CLEPCIDRE: a Cider Bottles Digitalt ur: 8 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Inden jeg dykker ned i objektbeskrivelsen, skal jeg forklare den kontekst, som den er designet og bygget i. Min kone er kunstner og arbejder dybest set med ler, som keramiker, men også med andre materialer som træ, skifer eller glas. I de fleste af hendes kunstværker forsøger hun at vise den tid, der er efterladt på genstande, og hun inkorporerer ofte materialer, der findes i naturen som træstykker på stranden, for at "give brugte genstande et nyt liv". Hendes søster og svoger plejede at lave deres egen cider (i Normandiet) og har stadig hundredvis af ciderflasker, der sover under et tykt lag støv i deres gamle presse. Det var mere end nok til at udløse min kones næste skabelsesidé: "et ur til ciderflasker". Forbindelsen med tiden er tydelig: Disse flasker har haft en herlig fortid og skulle nu være et vidne om tiden, der går og sammen danne et ur. Så for et år siden spurgte hun mig: "Darling kan du lave mig et ur med lamper under 12 ciderflasker? Jeg skal selv flade flaskerne i min ovn, og du holder af resten: træstøtten, -en palle-, lamperne og alle de elektroniske kredsløb! Jeg vil vise tiden, men ikke altid, lysdioderne skal også blinke tilfældigt, er det muligt? Du skal også finde løsningen til at fikse flaskerne på pallen ". Uret skal være klar inden for en måned …

"Kælenavnet" på dette kunstværk er "CLEPCIDRE", der (på fransk) står for "Circuit Lumineux Electronique Programmé sous bouteilles de CIDRE", det er et nik til navnet "CLEPSYDRE", der betegner et vandur opfundet af egypterne. Min kone kalder det "Les Bouteilles de Ma Soeur" (Min søsters flasker).

Billede #1: Lageret af ciderflasker af min svigerinde

Billede nr. 2: Det originale specifikationsdokument

Billede #3 til #6: visninger af uret

CLEPCIDRE er blevet vist under to udstillinger sidste år, den første i "Greniers à Sel" i Honfleur (Calvados, Normandiet, Frankrig) i april 2019 (billede #6) og den anden i Touques (Calvados, Normandiet, Frankrig) i juni 2019.

Forbrugsvarer

• Tolv ciderflasker (du kan prøve andre typer flasker: champagne, mousserende vin, … men uden garanti)
• En keramisk ovn (vi brugte en 5kVA top-fyldt cylindrisk ovn)
• En palle (kant-til-kant-plader, dimensioner: +/- 107cmx77cmx16cm)
• Nogle træplader (for at lukke pallesiderne)
• 24 hvide lysdioder med høj effekt på 10 mm i diameter (f.eks.
• Et Arduino -bord: Uno eller Leonardo OK, mindre bord kan være OK, Mega er en smule overkill
• To strømforsyninger (5V til LED'er og 12V til Arduino og RTC-kort, selvom 5V til Arduino burde være OK, men ikke testet)
• Et RTC-kort (jeg har brugt en Adafruit DS1307, men jeg vil anbefale en mere præcis temperaturkompenseret RTC baseret på DS3231; DS1307 skifter 2-3 sekunder hver dag og har brug for regelmæssig omjustering)
• 4 skiftregistre 74HC595 enten som individuelle genstande (16 pin DIL CMOS IC) eller allerede monteret på kortet (f.eks. SparkFun Shift Register Breakout-74HC595 ref BOB-10680)
• Epoxy testplader (50*100 mm, huller i gruppe på 3 og universalplader med lineære kobberbånd)
• Diamantbor (6 eller 8 mm) og træpinde (6 eller 8 mm)
• 24 1/4 W modstande (220 Ω)
• Fixeringskrave til mekanisk flaskeprop (findes i isenkræmmer eller internet)
• Lim, Tråde, varmekrympemuffe, værktøj,.., skruer,.., loddejern (18W OK)

Trin 1: Det letteste: Lukning af pallens sider

Prøv at finde en træpalle (jeg fandt en på cirka 107 cm*77 cm). Der bør ikke være noget mellemrum mellem træpladerne.

Fix 4 træplader med skruer, en på hver side. Skær de 4 brædder af lagerlag for at få de rigtige dimensioner.

Da der kan være (og sandsynligvis vil der være) fodbrædder, anbefaler jeg at skære dem som vist på billedet, dette vil frigøre adgangen til bundpladerne og tillade boring af huller til lysdioderne.

Senere, når lysdiodernes positioner er blevet markeret, vil det være nødvendigt at bore i to trin, først hullet med ledningens diameter (9 - 10 mm) og derefter det større hul (f.eks. 2 cm) for at opnå tykkelsen svarende til højden på LED'en (tykkelsen af træpladen er sandsynligvis større end LED'ens højde)

Billede 1: Pallen set nedenfra med ledhullerne allerede boret

Trin 2: Flad ciderflaskerne

Vores ovnkapacitet tillader opvarmning af 6 flasker ad gangen på 3 niveauer. Når du placerer flaskerne, skal du sørge for, at flaskerne ikke er i kontakt med hinanden, hverken med ovnvæggene eller søjlerne.

Du kan være kreativ og tilføje for eksempel glasperler eller skaller eller små sten i flaskerne. Du kan også indsætte en terracottastøtte under flaskerne, sidstnævnte vil tage formen af understøtningen under opvarmning.

Det vigtigste i denne proces er at lade flaskerne køle meget langsomt af og ikke at åbne ovnen for tidligt, selvom du tror, at ovntemperaturen er lig med rummets, skal du vide, at glastemperaturen forbliver højere end ovn en i løbet af et bestemt tidspunkt, og ethvert temperaturchok, selv et lille, kan forårsage glasbrud. Vi har fået flasker til at gå i stykker en eller to dage efter opvarmningen, og jeg anbefaler at tage +/- 30% af tabte med i betragtning (forvent 16 til 18 flasker for at få 12 til sidst, for ikke at tale om dem, du ikke bliver tilfreds med af).

Temperaturprofilen, der er angivet her, bør betragtes som et eksempel og afspejler kun egenskaberne ved vores ovn. Du bør udføre nogle tests med dit eget udstyr for at finde den mest passende sluttemperatur. Hvis du opvarmer for meget, får du helt flade flasker, mens hvis du opvarmer for mindre, bliver flaskerne ikke flade nok.

Billede 1: Ovnen, generel visning

Billede 2: To flasker fladtrykte (jeg har ikke noget billede af flaskerne i ovnen før opvarmningen lige nu)

Billede 3: Typisk temperaturprofil

Trin 3: Find flaskerne og lysdiodernes positioner

I urets design forklarer jeg senere, der er to lysdioder under hver flaske, de "eksterne" viser timerne (0 til 11 og 12 til 23) og de interne viser minutterne efter trin på 5 (0, 5,… 55). Først skal du placere flaskerne omkring pallen. Til det skal du først strække strenge mellem en central pushpin og 12 pushpins omkring pallen, "diametralt modsat", hvis det er muligt. 4 positioner er indlysende og lette at finde: 0, 3, 6 og 9 timer (strengene forbinder midten af hver side, to efter to). De 4 andre linjer er lidt mere vanskelige. Du skal orientere strengene, så der er plads nok til hver flaske (flasker er justeret to og to med deres akse svarende til snoren), og flasken giver indtryk af at blive fordelt ligeligt. Dette trin kræver lidt prøvelse og fejl. Bemærk også, at da de ikke alle er ens, skal du vælge, hvor hver flaske skal gå (dette er et spørgsmål om "kunstnerisk følelse"). Når pladsen for hver flaske er valgt, skal du ikke glemme at vedhæfte en etiket med sit nummer til hver flaske og sætte et mærke på pallen for bunden af hver flaske (se yderligere). Disse punkter og strengene vil blive brugt senere til at lokalisere hullerne på fastgørelsesdyserne.

Dernæst skal de to lysdioder placeres relativt til hver flaske, og positionerne overføres derefter til pallen.

Til det har jeg bygget en kasse med to "mobile" tavler (se billede), den første vinkelret på flaskeaksen og den anden, som er skruet på den første i midten, så rotationen er mulig, er justeret på den akse. I dette andet bord borede jeg to huller (9 eller 10 mm diam.) Et af dem i form af et knaphul, så en ledning kan flyttes langs aksens retning. Jeg anvender 5V til hver led, plukket fra et Arduino -kort eller enhver anden kilde. VÆR FORSIGTIG! Lysdioder med høj lysstyrke kan være skadelige, hvis du ser direkte på dem, så det kan varmt anbefales at lægge et bånd af gennemskinnelig tape over lysdioderne.

Placer hver flaske på toppen af æsken, og flyt de to brædder og "mobil" -ledningen, indtil du er tilfreds med effekten (husk, at du muligvis har indsat glasperler i nogle flasker, og placering af lysdioder under sådanne perler forbedrer lyseffekten), måle lysdiodernes position i forhold til flaskens nederste center og dens akse og overføre disse punkter til pallen med en blyant. Når alle 24 punkter er markeret på pallen, bores der huller (2-3 mm i diameter).

Bemærk: det sidste billede viser den første strengpositionering, der var baseret på en fast 30 ° vinkel mellem dem, men som man kan se, var dette ikke kompatibelt med den plads, flaskerne havde brug for; jeg var nødt til at justere strengene på flaskerne igen.

Billede 1: Tegning, der viser lysdioderne og deres betydning

Billede 2: Den særlige boks til at lokalisere lysdiodernes position under hver flaske

Billede 3: Den samme æske med en flaske

Billede 4: Placering af flaskerne (og snorene) på pallen

Trin 4: Boring af huller til lysdioderne

Ved hjælp af pilothullerne fra forrige trin skal du nu bore hullerne til lysdioderne, men da pallepladens tykkelse sandsynligvis er større end lysdiodernes højde, bør du reducere tykkelsen ved at bore et større hul (f.eks. Med en 2 cm træbor). Bor først det større hul (dybden skal være sådan, at den "ikke-borede" tykkelse svarer til ledets højde) og derefter lysdiodernes huller. Juster om nødvendigt, så toppen af lampen flugter med træets overflade.

Markér hvert hul med Hx og Mx etiketter (H for timer og M for minutter, x = 0, 1,..11).

Dette illustreres af billedet.

Trin 5: Borning af huller i flasker til fastgørelsesdyser

Sådan bores huller i glas findes på dette websted:

Find hulpositionen på flaskeaksen, så den ikke overlapper en ledning, cirka 2-3 cm fra bunden af flasken skal være OK. Bor et hul (8 mm i diameter) på undersiden, men på halvdelen af tykkelsen (bor ikke igennem hele flaskens tykkelse!). Marker det samme punkt på oversiden af pallen og bor et hul med samme diameter (gennem hele tykkelsen OK). Hulpositionen måles på snoren fra bunden af flasken, som du skulle have markeret, mens du placerede dem.

Fastgør dyvlerne på hver flaske i hullet med stærk lim (dobbeltkomponenter) og lad limen tørre.

Så snart dyvlerne er fastgjort, kan du placere flaskerne på den (vandrette) palle ved at indsætte deres dyvler i hullerne. Flaskerne skal placeres fra hoved til hale, den første (12 timer) med halsen vendt udad.

Fjern flaskerne (træk forsigtigt deres dyvel ud af træet).

Du kan nu indsætte lysdioderne i deres huller, justere hullerne, der er for små, igen. For dem, der er for store, skal du blokere lysdioden med et lille stykke træ skruet under den.

Jeg lagde mærke til, at selv gennem flaskerne var lyset fra lysdioderne for stærkt, og jeg malede dem i lysegul.

Billede 1: Glasborematerialet (Bemærk: jeg brugte en gummimåtte under flasken)

Trin 6: Den elektroniske del

Det grundlæggende ledede kommandokredsløb vises på det første billede (bemærk, at RTC -kortet ikke er vist på dette diagram, men at forbinde det med Arduino er let og veldokumenteret, i de fleste tilfælde leveres et bibliotek af RTC -producenten). I den sidste version er brødbrædderne blevet erstattet af printkort.

Jeg besluttede at adskille timegrænsefladen fra minutgrænsefladen for at gøre programmet lidt lettere. Hver grænseflade er baseret på to 74HC595 skiftregistre serielt forbundet. Alle output fra det første register bruges (0 til 7), hvorimod kun de første fire er nødvendige for det andet (8 til 11).

Til det endelige system oprettede jeg to separate grænseflader ved hjælp af 5 cm x 10 cm testbrætter (huller grupperet efter 3). Jeg har brugt to typer 74HC595, den første er native 16-pins DIL IC'er, som jeg monterede på to 16-pins understøtninger, loddet på brættet og den anden var to små boards, som jeg købte fra Sparkfun, med en 74HC595 overflade monteret på hver (billede #7).

Da jeg havde travlt, kunne jeg ikke vente på fremstilling af trykte kredsløb, så jeg lavede printkortet selv med testkort, men PCB -diagrammerne er nu tilgængelige for begge grænseflader (se PCB -billeder). Bemærk, at du har valget mellem enten kun en type eller blandingen af de to typer, dette er op til dig. Bemærk også, at jeg ikke har testet det fremstillede printkort endnu (Fritzing -filer kan ikke uploades her, men jeg kan levere dem, hvis det bliver anmodet om det).

RTC -justering: første gang Arduino er forbundet til RTC, skal du indstille uret korrekt. Til sidst er denne justering påkrævet igen for at kompensere for RTC-skift (2-3 sek. Om dagen).

Denne indstilling finder sted i opsætningen (), forudsat at følgende instruktion ikke er kommenteret:

//#definere RTC_ADJUST sand // Hvis definere, vil RTC-justering finde sted i opsætningen

Hvis linjen ovenfor er kommenteret, vil set-up () justere RTC med værdierne for de følgende konstanter (glem ikke at initialisere disse konstanter med de aktuelle værdier, dvs. værdierne på tidspunktet for kompilering og download af program til Arduino)

// Glem ikke at justere konstanten herunder, hvis RTC_ADJUST er defineret !!#define DEF_YEAR 2019 // Standardåret, der blev brugt i den første RTC -justering

#define DEF_MONTH 11 // Standardmåneden, der bruges i den første RTC -justering

#define DEF_DAY 28 // Standarddagen, der bruges i den indledende RTC -justering

#define DEF_HOUR 11 // Standardtiden, der bruges i den indledende RTC -justering

#define DEF_MIN 8 // Standardminutten, der bruges i den indledende RTC -justering

#define DEF_SEC 0 // Standardsekund, der bruges i den indledende RTC -justering

Også vigtigt: Når justeringen fandt sted, glem ikke at kommentere linjen igen og downloade programmet til Arduino igen

//#definere RTC_ADJUST sand // Hvis definere, vil RTC-justering finde sted i opsætningen

ellers ville RTC-justering finde sted med forkerte værdier, hver gang programmet genstarter (opstart eller nulstilling af Arduino). Det skete under mine test !! (Jeg glemte at kommentere den linje igen og forstod ikke, hvad der foregik …).

Lad os nu se på selve urets funktionalitet.

Grundlæggende er der to visningsmetoder:

1. CLOCK mode (se billede #9)

   1. timen, der svarer til den aktuelle time, er ON
   2. minut -LED svarende til det aktuelle multiplum på 5 minutter er ON (denne LED forbliver ON i 5 minutter)
   3. hvert minut LED, bortset fra det der er ON, blinker i løbet af 5 sekunder (hvilket LED er afledt af den "anden" værdi, der er læst fra RTC)

Tilfældig tilstand (se billede #10)

alle lysdioder tændes og slukkes tilfældigt, undtagen de aktuelle "time" og "minutter"

Den tid, hvor et minut led er TIL, varer 5 minutter, men i løbet af den tid går det "rigtige" minut frem. For eksempel, når det aktuelle minut bliver til 15, tændes den "østlige" LED i løbet af 5 minutter, men det rigtige minut vil være 15, 16, 17, 18 og 19 i løbet af disse 5 minutter (vi kalder dette "5 minutter cyklus")

Programmet gør tre ting:

1. Det beregner forskellen mellem det "rigtige" minut og det viste, hvilket giver 5 værdier: 0, 1, 2, 3 og 4
2. Den beregner, hvor længe tilfældig tilstand skal vare ved at multiplicere antallet fundet lige over med 6 sekunder, hvilket fører til 5 værdier: 0, 6, 12, 18 og 24 (sekunder) for tilfældig tilstand og forskellen mellem disse værdier og 30 for urfunktionen (30, 24, 18, 12 og 6 sekunder)
3. Den gentager denne inter-mode fordeling to gange inden for hvert minut (i alt er begge tilstande altid 30 sekunder)

Denne "5 minutters cyklus" anvendes igen og igen hver gang den næste "minut LED" tændes (hvilket sker hvert 5. minut).

Bemærk: man kan udlede det rigtige minut ved blot at tælle, hvor længe tilfældig tilstand varer og dividere denne varighed med 6; for eksempel hvis du tæller 18 sekunder for tilfældig tilstand, og "25" minutter er ON, betyder det, at det rigtige minut er 28 (18/6 = 3 og 25+3 = 28)

På denne video kan man først se urfunktionen (aktuel tid er mellem 10h25 og 10h29) derefter tilfældig tilstand (varer 6 sekunder, hvilket betyder, at de aktuelle minutter er 26) og derefter urfunktionen igen. Bemærk, at pallen her er placeret på jorden, og at "midnat" flasken er til højre. Siden denne første udstilling er uret nu præsenteret lodret på et stativ (Billede #11)

Bemærk også, at den aktuelle time (10t) og minut (25m) lysdioder ikke påvirkes af tilfældig tilstand.

Noter om printkort

Første printkort (native 74HC595: billede #4):

• U1 og U2 er 74HC595 IC'er
• Pin -layout kan findes på billede #6 (se også den pin, der blev brugt i Arduino i programmets variable erklæring)

Andet printkort (Sparkfun 74HC595 breakout boards: billede #5)

Pin -layout kan findes på billede #7

Jeg har brugt hanstifter, der er loddet på begge interfacekort, så alle ledningsstik er hun.

Trin 7: Fastgørelse af flaskerne på pallen og tilslutning af lysdioderne

For hver flaske efter tur:

• Find halsen på pallen (sæt flasken på plads, markér halsen og fjern flasken)
• Skru en fastgørelseskrave med skruen i midten og i midten af halsen (markeret på pallen). Jeg brugte autoborende gipsskruer. Du kan bore et pilothul i kraven, hvis du finder det lettere.
• Sæt flaskens dyvle i dens hul i pallen
• Luk kraven omkring flaskehalsen, flasken skal nu fastgøres på pallen

Det er det! (glem ikke at fjerne strengene og flasketiketterne for enden).

For hver led:

Tilslut begge ledben til + og GND -ledningerne. + Kommer fra den relevante udgangsstift på interfacekortet og GND'en fra et af de mellemliggende "GND -distributionskort"; disse brædder er simpelthen testplader (+/- 2cm x 5cm) med lineære bånd, hvorpå du lodder hanstifter med alle deres ben loddet på det samme bånd, en stift er forbundet til en tilgængelig GND-stift; hvis du mangler GND -stifter, skal du blot slutte båndet til et andet og forbinde dem sammen. Jeg anbefaler at isolere de loddede LED-forbindelser med et varmekrympemuffe (blå for GND og rød for LED-signal, "+")

Fastgør alle brædderne på pallen herunder, og tilslut dem sammen med hun-stik-ledninger (Arduino til interfacekort, 6 signaler + GND, strømforsyninger til Arduino og interfacekort og RTC, RTC til Arduino, interfacekort til 24 lysdioder (12 på ét interfacekort). Glem ikke at slutte GND til alle kort.

Fastgør strømforsyningerne på et lodret træplade, tilslut AC-kablet til det første og daisy-chain til det andet (vær forsigtig, tilslut kun AC-kablet, når tilslutningerne er udført!).

Videoen herunder viser de tre første minutter af en 5 minutters cyklus. Den aktuelle tid er næsten 4h55, og videoen starter lige før "50min" -lysdioden skifter til "55min" (først de sidste sekunder af 24sek tilfældig tilstand, 6s af urfunktion og derefter skift til 55min led). I løbet af det første minut (16h55) vises kun urfunktionen (60 sekunder), i løbet af det andet minut (16h56) starter hvert trin på 30 sekunder med 6 sekunders tilfældig tilstand, og derefter følger 24 sekunders urfunktion i løbet af det tredje minut (16h57), 12 sekunder tilfældigt og 18 sekunder ur (to gange)

Trin 8: Bemærkninger, udvidelser og forbedringer

Bemærkninger:

• Når programmet starter, venter det til det næste "fulde minut" (dvs. RTC-sekunder = 0), før LED-visning starter

• Nogle parametre i programmet tillader at

  • Vælg en anden retning for "midnat" -lysdioden
  • Fordel de to tilstande på et helt minut i stedet for to gange 30 sekunder
• Palleunderstøtten og ciderflaskerne er ikke absolut nødvendige, du kan opfinde andre typer displaystøtter som f.eks. En sukkerkasse, som vist på billedet

Udvidelser:

• Jeg tilpassede programmet og lavede en "borddrevet" version, der muliggjorde inddeling af ur/tilfældige tilstande baseret på en timingstabel frem for på en foruddefineret regel
• En "kalenderafhængig" tabel (dato, start-time, stop-time) gør det muligt at styre urets start- og stoptid, så den kan blive tændt, når udstillingen lukkes om aftenen (den vil automatisk stopper displayet og starter om morgenen uden manuel handling)
• Programmet har en version, hvor displayet udløses af en besøgendes tilstedeværelsesdetektering og stopper 5 minutter efter fravær af besøgende.

Forbedringer:

• RTC: en mere stabil version kunne erstatte den 1307, der er brugt hidtil
• En manuel RTC -justering kan tilføjes (f.eks. Ved at tilføje to roterende encodere, f.eks. Https://wiki.dfrobot.com/Rotary_Switch_Module_V1_… og en trykknap for at bekræfte de nye time- og minutindstillinger)