"Charlotte's Web" stil LED -filamentklocka: 10 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Ända sedan jag såg LED-glödlamporna för första gången har jag tänkt att glödtrådarna måste vara bra för något, men det tog tills försäljningen av en lokal elektronikdelbutik stängdes innan jag köpte några lampor med avsikt att krossa dem och se vad jag kunde göra med filamenten.

Det tog inte lång tid att bestämma sig för att de skulle göra en intressant klocka, och att det skulle vara mycket roligt att sväva segmenten i luften som bara hängdes av sina kraftledningar.

En del genom att bygga det insåg jag att det på ett konstigt sätt påminde om spindelnätet med att skriva in från boken "Charlottes webb"

Tänk på att denna enhet har 80V på bar metallram. Men att använda en isolerande DC-till-DC-omvandlare och strömförsörjning innebär att det är möjligt att röra ramen och inte få en chock. Eller det har jag i alla fall inte.

Steg 1: Obligatoriska delar

Mina experiment visade att lysdioderna behöver cirka 55 volt för att lysa upp och lysa med full effekt runt 100V. Vid användning är de ordnade i seriepar för 230V / 240V marknader och ren parallell för 110V marknader. Det finns någon form av styrenhet i lampkåpan men jag bestämde mig för att inte försöka återanvända den eftersom jag ville att glödtråden skulle lysa mycket mindre. En helt lysande LED-klocka skulle vara smärtsam att läsa. En 7-segmentsklocka behöver 27 kontrollinjer och inledningsvis tänkte jag använda en Arduino Mega. Men när jag diskuterade kontrollen av 100V (eller så) ström genom lysdioderna med en mikrokontroller på en orelaterad IRC -kanal fick jag veta om förekomsten av DS8880 -drivrutiner för vakuumfluorescerande displayer. Dessa är perfekta för jobbet eftersom de tar 4 bitar BCD-ingångsdata per siffra och konverterar till 7 segmentdriven signaler med inbyggd och variabel strömstyrning upp till 1,5mA. Testning visade att 1,5mA var idealisk för denna applikation. Nedgången från 7 bitar till 4 bitar per siffra innebar också att jag kunde använda en Arduino Nano eller Uno för kontrollen eftersom det bara behövs 13 styrlinjer. (2 x 4 bitars 0-9 kanaler, 1 x 3-bitars 0-7 kanal och 1 x 2-bitars 0-3 kanal)

Jag bestämde mig för att använda 60 kHz radiosignal från MSF för att få Arduino att veta vilken tid på dygnet. Jag har använt detta tidigare med viss framgång med hjälp av mottagarmoduler på hyllan, varav en var tvungen att lämna. Men dessa verkar svårare att hitta för närvarande, så det kan vara lättare att använda en WiFi -modul om någon känner för att göra sin egen version av den här klockan.

Under testet upptäckte jag att Arduino Nanos som jag alla tycktes ha en dålig klockbas, jag tillbringade timmar i väntan på att de skulle synkronisera, försökte sedan i desperation ansluta till en gammal Duemilanove, och det synkroniserades i den första minuten och blev van.

För att skapa den 80V som behövs för att driva filamenten använde jag en DC till DC -omvandlare. Det finns många tillgängliga som fungerar från 12V. Arduino kan drivas av 12V och skapar en praktisk 5V -matning från logiken från det. Men jag glömde detta faktum och köpte en dyr 5V ingång. Detta kan fortfarande vara ett bra val, det betyder att klockan också går från USB under programmeringen, och den dyra omvandlaren har 5kV isolerade utgångar. (vilket innebär att 80V -ramen flyter, vilket minskar chockrisken mycket)

Lysdioderna finns på eBay, det är inte nödvändigt att krossa lampor för att skörda dem.

Inköpslista:

Självflödande koppartråd. 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm) fungerar.

Arduino

4 x DS8880 VFD -drivrutiner

Minst 28 LED -filament (men de går lätt sönder, så få 25% reservdelar åtminstone)

DC-till-DC-omvandlare

47µF 5V kondensator

4.7nF 100V kondensator

Rammaterial (jag använde 3 mm x 3 mm x 0,5 U-sektion mässing)

En bas av något slag

Cyanoakrylatlim

DC-ingång (eller panelmonterad USB)

60kHz (eller liknande) mottagarmodul och antenn.

7-stifts hanhuvudhus (och matchande krympterminaler)

Steg 2: Borra rammaterialet

Ramen är gjord av en 1 m längd av 3 mm mässing U-sektion (väggtjocklek 0,5 mm) och skulle inte föreslå något lättare än så.

Lysdioderna styrs av omkopplare på låg sida. Detta innebär att varje lysdiod är ansluten till en ledande ram vid 80V på anoden och sedan leder en isolerad tråd genom ramen till styr -IC: erna.

Ramen behöver borras för trådarna. Jag bestämde mig för att borra hål vid en vanlig stigning på 10 mm och gjorde en liten styrjigg för att ställa in avståndet. Ett spår i botten håller ramkanalen och en stift (insexnyckel på bilden) index på ett befintligt hål och gör det möjligt att borra ytterligare två vid det valda avståndet.

Borrjiggen fungerar också som en böjjigg. Den har ett spår för att förhindra att U-kanalen sprids under böjning.

Jag använde 1 mm hål, men mindre hade förmodligen varit bättre, vilket hade gjort limningen lättare.

Steg 3: Böj ramen

Jag skrev ut en mall för ytterramen och LED -positionering. Detta tejpades fast på arbetsbänken och sedan böjde jag försiktigt mässingsramen för att matcha.

Böjningar med U: s öppna sida till utsidan var lätta, men det var omöjligt att göra de inre böjningarna utan att bryta kanalen tills jag glödgade materialet med en blåslampa. Det behövde lite rätning efter glödgning, så det är bäst att bara glöda bitarna som faktiskt behöver det. Värm helt enkelt med blåsbrännaren tills den lyser dovt och inte varmare. Att gå för långt och smälta det skulle vara ohjälpligt.

En gång för att forma ramen tejpades ner till mallen.

Mallen finns som PDF här. Om den skrivs ut i skala 1: 1 (passar på A3 -papper) är perimitern exakt 1 m för att passa materialets längd.

Steg 4: Koppla in lysdioderna

Ta först reda på vilken ände av lysdioden som är anoden (ansluter till positiv spänning). På mina lysdioder märktes detta av ett litet hål precis nära slutet av plastbeläggningen.

Dessa ändar behöver alla lödas till trådar som är lödda till ramen. Jag är inte helt nöjd med mitt ledningsmönster, så jag kommer att avstå från att komma med några förslag. Stick trådarna genom ditt valda hål, dra något tätt och löd på plats. Skär sedan bort överskottet. Jag använde min Veropen som dispenser och hållare för tråden, delvis för att det var rätt typ av isolering (den typ som kan lödas igenom utan avskalning, känd som "självflödande")

Du kan sedan börja bygga upp siffrorna och fästa omkopplarens (katod) trådar med cyanoakrylatlim vid den punkt som de passerar genom hålen i ramen. Se till att du lämnar gott om längd, så att du kan slingra hela vägen runt ramen och in i basen / kontrollboxen.

Du kan stödja trådarna från varandra för att få runda hörn och undvika att ledningar passerar framför siffror. Lödda dem om de är strömtrådar, limma dem om växelkablar. Siffrornas hörn ser ut som att trådarna måste röra vid varandra, men vid behov är det lätt att hålla dem isolerade från varandra.

Steg 5: Gör basen och ramfötterna

Jag gjorde en ekbas och bearbetade mässingsfötter för ramen på min CNC -svarv. Men alla typer av lådor skulle göra, och 3D-tryckta fötter för ramen skulle fungera bra, jag är säker.

Fötterna hålls ned med M5 -skruvar i gängade hål förskjutna från mittramhålet. Skruvarna passar in i slitsar som är bearbetade i basen. Ledningarna passerar genom samma slitsar. Spåren gör att avståndet mellan fötterna kan justeras för att ställa in spänningen i trådarna (till viss del).

En av skruvarna har dessutom ett ögla och en kabel för att ge +80V ström till mässingsramen.

STL -filerna för antennfästet och PCB -fästet finns på min Github.

Steg 6: Gör och testa styrkortet

Medlen för att göra styrkortet täcks av en tidigare instruerbar.

Jag arbetade inte utifrån en schematisk, jag gjorde det när jag gick. Men jag har gjort en schematisk efter det faktum.

PDF -format eller KiCAD

Denna schema kan sakna några fel som Arduino -skissen har kodat runt och kan ha extra fel som den riktiga klockan saknar.

De viktiga punkterna att tänka på är att DC-DC-omvandlaren ska vara ansluten till V-in-stiftet på Arduino och att logikeffekten och radiomottagaren ska anslutas till den reglerade 5V. Detta innebär att Arduino och omvandlare kan köras från valfritt nätaggregat upp till 12V och logiken fortfarande bara ser reglerad 5V.

Steg 7: Montera siffrorna på basen och sortera ut alla trådar

Med trådarna tillfälligt hållna i kanalen med små bitar av tejp kan de många trådarna ledas in i basen. Jag använde en justerbar stegomvandlare för att räkna ut vilken tråd som var vilken. Jag ställde först in den på en spänning som bara skulle tända ett löst LED -glöd och drog sedan den positiva utgången genom ett ramhål. Sedan genom att vidröra den skurna änden av den emaljerade koppartrådänden till den negativa matningstråden från omvandlaren kunde jag se vilket segment varje led motsvarade. Jag pressade sedan in tråden i en stift och slog in den delvis i en kontakt.

Terminalerna leder inte efter krympning, de måste också lödas för att bryta igenom emaljisoleringen. Efter lödningen pressades stiften hela vägen hem.

Steg 8: Flash Arduino

Arduino -skissen hittar du här.

github.com/andypugh/LEDClock

Det finns två skisser, en för att köra klockan och en som helt enkelt går igenom siffrorna 0 till 9 på varje kanal.

Denna testskiss låter dig räkna ut vilka rubriker i utgångsstiften som måste bytas, och om någon av BCD -datalinjerna måste bytas ut. (Om du tittar på skissen kommer du att se att jag behövde byta ett par kanaler på grund av kabeldragningar, dessa var lättare att fixa i programvara).

Steg 9: Vänta i frustration på Radiosynkronisering

Radioklockan måste få en hel minut med data. Arduino-skissen blinkar mittfältet i tiotals timmarssiffran för att eka inkommande radiodata, och minuter visar hur många felaktiga databitar som har kommit. Om det blir 60 då finns det bra data och tiden visas.

I en anda av fullständigt avslöjande är detta en simulering. Jag verkar bara få den att synkronisera när den drivs från USB på min Mac och när den ligger någonstans o-fotogen. I fallet med verkliga data har en-sekunders pulser olika längd för att koda det binära.

Det finns också ett lat inslag (det lyser, men svagare än de andra) Själva lysdioden är bra. Jag är rädd för ett problem med drivrutinschipet men jag ska försöka koppla om emaljerad koppar först. (faktiskt kommer jag förmodligen bara att köra en extra tråd)

Steg 10: Avsluta

Ledningarna kan hållas fast i kanalen med en längd av den avisolerade isoleringen från någon 1,5 mm2 tråd. Men var försiktig så att du inte skadar de tunna trådarna.

Friskrivningsklausul: Jag påstår inte att jag var den första att tänka på tanken att använda dessa trådar för en klocka, men jag kom på idén självständigt. När jag letade efter lämpliga förare hittade jag det här inlägget från 2015 som visar en klocka gjord av samma trådar (även om hans verkar vara flexibel, vilket hade varit mycket lättare).

Jag kanske är den första att dingla dem i rymden på sina strömkablar, men jag skulle inte bry mig om att satsa på det heller.