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

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-23 14:37

Prije nego što se upustim 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 prikazati tragove koje je vrijeme ostavilo na predmetima i često ugrađuje materijale koji se nalaze u prirodi poput komada drveta na plaži, kako bi "dala drugi život rabljenim predmetima". Njena sestra i šurjak su sami pravili jabukovaču (u Normandiji) i još uvijek imaju stotine boca jabukovače koje spavaju pod debelim slojem prašine u njihovoj staroj presi. To je bilo više nego dovoljno da pokrene sljedeću ideju stvaranja moje žene: "sat sa bocama jabukovače". Veza s vremenom je evidentna: te su boce imale slavnu prošlost i sada bi trebale biti svjedoci prolaska vremena i zajedno tvoriti sat. Tako me prije godinu dana pitala: "Draga, možeš li mi napraviti sat sa lampama ispod 12 boca jabukovače? Ja ću sam spljoštiti boce u peći, a ti se brineš za ostalo: drveni nosač, -paleta-, lampe i sva elektronička kola! Želim prikazati vrijeme, ali ne uvijek, LED diode bi također trebale nasumično 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 znači (na francuskom) za "Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE", to je znak imena "CLEPSYDRE" koje označava vodeni sat koji su izmislili Egipćani. Moja žena to zove "Les Bouteilles de Ma Soeur" (boce moje sestre).

Slika #1: Zalihe boca jabukovače moje šogorice

Slika #2: Originalni dokument sa specifikacijama

Slika 3 do #6: prikaz sata

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

Supplies

• Dvanaest boca jabukovače (možete isprobati i druge vrste boca: šampanjac, pjenušavo vino, ali bez garancije)
• Keramička peć (koristili smo cilindričnu peć sa opterećenjem od 5 kVA)
• 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 testirano)
• RTC ploča (koristio sam Adafruit DS1307, ali preporučio bih precizniji temperaturno kompenzirani RTC baziran na DS3231; DS1307 se prebacuje 2-3 sekunde svaki dan i treba ga redovno prilagođavati)
• 4 registara pomaka 74HC595 ili kao pojedinačne stavke (16-polni DIL CMOS IC) ili već montirani na ploču (npr. Probijanje registra pomaka SparkFun-74HC595 ref BOB-10680)
• Epoksidne ispitne ploče (50*100 mm, rupe u grupi od 3 i ploče opće namjene s linearnim bakrenim trakama)
• Dijamantska burgija (6 ili 8 mm) i drveni klinovi (6 ili 8 mm)
• 24 otpornika od 1/4 W (220 Ω)
• Ogrlica 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 razmaka između drvenih ploča.

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

Budući da mogu postojati (a vjerojatno će i 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 sa već izbušenim LED rupama

Korak 2: Poravnajte boce jabukovače

Naš kapacitet peći omogućava zagrijavanje 6 boca odjednom na 3 nivoa. Prilikom postavljanja boca pazite da boce nisu u dodiru jedna s drugom, niti sa zidovima 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 poprimiti oblik nosača tokom zagrijavanja.

Najvažnije u ovom procesu je pustiti boce da se 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 u određenom vremenu i 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 dobili 12 na kraju, da ne govorimo o onima kojima nećete biti zadovoljni od).

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

Slika 1: Peć, opšti 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 unutrašnje 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 stezaljki oko palete, ako je moguće "dijametralno suprotno". 4 pozicije su očigledne i lako ih je pronaći: 0, 3, 6 i 9 sati (žice se spajaju na sredini svake strane, dva po dva). Četiri druge linije su malo zeznutije. Morate orijentirati žice tako da ima dovoljno mjesta za svaku bocu (boce su poravnate dva po dva s osi koja odgovara žici) i boca ostavlja utisak da su jednako raspoređene. Ovaj korak zahtijeva malo pokušaja i grešaka. Imajte na umu da, budući da nisu svi isti, morate izabrati gdje svaka boca treba ići (ovo je stvar "umjetničkog osjećaja"). Nakon što je odabrano mjesto svake boce, ne zaboravite na svaku bočicu pričvrstiti naljepnicu sa svojim brojem i staviti oznaku na paletu za donji centar 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 izgradio kutiju s dvije "mobilne" ploče (vidi sliku), prvu okomitu na os boce, a drugu, koja je pričvršćena na prvu u sredini, omogućavajući 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 PAZLJIV! LED diode velike svjetline mogu biti štetne ako ih gledate izravno, pa se preporučuje da iznad LED dioda stavite traku prozirne ljepljive trake.

Stavite svaku bočicu na vrh kutije i pomičite dvije daske i LED diodu za mobilne uređaje dok ne budete zadovoljni učinkom (zapamtite da ste u neke boce možda umetnuli staklene perle, a postavljanje LED dioda pod te perle pojačava svjetlosni efekt), izmjerite položaj dioda relativno prema središtu dna boce i njenoj osi i olovkom prenesite te točke na paletu. Kad su sve 24 točke označene na paleti, izbušite probne rupe (promjer 2-3 mm).

Napomena: posljednja slika prikazuje prvo pozicioniranje niza zasnovano 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 ponovo 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 sa 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 paletne ploče vjerojatno biti veća od visine leđa, trebali biste smanjiti debljinu bušenjem veće rupe (na primjer sa Bušilica za drvo 2 cm). Prvo izbušite veću rupu (dubina mora biti takva da "neizbušena" debljina odgovara visini olovke), a zatim rupe na vodilicama. Podesite ako je potrebno tako da vrh svjetiljke bude u ravnini s površinom drveta.

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

Ovo je ilustrovano slikom.

Korak 5: Bušenje rupa u bocama za učvršćivanje tipla

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

Nađite položaj rupe na osi boce tako da se ne preklapa sa olovom, 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 otvora mjeri se na žici s dna boce koju ste trebali označiti prilikom njihovog postavljanja.

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 (12h) sa vratom okrenutim prema spolja.

Uklonite boce (lagano izvlačeći im tiple iz drva).

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

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

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

Korak 6: Elektronski dio

Osnovno LED komandno kolo prikazano je na prvoj slici (imajte na umu da RTC ploča nije prikazana na ovom dijagramu, ali njeno 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 satni interfejs od minutnog interfejsa kako bih malo olakšao program. Svako sučelje je zasnovano 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 sistem stvorio sam dva odvojena sučelja koristeći testne ploče 5cm x 10cm (rupe grupirane po 3). Koristio sam dvije vrste 74HC595, od kojih su prve bile izvorne 16-pinske DIL IC-ove koje sam montirao na dva 16-pinska nosača, lemljene na ploči, a druge 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 štampanih kola, pa sam sam napravio PCB sa testnim pločama, ali su dijagrami PCB -a sada dostupni za oba interfejsa (pogledajte slike PCB -a). Imajte na umu da imate izbor između samo jedne vrste ili kombinacije dviju vrsta, to ovisi o vama. Imajte na umu također da još nisam testirao proizvedenu PCB (datoteke sa prevrtanjem ne mogu se učitati ovdje, ali mogu ih dostaviti ako se to zatraži).

RTC podešavanje: kada se prvi put Arduino spoji na RTC, morat ćete ispravno postaviti sat. Na kraju, ovo podešavanje je ponovno potrebno kako bi se kompenziralo pomicanje RTC-a (2-3 sekunde dnevno).

Ova postavka se događa u postavci () pod uvjetom da je sljedeće uputstvo nekomentirano:

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

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

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

#define DEF_MONTH 11 // Zadani mjesec koji se koristi u početnom prilagođavanju RTC -a

#define DEF_DAY 28 // Zadani dan koji se koristi u početnom podešavanju RTC -a

#define DEF_HOUR 11 // Zadani sat koji se koristi u početnom podešavanju RTC -a

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

#define DEF_SEC 0 // Zadana sekunda koja se koristi u početnom podešavanju RTC -a

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

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

u suprotnom bi se podešavanje RTC-a dogodilo s pogrešnim vrijednostima svaki put kada se program ponovo pokrene (uključivanje ili resetiranje Arduina). To se zaista dogodilo tokom mojih testova !! (Zaboravio sam ponovo komentirati tu liniju i nisam razumio o čemu se radi …).

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 lampica ostaje uključena 5 minuta)
   3. svaka LED lampica, osim one koja je UKLJUČENA, treperi tokom 5 sekundi (koja je izvedena iz "druge" vrijednosti očitane iz RTC -a)

RANDOM način rada (vidi sliku #10)

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

Vrijeme tokom 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 tokom 5 minuta, ali će stvarna minuta biti 15, 16, 17, 18 i 19 tokom tih 5 minuta (to ćemo nazvati "5 minuta" ciklus ")

Program radi 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 međurežimsku distribuciju dva puta unutar svake minute (ukupno oba načina rada uvijek su 30 sekundi)

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

Napomena: stvarnu minutu možete izvesti jednostavnim prebrojavanjem koliko dugo traje slučajni način rada i podijelite ovo 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 se prvo može vidjeti način rada sata (trenutno vrijeme je između 10h25 i 10h29), zatim slučajni način (koji traje 6 sekundi, što znači da su trenutne minute 26), a zatim ponovo 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 predstavljen okomito na nosaču stativa (Slika #11)

Takođe imajte na umu da slučajni način rada ne utiče na trenutne 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 možete 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 zaglavlje zalemljene na obje interfejs ploče tako da su svi konektori ženski.

Korak 7: Postavljanje boca na paletu 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 automatsko bušenje gipsanih vijaka. Ako vam je lakše, možete izbušiti probnu rupu u ogrlici.
• 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 pinova sa svim njihovim pinovima lemljenim na istoj traci, pri čemu je jedan pin spojen na jedan interfejs GND pin dostupan; ako vam nedostaje GND pinova, jednostavno spojite bend na drugi i povežite ih zajedno. Preporučujem da lemljene LED spojeve izolirate termoskupljajućom navlakom (plava za GND i crvena za LED signal, "+")

Učvrstite sve ploče na paleti ispod i povežite ih zajedno 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 interfejs ploči). 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 videozapis počinje neposredno prije nego što se LED dioda "50min" prebaci na onu "55min" (prvo posljednje sekunde nasumičnog načina rada od 24 sekunde, način rada takta 6 sekundi, a zatim prebacivanje na 55 minuta). Tokom prve minute (16h55) prikazuje se samo način rada sata (60 sekundi), tokom druge minute (16h56), svaki korak od 30 sekundi počinje nasumičnim načinom rada od 6 sekundi, a zatim slijedi režim sata od 24 sekunde, tokom treće minute (16h57), 12 sekundi nasumično i 18 sekundi sat (dva puta)

Korak 8: Primjedbe, proširenja i poboljšanja

Napomene:

• Kada se program pokrene, pričekajte do sljedeće "pune minute" (tj. RTC-sekunde = 0) prije nego što počne prikazivanje LED diode

• Neki parametri u programu to dopuštaju

  • Odaberite drugu orijentaciju za LED diodu "ponoć"
  • Rasporedite dva režima na jednu punu minutu umesto dva puta po 30 sekundi
• Nosač paleta i boce s jabukovačom nisu apsolutno neophodni, možete izmisliti druge vrste nosača za prikaz poput kutije šećera, na primjer, kao što je prikazano na slici

Ekstenzije:

• Prilagodio sam program i napravio verziju "upravljanu tablicom" koja omogućava podjelu sata/slučajnih načina rada 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 uključena kada se izložba zatvori u večernjim satima (automatski će se zaustavlja prikaz 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 1307 koji se do sada koristio
• 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)