-kant-brädor, mått: +/- 107cmx77cmx16cm)
• Några träskivor (för att stänga pallens sidor)
• 24 vita LED-lampor med hög effekt på 10 mm (t.ex.
• En Arduino -bräda: Uno eller Leonardo OK, mindre bräda kan vara OK, Mega är lite överkill
• Två strömförsörjningar (5V för LED och 12V för Arduino och RTC-kort, även om 5V för Arduino borde vara OK men inte testad)
• Ett RTC-kort (jag har använt en Adafruit DS1307 men jag skulle rekommendera en mer exakt temperaturkompenserad RTC baserad på DS3231; DS1307 växlar 2-3 sekunder varje dag och behöver regelbundet justeras om)
• 4 skiftregister 74HC595 antingen som enskilda objekt (16-stifts DIL CMOS IC) eller redan monterade på kortet (t.ex. SparkFun Shift Register Breakout-74HC595 ref BOB-10680)
• Epoxitestbrädor (50*100 mm, hål i grupp om 3 och allmänna skivor med linjära kopparband)
• Diamantborr (6 eller 8 mm) och träpluggar (6 eller 8 mm)
• 24 1/4 W motstånd (220 Ω)
• Fixeringskrage för mekanisk flaskpropp (finns i järnaffär eller Internet)
• Lim, trådar, värmekrymphylsa, verktyg,.., skruvar,.., lödkolv (18W OK)

Steg 1: Det enklaste: Stäng pallens sidor

Försök att hitta en träpall (jag hittade en på cirka 107 cm*77 cm). Det ska inte finnas något mellanrum mellan träskivorna.

Fixera 4 träskivor med skruvar, en på varje sida. Skär de 4 brädorna från lager för att få rätt dimensioner.

Eftersom det kan finnas (och förmodligen kommer det) fotbrädor, rekommenderar jag att klippa dem som visas på bilden, detta kommer att frigöra tillgången till de nedre brädorna och tillåta borrning av hål för lysdioderna.

Senare, när lysdiodernas positioner kommer att ha markerats, kommer det att vara nödvändigt att borra i två steg, först hålet med ledningens diameter (9 - 10 mm) och sedan det större hålet (säg 2 cm) för att få tjockleken motsvarar lysdiodens höjd (träskivans tjocklek är sannolikt större än ledets höjd)

Bild 1: Pallen sett underifrån med ledhålen redan borrade

Steg 2: Platta ut ciderflaskorna

Vår ugnskapacitet möjliggör uppvärmning av 6 flaskor åt gången på 3 nivåer. Se till att flaskorna inte kommer i kontakt med varandra, varken med ugnsväggarna eller pelarna när du placerar flaskorna.

Du kan vara kreativ och lägga till exempelvis glaspärlor eller skal eller små stenar i flaskorna. Du kan också sätta in ett terrakottastöd under flaskorna, det senare tar formen av stödet under uppvärmning.

Det viktigaste i denna process är att låta flaskorna svalna mycket långsamt och inte öppna ugnen för tidigt, även om du tror att ugnstemperaturen är lika med rummets, bör du veta att glastemperaturen förblir högre än ugnen under en viss tid, och eventuella temperaturchocker, även en liten, kan orsaka glasskador. Vi har fått flaskor att gå sönder en eller två dagar efter uppvärmningen och jag rekommenderar att ta med +/- 30% av förlorade hänsyn (förutse 16 till 18 flaskor för att få 12 i slutet, för att inte tala om de du inte kommer att bli nöjd med av).

Temperaturprofilen som ges här bör betraktas som ett exempel och återspeglar endast egenskaperna hos vår ugn, du bör utföra några tester med din egen utrustning för att hitta den lämpligaste sluttemperaturen. Om du värmer för mycket får du helt platta flaskor medan om du värmer för lite kommer flaskorna inte att bli platta nog.

Bild 1: Ugnen, allmän vy

Bild 2: Två flaskor utplattade (jag har ingen bild av flaskorna i ugnen före uppvärmningen just nu)

Bild 3: Typisk temperaturprofil

Steg 3: Leta reda på flaskorna och lysdiodernas positioner

I klockdesignen ska jag förklara senare, det finns två lysdioder under varje flaska, de "externa" som visar timmarna (0 till 11 och 12 till 23) och de interna som visar minuterna med steg 5 (0, 5,… 55). Först måste du placera flaskorna runt pallen. För det behöver du först sträcka strängar mellan en central tryckknapp och 12 stiftnålar runt pallen, "diametralt motsatta" om möjligt. 4 positioner är uppenbara och lätta att hitta: 0, 3, 6 och 9 timmar (strängarna ansluter till mitten av varje sida, två och två). De fyra andra raderna är lite knepigare. Du måste orientera strängarna så att det finns tillräckligt med plats för varje flaska (flaskorna är inriktade två och två med sin axel motsvarande strängen) och flaskan ger intrycket att fördelas lika. Detta steg kräver lite försök och fel. Observera också att eftersom de inte alla är desamma måste du välja vart varje flaska ska gå (detta är en fråga om "konstnärlig känsla"). När platsen för varje flaska har valts, glöm inte att fästa en etikett med dess nummer på varje flaska och att sätta ett märke på pallen för botten av varje flaska (se vidare). Dessa punkter och strängarna kommer att användas senare för att lokalisera hålen på fixeringsdylarna.

Därefter måste de två lysdioderna placeras relativt varje flaska och positionerna överförs sedan till pallen.

För det har jag byggt en låda med två "mobila" brädor (se bild), den första vinkelrätt mot flaskaxeln och den andra, som är skruvad på den första i mitten, vilket möjliggör rotation, är inriktad på den axeln. I detta andra bräda borrade jag två hål (9 eller 10 mm diam.) Ett av dem i form av ett knapphål så att en ledning kan flyttas längs axelriktningen. Jag applicerar 5V på varje led, plockad från ett Arduino -kort eller någon annan källa. VAR FÖRSIKTIG! LED -lampor med hög ljusstyrka kan vara skadliga om du tittar direkt på dem, så det rekommenderas starkt att du lägger ett band med genomskinlig tejp ovanför lysdioderna.

Placera varje flaska ovanpå lådan och flytta de två brädorna och "mobil" -ledningen tills du är nöjd med effekten (kom ihåg att du kan ha satt in glaspärlor i vissa flaskor och att placera lysdioder under sådana pärlor förstärker ljuseffekten), mäta lädarnas position relativt flaskans botten och dess axel och överför dessa punkter till pallen med en penna. När alla 24 punkter har markerats på pallen, borra pilothål (2-3 mm diam).

Obs: den sista bilden visar den första strängpositioneringen som baserades på en fixerad 30 ° vinkel mellan dem, men som man kan se var detta inte kompatibelt med det utrymme som flaskorna behövde; Jag var tvungen att justera strängarna på flaskorna igen.

Bild 1: Ritning som visar lysdioderna och deras betydelse

Bild 2: Specialboxen för att hitta lysdiodernas position under varje flaska

Bild 3: Samma låda med en flaska

Bild 4: Placera flaskorna (och strängarna) på pallen

Steg 4: Borra hål för lysdioderna

Med pilothålen från föregående steg bör du nu borra hålen för lysdioderna, men eftersom pallskivans tjocklek sannolikt kommer att vara större än lysdiodernas höjd bör du minska tjockleken genom att borra ett större hål (till exempel med en 2 cm träborr). Borra först det större hålet (djupet måste vara sådant att den "icke-borrade" tjockleken motsvarar lysdiodens höjd) och sedan ledarnas hål. Justera vid behov så att lampans ovansida är i linje med träytan.

Markera varje hål med Hx- och Mx -etiketter (H för timmar och M för minuter, x = 0, 1,..11).

Detta illustreras av bilden.

Steg 5: Borrning av hål i flaskor för fixeringspluggar

Hur man borrar hål i glas finns på denna webbplats:

Hitta hålpositionen på flaskaxeln så att den inte överlappar en ledning, cirka 2-3 cm från botten av flaskan bör vara OK. Borra ett hål (8 mm i diameter) på undersidan, men på halva tjockleken (borra inte igenom hela flaskans tjocklek!). Markera samma punkt på pallens ovansida och borra ett hål med samma diameter (genom hela tjockleken OK). Hålpositionen mäts på strängen från botten av flaskan som du borde ha markerat när du placerade dem.

Fixera pluggarna på varje flaska i hålet med starkt lim (dubbla komponenter) och låt limet torka.

Så snart pluggarna är fixerade kan du placera flaskorna på den (horisontella) pallen genom att sätta in deras pluggar i hålen. Flaskorna måste placeras från huvud till svans, den första (12 timmar) med halsen vänd utåt.

Ta bort flaskorna (dra försiktigt ut pluggen ur träet).

Du kan nu sätta in lysdioderna i deras hål, justera om hålen som är för små. För de som är för stora måste du blockera lysdioden med en liten bit trä skruvat under den.

Jag märkte att även genom flaskorna var ljuset från lysdioderna för starkt och jag målade dem i blekgult.

Bild 1: Glasborrmaterialet (Obs: jag använde en gummimatta under flaskan)

Steg 6: Den elektroniska delen

Den grundläggande led -kommandokretsen visas på den första bilden (observera att RTC -kortet inte visas på detta diagram, men att ansluta den till Arduino är enkelt och väldokumenterat, i de flesta fall tillhandahålls ett bibliotek av RTC -tillverkaren). I den slutliga versionen har brödskivorna ersatts av kretskort.

Jag bestämde mig för att skilja timgränssnittet från minutgränssnittet för att göra programmet något enklare. Varje gränssnitt är baserat på två 74HC595 skiftregister som är seriellt anslutna. Alla utdata från det första registret används (0 till 7) medan endast de första fyra behövs för det andra (8 till 11).

För det slutliga systemet skapade jag två separata gränssnitt med hjälp av 5 cm x 10 cm testbrädor (hål grupperade efter 3). Jag har använt två typer av 74HC595, den första är inbyggda 16-pins DIL IC som jag monterade på två 16-pins stöd, lödda på brädet och den andra är två små brädor som jag köpte från Sparkfun, med en 74HC595 yta monterad på varje (bild #7).

Eftersom jag hade bråttom kunde jag inte vänta på tillverkning av tryckta kretsar, så jag gjorde kretskortet själv med testkort, men kretskortdiagrammen är nu tillgängliga för båda gränssnittet (se PCB -bilder). Observera att du har valet mellan antingen bara en typ eller blandningen av de två typerna, detta är upp till dig. Observera också att jag inte har testat det tillverkade kretskortet ännu (Fritzing -filer kan inte laddas upp här men jag kan tillhandahålla dem om det begärs).

RTC -justering: första gången Arduino är ansluten till RTC måste du ställa in klockan korrekt. Så småningom krävs denna justering igen för att kompensera RTC-växlingen (2-3 sekunder per dag).

Denna inställning sker i konfigurationen () förutsatt att följande instruktion inte är kommenterad:

//#definiera RTC_ADJUST true // Om definiera kommer RTC-justering att ske vid konfigurationen

Om raden ovan kommenteras kommer set-up () att justera RTC med värdena för följande konstanter (glöm inte att initiera dessa konstanter med de aktuella värdena, dvs värdena vid sammanställningen och nedladdningen av program till Arduino)

// Glöm inte att justera konstanten nedan om RTC_ADJUST är definierat !!#definiera DEF_YEAR 2019 // Standardåret som används vid den första RTC -justeringen

#define DEF_MONTH 11 // Standardmånaden som används vid inledande RTC -justering

#define DEF_DAY 28 // Standarddagen som används vid inledande RTC -justering

#define DEF_HOUR 11 // Standardtimmen som används vid inledande RTC -justering

#define DEF_MIN 8 // Standardminuten som används vid inledande RTC -justering

#define DEF_SEC 0 // Standard sekunden som används vid inledande RTC -justering

Också viktigt: när justeringen skedde glöm inte att kommentera raden igen och ladda ner programmet till Arduino igen

//#definiera RTC_ADJUST true // Om definiera kommer RTC-justering att ske vid konfigurationen

annars skulle RTC-justering ske med felaktiga värden varje gång programmet startar om (start eller återställning av Arduino). Det hände under mina tester !! (Jag glömde att kommentera den raden igen och förstod inte vad som hände …).

Låt oss nu titta på själva klockfunktionen.

I grund och botten finns det två visningslägen:

1. CLOCK -läget (se bild #9)

   1. den timme som motsvarar den aktuella timmen är PÅ
   2. den minut -led som motsvarar den nuvarande multipeln på 5 minuter är PÅ (den här lysdioden förblir tänd i 5 minuter)
   3. varje minut, utom den som är PÅ, blinkar under 5 sekunder (vilken led är härledd från det "andra" värdet läst från RTC)

RANDOM -läget (se bild #10)

alla lysdioder slås PÅ och AV slumpmässigt, utom de aktuella "timme" och "minut"

Tiden under vilken en minut led är PÅ varar i 5 minuter, men under den tiden går den "riktiga" minuten fram. Till exempel, när den aktuella minuten blir 15 kommer den "östra" lysdioden att slås på under 5 minuter men den verkliga minuten kommer att vara 15, 16, 17, 18 och 19 under dessa 5 minuter (vi kallar detta "5 minuter cykel")

Programmet gör tre saker:

1. Den beräknar skillnaden mellan den "riktiga" minuten och den som visas, vilket ger 5 värden: 0, 1, 2, 3 och 4
2. Den beräknar hur länge slumpmässigt läge ska pågå genom att multiplicera antalet som hittades strax ovan med 6 sekunder, vilket leder till 5 värden: 0, 6, 12, 18 och 24 (sekunder) för slumpmässigt läge och skillnaden mellan dessa värden och 30 för klockläget (30, 24, 18, 12 och 6 sekunder)
3. Den upprepar denna inter-mode-distribution två gånger inom varje minut (summan av båda lägena är alltid 30 sekunder)

Denna "5 minuters cykel" tillämpas igen och igen varje gång nästa "minut -LED" slås PÅ (vilket sker var 5: e minut).

Anmärkning: man kan härleda den verkliga minuten helt enkelt genom att räkna hur länge slumpmässigt läge varar och dela denna varaktighet med 6; till exempel om du räknar 18 sekunder för slumpmässigt läge och "25" minuter är PÅ betyder det att den verkliga minuten är 28 (18/6 = 3 och 25+3 = 28)

På den här videon kan man först se klockläget (aktuell tid är mellan 10h25 och 10h29) sedan slumpmässigt läge (varar 6 sekunder, vilket innebär att de aktuella minuterna är 26) och sedan klockläget igen. Observera att pallen här är placerad på marken och att "midnatt" -flaskan är till höger. Sedan denna första utställning presenteras klockan nu vertikalt på ett stativstöd (Bild #11)

Observera också att den aktuella timmen (10h) och minuten (25m) lysdioderna inte påverkas av slumpmässigt läge.

Anteckningar om PCB -diagram

Första kretskortet (native 74HC595: bild #4):

• U1 och U2 är 74HC595 IC: er
• Stiftlayout finns på bild #6 (se även stiftet som används i Arduino i programmets variabla deklaration)

Andra kretskortet (Sparkfun 74HC595 breakout boards: bild #5)

Pin -layout finns på bild #7

Jag har använt hanstiftshuvuden som är lödda på båda gränssnittskorten så att alla ledares kontakter är hona.

Steg 7: Fixera flaskorna på pallen och ansluta lysdioderna

För varje flaska i tur och ordning:

• Placera halsen på pallen (sätt flaskan på plats, markera halsen och ta bort flaskan)
• Skruva fast en fästkrage med skruven i mitten och i mitten av halsen (markerad på pallen). Jag använde självborrande gipsskruvar. Du kan borra ett pilothål i kragen om du tycker det är lättare.
• För in flaskans plugg i dess hål i pallen
• Stäng kragen runt flaskans hals, flaskan ska nu fixeras på pallen

Det är allt! (glöm inte att ta bort strängarna och flasketiketterna i slutet).

För varje led:

Anslut båda ledbenen till + och GND -trådarna. + Kommer från lämplig utgångsstift på gränssnittskortet och GND från ett av mellanliggande "GND -distributionskort"; dessa brädor är helt enkelt testbrädor (+/- 2cm x 5cm) med linjära band på vilka du lödar stifthuvuden med alla sina stift lödda på samma band, en stift är ansluten till ett gränssnitt GND-stift tillgängligt; Om du saknar GND -stift, anslut helt enkelt bandet till en andra och anslut dem. Jag rekommenderar att isolera de lödda led-anslutningarna med en värmekrymphylsa (blå för GND och röd för led-signal, "+")

Fixera alla brädor på pallen nedan, och anslut dem tillsammans med honkontakter-ändar (Arduino till gränssnittskort, 6 signaler + GND, strömförsörjning till Arduino och gränssnittskort och RTC, RTC till Arduino, gränssnittskort till 24 lysdioder (12 på ett gränssnittskort). Glöm inte att ansluta GND till alla kort.

Fixera nätaggregaten på en vertikal träplatta, anslut nätkabeln till den första och daisy-chain till den andra (var försiktig, anslut bara nätkabeln när anslutningarna är klara!).

Videon nedan visar de tre första minuterna på en 5 minuters cykel. Den aktuella tiden är nästan 4h55 och videon startar strax innan "50min" -lampan växlar till "55min" (först de sista sekunderna av 24sec slumpmässigt läge, 6sek av klockläge och sedan växling till 55min led). Under den första minuten (16h55) visas bara klockläget (60 sekunder), under den andra minuten (16h56) börjar varje steg på 30 sekunder med 6 sekunder slumpmässigt läge och sedan följer 24 sekunder klockläge under den tredje minuten (16h57), 12 sekunder slumpmässigt och 18 sekunder klocka (två gånger)

Steg 8: Anmärkningar, tillägg och förbättringar

Anmärkningar:

• När programmet startar väntar det tills nästa "hela minut" (dvs. RTC-sekunder = 0) innan LED-displayen startar

• Vissa parametrar i programmet tillåter

  • Välj en annan orientering för "midnatt" -lampan
  • Fördela de två lägena på en hel minut istället för två gånger 30 sekunder
• Pallstödet och ciderflaskorna är inte absolut nödvändiga, du kan hitta på andra typer av displaystöd som en sockerlåda till exempel, som visas på bilden

Tillägg:

• Jag anpassade programmet och gjorde en "tabelldriven" version som gör det möjligt att dela klockan/slumpmässiga lägen baserat på en tidtabell snarare än på en fördefinierad regel
• En "kalenderberoende" tabell (datum, starttid, stopptid) gör det möjligt att styra start- och stopptiden för klockan, så att den kan slås på när utställningen stängs på kvällen (den kommer automatiskt stoppar displayen och börjar på morgonen utan någon manuell åtgärd)
• Programmet har en version där visningen triggas av en närvarodetektering av besökare och stannar 5 minuter efter frånvaro av besökare.

Förbättringar:

• RTC: en mer stabil version kan ersätta 1307 som använts hittills
• En manuell RTC -justering kan läggas till (till exempel genom att lägga till två roterande kodare, som https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… och en tryckknapp för att bekräfta de nya tim- och minutinställningarna)