电磁铁驱动的段码时钟找到解法了,先来一位试试

电磁铁段码时钟这个项目还是年初的时候在 Instructables 看到的,中间尝试过复刻,但是有两点实在有点麻烦就一直没弄:

  1. 原作者是自己绕电磁线圈,太费事了
  2. 原作者用了我不懂的达林顿管啥的来驱动电磁铁,太麻烦了

然后最近逛淘宝发现了有现成的线圈卖,买了测试一下,还真可以推动 5x2mm 的圆形永磁铁了,这下可以开始搞一搞了。

单个数字演示效果

这里因为是放在桌子上拍的,段码翻转声音会比较大,实际竖着放的时候会好一些。

PS. 拍视频的时候左上角那个段有一个电磁铁坏了,所以最后可以看到它没有翻转成黑色 😃。

电磁铁选择

在找 DeepSeek 学习了一大圈之后,终于对电磁铁明白一点点,需要足够多的匝数,才能会有大一点的磁性。

然后就找到了这个商品,应该是顺着别人做磁悬浮的配件找到的。

买回来之后把铁芯敲掉就可以了。

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之前还买过下面这两种,测试的时候完全推不动 5x2mm 的圆形永磁铁,因此从年初到现在都没有折腾过。

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驱动电路

原项目使用了达林顿管还有移位寄存器什么的组合起来控制,我觉得比较麻烦,板子也太多了。

在拿到电磁铁线圈之后,就想着既然是控制通断,是不是可以直接用 NMOS 就可以了。直接用零件搭了个测试电路,完全可以把圆形磁铁推开,那就开始画块板子吧。

直接最省事的做法了,MCU 的 GPIO 直接控制 NMOS Gate,电磁铁线圈接在 Drain 上,通过短暂开启 GPIO,就可以让电磁铁产生磁力推开特定的段码。

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这里使用 NMOS 而不是 PMOS 来控制电磁铁通断,是因为如果电磁铁需要更大推力,需要更高的电压,测试了在 10V 的时候效果比较好,因此如果需要 MCU 3.3V 的 GPIO 可以控制,用 NMOS 比较合适了。

主控芯片

本来想用成本低一点的 MCU 来控制,但是这个板子要求最少 14 个 GPIO,手头上刚好有闲置的 ESP32-S3 模块,就直接用 ESP32-S3 了。

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完全就是朴实无华的 14 个 GPIO 连接到 14 个 NMOS。

PCB 设计

PCB 就是相当简单的一块板子了,不过大小超过了嘉立创的免费打样尺寸,换到捷配去打样了。

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小结

现在一位数字调通了,后面就是看看怎么 4 位数字联动以及通信,在 PCB 两侧预留了 5P 的 2.54mm 排针,可以传递电源以及 UART TX RX 信号,可以只需要一位数字开启 Wi-Fi 通信,其他的只控制电磁铁的通断。

不过 ESP32-S3 模块的成本还是有点高,后面可以考虑把次级数字的 MCU 换成其他低成本 MCU。

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