Jam Filamen LED Gaya "Charlotte's Web": 10 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

Sejak saya pertama kali melihat bola lampu filamen LED, saya telah berpikir bahwa filamen itu pasti bagus untuk sesuatu, tetapi butuh waktu sampai penutupan penjualan toko suku cadang elektronik lokal bagi saya untuk membeli beberapa bola lampu dengan maksud untuk menghancurkan mereka dan melihat apa yang bisa saya lakukan dengan filamen.

Tidak butuh waktu lama untuk memutuskan bahwa mereka akan membuat jam yang menarik, dan akan sangat menyenangkan untuk mengapungkan segmen di udara yang hanya digantung oleh kabel listrik mereka.

Sebagian jalan melalui pembangunan itu saya menyadari bahwa anehnya mengingatkan pada jaring laba-laba dengan menulis dari buku "Charlotte's Web"

Ingatlah bahwa perangkat ini memiliki 80V pada bingkai logam telanjang. Tetapi menggunakan konverter DC-ke-DC yang terisolasi dan catu daya berarti dimungkinkan untuk menyentuh bingkai dan tidak mendapatkan kejutan. Atau setidaknya saya belum.

Langkah 1: Bagian yang Diperlukan

Eksperimen saya menunjukkan bahwa LED membutuhkan sekitar 55 volt untuk menyala, dan bersinar dengan daya penuh sekitar 100V. Dalam penggunaan mereka diatur dalam pasangan seri untuk pasar 230V / 240V dan paralel murni untuk pasar 110V. Ada semacam pengontrol di tutup lampu tetapi saya memutuskan untuk tidak mencoba menggunakannya kembali karena saya ingin filamen bersinar jauh lebih sedikit. Jam LED yang sepenuhnya terang akan menyakitkan untuk dibaca. Jam tampilan 7 segmen membutuhkan 27 jalur kontrol dan awalnya saya bermaksud menggunakan Arduino Mega. Namun ketika membahas kontrol arus 100V (atau lebih) melalui LED dengan mikrokontroler pada saluran IRC yang tidak terkait, saya diberitahu tentang keberadaan chip driver DS8880 untuk tampilan fluoresen vakum. Ini sempurna untuk pekerjaan yang ada karena mereka mengambil 4 bit data input BCD per digit dan mengubahnya menjadi sinyal penggerak 7 segmen dengan kontrol arus bawaan dan variabel hingga 1,5mA. Pengujian menunjukkan bahwa 1,5mA ideal untuk aplikasi ini. Penurunan dari 7 bit menjadi 4 bit per digit juga berarti bahwa saya dapat menggunakan Arduino Nano atau Uno untuk kontrol karena hanya diperlukan 13 jalur kontrol. (2 x 4 bit 0-9 saluran, 1 x 3-bit 0-7 saluran dan 1 x 2-bit 0-3 saluran)

Saya memutuskan untuk menggunakan sinyal radio MSF 60kHz agar Arduino mengetahui waktu. Saya telah menggunakan ini sebelumnya dengan beberapa keberhasilan menggunakan modul penerima yang tersedia, salah satunya harus saya tangani. Namun ini tampaknya lebih sulit ditemukan saat ini, jadi mungkin lebih mudah untuk menggunakan modul WiFi jika ada yang ingin membuat versi mereka sendiri dari jam ini.

Selama pengujian saya menemukan bahwa Arduino Nano yang saya miliki sepertinya memiliki basis jam yang buruk, saya menghabiskan berjam-jam menunggu mereka untuk disinkronkan, kemudian dengan putus asa mencoba mencolokkan Duemilanove lama, dan yang disinkronkan pada menit pertama, dan terbiasa.

Untuk membuat 80V yang diperlukan untuk menggerakkan filamen, saya menggunakan konverter DC ke DC. Ada banyak tersedia yang bekerja dari 12V. Arduino dapat ditenagai oleh 12V dan menciptakan pasokan 5V yang praktis dari logika itu. Tapi saya lupa fakta ini dan membeli input 5V yang mahal. Ini mungkin masih merupakan pilihan yang baik, itu berarti bahwa jam juga akan berjalan dari USB selama pemrograman, dan konverter mahal memiliki output terisolasi 5kV. (yang berarti bahwa bingkai 80V mengapung, sangat mengurangi risiko kejutan)

LED tersedia di eBay, tidak perlu menghancurkan umbi untuk memanennya.

Daftar belanja:

Kawat tembaga self-fluxing. 34 SWG (31 AWG / 0.22mm) berfungsi.

Arduino

4 x DS8880 VFD driver

Setidaknya 28 filamen LED (tetapi mudah putus, jadi dapatkan setidaknya 25% suku cadang)

Konverter DC-ke-DC

Kapasitor 47µF 5V

4.7nF 100V kapasitor

Bahan bingkai (saya menggunakan kuningan bagian U 3mm x 3mm x 0,5)

Dasar dari beberapa macam

Perekat cyanoacrylate

Soket input DC (atau USB yang dipasang di panel)

Modul penerima dan antena 60kHz (atau serupa).

Rumah header laki-laki 7-pin (dan terminal crimp yang cocok)

Langkah 2: Bor Bahan Bingkai

Bingkai dibuat dari bagian U kuningan 3mm dengan panjang 1m (ketebalan dinding 0,5mm) dan tidak akan menyarankan sesuatu yang lebih ringan dari itu.

LED dikendalikan oleh sakelar sisi rendah. Ini berarti bahwa setiap LED terhubung ke bingkai konduktif pada 80V pada Anoda dan kemudian kabel berinsulasi mengarah melalui bingkai ke IC kontrol.

Bingkai perlu dibor untuk kabel. Saya memutuskan untuk mengebor lubang pada pitch reguler 10mm dan membuat jig pemandu kecil untuk mengatur jarak. Sebuah alur di bagian bawah menahan saluran bingkai dan pin (kunci allen di foto) mengindeks pada lubang yang ada dan memungkinkan dua lubang lagi untuk dibor pada jarak yang dipilih.

Jig pengeboran juga berfungsi ganda sebagai jig lentur. Ini memiliki alur untuk mencegah saluran U menyebar selama pembengkokan.

Saya menggunakan lubang 1mm, tetapi lebih kecil mungkin lebih baik, membuat perekatan lebih mudah.

Langkah 3: Tekuk Bingkai

Saya mencetak template untuk bingkai luar dan posisi LED. Ini direkatkan ke meja kerja dan kemudian saya dengan hati-hati membengkokkan bingkai kuningan agar sesuai.

Membungkuk dengan sisi U yang terbuka ke luar mudah dilakukan, tetapi tidak mungkin membuat belokan di bagian dalam tanpa merusak saluran sampai saya menganil bahan dengan obor las. Ini membutuhkan sedikit pelurusan setelah anil, jadi yang terbaik adalah hanya menganil bit yang benar-benar membutuhkannya. Cukup hangatkan dengan obor sampai bersinar redup dan tidak lebih panas. Terlalu jauh dan melelehkannya tidak akan membantu.

Sekali untuk membentuk bingkai itu ditempelkan ke template.

Template dapat ditemukan sebagai PDF di sini. Jika dicetak pada skala 1:1 (pas pada kertas A3) maka perimeter tepat 1m sesuai dengan panjang bahan.

Langkah 4: Kawat di LED

Pertama-tama tentukan ujung LED mana yang merupakan Anoda (terhubung ke tegangan positif). Pada LED saya, ini ditandai dengan lubang kecil di dekat ujung lapisan plastik.

Semua ujung ini perlu disolder ke kabel yang disolder ke rangka. Saya tidak sepenuhnya senang dengan pola pengkabelan saya, jadi saya akan menahan diri untuk tidak memberikan saran. Masukkan kabel melalui lubang yang Anda pilih, tarik agak kencang dan solder di tempatnya. Kemudian potong kelebihannya. Saya menggunakan Veropen saya sebagai dispenser dan dudukan untuk kawat, sebagian karena itu adalah jenis insulasi yang benar (jenis yang dapat disolder-melalui tanpa pengupasan, yang dikenal sebagai "self-fluxing")

Anda kemudian dapat mulai menyusun angka, mengamankan kabel sakelar (Katoda) dengan perekat cyanoacrylate pada titik yang melewati lubang di bingkai. Pastikan Anda meninggalkan banyak panjang, untuk melingkari seluruh bingkai dan ke dalam kotak dasar / kontrol.

Anda dapat mendukung kabel dari satu sama lain untuk mendapatkan sudut bulat dan menghindari kabel lewat di depan angka. Solder jika kabel listrik, rekatkan jika kabel sakelar. Sudut-sudut angka terlihat seperti kabel yang harus bersentuhan, tetapi bila perlu, mudah untuk memisahkannya satu sama lain.

Langkah 5: Buat Basis dan Kaki Bingkai

Saya membuat alas kayu ek, dan kaki kuningan yang dikerjakan dengan mesin untuk rangka pada mesin bubut CNC saya. Tapi kotak apa pun bisa digunakan, dan kaki yang dicetak 3D untuk bingkai akan berfungsi dengan baik, saya yakin.

Kaki ditahan dengan sekrup M5 di lubang yang disadap diimbangi dari lubang bingkai tengah. Sekrup cocok dengan slot yang dikerjakan di pangkalan. Kabel melewati slot yang sama. Slot memungkinkan jarak kaki disesuaikan untuk mengatur tegangan pada kabel (sampai batas tertentu).

Salah satu sekrup juga memiliki lubang dan kawat untuk memasok daya +80V ke rangka kuningan.

File STL untuk braket antena dan dudukan PCB ada di Github saya.

Langkah 6: Buat dan Uji PCB Kontrol

Cara membuat kontrol PCB tercakup dalam Instruksi sebelumnya.

Saya tidak bekerja dari skema, saya mengarangnya sambil jalan. Namun saya telah membuat skema setelah fakta.

Format PDF atau KiCAD

Skema ini mungkin kekurangan beberapa kesalahan yang dikodekan oleh sketsa Arduino, dan mungkin memiliki kesalahan tambahan yang tidak dimiliki oleh jam sebenarnya.

Poin penting yang perlu diingat adalah bahwa konverter DC-DC harus terhubung ke pin V-in Arduino dan daya logika dan penerima radio harus terhubung ke 5V yang diatur. Ini berarti bahwa Arduino dan konverter dapat berjalan dari PSU apa pun hingga 12V dan logikanya masih hanya melihat 5V yang diatur.

Langkah 7: Pasang Digit ke Basis dan Pilah Semua Kabel

Dengan kabel yang ditahan sementara ke saluran dengan sedikit selotip, banyak untaian dapat dibawa masuk ke pangkalan. Saya menggunakan konverter step-up yang dapat disesuaikan untuk mengetahui kabel mana. Saya pertama-tama mengaturnya ke tegangan yang hanya akan menyalakan filamen LED yang longgar kemudian menyodok output positif melalui lubang bingkai. Kemudian dengan menyentuh ujung yang dipotong dari ujung kawat tembaga berenamel ke kabel suplai negatif dari konverter, saya dapat melihat segmen mana yang sesuai dengan masing-masing led. Saya kemudian mengeritingkan kabel ke dalam pin dan memasukkan sebagian ke konektor.

Terminal tidak berfungsi setelah crimping, mereka juga perlu disolder untuk menembus insulasi enamel. Setelah menyolder, pin didorong sepanjang jalan pulang.

Langkah 8: Flash Arduino

Sketsa Arduino dapat ditemukan di sini.

github.com/andypugh/LEDClock

Ada dua sketsa, satu untuk menjalankan jam dan satu lagi yang hanya menelusuri angka 0 hingga 9 di setiap saluran.

Sketsa pengujian ini akan memungkinkan Anda untuk menentukan header mana pada pin output yang perlu ditukar, dan jika ada jalur data BCD yang perlu ditukar. (Jika Anda melihat sketsa, Anda akan melihat bahwa saya perlu menukar beberapa saluran karena kesalahan kabel, ini lebih mudah diperbaiki dalam perangkat lunak).

Langkah 9: Tunggu Frustrasi untuk Sinkronisasi Radio

Jam radio perlu mendapatkan data satu menit penuh. Sketsa Arduino mem-flash bilah tengah digit puluhan jam untuk menggemakan data radio yang masuk, dan menit menunjukkan berapa banyak bit data yang tidak salah telah tiba. Jika sampai 60 maka ada data yang bagus dan waktu yang ditampilkan.

Dalam semangat pengungkapan penuh, ini adalah simulasi. Sepertinya saya hanya bisa menyelaraskannya saat diberi daya dari USB Mac saya dan ketika berada di suatu tempat yang tidak fotogenik. Dalam kasus data nyata, pulsa satu detik memiliki panjang yang berbeda, untuk mengkodekan biner.

Ada juga elemen malas (bersinar, tetapi lebih redup dari yang lain) LED itu sendiri bagus. Saya khawatir ada masalah dengan chip driver tetapi saya akan mencoba memasang kembali kabel tembaga yang diemail terlebih dahulu. (sebenarnya saya mungkin hanya akan menjalankan kabel tambahan)

Langkah 10: Menyelesaikan

Kabel dapat ditahan ke saluran dengan panjang isolasi yang dilucuti dari beberapa kawat 1,5mm2. Tapi hati-hati jangan sampai merusak kabel tipis.

Penafian: Saya tidak mengklaim sebagai orang pertama yang memikirkan ide menggunakan filamen ini untuk sebuah jam, tetapi saya menemukan ide tersebut secara mandiri. Saat meneliti driver yang sesuai, saya menemukan posting ini dari 2015 yang menunjukkan jam yang terbuat dari filamen yang sama (meskipun tampaknya fleksibel, yang akan jauh lebih mudah).

Saya mungkin orang pertama yang menggantung mereka di ruang angkasa dengan kabel listrik mereka, tapi saya juga tidak mau bertaruh untuk itu.