Rellotge de filament LED estil "Charlotte's Web": 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Des que vaig veure les bombetes de filament LED per primera vegada, vaig estar pensant que els filaments havien de ser bons per a alguna cosa, però vaig trigar fins a la venda tancada d’una botiga de peces d’electrònica local per comprar algunes bombetes amb la intenció de trencar-les a veure què podia fer amb els filaments.

No va trigar a decidir que crearien un rellotge interessant i que seria molt divertit flotar els segments a l’aire suspesos només pels seus cables d’alimentació.

A mitja construcció, em vaig adonar que recordava curiosament les teranyines amb l’escriptura del llibre "Charlotte's Web".

Tingueu en compte que aquest dispositiu té 80V al marc de metall nu. Però l’ús d’un convertidor aïllant de CC a CC i una font d’alimentació significa que és possible tocar el marc i no obtenir cap xoc. O almenys no.

Pas 1: peces necessàries

Els meus experiments van demostrar que els LED necessiten uns 55 volts per il·luminar-se i brillar amb una potència màxima al voltant dels 100V. En ús, es disposen en parells de sèries per a mercats de 230V / 240V i en paral·lel pur per a mercats de 110V. Hi ha una mena de controlador a la tapa del llum, però vaig decidir no intentar reutilitzar-lo, ja que volia que els filaments brillessin molt menys. Un rellotge LED totalment brillant seria dolorós de llegir. Un rellotge de pantalla de 7 segments necessita 27 línies de control i inicialment tenia la intenció d’utilitzar un Arduino Mega. No obstant això, quan es va discutir sobre el control del corrent de 100 V (més o menys) a través dels LEDs amb un microcontrolador en un canal IRC no relacionat, em van informar de l'existència de xips del controlador DS8880 per a pantalles fluorescents al buit. Aquests són perfectes per al treball que ocupen, ja que prenen 4 bits de dades d’entrada BCD per dígit i es converteixen en senyals de discos de 7 segments amb control de corrent incorporat i variable de fins a 1,5 mA. Les proves van demostrar que 1,5 mA era ideal per a aquesta aplicació. La caiguda de 7 bits a 4 bits per dígit també significava que podia utilitzar un Arduino Nano o Uno per al control, ja que només es necessiten 13 línies de control. (2 x 4 bits 0-9 canals, 1 x 3 bits 0-7 canals i 1 x 2 bits 0-3 canals)

Vaig decidir utilitzar el senyal de ràdio MSF de 60 kHz per fer que l’Arduino conegués l’hora del dia. Ja ho he utilitzat abans amb cert èxit en utilitzar mòduls de recepció, un dels quals he tingut a mà. Tanmateix, semblen més difícils de trobar actualment, de manera que pot ser més fàcil utilitzar un mòdul WiFi si algú té ganes de fer la seva pròpia versió d’aquest rellotge.

Durant les proves vaig comprovar que l'Arduino Nanos semblava que tots tenien una base de rellotge deficient, vaig passar hores esperant que es sincronitzessin, després, desesperat, vaig provar de connectar un vell Duemilanove i això es va sincronitzar al primer minut i em vaig acostumar.

Per crear els 80V necessaris per accionar els filaments he utilitzat un convertidor de CC a CC. Hi ha molts disponibles que funcionen a partir de 12V. L'Arduino es pot alimentar amb 12V i crea un subministrament útil de 5V a partir de la lògica. Però vaig oblidar aquest fet i vaig comprar un car d’entrada de 5V. Pot ser que sigui una bona opció, vol dir que el rellotge també funcionarà des d'USB durant la programació i que el car convertidor té sortides aïllades de 5 kV. (el que significa que el quadre de 80V flota, reduint molt el risc de xoc)

Els LED estan disponibles a eBay, no cal aixafar bombetes per collir-les.

Llista de la compra:

Fil de coure autofluent. Funciona 34 SWG (31 AWG / 0,22 mm).

Arduino

4 controladors VFD DS8880

Com a mínim 28 filaments LED (però es trenquen fàcilment, de manera que obteniu com a mínim un 25% de recanvis)

Convertidor de CC a CC

Condensador de 47µF 5V

Condensador 4.7nF 100V

Material del marc (he utilitzat llautó de 3 mm x 3 mm x 0,5 seccions)

Una base d’alguna mena

Adhesiu cianoacrilat

Presa d'entrada de CC (o USB muntat al tauler)

Mòdul i antena de receptor de 60 kHz (o similar).

Carcasses de capçal masculí de 7 pins (i terminals de crimpat coincidents)

Pas 2: perforar el material del marc

El marc està format per una secció en U de llautó de 3 mm de llargada de 1 m (gruix de la paret 0,5 mm) i no suggeriria res més lleuger que això.

Els LED es controlen mitjançant interruptors de banda baixa. Això significa que cada LED està connectat a un marc conductor a 80V a l’ànode i, a continuació, un cable aïllat condueix a través del marc als circuits integrats de control.

Cal foradar el marc per als cables. Vaig decidir practicar forats amb un pas regular de 10 mm i vaig fer una petita guia per ajustar l’espaiat. Una ranura a la part inferior subjecta el canal del marc i un passador (clau Allen de la foto) indexats en un forat existent i permet perforar-ne dos més a l’espai escollit.

La plantilla de perforació també funciona com a plantilla de flexió. Té una ranura per evitar que el canal U es propagui durant la flexió.

He utilitzat forats d’1 mm, però probablement hauria estat més petit fer-ho millor, facilitant l’encolat.

Pas 3: Doble el marc

Vaig imprimir una plantilla per al marc exterior i el posicionament del LED. Això es va gravar al banc de treball i després vaig doblegar amb cura el marc de llautó perquè coincidís.

Les corbes amb el costat obert de la U cap a l’exterior eren fàcils, però era impossible fer les corbes interiors sense trencar el canal fins que no recuit el material amb un bufador. Necessitava una mica de redreçament després del recuit, de manera que el millor és recocir només els bits que realment ho necessiten. Simplement caldeu amb la torxa fins que brille lentament i no faci més calor. Anar massa lluny i fondre’l no seria útil.

Una vegada per donar forma al marc es va gravar a la plantilla.

La plantilla es pot trobar en format PDF aquí. Si s’imprimeix a escala 1: 1 (s’adapta a paper A3), el perímetre és exactament 1m per adaptar-se a la longitud del material.

Pas 4: Connecteu els LED

Primer esbrineu quin extrem del LED és l’ànode (es connecta a una tensió positiva). Als meus LEDs, això estava marcat per un petit forat a prop del final del recobriment de plàstic.

Tots aquests extrems necessiten soldar els cables que es solden al marc. No estic del tot satisfet amb el meu patró de cablejat, així que m'abstindré de fer suggeriments. Introduïu els cables a través del forat escollit, estireu-los una mica i soldeu-los al lloc. A continuació, talleu l’excés. Vaig utilitzar el meu Veropen com a dispensador i suport per al cable, en part perquè era el tipus d’aïllament correcte (el tipus que es pot soldar sense treure, conegut com a “autofluent”)

A continuació, podeu començar a acumular els dígits assegurant els cables de l’interruptor (càtode) amb adhesiu de cianoacrilat en el punt que passen pels forats del marc. Assegureu-vos que deixeu molta longitud, per fer un rodeig complet al voltant del marc i fins a la base / caixa de control.

Podeu recolzar els cables entre si per obtenir cantonades rodones i evitar que els cables passin per davant dels dígits. Soldeu-los si són cables d’alimentació, enganxeu-los si canvieu els cables. Les cantonades dels dígits semblen que els cables s’han de tocar, però quan cal és fàcil mantenir-los aïllats els uns dels altres.

Pas 5: feu la base i els peus del marc

Vaig fer una base de roure i vaig mecanitzar peus de llautó per al marc del meu torn CNC. Però estaria segur que qualsevol tipus de caixa i els peus impresos en 3D per al marc funcionarien bé, estic segur.

Els peus es mantenen premuts amb cargols M5 en forats tapats que es distancien del forat central del marc. Els cargols s’adapten a les ranures mecanitzades a la base. Els cables passen per les mateixes ranures. Les ranures permeten ajustar l'espai dels peus per ajustar la tensió dels cables (fins a cert punt).

Un dels cargols també té un trau i filferro per subministrar la potència de + 80 V al marc de llautó.

Els fitxers STL del suport de l’antena i el muntatge de PCB es troben al meu Github.

Pas 6: Feu i proveu el PCB de control

Els mitjans per fabricar el PCB de control es cobreixen en una instrucció prèvia.

No vaig treballar a partir d'un esquema, ho vaig inventar a mesura que anava avançant. No obstant això, he fet un esquema després del fet.

Format PDF o KiCAD

Aquest esquema pot mancar d'alguns errors que l'esbós d'Arduino ha codificat rodó, i pot tenir errors addicionals que no tenen al rellotge real.

Els punts importants a tenir en compte és que el convertidor DC-DC s’hauria de connectar al pin V-in de l’Arduino i que el receptor lògic i el poder de ràdio estiguessin connectats al 5V regulat. Això significa que l'Arduino i el convertidor poden funcionar des de qualsevol alimentador de fins a 12V i que la lògica només es veu regulada a 5V.

Pas 7: munteu els dígits a la base i ordeneu tots els cables

Amb els cables subjectats temporalment al canal amb petits trossos de cinta, es poden conduir molts fils cap a la base. Vaig utilitzar un convertidor amplificador ajustable per esbrinar quin filferro era quin. Primer el vaig configurar a una tensió que només encenia un filament LED solt i, a continuació, introduïa la sortida positiva a través d’un forat del quadre. Després, tocant l'extrem tallat de l'extrem del fil de coure esmaltat al fil d'alimentació negatiu del convertidor, vaig poder veure a quin segment corresponia cada led. Llavors he encertat el cable en un passador i he inclinat parcialment cap a un connector.

Els terminals no es condueixen després de l'emmotllament, sinó que també s'han de soldar per trencar l'aïllament de l'esmalt. Després de soldar, els passadors es van empènyer fins a casa.

Pas 8: flaix Arduino

L’esbós d’Arduino es pot trobar aquí.

github.com/andypugh/LEDClock

Hi ha dos esbossos, un per executar el rellotge i un que simplement passa pels números del 0 al 9 de cada canal.

Aquest esbós de prova us permetrà esbrinar quines capçaleres dels pins de sortida cal canviar i si cal canviar alguna de les línies de dades BCD. (Si mireu l'esbós, veureu que necessitava canviar un parell de canals a causa dels trets de cablejat, eren més fàcils de solucionar al programari).

Pas 9: espereu la frustració de Radio Synch

El rellotge de ràdio necessita obtenir un minut complet de dades. L’esbós d’Arduino fa parpellejar la barra central del dígit de desenes d’hores per fer ressò de les dades de ràdio entrants i els minuts mostren quants bits de dades no fallats han arribat. Si arriba a 60, hi ha bones dades i es mostra l'hora.

En un esperit de divulgació completa, es tracta d’una simulació. Només podia aconseguir que es sincronitzés quan estava alimentat des del port USB del meu Mac i quan estava ubicat en algun lloc poc fotogènic. En el cas de dades reals, els polsos d'un segon tenen longituds diferents, per codificar el binari.

També hi ha un element mandrós (brilla, però més feble que els altres). El LED en si és bo. Temo un problema amb el xip del controlador, però primer intentaré tornar a connectar el coure esmaltat. (de fet, probablement només faré un cable addicional)

Pas 10: Acabar

Els cables es poden subjectar al canal amb una longitud de l'aïllament pelat d'alguns cables de 1,5 mm2. Però tingueu cura de no danyar els fils prims.

Exempció de responsabilitat: no pretenc ser el primer a pensar la idea d’utilitzar aquests filaments per a un rellotge, però sí que se m’acut la idea de forma independent. Quan vaig investigar si hi havia conductors adequats, vaig trobar aquest post del 2015 que mostra un rellotge fabricat amb els mateixos filaments (tot i que sembla que és flexible, cosa que hauria estat molt més fàcil).

Potser seré el primer a penjar-los a l’espai amb els cables d’alimentació, però tampoc m’importaria apostar per això.