28 ноября 2016 в 14:39

Создание световых часов из песочницы

Привет, Geektimes! Как правило, когда говорят о световых часах, многие представляют себе устройства, которые посредством тени указывают текущее время. Так было в древности на солнечных часах, так происходит и в современном мире, в проектах вроде того, что был на geektimes — Shadowplay.

Мне бы хотелось рассказать о проекте световых часов, которые используют для индикации времени не тень, а подсвеченные участки базовой поверхности, являющейся циферблатом. Идея родилась в процессе воркшопа, который проходил на базе магистратуры цифрового производства НИТУ «МИСиС» под руководством прекрасного и неповторимого профессора Jennifer Astwood University of Wisconsin-Stout. Целью его было создание лампы на светодиодах. Однако помимо освещения мне захотелось реализовать возможность отображать время. Так родился прототип (думаю, что не последний) моего устройства.


Далее будет несколько фото и слов об этапах производства, концепции часов и общего впечатления от проделанной работы.

Первым этапом была разработка дизаина устройства. Мне очень нравится фактура различных сортов дерева – дуб, бук, берёза. Выбор материала для основного циферблата не был для меня мучительным. Благо в любом леруа продают хорошие заготовки из торцованного клеёного бука под видом ступеней для лестниц. А общая геометрия диктовалась необходимостью разделить поверхность на 12 элементов. Решено было разметить плоскость циферблата расположив секцию каждого часа под своим углом, образовав таким образом грани. Углы граней указывают на конкретный час. Треугольник между гранями – сегмент времени кратный 12. Для понятного отображения времени пришлось задействовать два цвета – белый показывает минуты (по сути сегмент времени кратный 5-ти минутам), зелёный – часы (из – за подсветки именно сегмента между гранями считаем что подсвечивается текущий час). Таким образом, на фото в заглавии топика время на часах где-то 14.50 – 14.55.

Стоит отметить, что благодаря фаблабу МИСиС есть возможность пользоваться большим количеством фрезерных и лазерных станков, а так же 3D принтерами.

Процесс создания поверхности:

PJYr1ZmnEBU.jpg

Этап черновой фрезеровки на портальном трёх осевом фрезерном станке.

1bNSiC9E8_M.jpg

По получившейся геометрии была разработана светодиодная плата таким образом, что бы свет от светодиодов попадал на биссектрису угла сектора времени. Были использованы светодиоды типоразмера 2835 по 2 штуки на каждый цвет и час. Плату гравировал так же на фрезерном станке. Для меня это был первый опыт разводки и производства плат, так что вышло не совсем качественно и аккуратно, но свою функцию в дальнейшем плата выполняет успешно. Вся плата расчитана на smd монтаж, однако в доступе у меня небыло паяльной пасты и всю плату я собирал паяльником. К концу монтажа уже приноровился ставить элементы довольно аккуратно, но общую картину это не сильно улучшило.

2iyjIkep-7g.jpg

Оставалось закрепить плату над поверхностью и ограничить поток света от светодиодов для освещения только конкретного временного сегмента на циферблате. Геометрия коробки держателя платы повторяла поверхность циферблата в конкретном участке. Коробку, дефлектор света и опорную ось печатал на принтере и в последствии склеил циакрином и термоклеем, пропустив шлейфы от платы через полость трубки.

P6UQKVPGHiU.jpg

Процесс зажигания светодиодов реализован на плате Ардуино Мега, при этом минутные светодионы имеют мягкое зажигание за счет PWM сигнала, а часовые включаются мгновенно.

Af0J99zUzTg.jpg

int ledW[] = {3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 2};
int ledG[] = {22, 24, 26, 28, 30, 32, 34, 36, 38, 40, 42, 44};

 
void setup()
{

  for (int i=0; i <= 11; i++){
  pinMode(ledW[i], OUTPUT);
  pinMode(ledG[i], OUTPUT);
}

}
 
void loop()
{
  for (int j=0; j <= 11; j++){
    digitalWrite(ledG[j], HIGH);
  
      for (int i=0; i <= 11; i++){
      analogWrite(ledW[i], 67);
      delay(100);
      analogWrite(ledW[i], 130);
      delay(100);
      analogWrite(ledW[i], 200);
      delay(4800);
      analogWrite(ledW[i], 0);
     }   
  digitalWrite(ledG[j], LOW);
  }
}

Результатом сборки и настройки являются часы представленные в заголовке темы. Демонстрация их работы представлена на видео. Режим работы именно демонстрационный — ускоренный, чтоб показать как бегает свет по полю циферблата. В реальной работе приходится ждать по 5 минут для смены участка подсветки.



К сожалению, толщина буковой доски была выбрана из имеющегося бюджета и не позволила сделать глубокий рельеф (на данном прототипе доска 20мм, рельеф глубиной 13 мм) и как следствие сегменты читаются не очень хорошо, что привело к необходимости раскрасить их, отделив цветом. Так же, дальнейшей модернизации требует и подход к направлению светового потока, по факту мы имеем очень маленький участок подсвета сектора, к тому же не очень хорошо соблюдена геометрия тени с геометрией циферблата. Нужно разворачивать светодиоды от горизонтальной плоскости и лучше прорабатывать дефлектор – будет чем заняться долгими зимними вечерами.
Булатов Кирилл @mrChester
карма
4,0
рейтинг 0,0
Пользователь
Самое читаемое

Комментарии (17)

  • +1
    А если вместо светодиодов поставить вот такие лазерные модули?
    https://ru.aliexpress.com/item/Free-shipping-10P-5V-650nm-5mW-Laser-Red-Dot-Module-red-laser-sight-red-laser-diode/32354307065.html
    Их можно немного расфокусировать, тогда они будут давать расходящийся луч.
    Можно даже 12 штук по кругу поставить, цена копеечная.
    • 0
      Цена и ассортимент только на красные лазеры интересны. Однако я не очень люблю сам красный цвет + иного не найти.
  • +2
    До того, как начал читать описание, подумал, что конструкция таки зависит от солнца. Но не в классическом для солнечных часов виде (стрелка и тень от нее), а так: циферблат и хитрая панель с дырками, через которые проходят солнечные лучи. И в каждый момент времени луч через нужную дырку освещает нужный сектор циферблата.
    Получится не так эффектно, зато без светодиодов. :)
    • 0
      Тогда это уже адаптивная механика. Да и в помещение не повесишь, хотя мысль сбора окружающего освещения и концентрации на определённом секторе очень интересна.
  • 0
    Некоторое время назад обдумывал идею «стрелочных» (т.е. не цифровых) часов с синхронизацией времени. Т.к. готовых изделий подобного плана не нашёл (кроме чисто офисных монстров советского образца), задумался, как это в принципе можно сделать. И вот как раз нечто подобное в голову пришло. Только я подумывал сделать «световоды» из чего-нибудь типа лески, покрашенной люминофором (как в китайских «светящихся деревьях» из Фикспрайса :) ), а светодиоды разместить в два слоя (часы и минуты), чтобы в каждый момент времени пара диодов (минутный и часовой) высвечивали каждый на своём слое «дорожку-световод» (разного цвета). В результате пользователь будет видеть две светящиеся стрелки.
    Если кто-нибудь окажется менее ленив, чем я, — дарю идею :)
    • 0
      Некоторое время назад обдумывал идею «стрелочных» (т.е. не цифровых) часов с синхронизацией времени.

      С большим опозданием отвечу, что задача решается просто стрелками и шаговым двигателем. Например, наручные часы Casio с радиосинхронизацией так работают; правда, про настенные ничего не слышал.
  • 0
    неплохо.
    можно было сделать 2 или 3 круга светодиодов и по очереди зажигать нужный. так более читаемо издалека.
    вот например вариант, но за ардуино и 24 светодиода 130 баксов — это немного перебор.
    картинка
    image

  • 0
    Возможно, если использовать обычные 5мм светодиоды (как в фонарике за 100р), получиться более четкая подсветка областей, т.к. у них угол свечения как правило 15-20° вместо 120 смдшного.
    Хватило бы яркости.
  • 0
    Много проводов от светодиодов. Можно было бы упростить схему используя динамическую индикацию. Это также позволит использовать более дешёвую ардуину нано.
    • 0
      Спасибо за информацию, возможно реализую чуть позже, в процессе воркшопа абсолютно не было времени разбираться с динамической индексацией.
      • 0
        Для динамической индикации в программе можно использовать два таймера. Микросекундный для ШИМа и миллисекундный для динамической индикации.
        Также, если будете ставить мощные светодиоды напрямую, то микроконтроллер не потянет их как нагрузку. Ардуина поддерживает 40mA на порт. Можно попробовать ключи ULN2003 для решения этой проблемы.
        Удачи.
  • 0
    У меня сейчас идёт процесс создания чего-то аналогичного, но на таком колечке
    image
    • 0
      Hand made колечко или продают где-то такую?
      • 0
        Угу, китайцы продают, сборка из ws2812 — от 8 до 60 штук в кольце.
        Удобно то, что они все сразу по одному проводу управляются
  • +1
    Один метр WS2812 делает конструкцию гораздо более функциональной и простой.
    Мега там явно избыточна.
  • 0
    У нас часы стационарные, недостатка в энергии нет. Фрезер ЧПУ тоже есть, обработать деревяшку с большой точностью можно. Предлагаю деревяшку с красивой фактурой (не клееную из ламелей скорее всего) просвечивать насквозь. Поищите видео Making of a Shade на ютубе.
    • 0
      Это уже изменение концепции. Тем не менее интересная идея. Но чем фрезеровать тонкое дерево лучше сделать окна и вставить готовый шпон. Спасибо!

Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.