Eine schönere Voltmeter-Uhr

 (lcamtuf.substack.com)
1 Punkte von GN⁺ 10 시간 전 | 1 Kommentare | Auf WhatsApp teilen
  • Die neue Voltmeter-Uhr zeigt Stunden, Minuten und Sekunden mit drei analogen Panel-Voltmetern an und ist einfacher sowie ansprechender dokumentiert als frühere Internet-Entwürfe
  • Ein Baomain-65C5-5V-Panelmeter wurde zerlegt, die Frontabmessungen wurden vermessen und auf Klebepapier eine alternative Skala gedruckt, um die Anzeige in eine Uhr umzuwandeln
  • Der Stundenzeiger ist in 13 Segmente von 0 bis 12 unterteilt, Minuten- und Sekundenzeiger in 61 Segmente von 00 bis 60, sodass sich die Zeiger kontinuierlich zwischen den Zahlen bewegen
  • Das Gehäuse wurde aus Ahorn mit einer CNC-Fräse gefertigt, und die gerundeten Seitenwände wurden durch innere Kerben, Anfeuchten und Einspannen gebogen, um eine nahtlose Form zu erzeugen
  • Die Schaltung ist mit AVR128DB28, einem Quarz, zwei Tastern und drei digitalen Pins einfach aufgebaut und treibt die Messwerke ohne DAC über den Duty Cycle eines 1-Bit-Pulsstroms an

Entwurf und Bau

  • Die erste Voltmeter-Uhr von 2019 zeigte die Zeit mit analogen Panel-Voltmetern statt mit einem traditionellen Zifferblatt an; die neue Version wurde mit dem Ziel gebaut, einfacher und ästhetisch besser zu sein als frühere Internet-Entwürfe
  • Der neue Entwurf begann mit einem groben Mock-up in Rhino3D und verwendet drei universelle 90°-Panel-Voltmeter von Amazon
  • Das Baomain 65C5 5V Panel Meter ist ein etwa 9-Dollar-Bauteil; nach dem Zerlegen wurden die Frontabmessungen gemessen und eine alternative Skala auf Klebepapier gedruckt, um es anzupassen
  • Eine druckbare PDF-Vorlage ist unter meter_clock2.pdf verfügbar
  • Das Stunden-Messwerk besteht aus 13 Segmenten von 0 bis 12, die Minuten- und Sekunden-Messwerke aus 61 Segmenten von 00 bis 60
    • Diese Entscheidung sorgt dafür, dass sich jeder Zeiger kontinuierlich statt sprunghaft bewegt
    • Um 11:30 sollte der Stundenzeiger zum Beispiel nicht auf 11 stehen bleiben, sondern sich in Richtung des 12. Segments bewegen
  • Um den Kunststoffflansch der günstigen Baomain-65C5-Meter zu verdecken und die Front weniger monoton wirken zu lassen, wurde ein vertieftes dekoratives Muster verwendet
  • Statt das Gehäuse wie bei der ersten Version von Hand zu bauen, wurden Vorder- und Rückseite mit einer CNC-Fräse gefertigt
    • Das Material ist Ahornholz, das in der Werkstatt erneut zugeschnitten, rechtwinklig ausgerichtet und gehobelt wurde
  • Die gerundeten Seitenwände wurden aus flachen Holzstücken gebogen, die an eine Formschablone angepasst wurden, um eine nahtlose Außenform zu erhalten
    • Um ohne Dampfbiegevorrichtung auszukommen, wurden auf der Innenseite der Seitenwände mehrere innere Kerben eingeschnitten, damit sich das Holz leichter biegen lässt
    • Das Holz wurde angefeuchtet, mit Klemmen fixiert und getrocknet; einige Tage später wurden die gebogenen Seitenwände an Vorder- und Rückseite geklebt
    • Für eine präzise Passform wurde eine äußere Schablone aus Rest-Sperrholz verwendet, damit Klemmen und Spanngurte nicht erneut umständlich gehandhabt werden mussten
  • Der montierte Korpus wurde geschliffen und mit Nitrocelluloselack lackiert, womit der erste Montagezustand abgeschlossen war

Schaltung und Funktionsweise

  • Die Schaltung ist ein einfacher Aufbau, der etwa eine Stunde dauerte, verwendet einen AVR128DB28-MCU und wird über ein Steckernetzteil versorgt
  • Der MCU ist mit einem 8-MHz-Quarz ECS-80-18-4X-CKM verbunden; auch ein 32,768-kHz-Quarz kann verwendet werden
  • Die drei Panel-Meter sind mit den digitalen Ausgangspins PC0, PC1, PC2 verbunden
  • Zwei kleine Taster auf der Rückseite sind mit den Eingangspins PD6, PD7 verbunden und dienen zum Einstellen der Zeit
  • Für die Ansteuerung der Messwerke werden weder ein DAC noch zusätzliche Bauteile benötigt
    • Verwendet wird ein 1-Bit-Digitalpulsstrom mit relativ hoher Frequenz
    • Die Trägheit der Messwerke und die Induktivität der internen Spule übernehmen den Rest; abhängig vom per Software gesteuerten Duty Cycle stabilisiert sich der Zeiger auf Zwischenpositionen
  • Der Code ist in meter_clock2.c zu sehen und ist kurz sowie gut kommentiert
  • Der Kern der Funktionsweise besteht darin, dass ein mit dem Quarz synchronisierter Timer-Interrupt einen 10-Hz-Zähler erhöht
    • Anschließend berechnet die Haupt-Ereignisschleife den passenden Duty Cycle und toggelt die Ausgangspins manuell
    • Der Chip besitzt zwar Hardware-PWM-Module, aber da die Anwendung so einfach ist, bringt selbst der Einsatz einer PWM-Schaltung keinen praktischen Vorteil
  • Ein Rollover-Video, das in der Nähe von 11:59:59 aufgenommen wurde, ist als Video 3 verfügbar

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1 Kommentare

 
GN⁺ 10 시간 전
Hacker-News-Kommentare

  • Ich habe irgendwann um 2014 eine Arduino-basierte Voltmeter-Uhr von jemandem gesehen, ich glaube, vermutlich diese hier: https://maniacallabs.com/2014/07/08/meter-clock-pt1/
    Ich fand sie ziemlich cool, aber für das, was sie war, auch etwas teuer.
    Also habe ich selbst eine mit einem PIC-Chip gebaut: https://www.n1kdo.com/meter-clock/index.html
    Meine ist weniger eine präzise Uhr als vielmehr ein interessantes Dekoobjekt auf dem Schreibtisch, das Gespräche anstößt.

  • Solche Projekte machen immer Spaß. Sie sind ästhetisch schön und bringen einen auf alle möglichen Ideen.

    • Es ist definitiv schön zu sehen, wie saubere Holzarbeit mit einem schlichten und eleganten Design zusammenkommt.
      Das ist auch eine Art, mehrere Bereiche des Gehirns gleichzeitig zu nutzen.

  • Lustigerweise habe ich auch gerade mit Panelmetern herumgespielt.
    Ich bin gerade dabei, meinen Analogrechner fertigzustellen, und habe einen ADC angeschlossen, um analoge Werte digital umzuwandeln und auf einem LCD anzuzeigen. Ich habe ein ESP32-Entwicklungsboard verwendet; das war flexibler als ein Panelmeter und günstiger als ein Oszilloskop.
    Aber ein „simuliertes“ Panelmeter anzuschauen, schien den Sinn des Analogrechners ein wenig zu verwässern, also habe ich eine kleine PCB gebaut, die meinen Analogrechner mit echten Panelmetern wie denen in dieser Uhr verbindet.
    Als ich auf dem Analogrechner eine Feder-Masse-Simulation laufen ließ und die Darstellung des Panelmeters auf LCD/ESP32 und das echte Panelmeter sich gleichzeitig bewegten, ergab plötzlich alles Sinn.

  • Viel zu cool! Die Elektronik könnte ich wahrscheinlich relativ leicht bauen, aber für so ein Projekt braucht man Holzbearbeitungswerkzeug, und in meinem kleinen Einzimmerapartment habe ich dafür keinen Platz.
    Meine Frau wäre wahrscheinlich auch nicht begeistert, wenn ich mir so ein Werkzeug kaufen würde, aber das ist wieder ein anderes Problem.

    • Wenn es in deiner Nähe einen Makerspace oder Hackerspace gibt, steht dort vielleicht ein CNC-Router. Abgesehen davon, dass die Frontplatte wohl beidseitig bearbeitet werden muss, ist das ziemlich einfach, und mit einem Shopbot oder einer ähnlichen Maschine sollte sich alles herstellen lassen.
      Im schlimmsten Fall musst du FreeCAD lernen und eine Spannzange ($10–$50) sowie Fräser (etwa $50–$75 für zwei Stück) kaufen. Mit etwas Glück sind nutzbare Software und Werkzeuge aber schon vorhanden.
      Das sage ich als jemand, der beruflich Möbel baut, in einem Makerspace gearbeitet hat und dort mit dem Shopbot Projekte ähnlicher Komplexität gemacht hat.
      Noch als Zusatz: Wenn man die Absatznut um die Anzeigen in der Frontplatte weglässt, lässt sich das als einseitige CNC-Arbeit herstellen und wird deutlich einfacher. Mit etwas Sorgfalt geht es auch mit einer Handoberfräse und einem Falzfräser.
    • Es lohnt sich auch, bei der örtlichen Bibliothek nachzusehen. Manche haben alle möglichen Werkzeuge, die man ausleihen oder vor Ort nutzen kann.

  • Princess Auto hat vor Kurzem solche Überschuss-Messinstrumente extrem günstig verkauft, also habe ich mir auch eins gebaut. Sie lagen bei etwas über einem Dollar pro Stück, also habe ich gleich viele gekauft.
    Meins ist nicht so hübsch wie dieses hier, aber als Art, die Zeit anzuzeigen, ist es wirklich toll, und die Leute finden es beim Ansehen leicht verblüffend.

  • Schön! Es bräuchte nur noch etwas Feinabstimmung, um Überschwingen und Springen zu vermeiden, wenn von hohen auf niedrige Werte gewechselt wird.

    • Nein, gerade dieses Springen ist cool.
    • Dazu müsste man nur vermeiden, bei 100 % Duty-Cycle sofort auf 0 % Duty-Cycle umzuschalten, und stattdessen den Duty-Cycle über einen erheblichen Teil einer Sekunde oder gleich über eine ganze Sekunde linear absenken.
      Wie jemand anderes schon sagte, kann das Überschwingen zwar cool aussehen, aber ich hätte Sorge, dass billige Panel-Voltmetern so viele solche Stöße nicht besonders gut verkraften.
    • Wie bitte? In der Digitaltechnik fügt man doch absichtlich extra Codezeilen hinzu, um genau diesen Effekt zu erzeugen?
      ;-)
    • Man muss diesem Trend, dass es mit mehr Code schlechter wird, nicht folgen.

  • Cool! Ich hatte trotzdem erwartet, dass in der Schaltung zumindest ein oder zwei Operationsverstärker stecken ;)

  • Zufällige Idee:
    Spannung für die Stunden, Strom für die Minuten,
    und die daraus resultierende Leistung treibt dann eine regenbogenfarbene Glühbirne an.

    • Ich glaube, ich habe die Idee nicht ganz verstanden. Der Strom durch das Amperemeter hängt von der Spannung und dem Widerstand der Glühlampe(?) ab. Um den Strom im Minutentakt zu ändern, bräuchte man wohl einen digitalen Widerstand oder ein Potentiometer. War das der Vorschlag?
      Ich habe gerade gelernt, dass man im Englischen viel eher ammeter als ‘amperemeter’ sagt, aber weil das nicht so intuitiv ist, gefällt mir ‘amperemeter’ besser.

  • Mir gefällt der Gedanke, solche analogen Geräte mit digitalem Output anzusteuern. Dass PWM verwendet wurde, ist clever.

  • Das Projekt selbst ist wirklich großartig! Das ist zwar nur mein ganz persönlicher Stolperstein, aber die Art, wie der Sekundenzeiger zurückgesetzt werden muss, würde mich endlos stören :/