如何使用EL线制作时钟

第1步：电致发光线

该项目使用电致发光线（EL线）。这是可弯曲的，看起来像一个薄的霓虹灯管，这使其成为灵活装饰的理想选择。它在整个长度上提供360度的可见光。

El线由涂有磷光体的细铜线组成，两根细线缠绕在其上。磷光体用作隔离器/电容器并通过交流电开始发光。这发生在约200伏的电压下，频率为1000赫兹。但是，所需的电压没有足够的功率/能量是危险的。

El wire有不同的长度和不同的颜色。对于这个时钟，我使用橙色EL线。我在Gearbest订购了8件4米（每件约3，55美元）。这样可以提供超过100英尺（32米）的橙色EL线。其中大部分已用于此时钟。

EL导线有一些缺点：它没有LED那么多的光。并且颜色可能会因日晒而褪色。由于这个时钟在阴暗的环境中使用，我不会为此烦恼。

第2步：EL线名标志

使用EL线制作名称符号很简单。它不需要任何焊接或使用电子设备。

从粗略草图开始，在纸上或在大型切割垫上（第一张图像）。黑色胶带部分位于木质面板的背面。

将此设计复制到一块木头上。并在木材上钻2.5毫米的孔，以穿过EL线。切割EL线的盖帽，并用第一个字母开始（从背面）。

虽然EL线很容易粘合，但我使用了不同的技术。钻一个非常小的孔（0.8毫米），并使用细铜线或钓鱼线连接EL线（第三张图像）。

步骤3：Arduino受控EL线

在此步骤中我们将通过Arduino控制EL线。

EL导线的作用与灯泡或LED不同。磷光体的快速充电和放电发光。电线可以建模为电容器，每米电容约为5nF。 EL电线具有每米600 KOhm的高电阻。

逆变器使用2节AA电池将直流电转换为高压交流输出。逆变器将电容EL线与变压器（线轴）组合在一起以产生高压。变压器初级侧的每次电压变化都会在次级侧产生电压。对于正弦波，该电压的高度取决于变压器的匝数比。

但是这个逆变器首先施加电压然后将其关闭，产生方波输入波。现在绕组内的磁通量产生反激电压。并且该电压可以远大于施加的电压。如果没有连接EL线，输出电压可能非常高。甚至高达600伏。这可能会损坏变频器的内部电子元件：在打开变频器之前，务必将一些EL线连接到变频器。

变频器有一个开关。按下按钮时EL线会打开。通过永久按下开关，当插入电池（或连接电源）时，电线将立即发光。这样就可以用Arduino控制供电电压（3伏）。但这需要为每根EL线提供一个逆变器。

用Arduino切换（高压）AC需要一个三端双向可控硅开关。三端双向可控硅是电子元件，在触发时在任一方向上传导电流。它们的工作方式与晶体管几乎相同，但接着是交流电流。我正在使用BT131三端双向可控硅开关，可以处理高达600伏的电压。

三端双向可控硅开关由Arduino直接控制。该步骤中的电路在低压和高压部件之间没有额外的（光学）绝缘（不要使用该电路来切换交流电源电压）。

步骤4：闪烁名称标志

此步骤使用5根EL线和Arduino创建闪烁的名称标志。它使用三端双向可控硅来控制EL线。并且应始终打开一根EL线（逆变器需要最小负载）。因此首先给Arduino上电，然后再给逆变器供电。

电子电路放在面包板上，由Arduino控制。 Arduino由移动电源供电，EL导线由2节AA电池供电。

void setup（） {

pinMode（0， OUTPUT）;

pinMode（1， OUTPUT）;

pinMode（2， OUTPUT）;

pinMode（3， OUTPUT）;

pinMode（4， OUTPUT）;

}

void loop（） {

digitalWrite（0， 1）;

digitalWrite（4， 0）;

delay （500）;

digitalWrite（1， 1）;

digitalWrite（0， 0）;

delay （500）;

digitalWrite（2， 1）;

digitalWrite（1， 0）;

delay （500）;

digitalWrite（3， 1）;

digitalWrite（2， 0）;

delay （500）;

digitalWrite（4， 1）;

digitalWrite（3， 0）;

delay （500）;

}

此外，在这个Instructable中，我将描述如何制作这个铭牌，即使没有焊接也是如此。

第5步：第一次设计

使用EL线制作时钟的方法有很多种。而且我选择利用发射的连续360度可见光。我使用与Nixie管相同的技术：所有数字都是一个接一个地放在一起。

因为EL线的光线较少，而且不是半透明的，所以字母不能直接放在一起。因此，所有数字必须相对于彼此稍微移动。

对于第一个设计，我开始使用LEGO和旧计算机/UTP电缆。这让我们对这个时钟的（im）可能性有了一些了解。例如，必须最小化层数和交叉数。这导致图中的以下调整：

0 - 顶部和底部圆圈的大小不必相同。

1 - 略微向左放置。

2

3 - 其他数字下方的转折点。

4 - 略微向右放置，水平线从中心略微向下。

5

6 - 上部没有半圆形，用一条线。

7 -

8 - 上圆可小于下圆。

9 - 下半部分没有半圆，使用一条线。

时钟的完整显示只需要以下数字：

最左数：0 1 2

中左数：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9中右数：0 1 2 3 4 5

最右数：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

这允许在00:00到23:59之间的所有有效值。我选择制作四个相同的部分，单位可以显示所有10个数字。

第6步：Fusion 360设计

所有数字在构建原型之后，在Fusion 360中绘制。线之间的距离为4毫米，EL线的厚度为2.3毫米。

EL线不导电，因此线可能相互接触。我选择在顶层获得尽可能多的数字部分。其他行有一些中断，但数字的主要特征仍然可见。

并非所有数字都需要相同数量的EL线。然而，较短的EL线比较长的EL线发出更多的光。因此EL线的最终（使用）长度不同于所需的最小长度。

测量的所需最小长度为：

0 - 50 cm

1 - 30 cm

2 - 45 cm

3 - 45 cm

4 - 45 cm

5 - 50 cm

6 - 45 cm

7 - 40 cm

8 - 65 cm

9 - 45 cm

第7步：3D打印

图形设计约为5 x 10英寸（13 x 25厘米）。它分为两部分，因为它对我的打印机来说太大了。该型号几乎不需要填充，并且在0.2毫米的层高度上印刷。仍然每个部件打印大约需要5个小时（UP加2个打印机）。

打印后取下所有支撑材料，并确保EL线穿过孔。使用2.35 mm或2.4 mm钻头打开这些孔。最好用小型手钻完成。在握住钻头的同时缓慢旋转钻头。不要使用dremel打开这些洞。

第8步：EL线

此时钟需要40根约50至70厘米的EL线。所需的长度取决于数字，但长度不应有太大的差异。否则，数字1将比数字8更亮。

很容易缩短EL线。但重复使用其余部分有点棘手。首先，必须除去外层（橙色）涂层（约1英寸/3厘米）。接下来，取下透明保护套，不要破坏薄电晕线。加热保护套使这更容易。切勿将EL线放入火焰中，否则会烧坏荧光粉。

从铜芯上刮下一些荧光粉。请记住，这也是电晕线和铜芯之间的隔离器。

现在将一些铜带缠绕在保护套上。我用铜带在娃娃屋上制作电路（来自当地的一家爱好商店）。但是可以使用任何薄铜带。

将铜带缠绕在保护套周围两次。将电晕线放在铜带上，然后将电缆缠绕在这些电线上。将电晕丝折向EL线的末端，并将其切割成长度。将组件放入夹子中，并将电线焊接到电晕线和铜带上。用一些热缩管将这部分绝缘。

将另一根电线焊接到芯上。并用热缩管隔热。最后，测试焊接的EL线。

我制作了42根不同长度的电线：

30x--介于55和60 cm之间，8x - 介于60和70 cm之间，4x介于70和80 cm之间

有一篇关于焊接的文章很棒在Adafruit网站上的EL线。

切割EL线后，细线偶尔接触中线。这会造成短路。大多数情况下，再次切割会解决此问题。

步骤9：切换40线

Arduino的I/O端口数量有限。此时钟需要40个输出端口。这需要一个电路来增加I/O端口的数量

有不同的集成电路可以实现这一点。其中一个是74HC595N移位寄存器。该IC提供8个输出端口，仅有3个输入端口。 IC可以链接，因为它们由同步串行通信控制。

此时钟需要5个移位寄存器，用于40个输出端口。每个输出端口连接一个电阻和三端双向可控硅开关。 74HC595N的所有未使用端口均已连接（gnd或5V），以防止浮动输入端口。因此，不需要额外的上拉或下拉电阻。

我已经制作了一个Tinkercad电路来测试Arduino代码的第一个版本。此代码使用数组将时间转换为移位寄存器所需的位。程序的操作最好通过一个例子来解释。此示例使用时间19:30：

1 = most left number （display 4）

9

3

0 = most right number （display 1）

有4个数组，每个数字一个。第一步采用属于该数字的字节：

1 = {0x00， 0x00， 0x00， 0x80， 0x00}

9 = {0x00， 0x00， 0x00， 0x20， 0x00}

3 = {0x00， 0x20， 0x00， 0x00， 0x00}

0 = {0x01， 0x00， 0x00， 0x00， 0x00}

添加这些十六进制数（0x80 + 0x20 = 0xA0）给出5个字节：

0x01， 0x20， 0x00， 0xA0， 0x00

这些被发送到移位寄存器（从左到右）。这会将以下数据发送到移位寄存器。每个位都与一些显示相关：

byte = 0 0 A 0 0 0 2 0 0 1

bits = 0000 0000 1010 0000 0000 0000 0010 0000 0000 0001

number = 9876 5432 1098 7654 3210 9876 5432 1098 7654 3210

display = 4444 4444 4433 3333 3333 2222 2222 2211 1111 1111

最右边的位连接到最右边的显示屏的0。并且所有使能位都给出‘1930’的值。

步骤10：时钟背板

3D打印将部件放在一块中密度纤维板（75×35cm，29.5×13.7英寸）上。使用PDF文档钻40个孔（2.5 mm）。以100％打印此文件（A4，在Adobe Reader中使用“实际尺寸”），否则孔位于错误的位置。我用壁纸覆盖了背板。这与3D打印部件（银色）的颜色几乎相同。

所有电子元件和（多余的）EL线都隐藏在此板的后部。

步骤11：时钟汇编

将3D打印部件粘贴到背板上。使用一些小的EL线对齐孔。

将EL线拉过孔并开始形成数字。始终从最低的开口开始。例如，数字1属于所有其他数字。我从顶部到底部开始并没有使用任何胶水。

将每个图形的末端拉过相应的孔。并且不要切断剩余的EL线。

步骤12：EL线测试

在拧紧和紧固之前测试所有电线。现在可以轻松更换有故障的电线。如果你没有标记EL线：这是标记它们的时刻。这使得组装更容易。

我已将两个鳄鱼夹连接到EL线逆变器，以加快测试40线。

步骤13：连接器

《这不是我的第一个Instructable。我的大多数Instructable都以可能的改进结束。即使有了这个Instructable，并不是一切都按预期进行。

我订购了一些连接器来简化这个时钟的组装。这些电线通常用于连接Lipo电池。我想用它们将EL线连接到原型板。但订购的JST连接器没有2.5毫米的间距/间距。结果我不能使用这些连接器/电线。

幸运的是，我还买了一些其他的电源连接器。我在右外侧使用了一些剩余的10位数字连接器。其他导线直接焊接到原型板上。在这里，我拆分了（AC）电线。一根AC线从每根EL线转到原型板。另一根AC线直接连接到AC电源（逆变器）。这节省了大约40个焊点。

我的建议是使用（2.5 mm）JST连接器（或杜邦线）连接到（原型）电路板的所有连接。

步骤14：电子设备

此时钟的电子元件可分为多个部分：

Arduino

EL线路逆变器

EL线

电源

Arduino和移位寄存器由5伏电源供电。我修改了一根USB线为Arduino供电。可以将电源直接连接到+5和GND引脚。但USB连接不会绕过Arduino的电源调节器和保护。

EL线控制器是“Arduino受控EL线”和“Switch 40线”步骤的组合。所有40个LED均由BT131三端双向可控硅开关取代。这些三端双向可控硅开关具有以下规格：

非重复 - 国家电流：13.7 A

额定重复断态电压VDRM：600 V

关闭 - 漏电流@ VDRM IDRM：0.1 mA

状态电压：1.5 V

保持电流Ih最大值：10 mA

栅极触发电压 - Vgt：1.5 V

栅极触发电流 - Igt：7 mA

安装方式：通孔封装/外壳：TO-92-3

两个值需要计算电阻值：栅极触发电压和栅极触发电流。这些值与74伏特的74HC595输出电压相结合，为电阻器提供3.5伏（5 - 1.5）电压。 3.5伏除以7毫安，恢复500欧姆。

74HC595的推荐电流为每路输出6mA。这需要一个（3.5 V/6 mA）583欧姆电阻。由于此时钟仅同时使用（最大）两个输出端口，因此两个电流都被保存。

这些是电阻器的最小值。我在原型板上使用了1个KOhm电阻器。保持这些电阻的值在580和1000欧姆之间。

电阻器连接到三端双向可控硅开关的中间引脚（栅极）。其他两个三端双向可控硅开关引脚中的一个连接到公共地（GND），另一个引脚连接到EL线。

我制作了41根EL线。图中使用了40个。剩余的EL线用作逆变器的“最小负载”。这根电线放在视线之外。

用于此Instructable的EL线需要2节AA电池。逆变器的额定电压介于3.6和4.5伏之间。 Arduino需要5伏电压，并且由Ikea Koppla USB充电器或常规5伏电源供电。

虽然逆变器不是5伏制造的，但我将它直接连接到电源上。如果逆变器断开，我还剩下6个。然后是订购5伏USB逆变器的时候了。另一个优点是EL导线可以提供更多的光。

另一种选择是使用（低）电阻。这不是最有效的解决方案，但EL线使用的电流很小。

逆变器发出一声“嗡嗡”声（约1000 Hz）。这可以通过封装逆变器来减少。我都试过胶水和环氧树脂。这会将声音降低到可接受的水平。

请勿将逆变器直接放在木板上。因为这会放大声音。

所有部件都焊接到大型HD638原型板（8.5 x 20cm）上。图像显示元件侧！

将Al 40 EL线焊接到原型板上。可以直接在电路板上焊接电线，但使用连接器更方便。

图像显示原型板的元件侧，此侧不应看到铜线。交流电源（EL线逆变器）连接到公共地和红色AC标记附近的两条线。

最右边的数字（数字1）连接到最右边的移位寄存器。从数字0，2，4，6和8开始。最后一根导线（8）连接到与前4根导线不同的移位寄存器。然后焊接数字1，2，3，5和9.对其他数字重复此操作。

焊接EL线号41直接到板（红色AC和地）。这是逆变器的最小负载。

在连接Arduino之前，现在是时候进行最终测试了。首先删除所有移位寄存器。然后连接5伏和交流电源。

对于每个IC插座：将引脚14（Vcc）连接到引脚7（Qh）。这将触发连接的三端双向可控硅开关，数字“0”将亮起。对所有其他Q引脚（6，5，4，3，2，1和15）重复此操作。

这将测试所有40个三端双向可控硅和EL线连接。

步骤15：Arduino + 74HC595N +三端双向可控硅+40 EL线=失败！

在我开始之前，我已经测试了这个时钟的大部分个别部分。我认为这个设计应该可行：

EL线可以由Arduino控制。我用多根EL线进行了测试。

已经使用16个LED测试了两个移位寄存器。我在Tinkercad电路中模拟了40个LED。

我还通过几个步骤测试了组件：

焊接42根EL线（使用40 + 1）。

所有三端双向可控硅开关，没有移位寄存器。所有EL线都关闭了。当其中一个端口连接到5伏电源时，相应的EL线会亮起。

移位寄存器已经过Arduino和16个LED的测试。

但在连接Arduino之后我没有得到预期的结果：我无法控制所有电线。我可以打开它们，但有些没有关闭。

首先，我在5伏和地之间放置一个电容，以降低电压峰值。但这并没有解决问题。

因为我设法用Arduino控制EL线，我首先想到的是增加端口数，没有移位寄存器。例如使用Arduino Mega 2560。

但是经过一些测试后看起来我的简单原理图（只有一个三端双向可控硅开关）并不总是像它应该的那样工作。我已经设法用Arduino控制多个El线。但是没有保证这个电路适用于许多EL线。它有许多变量的“试验和错误”。甚至EL线的长度也是变量 。

第16步：中继

看起来三端双向可能会对这个时钟起作用（某种程度上）。唯一的问题是他们不像他们应该的那样100％工作。可能是它们仅设计用于切换正弦波AC电流。但不是EL线的方形/尖峰AC电流。

这些问题可能是由EL线的电容行为引起的。结果，电压和电流不同相：当电流为零时，三端双向可控硅开关上仍有电压。这可能是他们不关闭的原因。并解释了我怀疑EL线的长度是其中一个变量。

这就是我切换到“B计划”的原因：继电器。这些可以切换到230伏（AC）。

逆变器可以在没有任何负载的情况下产生更高的电压但连接EL线的实际电压约为200伏。并且逆变器不能提供足够的功率来在更高的电压下烧毁触点。

继电器的另一个优点是Arduino和EL线电路的分离。与之前的电路相反：该电路可以切换电源电压。

当我继续进行继电器时，我继续研究三端双向可控硅开关的版本。

步骤17：无焊料EL线

此步骤描述了如何在不焊接的情况下缩短EL线。这种无焊连接可能看起来不那么强大或永久。但是，绞合线和铜带牢固连接。它提供与焊接连接相同的结果。

这种EL线连接与继电器板（以及Arduino Mega板）相结合，不需要任何焊接。这不是最便宜的解决方案：Arduino巨型板和继电器比Uno板，移位寄存器和三端双向可控硅开关更昂贵。但不是那么贵。对于那些没有焊接经验的人来说，有更大的成功机会。

取下外涂层并清除保护套（加热帮助）。在保护套周围缠绕铜带2次，并将细电晕线放在铜带上。将铜带缠绕在细线上一次。在两根电晕线周围缠绕一根导线，并将剩余的铜带缠绕在这些绞合线周围。别忘了放一些收缩管。

从铜芯上刮掉一些荧光粉。扭转磁芯周围的第二根导线并使用一些铜带来改善/保护连接。用收缩管隔离所有部件。最后添加一些磁带并测试EL线。

步骤18：“Solderless”名称标志

此名称标志包含5条EL线。它需要一个Arduino和4个relais。我使用了8个继电器模块，但只使用了4个。

每个继电器/开关都有一个输入和两个输出：“开”和“关”。当继电器关闭时，交流电源（红线）将传递到下一个继电器。第四个继电器的EL线连接到每个输出。

当所有继电器都“关闭”时，电源被转移到EL线“e”（总是有一根EL线接通）。接通继电器，为相应的字母供电。但这阻止了其他EL线的供电。为了分别控制EL线，每根线必须有自己的继电器。

当端口值为LOW时，这些继电器接通，当端口为HIGH时，这些继电器断开。这与三端双向可控硅开关相反。

Arduino代码与名字符号示例几乎相同。唯一的区别是HIGH（1）表示开启，LOW（0）表示关闭。使用端口0，1，2和3作为输出端口。保留输出端口号4未使用。

我制作了一个带8个继电器的Tinkercad电路。所有灯泡都可以单独切换。

步骤19：带继电器的EL线时钟

切换到继电器还有另一个优点。这个时钟的电子部分更容易制作（如名称标志）。继电器通过面包板电线连接到Arduino。继电器有螺钉连接EL线。

Arduino模块有8个和16个继电器。这个时钟有40个EL线用于所有数字，需要至少29个继电器：左边两个数字（00-23）13个，右边数字16个（00-59）：

最左边的数字：0 1 2

中左数字：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

中右数：0 1 2 3 4 5

最右边的数字：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

每对数字需要2 x 8接力。左对和右对都可以显示数字00到59。

Arduino可用于为继电器供电。最多只能同时打开4个继电器。

我使用Arduino Mega作为此时钟的继电器版本。也可以将An Arduino Uno与移位寄存器配合使用。通过tinkercad电路中的继电器更换电阻器和LED：

Tinkercad示例继电器。

Tinkercad示例移位寄存器和继电器。

Tinkercad中的时钟设计（Arduino Uno，4个移位寄存器和32个继电器）。

每个继电器都会切换单根EL线。引脚0切换最右边0和引脚1切换最右边1.所有四个数字需要32个引脚。我已经跳过未使用的EL线的引脚：未使用引脚16-19。

步骤20：三端双向可控硅V2

我用Arduino/triac控制的EL线开始了这个Instructable。这种设计（不知何故）对于一些EL导线起作用，但是用40根导线失败了。我通过使用继电器解决了这个“问题”。

EL线有“随时可用”的定序器。它们中的大多数可以控制8根EL线，其中一些甚至包含一个微控制器。这个时钟需要4个这些序列发生器必须相互通信，这使得它们很难用于这个项目。

SparksFun EL音序器大约35美元。这对于EL线项目来说非常棒，但这个时钟太贵了。所以我没有给这个产品太多关注，直到我切换到继电器版本。 SparkFun音序器在“创意共享属性共享许可证”下发布。所有文档都可以在他们的网站上找到。包括带有三端双向可控硅的电子图！

我在Farnell订购了一些三端双向可控硅开关驱动器和三端双向可控硅开关。并用我的第一个EL线项目在面包板上测试了SparkFun电路。并且SparksFun计划工作正常。

工作计划意味着可以使用三端双向可控硅开关控制此时钟。我没有为整个时钟订购足够的三端双向可控硅驱动器。但我已设法用三端双向可控硅开关控制两位数（13 EL线，00-24）。此时我的时钟正在使用三端双向可控硅开关和继电器。

步骤21：EL线时钟

在3D打印框架后，焊接近40根EL线，并连接所有线，这个时钟几乎完成。最后一步是添加一个框架来隐藏所有（EL）电线和电子设备。我在这个框架上使用了银色（喷涂）涂漆木材。用非半透明材料覆盖整个时钟背面。这隐藏了第41条EL线的光线（最小逆变器负载）。

最终结果是一个大型EL线时钟，带有一些“霓虹灯”和“数码时钟”元素。

此时钟可由三端双向可控硅和/或继电器制成，带或不带移位寄存器。所需材料清单取决于以下选择：

EL线（7 x 4米或9 x 3米，3.50美元）

铜带（6美元）

热缩管（3美元）

电线

电子继电器版本：

Arduino Mega（funduino） ，$ 14）

5伏电源（8.50美元）

8 Relais模块（4x，$ 7）

面包板线（2 x 40线，4美元）

带有移位寄存器的三端双向可控硅开关电子设备：

Arduino Uno（funduino，7美元）

5伏电源（8.50美元）

原型板（HD638，$ 7）

IC插座（6和14引脚）

移位寄存器（5 x 74HC595N）

三端双向可控硅驱动器（40 x MOC3063-M）

三端双向可控硅（40 x Z0103MA）

电阻器（40 x 1K，80 x 330.2 x小套件或1x大型分类）

连接器（$ 2）

面包板电线

继电器版本稍贵一些。但它更容易制作。

建议添加RTC时钟。让你的Arduino与实际时间保持同步。我的下一步是用三端双向可控硅开关替换最后一个继电器。并用Wemos D1 Mini（ESP-8266）取代Arduino。这将此时钟连接到NTP服务器。

虽然并非一切都按预期立即进行，但我终于成功创建了这个时钟。不过，我已决定在此Instructable中包含“设计错误”。与此问题的两种不同解决方案一起使用。

因此，这个Instructable可能看起来不像普通的Instructable。但它提供了创建此时钟的所有信息。更重要的是：它包含了许多想要用EL线制作东西的人的大量信息。