Visualitzador de paret: 4 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

Vaig comprar un comptador de rellotges de butxaca barat a eBay pensant que seria un element interessant de novetat. Va resultar que el mesurador que havia comprat no era adequat, però aleshores em vaig comprometre a produir alguna cosa que pengés a la paret i fos un punt de conversa.

El centre de la pantalla és un amperímetre analògic que s’alimenta mitjançant un condensador carregat que es descarrega a través del comptador animant l’agulla del punter.

Una pantalla LED reflecteix el moviment del punter i proporciona una visualització atractiva.

El conjunt està controlat per un microprocessador Atmel 328, desenvolupat directament sobre un Arduino Uno, que mesura els nivells de llum actuals a l’habitació i activa aleatòriament la pantalla, tot alimentat per tres bateries AA.

Subministraments

Arduino Uno amb processador Atmel 328 … vegeu la resta de text

Selecció de LEDs, vermell, verd i groc amb un blanc

Resistències de 7 x 330R

1 x LDR

1 x condensador de 220uF

1 x 220R resistència

2 resistències de 10 k

1 x díode rectificador

Un amperímetre adequadament antic, normalment a escala completa de 100uA

Pas 1: concepte

Les imatges expliquen una història curta, el mesurador original va ser dissenyat per utilitzar-se en ràdios de vàlvules i requeria més de 100 mA i simplement no podia ser manejat per un Arduino. Aquestes són les primeres idees de disseny de pantalla. Al final vaig desmuntar el metre amb la intenció de substituir el mecanisme, poc eficaç.

Finalment vaig agafar un voltímetre antic amb un mecanisme de 100uA, perfecte.

Pas 2: el circuit

La versió original utilitzava un Arduino per connectar els bits en un sistema bastant senzill. Sis pins digitals condueixen els LEDs de colors mitjançant resistències 330R.

Un pin digital s’utilitza per dinamitzar el divisor de tensió LDR, el voltatge es mesura en un dels pins ADC i s’utilitza per estimar el nivell de llum actual i l’hora del dia.

Un pin digital s’utilitza per carregar el condensador mitjançant un díode i una resistència de 220R.

El mesurador es connecta a través del condensador mitjançant una resistència de 10 k. És possible que s’hagi de canviar aquest valor en funció de la mesura a escala completa de l’amperímetre utilitzat.

També he connectat un botó de restabliment per muntar al lateral de la vitrina.

Finalment, es fa una connexió addicional des de l’ànode d’un dels LED per proporcionar una referència de tensió per comprovar el nivell de tensió de la bateria. Aquest circuit no ha tingut mai un gran èxit i el canviaré per un simple divisor de tensió la propera vegada que les bateries s’esgotin i la pantalla quedi fora de la paret.

Pas 3: implementació

Fer servir la pantalla des de bateries amb un Arduino Uno no era pràctic, el consum actual seria massa elevat, ja que bona part de la placa està activa tot el temps i volia que la pantalla estigués a la paret sense tocar durant almenys sis mesos a la temps.

Per reduir el consum de corrent, els circuits de visualització es van desenvolupar amb un Arduino i una placa de control, els circuits es van transferir a la placa matricial i, a continuació, el processador finalment programat es va treure de l’Arduino i es va col·locar en un sòcol d’un petit tros de placa matriu, juntament amb l’xtal, i units amb un cable de cinta.

Al final, la pantalla funciona durant 12 mesos amb un conjunt de bateries.

Un truc útil és substituir el processador Atmel d’un Arduino Uno per un sòcol ZIF, aquest s’adapta bé i, a continuació, reinsereix el processador. Un cop el projecte està a punt, el processador ja està programat i només cal eliminar-lo i posar-lo en un sòcol de la placa final. Quan compro processadors en blanc passo una hora posant carregadors d’arrencada a tots perquè estiguin a punt per utilitzar-los en qualsevol moment.

Pas 4: el codi

Com es podria imaginar, el codi per executar la pantalla bàsica no és molt complicat, però l’àrea clau és la reducció del consum d’energia. Hi ha dues aproximacions, una consisteix a executar la pantalla només quan és probable que algú la vegi i, en segon lloc, reduir al mínim el consum d'energia dels circuits.

El programa ha de tenir instal·lades les biblioteques Narcoleptic abans de la compilació.

Tots els retards del sistema s’implementen utilitzant la biblioteca narcolèptica per obtenir el mode de baixa potència total del processador, amb un consum d’energia mesurat en uns quants nanoamps.

El processador dorm quatre segons a la vegada i, en despertar-se, executa una rutina aleatòria per determinar si el sistema es despertarà. Si no, el sistema dorm durant quatre segons més.

Si la rutina aleatòria és certa, el circuit LDR s'activa i es pren una mesura del nivell de llum. El circuit LDR es desactiva immediatament després per estalviar energia.

El sistema funciona en quatre períodes de temps estimats.

• La nit, molt fosca i és probable que ningú la vegi, no fa res i torna a dormir
• Early Morning: a la primera part és poc probable que hi hagi observadors, però mantenen les estadístiques com si fos de dia
• Diürn: és possible que hi hagi observadors, però activeu només el mesurador analògic, no els LED
• Al vespre: és probable que hi hagi observadors, així que activeu la pantalla completa

El sistema calcula que la durada del dia canviarà amb les estacions, de manera que la tarda s’estén al que seria d’una altra manera nit, ja que la durada dels dies és més curta, però és probable que els observadors encara hi siguin presents.

Si l'hora del dia és adequada, s'utilitza una sortida digital per carregar el condensador i després s'apaga. Amb una pantalla només analògica, el sistema torna a dormir amb tota la sortida apagada i el condensador es descarrega a través del comptador el punter del qual, que s'havia desplaçat a escala completa, torna a zero.

Amb la pantalla LED activa, el sistema mesura la tensió del condensador i presenta una pantalla de llum en funcionament basada en la tensió mesurada fins que cau per sota d’un llindar quan el sistema dorm.

Una segona selecció aleatòria té lloc cap al final de la pantalla per determinar si la pantalla es repetirà o no, proporcionant més interès al vigilant.

S'activa un LED blanc per il·luminar la cara del mesurador quan el LED està actiu.

La biblioteca narcolèptica de Peter Knight posa el processador en un mode de suspensió completa, on les sortides es mantindran en l’estat en què estaven entrant en repòs, però tots els rellotges interns s’aturen, excepte el temporitzador de repòs que està limitat a quatre segons. Això es pot provar en un Arduino, però a causa del LED d’alimentació i els circuits USB d’Arduino no s’aconsegueix el mateix estalvi d’energia.

El sistema encara conté un codi que pretenia explicar la disminució de la capacitat de les bateries, però això no ha resultat útil. La propera vegada que surti de la paret, canviaré el programa per proporcionar algun tipus d'estat de la bateria mitjançant els LED o l'amperímetre.

La versió final té un botó de restabliment muntat al lateral de la vitrina. El principal motiu d'això és permetre demostracions als visitants perquè el sistema executi la seva rutina bàsica deu vegades després de restablir-lo abans de tornar a la rutina aleatòria normal.