Barometro dell'umore Nixie Clock: 7 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

Una vittima insignificante di Progress è il barometro domestico aneroide. In questi giorni, potresti ancora essere in grado di trovare esempi nelle case di persone con più di novant'anni, ma altri milioni sono nella discarica o su ebay.

In verità, il barometro della vecchia scuola non ha aiutato se stesso essendo praticamente inutile nel suo unico lavoro. Anche supponendo che sia stato calibrato correttamente e che funzioni correttamente, è quasi impossibile utilizzare la pressione atmosferica per prevedere il tempo, o addirittura indicare il tempo attuale.

Nel frattempo, per integrare l'introduzione di bollettini meteorologici di massa 24 ore su 24, 7 giorni su 7, sono diventati disponibili sensori di pressione, temperatura e umidità a stato solido super-accurati. Aggiungi un processore e un display LCD economico e avrai una "stazione meteorologica digitale domestica". Anche i nerd del meteo, o le persone che pensano che il tempo in tv o su internet sia un complotto del governo, non avevano più bisogno di un barometro.

Tutto ciò è un peccato, perché ho ricordi affettuosi del barometro che avevamo nella casa della mia infanzia. Mio padre gli dava un colpetto attentamente modulato ogni giorno e impostava l'indicatore di lettura corrente in un mini rituale che desideravo emulare quando ero più grande, anche dopo aver capito che era solo un blagger di livello mondiale.

Ecco come creare un barometro con display analogico aggiornato che non risolva nessuno dei difetti dell'originale, ma ha alcune funzionalità aggiuntive ancora più inutili di quelle con cui è iniziato. Se guardi il video, ti renderai l'idea.

Dati i modesti obiettivi di questo progetto, è piuttosto complesso o, più precisamente, replicare il progetto nella sua interezza è troppo per un Instructable. Per questo motivo, mi concentrerò sulla parte barometro/barometro dell'umore e per il resto ti indicherò solo la giusta direzione.

Passaggio 1: ingredienti e strumenti

Per il barometro/barometro dell'umore, avrai bisogno di:

• Un barometro aneroide. Non deve funzionare. Qualcosa che attiri la tua sensibilità estetica è più importante. Vorrei avere quello della casa della mia infanzia, ma penso che sia nella discarica. Ho ricevuto una sostituzione su ebay per $ 15.
• Un sensore di pressione.
• Un modulo ESP8266: ho usato un NodeMCU.
• Un motore passo-passo e una scheda driver adatti: il collegamento è a un lotto di cinque lavori, ma per il prezzo sono difficili da battere. Questo motore ha 4096 passi in una rotazione completa, fornendo un'ampia risoluzione per i nostri scopi.
• Un alimentatore da 5 V CC - almeno 1 A - per ESP8266 e il motore. Ho usato un'alimentazione combinata da 12VDC e 5VDC perché ne avevo già una e avevo bisogno di un'alimentazione a 12V per l'orologio Nixie (più una potenza di 5V per gli altri elementi del progetto).
• Almeno tre led (per indicare l'andamento della pressione).
• Un LDR/fotoresistenza.
• Materiali di consumo vari come cavi per ponticelli, resistori, guaine termorestringenti, ecc.
• Nella maggior parte dei casi, potresti utilizzare la custodia originale del barometro che stai utilizzando per alloggiare l'elettronica. Ho riproposto una cassa dell'orologio vagamente in stile Arts & Crafts per ospitare sia l'orologio che il barometro, quindi non ho avuto bisogno della custodia del barometro.

Per quanto riguarda gli strumenti, avrai bisogno di un saldatore, una pistola termica e alcuni piccoli attrezzi manuali. Se hai bisogno di apportare modifiche significative alla custodia, una selezione di elettroutensili ti tornerà utile.

Passaggio 2: prepara il tuo allegato, con attenzione

Quello che devi fare qui dipende in gran parte dal recinto che stai utilizzando. Se stai usando la custodia del barometro, dovrai solo capire come smontarlo e rimuovere il meccanismo aneroide. Il puntatore è probabilmente montato direttamente su questo meccanismo e occorre prestare attenzione per staccare il puntatore senza danneggiarlo.

Avevo ancora un po' di lavoro da fare, perché la cassa dell'orologio aveva ancora il vecchio meccanismo a orologeria (non funzionante).

Non so quasi nulla di orologi meccanici, ma le robuste molle a spirale mi hanno suggerito di procedere con cautela. Tuttavia, quando la cosa è esplosa ero, beh, impreparato. Un secondo stavo svitando una vite apparentemente insignificante, quello dopo c'era un forte scoppio e l'aria si riempiva di polvere e detriti. Pezzi di orologio erano dappertutto e il caso stesso è stato completamente distrutto. Proprio come immagino quando esplode una vera bomba, per un momento non sono riuscito a capire cosa fosse successo. Nel silenzio assordante che seguì, quasi mi aspettavo di sentire il lontano lamento delle sirene. Inoltre, la mia mano mi faceva davvero male.

Lezione uno: anche i meccanismi dell'orologio di dimensioni modeste possono immagazzinare una quantità sorprendentemente grande di energia.

Lezione due: in caso di dubbio, indossa occhiali di sicurezza! Sono stato fortunato, niente mi è volato negli occhi ma sicuramente avrebbe potuto. A volte il semplice utilizzo dei vecchi strabismo di sicurezza non è sufficiente (non sono nemmeno sicuro di averlo fatto). La mia mano stava bene, ero solo un bambino.

Dopo un sacco di incollaggio e serraggio, ho rimontato la custodia ed ero pronto per procedere al passaggio 3.

Passaggio 3: installazione dei componenti - Parte 1

Devi trovare un modo per installare il motore in modo che l'albero sporga attraverso il quadrante quel tanto che basta in modo che quando il puntatore è attaccato si sposti sul viso senza interferenze. Questo potrebbe essere un po' più difficile di quanto sembri a prima vista perché la maggior parte dei barometri avrà un altro puntatore all'interno del vetro che nei tempi antichi veniva utilizzato per registrare la lettura corrente. Come spiegato in seguito, non avremo bisogno di questo puntatore, ma conservarlo aiuta a preservare l'aspetto originale del dispositivo.

In ogni caso, l'esistenza del puntatore di lettura corrente significa che c'è un limite a quanto il puntatore "primario" può sedersi fuori dalla faccia del quadrante.

Nell'altra direzione, il puntatore deve sedersi abbastanza lontano dal quadrante per eliminare solo una rondella che incornicerà un LDR installato nel quadrante (vedi il passaggio successivo).

Quello che ho fatto è stato montare il quadrante e la sua cornice su un supporto in legno, quindi montare il motore sul supporto con opportuni distanziali. La prima immagine potrebbe aiutare a spiegarlo, ma potresti trovare un tuo arrangiamento.

Un vantaggio dell'utilizzo di una cassa dell'orologio o qualcosa di simile è che c'è spazio per installare l'alimentatore internamente. Per me, questo era importante perché l'orologio sarebbe stato posizionato su un caminetto collegato a una presa che avevo installato appositamente. Nascondere una "verruca del muro" ovviamente anacronistica o un mattone SPS in questa posizione sarebbe stato difficile, ma potrebbe non essere un problema per te.

I componenti non etichettati nella seconda immagine si riferiscono alle parti di clock e chimer del progetto (il terzo NodeMCU e il cablaggio associato si trovano sotto il PCB Nixie).

Il posizionamento di tutto il resto, principalmente il sensore BMP180, la scheda del driver del motore e il NodeMCU, non è critico. Detto questo, finché non ho instradato il cavo di interconnessione lontano dalla scheda driver, il motore a volte non funzionava correttamente. Non sono sicuro di cosa stesse succedendo lì, ma se il tuo motore suona in modo strano e / o non si muove agevolmente, potresti provare a spostare i fili.

Per evitare la necessità di registrare manualmente l'andamento della pressione (in salita, in discesa o stazionaria) ho inserito tre piccoli led sotto il quadrante. Quando tutti e tre sono accesi, il barometro è in modalità umore. Ho usato LED "bianco caldo" per cercare di mantenere la sensazione del periodo. Non modulati, erano troppo luminosi se visti frontalmente, ma con alcuni PWM pesanti ho ottenuto l'aspetto che stavo cercando. L'attuale puntatore di lettura è ancora disponibile per i tradizionalisti.

Passaggio 4: installazione dei componenti - Parte 2

Affrontiamo l'LDR nel quadrante. Primo, perché diamine ne abbiamo bisogno?

Bene, è la mia soluzione a una limitazione di un motore passo-passo economico - sebbene possa muoversi in passaggi precisi, non ha alcuna capacità intrinseca di sapere dove si trova se non facendo riferimento alla sua posizione di partenza. Mentre in teoria suppongo che tu possa codificare questo e tenere traccia di tutti i movimenti successivi, ho indovinato (senza basi reali) che gli errori si sarebbero rapidamente insinuati, specialmente dati i movimenti su larga scala richiesti in "modalità umore". Inoltre, verresti bloccato su un'interruzione di corrente (scrivere ogni movimento su EEPROM non è molto pratico).

Il mio primo pensiero è stato quello di introdurre un ciclo di calibrazione all'accensione e il passaggio dalla modalità umore a quella del barometro. Questo ciclo fa scattare un microinterruttore in un punto noto del quadrante. Ma l'implementazione meccanica dell'idea del cambio mi sembrava troppo impegnativa. Il puntatore stesso è troppo fragile per essere l'attuatore, quindi avrei bisogno di installare qualcos'altro sull'albero. Poi c'era il problema di preservare il movimento a 360 ° - uno dei motivi per cui avevo scelto un motore passo-passo piuttosto che un servo standard. Con l'applicazione di un po' più di ingegnosità di quella che potrei mettere in campo, sono sicuro che un microinterruttore potrebbe essere fatto funzionare - o forse è disponibile anche una soluzione di sensore di posizione standard - ma sono andato in un altro modo.

Notare nella foto del quadrante che c'è una rondella montata in posizione ore uno. Questa rondella inquadra un LDR collegato al singolo ingresso analogico disponibile sul NodeMCU. Quando il barometro viene acceso o cambia modalità, il NodeMCU entra in un ciclo di calibrazione e cerca semplicemente un improvviso cambiamento nel livello di luce causato dal retro del puntatore che si sposta sopra l'LDR. Ogni ulteriore movimento è indicizzato da quella posizione nota. Ho dovuto armeggiare un po' con i valori di soglia nel codice per farlo funzionare in modo affidabile, ma una volta fatto sono rimasto piacevolmente sorpreso da quanto fosse accurato, tornando costantemente alle impostazioni del barometro entro l'1% o il 2% dei valori previsti.

Ovviamente non funziona al buio completo, ma di solito non cambieresti modalità allora. Se per qualche motivo il ciclo di calibrazione non può essere completato entro un tempo prestabilito, si arrende e i led di trend lampeggiano.

Ad ogni modo, la bellezza dell'approccio LDR è che l'installazione è semplicissima: praticare un foro abbastanza grande per l'LDR nel quadrante in un punto in cui sarà coperto dall'estremità posteriore del puntatore. Per ottenere un bel "sigillo" tra il puntatore e l'LDR, incolla una piccola rondella attorno all'LDR e, se necessario, modifica la coda del puntatore (ho usato della carta nera opportunamente sagomata).

Passaggio 5: Il codice - Funzionalità di base

Come altri hanno scoperto, non sono riuscito a far funzionare la libreria di motori passo-passo Arduino standard con questo motore e driver. Fortunatamente, c'è un buon Instructable su questo con un codice che funziona. Ho usato il codice nel post originale per lo stepping di base anche se ci sono diversi suggerimenti di ottimizzazione nei commenti. Questo codice non richiede una libreria.

Per elaborare i dati di pressione, ho utilizzato un esempio dalla libreria Sparkfun BMP180. Tutto quello che dovevo fare allora era sposare questo con il controllo del motore.

Passaggio 6: il codice: calibrazione, controllo, GUI, Assistente Google e funzioni di utilità

La calibrazione primaria è codificata. Per sicurezza e per tenere conto del possibile trasferimento del barometro a un'altitudine diversa, la calibrazione e il controllo secondari sono ottenuti con un server web attivato dal NodeMCU e dalla comunicazione Websocket. Una buona risorsa per conoscere questo è qui.

Come dimostra il video, tuttavia, il vero fattore "wow" di questo progetto, così com'è, è il controllo tramite Google Assistant/Google Home. C'è un Instructable per il tostapane GA (alimentato da un Raspberry Pi3) qui. Non preoccuparti, non è necessario utilizzare un tostapane da $ 400 come recinto.

I comandi vengono passati dal GA tramite IFTTT e Adafruit IO al NodeMCU. Una buona risorsa su questo è qui. Esistono altri modi, più complicati, per interagire con il tuo Assistente Google, ma per questo progetto questo approccio molto semplice funziona perfettamente.

Infine, il codice include alcune funzioni di utilità estremamente utili (aggiornamento over-the-air, Multicast DNS, Wifi Manager) che ho iniziato a includere in tutti i miei progetti basati su ESP8266.

Tutto il codice per questo progetto (incluso l'orologio Nixie e il controllo chimer) è su Github qui. Ho lasciato le immagini che ho usato nei file HTML/CSS in modo che funzioni immediatamente (si spera) - dovrai solo aggiungere i dettagli del tuo account Adafruit IO.

Passaggio 7: l'orologio e il chimer di Nixie

Il Nixie Clock è controllato da un NodeMCU separato e utilizza un tubo Nixie e un modulo driver progettato come scudo Arduino disponibile qui. La versione nel link include un modulo GPS per ottenere il tempo. Il mio shield (una versione precedente) non ha il modulo GPS ma uso l'MCU Node per ottenere il tempo da internet, che per certi versi è meglio.

Lo schema di controllo e la GUI per l'orologio hanno più opzioni di configurazione, ma per il resto è molto simile al barometro. C'è una piccola sovrapposizione qui in quanto i LED Nixie rispondono agli input dell'umore del barometro (tramite lo stesso feed Adafruit IO).

Dal relitto del meccanismo originale ho recuperato abbastanza pezzi per costruire un meccanismo chimer guidato da un terzo NodeMCU (ehi, costano solo $ 6 ciascuno) e un altro motore passo-passo. Tutto quello che ho aggiunto è stata una "interfaccia" tra il meccanismo originale e il motore. "Interfaccia" è tra virgolette perché comprende solo un connettore a proiettile con due chiodi piantati ad angolo retto e spinti sull'albero del motore. Ogni quarto di rotazione di questo aggeggio provoca un colpo del chimer. Ancora una volta, lo schema di controllo del chimer è simile al barometro e tutti e tre i server web sono collegati tra loro per far sembrare l'intero lotto più fluido di quanto non sia in realtà.

L'orologio e il chimer NodeMCU funzionano in modo completamente indipendente l'uno dall'altro, ma grazie alle meraviglie del cronometraggio di Internet sono sempre perfettamente sincronizzati.