CLEPCIDRE: Цифров часовник с бутилки от сайдер: 8 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:50

Преди да се потопя в описанието на обекта, трябва да обясня контекста, в който е проектиран и изграден. Съпругата ми е художник и работи основно с глина, като керамик, но и с други материали като дърво, шисти или стъкло. В повечето си произведения на изкуството тя се опитва да покаже следите, оставени от времето върху предмети и често включва материали, открити в природата, като парчета дърво на плажа, така че да „даде втори живот на употребявани предмети“. Нейна сестра и зет си правеха свой собствен сайдер (в Нормандия) и все още стотици бутилки с сайдер спят под дебел слой прах в старата си преса. Това беше повече от достатъчно, за да задейства следващата идея за създаване на жена ми: „часовник с бутилки за сайдер“. Връзката с времето е очевидна: тези бутилки са имали славно минало и сега трябва да бъдат свидетели на времето, което минава и заедно образуват часовник. И така, преди една година тя ме попита: „Скъпа, можеш ли да ми направиш часовник с лампи под 12 бутилки от сайдер? Аз самият ще сплескам бутилките в пещта си, а ти се грижиш за останалото: дървената опора, -палет-, лампите и всички електронни схеми! Искам да покажа часа, но не винаги, светодиодите също трябва да мигат на случаен принцип, възможно ли е? Трябва също да намерите решението да фиксирате бутилките на палета . Часовникът трябва да е готов до един месец …

"Псевдонимът" на това произведение на изкуството е "CLEPCIDRE", което означава (на френски) за "Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE", това е кимване към името "CLEPSYDRE", което обозначава воден часовник, изобретен от египтяните. Съпругата ми го нарича "Les Bouteilles de Ma Soeur" (бутилките на сестра ми).

Снимка #1: Запасите от бутилки с сайдер на моята сестра по закон

Снимка #2: Оригиналният спецификационен документ

Снимка №3 до №6: изгледи на часовника

CLEPCIDRE е показан по време на две изложби миналата година, първата в "Greniers à Sel" в Honfleur (Калвадос, Нормандия, Франция) през април 2019 г. (снимка #6) и втората в Touques (Калвадос, Нормандия, Франция) през юни 2019 г.

Консумативи

• Дванадесет бутилки сайдер (можете да опитате други видове бутилки: шампанско, пенливо вино, … но без гаранция)
• Керамична пещ (използвахме цилиндрична пещ с натоварване 5kVA)
• Палет (дъски от ръба до ръба, размери: +/- 107cmx77cmx16cm)
• Някои дървени дъски (за затваряне на страните на палета)
• 24 мощни бели светодиода с диаметър 10 мм (например
• Дъска на Arduino: Uno или Леонардо ОК, по -малката дъска може да е ОК, Мега е малко пресилено
• Два захранвания (5V за светодиоди и 12V за платки Arduino и RTC, въпреки че 5V за Arduino трябва да са ОК, но не са тествани)
• RTC платка (използвал съм Adafruit DS1307, но бих препоръчал по-точен температурно-компенсиран RTC, базиран на DS3231; DS1307 се премества 2-3 секунди всеки ден и се нуждае от редовно регулиране)
• 4 регистъра на смяна 74HC595 или като отделни елементи (16 пинов DIL CMOS IC) или вече монтирани на платка (напр. Прекъсване на регистъра на смяна на SparkFun-74HC595 ref BOB-10680)
• Епоксидни тестови дъски (50*100 мм, отвори в група от 3 и плочи с общо предназначение с линейни медни ленти)
• Диамантена бормашина (6 или 8 мм) и дървени дюбели (6 или 8 мм)
• 24 1/4 W резистора (220 Ω)
• Фиксираща яка за механична тапа за бутилки (намира се в магазина за хардуер или в Интернет)
• Лепило, проводници, термосвиваема втулка, инструменти,.., винтове,.., поялник (18W OK)

Стъпка 1: Най -лесното нещо: Затваряне на страните на палета

Опитайте се да намерите дървен палет (намерих един от около 107см*77см). Между дървените плоскости не трябва да има празнини.

Фиксирайте 4 дървени дъски с винтове, по един от всяка страна. Изрежете 4 -те дъски от по -светли, за да получите правилните размери.

Тъй като може да има (и вероятно ще има) дъски за крака, препоръчвам да ги изрежете, както е показано на снимката, това ще освободи достъпа до долните дъски и ще позволи пробиване на отвори за светодиодите.

По -късно, когато позициите на светодиодите ще бъдат маркирани, ще е необходимо да се пробие на два етапа, първо отворът с диаметъра на проводника (9 - 10 мм), а след това по -големият отвор (да речем 2 см), за да се получи дебелината съответстващ на височината на светодиода (дебелината на дървената дъска вероятно ще бъде по -голяма от височината на светодиода)

Снимка 1: Палетът, гледан отдолу с вече пробити светодиодни отвори

Стъпка 2: Изравнете бутилките за сайдер

Нашият капацитет на пещта позволява нагряване на 6 бутилки наведнъж на 3 нива. Когато поставяте бутилките, уверете се, че бутилките не са в контакт една с друга, нито със стените на фурната, нито с колоните.

Можете да проявите креативност и да добавите например стъклени мъниста или черупки или малки камъчета в бутилките. Можете също така да поставите теракотна опора под бутилките, като последната ще приеме формата на опората по време на нагряване.

Най -важното в този процес е да оставите бутилките да се охладят много бавно и да не отваряте пещта твърде рано, дори ако смятате, че температурата в пещта е равна на тази в стаята, трябва да знаете, че температурата на стъклото остава по -висока от пещта през определено време и всеки температурен шок, дори и малък, може да причини счупване на стъклото. Имали сме бутилки, които са се счупили един или два дни след нагряването и препоръчвам да вземете предвид +/- 30% от загубените (предвидете 16 до 18 бутилки, за да получите 12 в края, да не говорим за тези, които няма да останете доволни на).

Предоставеният тук температурен профил трябва да се разглежда като пример и отразява само характеристиките на нашата пещ, трябва да извършите някои тестове със собствено оборудване, за да намерите най -подходящата крайна температура. Ако загрявате прекалено много, ще получите напълно плоски бутилки, докато ако нагреете твърде малко, бутилките няма да бъдат достатъчно сплескани.

Снимка 1: Пещта, общ изглед

Снимка 2: Две бутилки сплескани (нямам никаква снимка на бутилките в пещта преди нагряването в момента)

Снимка 3: Типичен температурен профил

Стъпка 3: Намерете позициите на бутилките и светодиодите

В дизайна на часовника, ще обясня по -късно, има две светодиоди под всяка бутилка, „външните“показват часовете (0 до 11 и 12 до 23), а вътрешните показват минутите стъпка по 5 (0, 5,… 55). Първо трябва да разположите бутилките около палета. За целта първо трябва да опънете струни между централна бутала и 12 щифта около палета, „диаметрално противоположни“, ако е възможно. 4 позиции са очевидни и лесни за намиране: 0, 3, 6 и 9 часа (струните се съединяват в средата на всяка страна, две по две). Другите 4 реда са малко по -сложни. Трябва да ориентирате струните така, че да има достатъчно място за всяка бутилка (бутилките са подравнени две по две с оста си, съответстваща на низа) и бутилката да създава впечатление за равномерно разпределение. Тази стъпка изисква малко опити и грешки. Имайте предвид също, че тъй като те не са еднакви, трябва да изберете къде трябва да отиде всяка бутилка (това е въпрос на „артистично усещане“). След като бъде избрано мястото на всяка бутилка, не забравяйте да прикрепите етикет с неговия номер към всяка бутилка и да поставите знак върху палета за долния център на всяка бутилка (вижте по -нататък). Тези точки и струните ще бъдат използвани по -късно за локализиране на отворите на фиксиращите дюбели.

След това двата светодиода трябва да бъдат разположени относително към всяка бутилка и позициите след това да бъдат прехвърлени на палета.

За това съм построил кутия с две "подвижни" дъски (виж снимката), първата, перпендикулярна на оста на бутилката, а втората, която се завинтва върху първата в средата й, позволяваща въртене, е подравнена по тази ос. Във тази втора дъска пробих два отвора (диаметър 9 или 10 мм.), Единият от тях под формата на бутониера, така че един проводник да може да се движи по посоката на оста. Прилагам 5V към всеки светодиод, избран от дъска на Arduino или друг източник. БЪДИ ВНИМАТЕЛЕН! Светодиодите с висока яркост могат да бъдат вредни, ако ги погледнете директно, затова е силно препоръчително да поставите лента от полупрозрачна скоч лента над светодиодите.

Поставете всяка бутилка в горната част на кутията и преместете двете дъски и "мобилния" светодиод, докато не сте доволни от ефекта (не забравяйте, че може да сте поставили стъклени мъниста в някои бутилки и поставянето на светодиоди под такива мъниста усилва светлинния ефект), измерете позицията на светодиодите спрямо центъра на дъното на бутилката и нейната ос и пренесете тези точки върху палета с молив. Когато всички 24 точки са маркирани на палета, пробийте пилотни отвори (2-3 мм диаметър).

Забележка: последната снимка показва първото позициониране на низ, което се основава на фиксиран ъгъл от 30 ° между тях, но, както може да се види, това не е съвместимо с пространството, необходимо на бутилките; трябваше да пренареждам струните на бутилките.

Снимка 1: Чертеж, показващ светодиодите и тяхното значение

Снимка 2: Специалната кутия за определяне на позицията на светодиодите под всяка бутилка

Снимка 3: Същата кутия с бутилка

Снимка 4: Позициониране на бутилките (и конците) върху палета

Стъпка 4: Пробиване на отвори за светодиодите

Използвайки пилотните отвори от предишната стъпка, сега трябва да пробиете отворите за светодиодите, но тъй като дебелината на палетната дъска вероятно ще бъде по -голяма от височината на светодиодите, трябва да намалите дебелината, като пробиете по -голям отвор (например с 2 см бормашина за дърво). Пробийте първо по-големия отвор (дълбочината трябва да бъде такава, че дебелината на "непробития" да съответства на височината на светодиода) и след това отворите на светодиодите. Ако е необходимо, регулирайте така, че горната част на лампата да е в едно ниво с повърхността на дървото.

Маркирайте всяка дупка с етикети Hx и Mx (H за часове и M за минути, x = 0, 1,..11).

Това е илюстрирано от снимката.

Стъпка 5: Пробиване на дупки в бутилки за фиксиране на дюбели

Как да пробиете дупки в стъкло можете да намерите на този сайт:

Намерете позицията на отвора по оста на бутилката, така че да не припокрива светодиода, на около 2-3 см от долния център на бутилката трябва да е ОК. Пробийте отвор (диаметър 8 мм) от долната страна, но на половината от дебелината (не пробивайте през цялата дебелина на бутилката!). Маркирайте същата точка от горната страна на палета и пробийте отвор със същия диаметър (през цялата дебелина OK). Позицията на отвора се измерва върху връвта от дъното на бутилката, която трябва да сте маркирали, докато ги позиционирате.

Закрепете дюбелите на всяка бутилка в отвора със силно лепило (двойни компоненти) и оставете лепилото да изсъхне.

Веднага след като дюбелите са фиксирани, можете да поставите бутилките върху (хоризонталния) палет, като поставите дюбелите им в отворите. Бутилките трябва да се поставят от главата до опашката, първата (12 часа) с гърлото си навън.

Извадете бутилките (внимателно издърпайте дюбела им от дървото).

Вече можете да поставите светодиодите в техните отвори, да регулирате отново твърде малките отвори. За тези, които са твърде големи, ще трябва да блокирате светодиода с малко парче дърво, завито под него.

Забелязах, че дори през бутилките, светлината, произведена от светодиодите, беше твърде силна и ги боядисах в бледо жълто.

Снимка 1: Материал за пробиване на стъкло (забележка: използвах гумена подложка под бутилката)

Стъпка 6: Електронната част

Основната светодиодна командна схема е показана на първата снимка (имайте предвид, че RTC платката не е показана на тази диаграма, но свързването й с Arduino е лесно и добре документирано, в повечето случаи библиотека се предоставя от производителя на RTC). В крайната версия дъските за хляб са заменени с печатни платки.

Реших да отделя часовия интерфейс от минутния интерфейс, за да направя програмата малко по -лесна. Всеки интерфейс се основава на два последователно свързани 74 регистъра за смяна 74HC595. Използват се всички изходи на първия регистър (0 до 7), докато за втория са необходими само първите четири (8 до 11).

За крайната система създадох два отделни интерфейса, като използвах тестови платки 5 см х 10 см (дупки, групирани по 3). Използвал съм два типа 74HC595, като първият е с оригинални 16-пинови DIL IC, които монтирах на две 16-пинови опори, запоени на дъската, а вторият е две малки дъски, които закупих от Sparkfun, с една повърхност 74HC595 монтиран на всеки (снимка #7).

Тъй като бързах, нямах търпение за производството на печатни платки, затова направих печатната платка сама с тестови платки, но диаграмите на печатната платка вече са достъпни и за двата интерфейса (вижте изображенията на печатни платки). Имайте предвид, че имате избор между само един вид или комбинация от двата вида, това зависи от вас. Обърнете внимание също, че все още не съм тествал произведената печатна платка (Fritzing файлове не могат да се качват тук, но мога да ги предоставя, ако се поиска).

Регулиране на RTC: при първото свързване на Arduino към RTC ще трябва да настроите часовника правилно. В крайна сметка тази корекция е необходима отново, за да компенсира изместването на RTC (2-3 секунди на ден).

Тази настройка се извършва в set-up () при условие, че следната инструкция не е коментирана:

//#define RTC_ADJUST true // Ако е дефинирано, настройката на RTC ще се извърши в настройката

Ако горният ред е коментиран, set-up () ще коригира RTC със стойностите на следните константи (не забравяйте да инициализирате тези константи с текущите стойности, т.е. стойностите в момента на компилирането и изтеглянето на програма за Arduino)

// Не забравяйте да настроите константата по -долу, ако RTC_ADJUST е дефинирана !!#дефинирайте DEF_YEAR 2019 // Годината по подразбиране, използвана при първоначалната корекция на RTC

#define DEF_MONTH 11 // Месецът по подразбиране, използван при първоначалната корекция на RTC

#define DEF_DAY 28 // Денят по подразбиране, използван при първоначалната корекция на RTC

#define DEF_HOUR 11 // Часът по подразбиране, използван при първоначалната настройка на RTC

#define DEF_MIN 8 // Минутата по подразбиране, използвана при първоначалната настройка на RTC

#define DEF_SEC 0 // Втората по подразбиране, използвана при първоначалната настройка на RTC

Също така важно: след като настройката е извършена, не забравяйте да коментирате отново реда и да изтеглите отново програмата в Arduino

//#define RTC_ADJUST true // Ако е дефинирано, настройката на RTC ще се случи при настройката

в противен случай настройката на RTC ще се извърши с неправилни стойности всеки път, когато програмата се рестартира (включване или нулиране на Arduino). Това се случи по време на моите тестове !! (Забравих да коментирам отново този ред и не разбрах какво става …).

Сега нека да разгледаме самата функционалност на часовника.

По принцип има два режима на показване:

1. Режим ЧАСОВНИК (вижте снимка #9)

   1. светодиодният час, съответстващ на текущия час, е ВКЛЮЧЕН
   2. светещата минута, съответстваща на текущото кратно на 5 минути, е ВКЛЮЧЕНА (този светодиод остава включен за 5 минути)
   3. всяка светодиодна минута, различна от тази, която е ВКЛЮЧЕНА, мига в продължение на 5 секунди (която е получена от "втората" стойност, отчетена от RTC)

РЕЖИМЕН режим (вижте снимка #10)

всички светодиоди се включват и изключват на случаен принцип, с изключение на текущите „час“и „минута“

Времето, през което една включена минута е включена, продължава 5 минути, но през това време "реалната" минута напредва. Например, когато текущата минута стане 15, "източният" светодиод ще бъде ВКЛЮЧЕН в рамките на 5 минути, но реалната минута ще бъде 15, 16, 17, 18 и 19 през тези 5 минути (ние ще го наречем "5 минути" цикъл ")

Програмата прави три неща:

1. Той изчислява разликата между "реалната" минута и показаната, като дава 5 стойности: 0, 1, 2, 3 и 4
2. Той изчислява колко време трябва да продължи случайният режим, като умножи броя, намерен малко по -горе, с 6 секунди, което води до 5 стойности: 0, 6, 12, 18 и 24 (секунди) за случайния режим и разликата между тези стойности и 30 за часовника (30, 24, 18, 12 и 6 секунди)
3. Той повтаря това междурежимно разпределение два пъти във всяка минута (общата сума на двата режима винаги е 30 секунди)

Този "5 -минутен цикъл" се прилага отново и отново всеки път, когато следващата "водеща минута" се включва (което се случва на всеки 5 минути).

Забележка: човек може да изведе реалната минута, просто като преброи колко дълго трае случайният режим и раздели тази продължителност на 6; например, ако броите 18 секунди за случайния режим и "25" минути са ВКЛЮЧЕНИ, това означава, че реалната минута е 28 (18/6 = 3 и 25+3 = 28)

На това видео може първо да се види режимът на часовника (текущото време е между 10h25 и 10h29), след това режимът на случаен принцип (с продължителност 6 секунди, което означава, че текущите минути са 26) и след това отново режимът на часовника. Обърнете внимание, че палетът тук е поставен на земята и че бутилката "полунощ" е отдясно. От тази първа изложба часовникът вече е представен вертикално върху опора за триножник (Снимка #11)

Обърнете внимание също, че текущите часови (10h) и минутни (25m) светодиоди не се влияят от случайния режим.

Бележки относно диаграмите на печатни платки

Първа печатна платка (родна 74HC595: снимка #4):

• U1 и U2 са 74HC595 IC
• Оформлението на щифтове може да се намери на снимка #6 (вижте също пина, използван в Arduino в декларацията на променливата на програмата)

Втора печатна платка (пробивни платки Sparkfun 74HC595: снимка #5)

Оформлението на щифтове може да се намери на снимка #7

Използвал съм заглавки за мъжки щифтове, запоени на двете интерфейсни платки, така че всички съединители на проводниците са женски.

Стъпка 7: Фиксиране на бутилките на палета и свързване на светодиодите

За всяка бутилка на свой ред:

• Намерете врата му на палета (поставете бутилката на място, маркирайте гърлото и извадете бутилката)
• Завийте фиксираща втулка с винта в центъра и в центъра на шията (отбелязано на палета). Използвах винтове за автоматично пробиване на гипс. Можете да пробиете пилотна дупка в яката, ако ви е по -лесно.
• Поставете дюбела на бутилката в отвора му в палета
• Затворете яката около гърлото на бутилката, бутилката сега трябва да бъде фиксирана върху палета

Това е! (не забравяйте да премахнете конците и етикетите на бутилката в края).

За всеки светодиод:

Свържете двата светодиодни крака към + и GND проводниците. + Идва от съответния изходен щифт на интерфейсната платка, а GND от един от междинните „разпределителни табла GND“; тези платки са просто тестови платки (+/- 2cm x 5cm) с линейни ленти, върху които запоявате мъжки щифтове с всичките им щифтове, запоени на една и съща лента, като един щифт е свързан към един интерфейсен GND щифт; ако нямате GND щифтове, просто свържете лентата към втори и ги свържете заедно. Препоръчвам да изолирате споените светодиодни връзки с термосвиваема втулка (синя за GND и червена за светодиоден сигнал, "+")

Фиксирайте всички платки на палета отдолу и ги свържете заедно с проводници, завършващи с женски конектори (Arduino към интерфейсни платки, 6 сигнала + GND, захранвания към Arduino и интерфейсни платки и RTC, RTC към Arduino, интерфейсни платки към 24 светодиоди (12 на една интерфейсна платка). Не забравяйте да свържете GND към всички платки.

Закрепете захранващите устройства към една вертикална дървена дъска, свържете променливотоковия кабел към първия и маргаритка към втория (бъдете внимателни, включете променливотоковия кабел само след свързване!).

Видеото по -долу показва трите първи минути от един 5 -минутен цикъл. Текущият час е почти 4h55 и видеото започва точно преди светодиодът "50min" да премине към този "55min" (първо последните секунди от 24сек режима на случаен принцип, 6sec часовника и след това превключването на 55min led). През първата минута (16h55) се показва само режимът на часовника (60 секунди), през втората минута (16h56), всяка стъпка от 30 секунди започва с режим на случаен режим 6 секунди и след това следва режим от 24 секунди, през третата минута (16h57), 12 секунди произволно и 18 секунди часовник (два пъти)

Стъпка 8: Забележки, разширения и подобрения

Забележки:

• Когато програмата стартира, тя изчаква до следващата "пълна минута" (т.е. RTC-секунди = 0), преди да започне показването на светодиода

• Някои параметри в програмата позволяват

  • Изберете различна ориентация за светодиода "полунощ"
  • Разпределете двата режима на една пълна минута вместо два пъти по 30 секунди
• Подложката за палети и бутилките за сайдер не са абсолютно необходими, можете да измислите други видове опори за дисплеи като кутия за захар например, както е показано на снимката

Разширения:

• Адаптирах програмата и направих "управлявана от таблица" версия, позволяваща подразделяне на часовници/случайни режими въз основа на таблица за време, а не на предварително определено правило
• Таблица, зависима от календара (дата, начален час, стоп-час) позволява контрола на началния и крайния час на часовника, така че да може да бъде оставена включена, когато изложбата е затворена вечер (тя автоматично ще спира дисплея и започва сутрин без никакви ръчни действия)
• Програмата има версия, при която дисплеят се задейства от откриване на присъствие на посетител и спира 5 минути след отсъствие на посетители.

Подобрения:

• RTC: по -стабилна версия може да замени използвания досега 1307
• Може да се добави ръчна настройка на RTC (например чрез добавяне на два ротационни енкодера, като https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… и бутон за потвърждаване на новите настройки за час и минути)