儀表藝術(shù)品開源硬件

描述

我從 eBay 買了一個(gè)便宜的懷表計(jì)，認(rèn)為它會(huì)成為一件有趣的新奇物品。事實(shí)證明，我買的儀表不合適，但到那時(shí)我已經(jīng)承諾要生產(chǎn)一些可以掛在墻上并成為話題的東西。

顯示屏的中心是一個(gè)模擬電流表，它由一個(gè)充電電容器供電，該電容器通過(guò)儀表放電，從而使指針指針處于活動(dòng)狀態(tài)。

LED 顯示屏反映指針的移動(dòng)，提供引人注目的顯示。

整體由 Atmel 328 微處理器控制，直接在 Arduino Uno 上開發(fā)，可測(cè)量房間內(nèi)當(dāng)前的光照水平，并隨機(jī)觸發(fā)顯示，全部由三節(jié) AA 電池供電。

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圖片講述了一個(gè)簡(jiǎn)短的故事，原始儀表設(shè)計(jì)用于閥門無(wú)線電，需要超過(guò) 100mA 的電流，并且無(wú)法由 Arduino 運(yùn)行。我認(rèn)為它是用 Nano 安裝的，但用 Uno 開發(fā)會(huì)更容易。這些是早期的顯示布局想法。最后我把儀表拆了，打算換機(jī)構(gòu)，不是很成功。

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最終我拿起了一個(gè)帶有 100uA 機(jī)制的舊電壓表，非常完美。

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最初的構(gòu)建使用 Arduino 來(lái)連接一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中的位。六個(gè)數(shù)字引腳通過(guò) 330R 電阻驅(qū)動(dòng)彩色 LED。

一個(gè)數(shù)字引腳用于為 LDR 分壓器供電，在 ADC 引腳之一上測(cè)量電壓并用于估計(jì)當(dāng)前光照水平和一天中的時(shí)間。

一個(gè)數(shù)字引腳用于通過(guò)二極管和 220R 電阻為電容器充電。

儀表通過(guò)一個(gè) 10k 電阻跨接在電容器上。該值可能需要根據(jù)所用電流表的滿量程測(cè)量值進(jìn)行更改。

我還連接了一個(gè)重置??按鈕，安裝在展示柜的側(cè)面。

最后，從其中一個(gè) LED 的陽(yáng)極進(jìn)行進(jìn)一步連接，以提供電壓參考以檢查電池電壓水平。這個(gè)電路從來(lái)都不是很成功，下次電池沒(méi)電并且顯示器離墻時(shí)，我會(huì)把它改成一個(gè)簡(jiǎn)單的分壓器。

使用 Arduino Uno 從電池運(yùn)行顯示器是不切實(shí)際的，由于電路板的大部分時(shí)間一直處于活動(dòng)狀態(tài)，電流消耗會(huì)太高，我希望顯示器在墻上至少六個(gè)月不被觸碰時(shí)間。

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為了減少電流消耗，顯示電路是用 Arduino 和面包板開發(fā)的，電路轉(zhuǎn)移到矩陣板上，然后最終編程的處理器從 Arduino 中取出，并與 xtal 一起放入一小塊矩陣板上的插座中，并用帶狀電纜連接在一起。

最后，顯示器在一組電池上運(yùn)行了整整 12 個(gè)月。

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一個(gè)有用的技巧是用 ZIF 插座替換 Arduino Uno 中的 Atmel 處理器，這個(gè)很合適，然后重新插入處理器。一旦項(xiàng)目準(zhǔn)備就緒，處理器已經(jīng)被編程，只需要移除并放入最終板上的插槽即可。

可以想象，運(yùn)行基本顯示的代碼并不是很復(fù)雜，但關(guān)鍵領(lǐng)域是降低功耗。對(duì)此有兩種方法，一是僅在可能有人看到時(shí)才運(yùn)行顯示器，二是將電路的功耗降至最低。

該程序必須在編譯之前安裝 Narcoleptic 庫(kù)。

系統(tǒng)中的所有延遲都是使用 narcoleptic 庫(kù)實(shí)現(xiàn)的，用于處理器的全低功耗模式，功耗以幾納安為單位測(cè)量。

處理器一次休眠四秒鐘，并在喚醒時(shí)運(yùn)行一個(gè)隨機(jī)例程以確定系統(tǒng)是否會(huì)喚醒。如果沒(méi)有，系統(tǒng)將再休眠四秒鐘。

如果隨機(jī)程序?yàn)檎?，則激活 LDR 電路并進(jìn)行光照水平測(cè)量。之后 LDR 電路立即停用以節(jié)省電力。

該系統(tǒng)在四個(gè)估計(jì)的時(shí)間段內(nèi)工作。

• 晚上——天很黑，沒(méi)人會(huì)看——什么也不做，回去睡覺

• 清晨 - 在第一部分，不太可能有任何觀察者，但保持統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)就像白天一樣

• 白天 - 可能有觀察者，但只激活模擬儀表，而不是 LED

• 晚上 - 可能會(huì)有觀察者，所以激活完整顯示

該系統(tǒng)估計(jì)白天的長(zhǎng)度會(huì)隨著季節(jié)的變化而變化，因此晚上會(huì)延長(zhǎng)到本來(lái)應(yīng)該是夜晚的時(shí)間，因?yàn)榘滋斓拈L(zhǎng)度更短，但觀察者仍然可能在場(chǎng)。

如果一天中的時(shí)間合適，則使用數(shù)字輸出為電容器充電，然后關(guān)閉。僅使用模擬顯示時(shí)，系統(tǒng)會(huì)在所有輸出關(guān)閉的情況下重新進(jìn)入睡眠狀態(tài)，并且電容器通過(guò)儀表放電，儀表的指針已經(jīng)閃爍到滿量程，然后返回到零。

當(dāng) LED 顯示處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)測(cè)量電容器上的電壓，并根據(jù)測(cè)量的電壓顯示運(yùn)行燈顯示，直到系統(tǒng)休眠時(shí)電壓降至閾值以下。

第二次隨機(jī)選擇在顯示結(jié)束時(shí)進(jìn)行，以確定是否重復(fù)顯示，從而為觀察者提供更多的興趣。

當(dāng) LED 顯示處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)，白色 LED 被激活以照亮儀表表面。

Peter Knight 的嗜睡癥庫(kù)將處理器置于完全睡眠模式，其中輸出將保持在進(jìn)入睡眠時(shí)的狀態(tài)，但所有內(nèi)部時(shí)鐘都停止，除了限制為四秒的睡眠定時(shí)器。這可以在 Arduino 中進(jìn)行測(cè)試，但由于 Arduino 電源 LED 和 USB 電路無(wú)法實(shí)現(xiàn)相同的節(jié)能效果。

該系統(tǒng)仍然包含用于解釋電池容量下降的代碼，但這并沒(méi)有被證明是有用的。下次它離開墻壁時(shí)，我將更改程序以通過(guò) LED 或電流表提供某種電池狀態(tài)。

最終版本有一個(gè)安裝在展示柜側(cè)面的重置按鈕。這樣做的主要原因是允許向訪客演示，這樣系統(tǒng)將在重置后運(yùn)行其基本例程 10 次，然后再返回正常的隨機(jī)例程。

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