Главная » Arduino
Призовой фонд
на август 2017 г.
1. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
2. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник
3. 100 руб.
От пользователей

Голографические часы на Arduino

Часы имеют механическую горизонтальную развертку и по принципу отображения похожи на диск Нипкова. Из-за быстрого вращения плата становится едва заметной для глаза и создается иллюзия символов, парящих в воздухе. Отображают как время, так и день недели с датой. С помощью кнопок можно изменять все единицы отображения, кроме секунд. Дополнительно можно изменять ширину табло.

Показ часовПоказ даты

Состоят из 2х частей - стационарной и вращающейся.
Для снижения шума и передачи энергии на вращающуюся часть пришлось отказаться от щеток. Поэтому здесь на стационарной части использована катушка с генератором, а на вращающейся части - катушка с диодным мостом и стабилизатором.

Платка Arduino pro mini (ссылка на Ali) использована здесь для таких функций:

  • Управление 10 светодиодами, установленными вертикально друг за другом;
  • Счет данных с модуля реального времени DS3231;
  • Синхронизация отображения табло часов;

Рекомендуемый порядок сборки устройства:

1. Намотка катушек;
2. Полная сборка генератора;
3. Сборка приемника вращающейся части;
4. Проверка передачи энергии;
5. Полная сборка вращающейся части;
6. Проверка и дополнительная настройка устройства.

1. Намотка катушек
Катушка передающая намотана на каркасе радиусом на 5 мм больше, чем радиус ротора вентилятора. Проводом 0.5мм в 3 слоя (в 1 сторону) всего около 90 витков. Каждый слой пропитывается клеем и изолируется скотчем. Я пропитывал клеем "дракон", после его затвердевания каркас катушке не потребовался.
Катушка приемная мотается на предварительно подготовленном роторе. Лопасти компьютерного "кулера" убираются и оставшиеся неровности шлифуются. Проводом 0.12мм мотается 4 слоя в одну сторону, всего около 180-200 витков. Каждый слой также пропитывается клеем и изолируется скотчем.

Передающая катушка:

Намотка передающей катушкиНамотка передающей катушки

Приемная катушка:

Намотка приемной катушкиКатушки намотаны

2. Генератор
Схема генератора находится ниже:

Генератор основан на микросхеме-таймере NE555 и рассчитан на частоту около 26 кГц. Полевой транзистор - любой с допустимым током от 2А и напряжением от 30В. В своем варианте я использовал какой-то полевой транзистор с компьютерной материнской платы. Диапазон питающих напряжений генератора лежит в пределах 5-15 В. Настройка производится в последнюю очередь подбором питающего минимального питающего напряжения, достаточного для нормальной работы схемы на приемной части. Дополнительно к источнику питания генератора нужно, через мягкие провода, подключить инфракрасный светодиод, также необходимо рассчитать гасящий резистор для ограничения его тока.

3. Приемная часть
Обведена красным прямоугольником. Представляет собой простой диодный мост из быстродействующих диодов (VD1-4) и стабилизатором напряжения ("1117-33" в корпусе SOT-223 на 3.3 В). Диоды подойдут серии "FR" или "HER". В моем варианте стоят FR102. Стабилизатор - любой подходящий по расположению выводов и током от 500мА. Обведена красным прямоугольником.

4. Настройка генератора
После сборки части, обведенной красным на схеме, следует настройка генератора. Для начала нужно подключить нагрузку к приемной части. В качестве нагрузки лучше использовать 10 светодиодов, подключенных через ограничительные резисторы. Учитываем, что ток, не должен превышать 15мА (лучше ограничивать до 10мА). Затем следует поместить катушку в катушку и подать регулируемое напряжение на генератор. Постепенно повышая напряжение питания генератора, отслеживаем напряжение на стабилизаторе. При достижении номинального напряжения на стабилизаторе приемной части (3.3 В) и тока светодиодов (10-15мА) - запоминаем питающее напряжение. После подбираем стабилизатор для питания генератора, например, регулируемый LM317 или что-то близкое по напряжению из серии стабилизаторов "78**" (** - напряжение стабилизации). Ток генератора (до стабилизатора) не должен превышать 200 мА.

Тест передачи энергии

5. Полная сборка вращающейся части
Уже вытравленная, залуженная и оформленная плата крепится винтами М3 к ротору. Центры отверстий на плате имеются.
Подключение индикационной платы указано на фото ниже. После пайки индикатора к плате желательно усилить ее при помощи стропы из одножильного провода. Припаивать ее лучше к самой широкой дорожке на обоих платах - к минусу. В результате образуется треугольник, позволяющий не сорваться плате индикатора при больших оборотах. Желательно после проверки на предмет замыкания соседних дорожек залить термоклеем место стыка двух плат.

Модуль Arduino pro mini без изменений припаивается чрез штырьки.

Модуль реального времени DS3231 напаивается сверху чрез жесткие одножильные провода к плате Arduino pro mini. Также для удобства можно припаять гнездо для подключения программатора. Модуль позволяет отключать питание от устройства и не бояться за потерю реального времени.

Окончательный вид прототипа

6. Проверка и дополнительная настройка устройства

ИК-диод нужно установить на одножильных проводах (или его собственных ножках, если хватит длины) на удалении и под углом относительно длины платы. ИК-светодиод устанавливается в корпусе под ним. Когда диоды встречаются друг с другом, тогда включается табло. Для представления этого процесса, ниже находится схема:

Изменение времени
Для начала нужно остановить мотор (отключить питание от него). Вход в режим изменения часов производится нажатием S2 (средней кнопкой на плате). Загорится нижний светодиод. После можно нажимать кнопки S1 и S3 (+ и -). После каждого нажатия S1 или S3, будет на мгновение загораться светодиод вверху. Для перевода в режим смены минут надо еще раз нажать на S2 (среднюю кнопку), загорится светодиод выше предыдущего. После можно нажимать кнопки S1 и S3 (+ и -).

Порядок светодиодов - значение в меню (снизу - вверх)

  1. Минуты
  2. Часы
  3. Изменение ширины табло
  4. День
  5. Месяц
  6. Год
  7. День недели

Для выхода из режима изменения нужно еще раз нажать на S2 (средняя кнопка) и 7 светодиод погаснет. Т.е. нужно для выхода нажимать среднюю кнопку и пройти все режимы. Ширина табло меняется в пределах от 4 до 40 мкс для каждой ячейки символа. Каждая ячейка - время, которое определенный светодиод горит или не горит. Время ячейки для всех символов одинаковое. Поэтому, чем больше скорость вращения - тем шире табло и наоборот.

Печатные платы

Устройство, показанное на фото выше, является прототипом. Поэтому на плате присутствует множество перемычек и напаек. Плата первоначальная, подверглась переработке в соответствии с изменениями прошивки, и ее окончательный вариант представлен ниже:

Печатная плата представлена в программе DipTrace. Все элементы подписаны. Отверстия справа не нуждаются в сверлении - это места для установки противовеса во время балансировки (устранения вибраций при вращении). В моем случае противовес - винт М3х20, установленный вертикально. Балансировку лучше производить после того, как убедились в работе часов. Иначе при исправлениях возможно потребуется очередная балансировка.

Печатная плата "индикатора" не имеет связи с основной, т.к. у меня не получались очень маленькие дорожки. Поэтому каждый светодиод соединен при помощи тонкого провода (от кабеля IDE). Плата индикатора также подверглась переработке, пришлось заменить светодиоды 3мм на SMD 0805. Это позволило уменьшить размер табло и повысить четкость символов:

Для сравнения, слева - старый вариант, справа - окончательный вид прототипа:

Печатная плата индикатора:

Здесь указаны точками места совмещения, цифры - нумерация светодиодов, красными линиями - подключение (остальные светодиоды по порядку).

В коде программы комментарии имеются. Платы надо печатать зеркально, если использовать технологию "ЛУТ".

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
Плата Arduino pro mini3.3V 8MHz1 Поиск в FivelВ блокнот
IC1 Программируемый таймер и осциллятор
NE555
1 Поиск в FivelВ блокнот
U1 Линейный регулятор
AMS1117-3.3
1 SOT223Поиск в FivelВ блокнот
Часы реального времени (RTC)
DS3231
1 Поиск в FivelВ блокнот
VT1 MOSFET-транзистор
SUD50N025-06P-E3
1 Любой с мат. платы компьютераПоиск в FivelВ блокнот
Резисторы
R1-R4 Резистор
10 кОм
5 SMD0603Поиск в FivelВ блокнот
R5 Резистор
100 кОм
1 SMD0603Поиск в FivelВ блокнот
R6-R15 Резистор22010 SMD0805Поиск в FivelВ блокнот
R16 Резистор
1 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R17 Резистор
2 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R18 Резистор1001 SMD0805Поиск в FivelВ блокнот
R19 Резистор
10 кОм
1 SMD0805Поиск в FivelВ блокнот
Конденсаторы
С1, С3 Конденсатор100 нф2 SMD1206Поиск в FivelВ блокнот
C4 Конденсатор10 нф1 Поиск в FivelВ блокнот
С5 Конденсатор100 мкФ1 ЭлектролитПоиск в FivelВ блокнот
Диоды
VD1-VD4 Выпрямительный диод
FR102
4 Поиск в FivelВ блокнот
PHD Диод1 ИнфракрасныйПоиск в FivelВ блокнот
HL1-HL10 Светодиод10 SMD0805Поиск в FivelВ блокнот
Светодиод1 ИнфракрасныйПоиск в FivelВ блокнот
 
S1-S3 Кнопка тактоваяTS36-SMD-13 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 1
Я собрал 0 Участие в конкурсе 7
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.8 Проголосовало: 7 чел.

Комментарии (4) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Публикатор #
На форуме автоматически создана тема для обсуждения статьи.
Ответить
0
Alex #
Прикольно. Хотел бы повторить. Но описание не совсем понятное. Вращающаяся часть - это кулер от БП? Как мотать обмотки в одну сторону? Конец каждого слоя соединяется с началом следующего?
Можно фотку собранного устройства без крышки?
Ответить
0

[Автор]
BFG5000 #
Фото без крышки есть, 4 сверху. Там видно что это компьютерный вентилятор. Мотается катушка, например, сверху вниз, потом фиксируется последний виток слоя, направляем провод вверх (к 1 витку слоя), изолируем и мотаем опять сверху вниз. То что на фото у катушки передающей несколько отводов - это концы провода от каждого слоя. Их потом я последовательно соединил.
Ответить
0
hfss #
Реализовать можно было получше, но и так в принципе пойдет.
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Arduino UNO
Arduino UNO
Мультиметр DT9205A AVR-программатор USB ASP
вверх