Nixie Clock Mood Barometer: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:35

Một thương vong không đáng kể của Tiến bộ là khí áp kế nhà không bình thường. Ngày nay, bạn có thể vẫn có thể tìm thấy các ví dụ trong nhà của những người trên chín mươi tuổi, nhưng hàng triệu người khác đang ở trong bãi rác, hoặc trên ebay.

Trên thực tế, phong vũ biểu kiểu cũ không giúp ích gì cho chính nó bằng cách trở nên vô dụng trong một công việc của nó. Ngay cả khi giả sử nó đã được hiệu chỉnh chính xác và hoạt động bình thường, thì việc sử dụng áp suất khí quyển để dự đoán thời tiết, hoặc thậm chí cho biết thời tiết hiện tại là điều gần như không thể.

Trong khi đó, để bổ sung cho việc giới thiệu các bản tin thời tiết 24/7 trên các phương tiện thông tin đại chúng, các cảm biến áp suất, nhiệt độ và độ ẩm ở trạng thái rắn siêu chính xác đã có sẵn. Ném vào một bộ xử lý và một màn hình LCD giá rẻ và bạn đã có cho mình một "trạm thời tiết kỹ thuật số tại nhà". Ngay cả những người yêu thích thời tiết, hoặc những người nghĩ rằng thời tiết trên TV hoặc internet là một âm mưu của chính phủ, cũng không cần một phong vũ biểu nữa.

Tất cả những điều đó thật đáng tiếc, bởi vì tôi có những kỷ niệm ấm áp về phong vũ biểu mà chúng tôi đã có trong ngôi nhà thời thơ ấu của tôi. Bố tôi sẽ đưa nó vào một cái vòi được điều chỉnh cẩn thận mỗi ngày và đặt chỉ báo đọc hiện tại trong một nghi thức nhỏ mà tôi hằng ao ước thực hiện khi tôi lớn hơn, ngay cả khi tôi đã phát hiện ra thứ đó chỉ là một trò lừa bịp tầm cỡ thế giới.

Dưới đây là cách tạo một phong vũ biểu hiển thị tương tự cập nhật không giải quyết được những thiếu sót của bản gốc, nhưng có một số chức năng bổ sung thậm chí còn vô dụng hơn những gì ban đầu. Nếu bạn xem video, bạn sẽ có được ý tưởng.

Với các mục tiêu khiêm tốn của dự án này, nó khá phức tạp - hay chính xác hơn, để tái tạo toàn bộ dự án là quá nhiều đối với một Người có thể hướng dẫn. Vì lý do này, tôi sẽ tập trung vào phần phong vũ biểu / khí áp kế và phần còn lại, tôi sẽ chỉ bạn đi đúng hướng.

Bước 1: Thành phần & Công cụ

Đối với phong vũ biểu / khí áp kế, bạn sẽ cần:

• Một phong vũ biểu. Không cần phải làm việc. Thứ gì đó thu hút sự nhạy cảm thẩm mỹ của bạn là quan trọng hơn. Tôi ước mình có một cái từ ngôi nhà thời thơ ấu của mình nhưng tôi nghĩ nó đã nằm trong đống đổ nát. Tôi đã nhận được một sự thay thế trên ebay với giá 15 đô la.
• Một cảm biến áp suất.
• Mô-đun ESP8266 - Tôi đã sử dụng NodeMCU.
• Một động cơ bước và bảng điều khiển phù hợp - mối liên kết là rất nhiều năm công việc nhưng với giá cả thì chúng khó bị đánh bại. Động cơ này có 4096 bước trong một vòng quay hoàn chỉnh, mang lại độ phân giải phong phú cho các mục đích của chúng tôi.
• Nguồn cung cấp 5VDC - ít nhất 1A - cho ESP8266 và động cơ. Tôi đã sử dụng nguồn cung cấp 12VDC và 5VDC kết hợp vì tôi đã có một nguồn và cần nguồn cung cấp 12V cho đồng hồ Nixie (cộng thêm nguồn 5V cho các phần tử khác của dự án).
• Ít nhất ba đèn LED (để chỉ ra xu hướng áp suất).
• Một LDR / điện trở quang.
• Các vật tư tiêu hao khác như dây nhảy, điện trở, ống co nhiệt, v.v.
• Trong hầu hết các trường hợp, bạn có thể sử dụng vỏ ban đầu của phong vũ biểu mà bạn đang sử dụng để chứa các thiết bị điện tử. Tôi đã đặt lại một chiếc hộp đựng đồng hồ kiểu Thủ công & Nghệ thuật mơ hồ để chứa cả đồng hồ và phong vũ biểu nên không cần hộp đựng phong vũ biểu.

Tương tự như vậy, bạn sẽ cần một mỏ hàn, súng nhiệt và một số dụng cụ cầm tay nhỏ. Nếu bạn cần thực hiện những sửa đổi đáng kể đối với vỏ máy, một số công cụ điện sẽ có ích.

Bước 2: Chuẩn bị kỹ phần bao vây của bạn

Những gì bạn cần làm ở đây phần lớn phụ thuộc vào bao vây mà bạn đang sử dụng. Nếu bạn đang sử dụng hộp đựng riêng của phong vũ biểu, bạn sẽ chỉ cần tìm cách tách nó ra và loại bỏ cơ chế khí quyển. Con trỏ có thể được gắn trực tiếp trên cơ chế này và cần phải cẩn thận để tháo con trỏ ra mà không làm hỏng nó.

Tôi còn một chút việc phải làm, vì hộp đựng đồng hồ của tôi vẫn còn nguyên cơ chế đồng hồ cũ (không hoạt động) trong đó.

Tôi không biết gì về đồng hồ cơ học, nhưng những chiếc lò xo cuộn mạnh mẽ gợi ý rằng tôi nên tiến hành một cách thận trọng. Tuy nhiên, khi sự việc bùng nổ, tôi đã không chuẩn bị trước. Một giây tôi đang hoàn tác một cái vít có vẻ nhỏ nhặt, thì ngay sau đó là một tiếng nổ lớn và không khí đầy bụi và mảnh vỡ. Những vết kim đồng hồ ở khắp nơi và bản thân chiếc hộp hoàn toàn bị nổ tung. Giống như tôi tưởng tượng khi một quả bom thực sự nổ, trong một khoảnh khắc, tôi không thể hiểu chuyện gì đã xảy ra. Trong sự im lặng chói tai sau đó, tôi nửa mong đợi sẽ nghe thấy tiếng hú còi từ xa. Ngoài ra, tay tôi thực sự rất đau.

Bài học thứ nhất: Ngay cả những cơ chế đồng hồ có kích thước khiêm tốn cũng có thể tích trữ một lượng năng lượng lớn đáng kinh ngạc.

Bài học thứ hai: Khi nghi ngờ, hãy đeo kính bảo hộ! Tôi đã may mắn, không có gì bay vào mắt tôi nhưng nó chắc chắn có thể có. Đôi khi chỉ thu hút những cái nhìn an toàn cũ kỹ là không đủ (thậm chí không chắc tôi đã làm điều này). Tay tôi vẫn ổn, tôi chỉ là một đứa bé.

Sau nhiều lần dán và kẹp, tôi đã nhận được vỏ máy lại với nhau và sẵn sàng chuyển sang Bước 3.

Bước 3: Cài đặt các thành phần - Phần 1

Bạn cần tìm cách lắp động cơ sao cho trục nhô ra qua mặt số vừa đủ để khi gắn con trỏ vào nó sẽ quét ngang mặt đồng hồ mà không bị nhiễu. Điều này có thể khó hơn một chút so với lần đầu xuất hiện bởi vì hầu hết các phong vũ biểu sẽ có một con trỏ khác ở bên trong kính mà trong thời xa xưa đã được sử dụng để ghi lại số đọc hiện tại. Như đã giải thích ở phần sau, chúng tôi sẽ không cần con trỏ này nhưng việc giữ nó sẽ giúp bảo toàn giao diện ban đầu của thiết bị.

Trong mọi trường hợp, sự tồn tại của con trỏ đọc hiện tại có nghĩa là có một giới hạn về khoảng cách mà con trỏ "chính" có thể nằm ngoài mặt của mặt số.

Theo hướng khác, con trỏ cần phải ngồi đủ xa khỏi mặt số để chỉ làm sạch một máy giặt sẽ đóng khung một LDR được cài đặt vào mặt số (xem bước tiếp theo).

Những gì tôi đã làm là gắn mặt số và khung của nó lên một tấm ốp lưng bằng gỗ, sau đó gắn động cơ lên tấm ốp lưng bằng những miếng đệm thích hợp. Hình ảnh đầu tiên có thể giúp giải thích điều này nhưng bạn có thể đưa ra cách sắp xếp của riêng mình.

Một lợi thế của việc sử dụng hộp đựng đồng hồ hoặc thứ gì đó có kích thước tương tự là có chỗ để lắp đặt nguồn điện bên trong. Đối với tôi, điều này rất quan trọng vì đồng hồ sẽ nằm trên một bệ cắm vào ổ cắm mà tôi đã lắp đặt đặc biệt. Việc giấu một "mụn cóc trên tường" hoặc viên gạch SPS rõ ràng là lạc hậu ở vị trí này sẽ rất khó - nhưng đó có thể không phải là vấn đề đối với bạn.

Các thành phần không được gắn nhãn trong hình thứ hai liên quan đến phần đồng hồ và chimer của dự án (NodeMCU thứ ba và hệ thống dây liên quan nằm trong Nixie PCB).

Vị trí của mọi thứ khác - chủ yếu là cảm biến BMP180, bảng điều khiển động cơ và NodeMCU - không quan trọng. Điều đó nói rằng, cho đến khi tôi định tuyến dây kết nối ra khỏi bảng điều khiển, động cơ đôi khi không hoạt động bình thường. Không chắc chuyện gì đang xảy ra ở đó nhưng nếu động cơ của bạn nghe có vẻ buồn cười và / hoặc không chuyển động trơn tru, bạn có thể muốn thử di chuyển các dây xung quanh.

Để tránh phải ghi lại xu hướng áp suất (tăng, giảm hoặc ổn định) theo cách thủ công, tôi đã bao gồm ba đèn LED nhỏ bên dưới mặt đồng hồ. Khi cả ba đều sáng, khí áp kế đang ở chế độ tâm trạng. Tôi đã sử dụng đèn LED "trắng ấm" để thử và duy trì cảm giác chu kỳ. Không được điều chế, chúng quá sáng khi nhìn trực diện nhưng với một số PWM hạng nặng, tôi có được vẻ ngoài như mong đợi. Con trỏ đọc hiện tại vẫn có sẵn cho những người theo chủ nghĩa truyền thống.

Bước 4: Cài đặt các thành phần - Phần 2

Hãy đối phó với LDR trong quay số. Đầu tiên, tại sao chúng ta cần cái này?

Chà, đó là giải pháp của tôi cho một hạn chế của động cơ bước giá rẻ - mặc dù nó có thể di chuyển theo những bước chính xác, nó không có khả năng cố hữu để biết nó đang ở đâu ngoài việc tham khảo vị trí xuất phát của nó. Về lý thuyết, tôi cho rằng bạn có thể viết mã này và theo dõi tất cả các chuyển động tiếp theo mà tôi đoán (không có cơ sở thực tế) rằng lỗi sẽ nhanh chóng phát sinh, đặc biệt là với các chuyển động quy mô lớn được yêu cầu trong "chế độ tâm trạng". Ngoài ra, bạn sẽ bị cắt điện (việc ghi từng chuyển động vào EEPROM không thực sự thực tế).

Suy nghĩ đầu tiên của tôi là giới thiệu một chu kỳ hiệu chuẩn khi bật nguồn và thay đổi giữa chế độ tâm trạng và phong vũ biểu. Chu kỳ này sẽ đi qua một microwitch tại một điểm đã biết trên mặt số. Nhưng việc thực hiện một cách máy móc ý tưởng chuyển đổi có vẻ quá thách thức đối với tôi. Bản thân con trỏ quá mỏng manh để trở thành bộ truyền động, vì vậy tôi cần phải lắp một cái gì đó khác trên trục. Sau đó là vấn đề duy trì chuyển động 360 ° - một lý do khiến tôi sử dụng động cơ bước hơn là một servo tiêu chuẩn. Với việc áp dụng một chút khéo léo hơn những gì tôi có thể mang lại, tôi chắc chắn rằng một công tắc nhỏ có thể được tạo ra để hoạt động - hoặc có lẽ cũng có một giải pháp cảm biến vị trí sẵn có - nhưng tôi đã đi theo một cách khác.

Lưu ý trong hình ảnh của mặt số có một vòng đệm được gắn ở vị trí một giờ. Máy giặt này đóng khung một LDR được kết nối với đầu vào tương tự duy nhất có sẵn trên NodeMCU. Khi phong vũ biểu được bật nguồn hoặc chuyển đổi chế độ, NodeMCU sẽ đi vào chu kỳ hiệu chuẩn và chỉ cần tìm kiếm sự thay đổi đột ngột về mức độ ánh sáng do phía sau con trỏ di chuyển qua LDR. Bất kỳ chuyển động nào nữa sẽ được lập chỉ mục từ vị trí đã biết đó. Tôi đã phải loay hoay một chút với các giá trị ngưỡng trong mã để làm cho điều này hoạt động một cách đáng tin cậy nhưng sau khi điều đó được thực hiện, tôi rất ngạc nhiên về độ chính xác của nó - liên tục quay lại cài đặt phong vũ biểu trong vòng 1% hoặc 2% giá trị mong đợi.

Rõ ràng là nó không hoạt động trong bóng tối hoàn toàn, nhưng khi đó bạn thường sẽ không chuyển đổi chế độ. Nếu vì lý do nào đó mà chu kỳ hiệu chuẩn không thể hoàn thành trong một thời gian đã định, nó sẽ ngừng hoạt động và nhấp nháy các đèn LED xu hướng.

Dù sao đi nữa, vẻ đẹp của cách tiếp cận LDR là việc lắp đặt cực kỳ đơn giản - hãy khoan một lỗ vừa đủ lớn cho LDR trên mặt số tại điểm mà nó sẽ được che bởi đầu sau của con trỏ. Để có một "con dấu" đẹp giữa con trỏ và LDR, hãy dán một vòng đệm nhỏ quanh LDR và nếu cần, hãy sửa đổi đuôi con trỏ (tôi đã sử dụng một số giấy đen có hình dạng phù hợp).

Bước 5: Mã - Chức năng cơ bản

Như những người khác đã tìm thấy, tôi không thể có được thư viện động cơ bước Arduino tiêu chuẩn để hoạt động với động cơ và trình điều khiển này. May mắn thay, có một Hướng dẫn tốt về điều này với mã hoạt động. Tôi đã sử dụng mã trong bài đăng ban đầu cho bước cơ bản mặc dù có một số đề xuất tối ưu hóa trong các nhận xét. Mã này không yêu cầu thư viện.

Để xử lý dữ liệu áp suất, tôi đã sử dụng một ví dụ từ thư viện Sparkfun BMP180. Tất cả những gì tôi phải làm sau đó là kết hôn với điều khiển động cơ.

Bước 6: Mã - Các chức năng hiệu chỉnh, điều khiển, GUI, Trợ lý Google và Tiện ích

Hiệu chuẩn sơ cấp được mã hóa cứng. Để đảm bảo an toàn và tính đến khả năng có thể di dời khí áp kế đến một độ cao khác, hiệu chuẩn và điều khiển thứ cấp đạt được với một máy chủ web được tạo ra bởi giao tiếp NodeMCU và Websocket. Một nguồn tốt để tìm hiểu về điều này là ở đây.

Tuy nhiên, như video chứng minh, yếu tố thực sự "wow" của dự án này, chẳng hạn như nó, là điều khiển thông qua Trợ lý Google / Google Home. Có một Hướng dẫn cho máy nướng bánh mì GA (được cung cấp bởi Raspberry Pi3) ở đây. Đừng lo lắng, bạn không cần phải sử dụng máy nướng bánh mì 400 đô la làm vỏ bọc.

Các lệnh được GA chuyển qua IFTTT và Adafruit IO tới NodeMCU. Một tài nguyên tốt về điều này là ở đây. Có nhiều cách khác, phức tạp hơn, để tương tác với Trợ lý Google của bạn nhưng đối với dự án này, cách tiếp cận rất đơn giản này hoạt động hoàn hảo.

Cuối cùng, mã bao gồm một số chức năng tiện ích cực kỳ hữu ích (cập nhật qua mạng, DNS đa phương tiện, Trình quản lý Wifi) mà tôi đã bắt đầu đưa vào tất cả các dự án dựa trên ESP8266 của mình.

Tất cả mã cho dự án này (bao gồm đồng hồ Nixie và điều khiển chimer) đều có trên Github tại đây. Tôi đã để lại những hình ảnh mà tôi đã sử dụng trong các tệp HTML / CSS để nó hoạt động hiệu quả (hy vọng) - bạn chỉ cần thêm chi tiết tài khoản Adafruit IO của riêng mình.

Bước 7: Đồng hồ Nixie và Chimer

Đồng hồ Nixie được điều khiển bởi một NodeMCU riêng biệt và sử dụng ống Nixie và mô-đun trình điều khiển được thiết kế như một lá chắn Arduino có sẵn tại đây. Phiên bản trong liên kết bao gồm một mô-đun GPS để lấy thời gian. Tấm chắn của tôi (phiên bản trước đó) không có mô-đun GPS nhưng tôi sử dụng Node MCU để lấy thời gian từ internet, theo một số cách thì tốt hơn.

Sơ đồ điều khiển và GUI cho đồng hồ có nhiều tùy chọn cấu hình hơn nhưng mặt khác thì rất giống với phong vũ biểu. Có một chút trùng lặp ở đây ở chỗ các đèn LED Nixie phản ứng với đầu vào tâm trạng của khí áp kế (thông qua cùng một nguồn cấp IO Adafruit).

Từ đống đổ nát của cơ chế đồng hồ ban đầu, tôi đã thu thập đủ số bit để xây dựng một cơ chế làm lạnh được điều khiển bởi NodeMCU thứ ba (này, chúng chỉ có giá 6 đô la mỗi chiếc) và một động cơ bước khác. Tất cả những gì tôi thêm vào là một "giao diện" giữa cơ chế ban đầu và động cơ. "Giao diện" nằm trong dấu ngoặc kép vì nó chỉ bao gồm một đầu nối đạn với hai đinh đóng vào nó theo góc vuông và được gài vào trục động cơ. Mỗi phần tư vòng quay của bộ phận này sẽ tạo ra một tiếng kêu của máy làm lạnh. Một lần nữa, sơ đồ điều khiển chimer tương tự như phong vũ biểu và cả ba máy chủ web được liên kết với nhau để làm cho toàn bộ lô có vẻ liền mạch hơn so với thực tế.

Đồng hồ và NodeMCU làm lạnh hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau nhưng nhờ sự kỳ diệu của internet mà giờ hiện hành luôn đồng bộ hoàn hảo.