CLEPCIDRE: digitalni sat od boca jabukovače: 8 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:33

Prije nego što uđem u opis objekta, moram objasniti kontekst u kojem je projektiran i izgrađen. Moja supruga je umjetnica i radi uglavnom s glinom, kao keramičarka, ali i s drugim materijalima poput drveta, škriljevca ili stakla. U većini svojih umjetničkih djela pokušava pokazati tragove koje je vrijeme ostavilo na predmetima i često ugrađuje materijale koji se nalaze u prirodi poput komada drva na plaži, kako bi "upotrijebljenim predmetima dala drugi život". Njezina šogorica i šogor znali su praviti vlastiti jabukovaču (u Normandiji), a još uvijek stotine boca jabukovače spavaju pod debelim slojem prašine u njihovoj staroj preši. To je bilo više nego dovoljno da pokrene sljedeću ideju stvaranja moje žene: "sat s bocama jabukovače". Veza s vremenom je evidentna: te su boce imale slavnu prošlost i sada bi trebale biti svjedokom prolaska vremena i zajedno tvoriti sat. Tako me prije godinu dana pitala: "Draga, možeš li mi napraviti sat sa svjetiljkama ispod 12 boca jabukovače? Ja ću sam spljoštiti boce u peći, a ti ćeš se pobrinuti za ostalo: drveni nosač, -paleta-, svjetiljke i sva elektronička kola! Želim prikazati vrijeme, ali ne uvijek, LED diode bi također trebale nasumce treptati, je li moguće? Trebali biste pronaći i rješenje za fiksiranje boca na paleti ". Sat bi trebao biti spreman za mjesec dana …

"Nadimak" ovog umjetničkog djela je "CLEPCIDRE" što na francuskom znači "Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE", znak je imena "CLEPSYDRE" koji označava vodeni sat koji su izumili Egipćani. Moja žena to zove "Les Bouteilles de Ma Soeur" (boce moje sestre).

Slika #1: Zalihe boca jabukovače moje šogorice

Slika #2: Izvorni dokument sa specifikacijama

Slika 3 do #6: prikaz sata

CLEPCIDRE je prikazan tijekom dvije izložbe prošle godine, prve na izložbi "Greniers à Sel" u Honfleuru (Calvados, Normandija, Francuska) u travnju 2019. (slika #6) i druge u Touquesu (Calvados, Normandija, Francuska) u lipnju 2019.

Pribor

• Dvanaest boca jabukovače (možete isprobati i druge vrste boca: šampanjac, pjenušac, … ali bez jamstva)
• Keramička peć (koristili smo cilindričnu peć s gornjim opterećenjem 5kVA)
• Paleta (ploče od ruba do ruba, dimenzije: +/- 107cmx77cmx16cm)
• Neke drvene ploče (za zatvaranje stranica palete)
• 24 bijele LED diode velike snage promjera 10 mm (npr.
• Arduino ploča: Uno ili Leonardo u redu, manja ploča može biti u redu, Mega je pomalo pretjerana
• Dva izvora napajanja (5V za LED i 12V za Arduino i RTC ploče, iako bi 5V za Arduino trebalo biti u redu, ali ne i testirati)
• RTC ploča (koristio sam Adafruit DS1307, ali preporučio bih precizniji temperaturno kompenzirani RTC na temelju DS3231; DS1307 se pomakne 2-3 sekunde svaki dan i treba ga redovito prilagođavati)
• 4 registra pomaka 74HC595 ili kao pojedinačne stavke (16-polni DIL CMOS IC) ili već montirani na ploču (npr. Proboj registra pomaka SparkFun-74HC595 ref BOB-10680)
• Epoksidne ispitne ploče (50*100 mm, rupe u skupini od 3 i ploče opće namjene s linearnim bakrenim trakama)
• Dijamantsko svrdlo (6 ili 8 mm) i drveni klinovi (6 ili 8 mm)
• 24 otpornika od 1/4 W (220 Ω)
• Okovratnik za pričvršćivanje mehaničkog čepa za boce (nalazi se u trgovini hardvera ili na Internetu)
• Ljepilo, žice, termoskupljajuća navlaka, alati,.., vijci,.., lemilica (18W OK)

Korak 1: Najjednostavnija stvar: Zatvaranje stranica palete

Pokušajte pronaći drvenu paletu (našao sam jednu od oko 107 cm*77 cm). Ne bi trebalo biti praznina između drvenih ploča.

Pričvrstite 4 drvene ploče vijcima, po jedan sa svake strane. Izrežite 4 ploče s većih kako biste dobili prave dimenzije.

Budući da mogu postojati (i vjerojatno će postojati) daske za noge, preporučujem da ih izrežete kao što je prikazano na slici, to će osloboditi pristup donjim daskama i omogućiti bušenje rupa za LED diode.

Kasnije, kada budu označeni položaji LED dioda, bit će potrebno bušiti u dvije faze, prvo rupu s promjerom žice (9 - 10 mm), a zatim veću rupu (recimo 2 cm) kako bi se dobila debljina odgovara visini ograde (debljina drvene ploče vjerojatno će biti veća od visine ograde)

Slika 1: Paleta gledana odozdo s već izbušenim LED rupama

Korak 2: Poravnajte boce jabukovače

Naš kapacitet peći omogućuje zagrijavanje 6 boca odjednom na 3 razine. Prilikom postavljanja boca pazite da boce nisu u dodiru jedna s drugom, niti sa stijenkama pećnice niti stupovima.

Možete biti kreativni i dodati, na primjer, staklene perle ili školjke ili kamenje u boce. Ispod boca možete umetnuti nosač od terakote, koji će tijekom zagrijavanja poprimiti oblik nosača.

Najvažnije u ovom procesu je pustiti da se boce hlade vrlo sporo i ne otvarati peć prerano, čak i ako mislite da je temperatura peći jednaka sobnoj, trebali biste znati da temperatura stakla ostaje viša od peći jednu tijekom određenog vremena, a svaki temperaturni udar, čak i mali, može uzrokovati lom stakla. Boce su nam pukle jedan ili dva dana nakon zagrijavanja i preporučujem da uzmete u obzir +/- 30% izgubljenog (predvidite 16 do 18 boca da biste na kraju dobili 12, da ne govorimo o onima kojima nećete biti zadovoljni od).

Ovdje navedeni temperaturni profil trebao bi se uzeti u obzir kao primjer i odražava samo karakteristike naše peći. Trebate izvršiti neka ispitivanja vlastitom opremom kako biste pronašli najprikladniju konačnu temperaturu. Ako previše zagrijete, dobit ćete potpuno ravne boce, a ako zagrijete premalo, boce neće biti dovoljno spljoštene.

Slika 1: Peć, opći pogled

Slika 2: Dvije flaše spljoštene (trenutno nemam sliku boca u peći prije zagrijavanja)

Slika 3: Tipičan temperaturni profil

Korak 3: Pronađite boce i položaje LED -a

U dizajnu sata, objasnit ću kasnije, ispod svake boce nalaze se dvije LED diode, "vanjske" prikazuju sate (0 do 11 i 12 do 23), a unutarnje prikazuju minute u koraku 5 (0, 5,… 55). Prvo morate postaviti boce oko palete. Za to morate prvo rastegnuti žice između središnje potisne osovine i 12 potiskivača oko palete, ako je moguće "dijametralno suprotno". 4 pozicije su očite i lako ih je pronaći: 0, 3, 6 i 9 sati (žice se spajaju na sredini svake strane, dvije po dvije). Četiri druge linije su malo zeznutije. Morate orijentirati žice tako da ima dovoljno mjesta za svaku bocu (boce su poravnane dva po dva s osi koja odgovara nizu) i da boca ostavlja dojam da je jednako raspoređena. Ovaj korak zahtijeva malo pokušaja i pogrešaka. Također imajte na umu da budući da nisu svi isti morate izabrati kamo bi svaka boca trebala ići (ovo je stvar "umjetničkog osjećaja"). Nakon što odaberete mjesto svake boce, ne zaboravite na svaku bočicu pričvrstiti naljepnicu s njezinim brojem i staviti oznaku na paletu za donji dio svake boce (vidi dalje). Te točke i žice kasnije će se koristiti za lociranje rupa klinova za pričvršćivanje.

Zatim se dvije LED diode moraju postaviti relativno prema svakoj boci i položaje zatim prenijeti na paletu.

Za to sam sagradio kutiju s dvije "mobilne" ploče (vidi sliku), prvu okomitu na os boce, a drugu, koja je pričvršćena na prvu u sredini, dopuštajući rotaciju, poravnana na toj osi. U ovoj drugoj ploči izbušio sam dvije rupe (promjera 9 ili 10 mm), jednu od njih u obliku rupice za gumb, tako da se jedna vodilica može pomicati po smjeru osi. Primjenjujem 5V na svaki LED, odabran s Arduino ploče ili bilo kojeg drugog izvora. BUDI OPREZAN! LED diode velike svjetline mogu biti štetne ako ih gledate izravno, pa se toplo preporučuje da iznad LED dioda stavite traku prozirne ljepljive trake.

Stavite svaku bočicu na vrh kutije i pomaknite dvije ploče i LED diodu za mobitele dok ne budete zadovoljni učinkom (zapamtite da ste u neke boce možda umetnuli staklene perle, a stavljanje LED dioda pod te kuglice pojačava svjetlosni efekt), izmjerite položaj LED dioda u odnosu na središte dna boce i njezinu os te te točke olovkom prenesite na paletu. Kad su sve 24 točke označene na paleti, izbušite probne rupe (promjer 2-3 mm).

Napomena: posljednja slika prikazuje prvo pozicioniranje niza koje se temeljilo na fiksnom kutu od 30 ° između njih, ali, kao što se može vidjeti, to nije bilo kompatibilno s prostorom koji je potreban bocama; morao sam ponovno poravnati konce na bocama.

Slika 1: Crtež koji prikazuje LED diode i njihovo značenje

Slika 2: Posebna kutija za lociranje položaja LED dioda ispod svake boce

Slika 3: Ista kutija s bocom

Slika 4: Postavljanje boca (i žica) na paletu

Korak 4: Bušenje rupa za LED diode

Koristeći probne rupe iz prethodnog koraka, sada biste trebali izbušiti rupe za LED diode, ali budući da će debljina ploče palete vjerojatno biti veća od visine leda, trebali biste smanjiti debljinu bušenjem veće rupe (na primjer s Bušilica za drvo 2 cm). Prvo izbušite veću rupu (dubina mora biti takva da "neizbušena" debljina odgovara visini vodilice), a zatim rupe na LED diodama. Po potrebi podesite tako da vrh svjetiljke bude u ravnini s površinom drva.

Označite svaku rupu oznakama Hx i Mx (H za sate i M za minute, x = 0, 1,..11).

To ilustrira slika.

Korak 5: Bušenje rupa u bocama za učvršćivanje tipla

Kako izbušiti rupe u staklu možete pronaći na ovoj web stranici:

Pronađite položaj rupe na osi boce tako da se ne preklapa s LED-om, na otprilike 2-3 cm od donjeg središta boce, treba biti u redu. Izbušite rupu (promjera 8 mm) na donjoj strani, ali na pola debljine (nemojte bušiti cijelu debljinu boce!). Označite istu točku na gornjoj strani palete i izbušite rupu istog promjera (kroz cijelu debljinu OK). Položaj rupe mjeri se na žici s dna boce koju ste trebali označiti dok ih postavljate.

Učvrstite tiple na svaku bocu u rupi jakim ljepilom (dvostruke komponente) i ostavite da se ljepilo osuši.

Čim se klinovi fiksiraju, boce možete postaviti na (vodoravnu) paletu umetanjem njihovih klinova u rupe. Boce moraju biti postavljene glavom do repa, prva (12 h) s vratom prema van.

Izvadite boce (lagano izvlačeći njihov klin iz drva).

Sada možete umetnuti LED diode u njihove rupe, ponovno namjestiti premale rupe. Za one koji su preveliki, morat ćete blokirati LED diodu s malim komadom drveta pričvršćenim ispod nje.

Primijetio sam da je, čak i kroz boce, svjetlo koje proizvode LED diode bilo prejako te sam ih obojao u blijedožutu boju.

Slika 1: Materijal za bušenje stakla (napomena: koristio sam gumenu prostirku ispod boce)

Korak 6: Elektronički dio

Osnovni LED naredbeni krug prikazan je na prvoj slici (imajte na umu da RTC ploča nije prikazana na ovom dijagramu, ali povezivanje s Arduinom je jednostavno i dobro dokumentirano, u većini slučajeva biblioteku daje proizvođač RTC -a). U konačnoj verziji ploče za kruh zamijenjene su PCB -ovima.

Odlučio sam odvojiti satno sučelje od minutnog sučelja kako bih program učinio malo lakšim. Svako sučelje temelji se na dva serijski spojena registra smjera 74HC595. Koriste se svi izlazi prvog registra (0 do 7), dok su samo prva četiri potrebna za drugi (8 do 11).

Za konačni sustav stvorio sam dva odvojena sučelja pomoću testnih ploča 5 cm x 10 cm (rupe grupirane po 3). Koristio sam dvije vrste 74HC595, prvi su izvorni 16-pinski DIL IC-ovi koje sam montirao na dva 16-pinska nosača, lemljeni na ploči, a drugi dvije male ploče koje sam kupio od Sparkfun, s jednom površinom 74HC595 montiran na svaki (slika #7).

Kako sam bio u žurbi, nisam mogao dočekati proizvodnju tiskanih krugova pa sam PCB sam napravio s testnim pločama, ali su dijagrami PCB -a sada dostupni za oba sučelja (pogledajte slike PCB -a). Imajte na umu da imate izbor između samo jedne vrste ili kombinacije dviju vrsta, to ovisi o vama. Također imajte na umu da još nisam testirao proizvedenu PCB (datoteke za prevrtanje ne mogu se učitati ovdje, ali mogu ih pružiti ako se to zatraži).

Podešavanje RTC -a: pri prvom povezivanju Arduina s RTC -om morat ćete ispravno postaviti sat. Na kraju je ovo podešavanje ponovno potrebno kako bi se kompenziralo pomicanje RTC-a (2-3 sekunde dnevno).

Ova se postavka odvija u postavci () pod uvjetom da je sljedeća uputa nekomentirana:

//#define RTC_ADJUST true // Ako je definirano, podešavanje RTC-a izvršit će se u postavljanju

Ako se gornji redak komentira, set-up () će prilagoditi RTC vrijednostima sljedećih konstanti (ne zaboravite inicijalizirati te konstante trenutnim vrijednostima, tj. Vrijednostima u trenutku sastavljanja i preuzimanja datoteke program za Arduino)

// Ne zaboravite prilagoditi donju konstantu ako je RTC_ADJUST definiran !!#define DEF_YEAR 2019 // Zadana godina korištena u početnoj prilagodbi RTC -a

#define DEF_MONTH 11 // Zadani mjesec koji se koristi u početnoj prilagodbi RTC -a

#define DEF_DAY 28 // Zadani dan koji se koristi u početnoj prilagodbi RTC -a

#define DEF_HOUR 11 // Zadani sat koji se koristi u početnoj prilagodbi RTC -a

#define DEF_MIN 8 // Zadana minuta korištena u početnom podešavanju RTC -a

#define DEF_SEC 0 // Zadana sekunda koja se koristi u početnoj prilagodbi RTC -a

Također važno: nakon prilagodbe ne zaboravite ponovno komentirati liniju i ponovno preuzeti program na Arduino

//#define RTC_ADJUST true // Ako definirate, podešavanje RTC-a će se dogoditi pri postavljanju

u suprotnom bi se podešavanje RTC-a odvijalo s netočnim vrijednostima svaki put kada se program ponovno pokrene (uključivanje ili resetiranje Arduina). To se zaista dogodilo tijekom mojih testova !! (Zaboravio sam ponovno komentirati tu liniju i nisam razumio što se događa …).

Pogledajmo sada samu funkcionalnost sata.

U osnovi, postoje dva načina prikaza:

1. Način rada SAT (pogledajte sliku #9)

   1. LED sat koji odgovara trenutnom satu je UKLJUČEN
   2. LED minuta koja odgovara trenutnom višekratniku od 5 minuta je UKLJUČENA (ova LED lampica ostaje uključena 5 minuta)
   3. svaka LED lampica, osim one koja je UKLJUČENA, treperi tijekom 5 sekundi (koja je izvedena iz "druge" vrijednosti očitane iz RTC -a)

SLUČAJNI način rada (vidi sliku #10)

sve LED diode se slučajno uključuju i isključuju, osim trenutnih "sati" i "minuta"

Vrijeme tijekom kojeg je uključena vodena minuta traje 5 minuta, ali za to vrijeme "prava" minuta napreduje. Na primjer, kada trenutna minuta postane 15, "istočna" LED dioda će se uključiti tijekom 5 minuta, ali će stvarna minuta biti 15, 16, 17, 18 i 19 tijekom tih 5 minuta (to ćemo nazvati "5 minuta" ciklus")

Program čini tri stvari:

1. Izračunava razliku između "stvarne" minute i prikazane minute, dajući 5 vrijednosti: 0, 1, 2, 3 i 4
2. Izračunava koliko bi slučajni način rada trebao trajati množenjem broja pronađenog neposredno iznad sa 6 sekundi, što dovodi do 5 vrijednosti: 0, 6, 12, 18 i 24 (sekunde) za slučajni način i razlika između ovih vrijednosti i 30 za način rada sata (30, 24, 18, 12 i 6 sekundi)
3. Ponavlja ovu distribuciju među načinima dva puta unutar svake minute (ukupno oba načina uvijek su 30 sekundi)

Ovaj "5 -minutni ciklus" primjenjuje se uvijek iznova svaki put kada se uključi sljedeći "vođeni minutama" (što se događa svakih 5 minuta).

Napomena: stvarnu minutu možete jednostavno izbrojiti koliko dugo traje slučajni način rada i podijeliti to trajanje sa 6; na primjer, ako računate 18 sekundi za slučajni način rada i "25" minuta je UKLJUČENO, to znači da je stvarna minuta 28 (18/6 = 3 i 25+3 = 28)

Na ovom videu može se prvo vidjeti način rada sata (trenutno vrijeme je između 10h25 i 10h29), zatim slučajni način (u trajanju od 6 sekundi, što znači da su trenutne minute 26), a zatim ponovno način rada sata. Imajte na umu da je paleta ovdje postavljena na tlo, a da je boca "ponoć" s desne strane. Od ove prve izložbe, sat je sada postavljen okomito na nosač stativa (Slika #11)

Također imajte na umu da slučajni način rada ne utječe na trenutne LED sate (10h) i minute (25m).

Napomene o dijagramima PCB -a

Prva PCB (izvorna 74HC595: slika #4):

• U1 i U2 su 74HC595 IC -ovi
• Raspored pinova može se pronaći na slici #6 (pogledajte i pin koji se koristi u Arduinu u deklaraciji varijable programa)

Druga PCB (Sparkfun 74HC595 razvodne ploče: slika #5)

Raspored pinova možete pronaći na slici #7

Koristio sam muške pin zaglavlja zalemljena na obje ploče sučelja tako da su sve žice priključci ženski.

Korak 7: Učvršćivanje boca na paleti i spajanje svjetala

Za svaku bocu redom:

• Pronađite vrat na paleti (stavite bocu na mjesto, označite vrat i uklonite bocu)
• Odvijte pričvrsni prsten s vijkom u sredini i u sredini vrata (označeno na paleti). Koristio sam vijke za žbuku za automatsko bušenje. Ako vam je lakše, možete izbušiti probnu rupu u ovratniku.
• Umetnite klin za bocu u njegov otvor na paleti
• Zatvorite ovratnik oko vrata boce, boca bi sada trebala biti fiksirana na paleti

To je to! (ne zaboravite ukloniti konce i naljepnice boca na kraju).

Za svaki led:

Spojite obje led noge na + i GND žice. + Dolazi iz odgovarajućeg izlaznog pina na ploči sučelja, a GND s jedne od srednjih "distribucijskih ploča GND"; ove ploče su jednostavno testne ploče (+/- 2cm x 5cm) s linearnim trakama na koje ste lemili zaglavlja muških igala sa svim njihovim pinovima lemljenim na istom pojasu, pri čemu je jedan pin spojen na jedan sučelje GND pin dostupan; ako vam nedostaje pinova GND, jednostavno spojite bend na drugi i povežite ih zajedno. Preporučujem da se lemljeni LED spojevi izoliraju toplinski skupljajućom navlakom (plava za GND i crvena za LED signal, "+")

Popravite sve ploče na paleti ispod i spojite ih žicama sa ženskim konektorom (Arduino na ploče sučelja, 6 signala + GND, napajanje na Arduino i ploče sučelja i RTC, RTC na Arduino, ploče sučelja na 24 LED diode (12 na jednoj ploči za sučelje). Ne zaboravite spojiti GND na sve ploče.

Pričvrstite napajanje na jednu okomitu drvenu ploču, spojite kabel izmjenične struje na prvu, a lanac s tratinčicom na drugu (budite oprezni, kabel za izmjeničnu struju priključite tek kad se povežu!).

Video ispod prikazuje tri prve minute jednog ciklusa od 5 minuta. Trenutno vrijeme je skoro 4h55, a video zapis počinje neposredno prije nego što se LED dioda "50min" prebaci na onu "55min" (prvo posljednje sekunde slučajnog načina rada od 24 sekunde, način rada sata od 6 sekundi, a zatim prebacivanje na 55 minuta). Tijekom prve minute (16h55) prikazuje se samo način rada sata (60 sekundi), tijekom druge minute (16h56), svaki korak od 30 sekundi počinje nasumičnim načinom rada od 6 sekundi, a zatim slijedi način rada sata od 24 sekunde, tijekom treće minute (16h57), 12 sekundi nasumično i 18 sekundi sat (dva puta)

Korak 8: Primjedbe, proširenja i poboljšanja

Opaske:

• Kad se program pokrene, pričekajte sljedeću "punu minutu" (tj. RTC-sekunde = 0) prije nego što počne prikazivanje LED-a

• Neki parametri u programu dopuštaju

  • Odaberite drugu orijentaciju za LED diodu "ponoć"
  • Distribuirajte dva načina na jednu cijelu minutu umjesto dvaput po 30 sekundi
• Nosač paleta i boce s jabukovačom nisu apsolutno potrebni, možete izmisliti druge vrste nosača za prikaz poput kutije šećera, na primjer, kao što je prikazano na slici

Proširenja:

• Prilagodio sam program i napravio verziju "upravljanu tablicom" koja omogućuje podjelu sata/slučajnih načina na temelju vremenske tablice, a ne na unaprijed definiranom pravilu
• Tablica "ovisna o kalendaru" (datum, početak-sat, zaustavni sat) omogućuje kontrolu vremena početka i završetka sata, tako da se može ostaviti uključenim kad se izložba zatvori u večernjim satima (automatski će se zaustavlja zaslon i počinje ujutro bez ikakvih ručnih radnji)
• Program ima verziju u kojoj se prikaz pokreće otkrivanjem prisutnosti posjetitelja i zaustavlja se 5 minuta nakon odsutnosti posjetitelja.

Poboljšanja:

• RTC: stabilnija verzija mogla bi zamijeniti dosad korišteni 1307
• Moglo bi se dodati ručno podešavanje RTC -a (na primjer dodavanjem dva rotacijska kodera, poput https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… i tipke za potvrdu novih postavki sata i minuta)