Часы со словами: 11 шагов (с картинками)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Несколько лет назад я начал делать свои первые Word Clock, вдохновленный доступными замечательными инструкциями. Теперь, когда я сделал восемь Word Clocks, которые я пытаюсь улучшать каждый раз, я думаю, что пришло время поделиться своим опытом!

Преимущество моего опыта в том, что последняя версия моих Word Clock на самом деле довольно проста: если у вас есть все компоненты, вы сможете собрать их за один день.

Во-первых, внутренняя часть Word Clock

В моей текущей версии используется светодиодная лента RGB: это светодиодная лента, в которой каждая «лампочка» состоит из красного, зеленого и синего светодиода. Комбинируя три цвета, можно создать (почти) любой цвет. Светодиодная лента RGB управляется одним входом (для меня это все еще немного волшебства). Итак, подключив один провод, вы можете контролировать все светодиоды в полосе!

За каждой буквой на циферблате Word Clock (см. Далее этот шаг) скрывается один светодиод полосы светодиодов RGB. Итак, когда загорается один светодиод, должна загораться одна буква. Для этого я использовал лазерный резак, чтобы вырезать сетку из деревянной доски. В других Instructables эта сетка была сделана из полосок пенопласта, соединенных в сетку. Я тоже пробовал это, но у меня это не сработало. Однако в своей первой версии я сделал сетку из тонких деревянных полосок, которые я склеил. Это прекрасно работает, но на создание уходит много времени!

Мозг Word Clock - это Arduino Nano. Этот крошечный компьютер может управлять светодиодной лентой RGB. В Интернете можно найти бесконечно много программ, с которыми можно поиграть, довольно весело!

Чтобы избежать частой пайки (что требует времени и довольно сложное дело), я использую терминальный адаптер для Arduino Nano. Все, что делает терминальный адаптер, - это позволяет нам подключать наши провода к Arduino с помощью винтов.

Конечно, цель любых часов, помимо того, что они красивы, - отображать время. В моих Word Clock модуль часов реального времени (RTC) отслеживает время. Идея этого модуля заключается в том, что после того, как вы установите правильное время, он продолжает отсчитывать время (пока его батарея не разрядится). Я работаю с DS3231 RTC, который довольно дешев, и большая поддержка доступна в Интернете.

Теперь внутренняя часть Word Clock ясна, переходим к внешней стороне

По опыту знаю, что важно начинать свой проект с удобной базы. Вот почему я создаю почти все свои Word Clocks, используя RIBBA-фрейм IKEA. Преимущество этого заключается в том, что вы начинаете с рамы, у которой все углы составляют красиво 90 градусов, а внешняя отделка бесшовная. Конечно, вы можете создать свою собственную раму, если хотите, но я бы остановился на раме RIBBA.

Циферблат Word Clock определяется буквами, через которые свет указывает время. Я нашел два способа создать это лицо:

1. Печать на прозрачной фольге. Вы можете распечатать негатив букв на фольге. Черные чернила задерживают свет. Недостатком этого варианта является то, что чернила должны быть достаточно плотными, чтобы быть непрозрачными. Возможное решение - напечатать лицо дважды и сложить их друг на друга.
2. Лазерная резка бумаги. Если у вас есть возможность использовать лазерный резак, вы можете вырезать буквы из бумаги. Если бумага достаточно толстая, свет не будет проходить. Однако вы должны использовать «трафаретный» шрифт. У таких шрифтов нет тесных кругов. Так, например, «о» будет не просто дырой в бумаге, а на самом деле «о».

Что делают Word Clock?

Конечно, Word Clock должен показывать вам время. Кроме того, поскольку мы используем светодиодную ленту RGB, вы можете осветить любую букву (почти) любым цветом! Вы можете установить цвет отдельных светодиодов RGB, запрограммировав Arduino Nano. Если вы хотите иметь возможность изменять цвета светодиодов в реальном времени, вы можете добавить кнопку, которая сделает это за вас. Однако, поскольку я хочу пока упростить, это не включено в данное руководство.

Недавно я разработал Word Clock, который использует Bluetooth для установки цвета и времени. Если я найду время, я опубликую об этом новость!

Шаг 1: Сбор материалов и оборудования

Необходимые материалы:

- Светодиодная лента RGB, 5 В, 60 светодиодов на метр, с индивидуальной адресацией. Вам понадобится около 3 метров светодиодной ленты. Например, подойдет: светодиодная лента RGB. «Ip» обозначает степень водонепроницаемости. Поскольку ни один из компонентов, которые мы используем, не водонепроницаем, подойдет версия ip30. Цена: 4 евро за метр, то есть 12 евро.

- Arduino Nano: Arduino Nano. Обратите внимание, что это удобно, но это Arduino, контакты которого уже припаяны к Arduino. Цена: 3 евро.

- Терминальный адаптер для Arduino Nano. Использование терминального адаптера сэкономит много времени! Стоят они довольно дешево: Терминальный адаптер Цена: 1 евро.

- RTC DS3231: RTC DS3231. Вы можете использовать другой RTC, но он работает отлично! Цена: 1 евро.

- RIBBA-рамка: RIBBA-рамка (23x23см), черная или белая. Цена: 6 евро.

- Для лица либо понадобятся:

1. Прозрачная пленка, на которой можно печатать (спросите в местной типографии!)
2. Картон, пригодный для лазерной резки (спросите у своего лазерного резака!)

Цена: 5 евро.

- Провода-перемычки для подключения компонентов. Я точно не знаю, сколько нам нужно, но они дешевые и широко доступны: перемычки. Удобно иметь провода «папа-папа», «папа-мама» и «мама-мама», однако, подойдут и провода «папа-папа» (с небольшой дополнительной пайкой). Цена: 3 евро.

- Источник питания. Светодиодная лента RGB использует 5 В. Важно не превышать это напряжение, потому что светодиодные ленты RGB легко повредить. Каждый светодиод потребляет 20-60 мА. Поскольку мы используем 169 светодиодов, сила тока, необходимая для питания светодиодов, довольно велика. Поэтому я рекомендую использовать блок питания не менее 2000 мА, например: Блок питания. Цена: 5 евро.

- Один резистор на 400-500 Ом. Цена: ничтожная.

- Один конденсатор на 1000 мкФ. Цена: ничтожно мала.

- Один прототип платы, например: Protoboard. Цена: 1 евро.

- Деревянная доска (доска) для задней части часов. Цена: 2 евро.

- Деревянная полоса размером примерно 3x2 см для прикрепления задней части Word Clock к раме. Цена: 1 евро.

- Две гайки (для подключения к 5 проводам), можно приобрести в местном магазине DIY. Цена: 2 евро.

Общая стоимость: около 40 евро.

Необходимое оборудование:

- Карандаш - Паяльная станция - Инструмент для снятия изоляции - Отвертки - Ножницы - Двусторонний скотч (для фиксации компонентов) - Пила (чтобы распилить плату для задней части Word Clock) - Кусок ткани (для предотвращения царапин на RIBBA рама пока работаю над ней)

Шаг 2: Обзор

Теперь у нас есть все материалы, приятно иметь обзор общей идеи Word Clock.

Циферблат Word Clock состоит из букв (напечатанных на прозрачной фольге или вырезанных лазером из картона). За каждой буквой скрывается один светодиод светодиодной ленты RGB. Поскольку размер рамки RIBBA составляет 23x23 см, и мы используем светодиодную полосу RGB, состоящую из 60 светодиодов на метр (таким образом, 100 см / 60 светодиодов = 1,67 см на светодиод), мы можем разместить 23 см / 1,67 = 13,8 светодиодов в одном ряду. Поскольку светодиод 0,8 может быть немного неудобным, мы придерживаемся 13 светодиодов в каждом ряду. Поскольку рамка RIBBA квадратная, мы (позже) построим «led-матрицу» из светодиодов 13x13.

Проще говоря, Word Clock состоит из маленьких часов (RTC DS3231), которые после установки продолжают тикать. Эти маленькие часы сообщают время крошечному компьютеру (Arduino Nano). Крошечный компьютер знает, какие светодиоды должны включиться на определенное время. Итак, крошечный компьютер посылает сигнал через провод данных на светодиодную ленту RGB и включает светодиоды.

Звучит довольно просто, не правда ли ?!:)

Шаг 3: циферблат словесных часов

Мы будем использовать 13 светодиодов в одной строке и 13 строк, что в сумме даст матрицу светодиодов 13x13.

Резка светодиодной ленты RGB

Отрежьте 13 полос светодиодной ленты RGB длиной 13 светодиодов. Вы должны вырезать светодиодную ленту RGB посередине трех медных овалов.

Сборка 13 светодиодных лент RGB

Наклеиваем 13 светодиодных лент на деревянную доску, которая входит в рамку RIBBA. К доске приклеен крючок, который легко снимается с помощью отвертки. Используя сетку (из предыдущего шага), вы можете легко отметить положение каждого светодиода на плате. Большинство светодиодных лент RGB имеют липкую спинку, так что вы можете легко приклеить их к плате. Важно отметить направление светодиодной ленты RGB. Стрелки на полосе светодиода RGB указывают направление, в котором течет ток. Поскольку мы хотим соединить 13 светодиодных лент RGB, мы должны создать непрерывный путь для прохождения тока. Недавно IKEA отрезала один угол платы, чтобы упростить вытаскивание платы из рамы. Этим срезанным уголком удобно проводить провода от одной стороны платы к другой. Другими словами, убедитесь, что первый светодиод находится в срезанном углу.

Пайка 13 светодиодных лент RGB

Теперь на плату приклеены 13 светодиодных лент RGB, мы можем соединить их с помощью паяльника. Сначала нанесите немного припоя на каждую половину медных овалов. Во-вторых, отрежьте перемычку с одного конца. Снова нанесите немного припоя на зачищенный конец провода. Теперь, когда зачищенный конец провода коснулся медного овала и с помощью паяльника расплавил припой и соединил их. Подключите GND одной полосы светодиодов RGB к GND следующей полосы светодиодов RGB. Проделайте то же самое с проводами 5V и данными.

Отделка светодиодной матрицы

Припаяйте перемычку к каждому из трех медных овалов первого светодиода матрицы светодиодов RGB. Как уже говорилось, удобно расположить первый светодиод в срезанном углу платы, чтобы вы могли легко провести три провода к другой стороне платы.

Шаг 6: Электроника

Теперь мы закончили нашу светодиодную матрицу, мы можем приступить к подключению компонентов.

Мы приклеим компоненты (Arduino Nano в терминальном адаптере, RTC DS3231, гайки для проводов) к задней части платы, на которой мы сделали нашу светодиодную матрицу. Для фиксации компонентов можно использовать двусторонний скотч.

Светодиодная лента RGB

Сначала вставьте Arduino Nano в терминальный адаптер. Клеммный адаптер удобно разместить посередине платы, так как к клеммному адаптеру нужно подключить довольно много проводов. Подключите провод передачи данных светодиодной ленты RGB (средний провод) к одному из цифровых портов Arduino Nano (обычно я использую порт D6). Чтобы защитить светодиодную ленту RGB от скачков напряжения, вы можете поставить резистор 400-500 Ом между проводом данных и Arduino.

RTC DS3231

Во-вторых, прикрепите RTC DS3231 где-нибудь к плате. Для этого модуля требуется четыре соединения: одно заземление, одно 5 В, одно SCL и одно SDA. Мы не используем порт SQW и 32K. Вы можете использовать женский провод для подключения к контактам RTC DS3231. Подключите SCL к пятому аналогичному порту (A5) Arduino Nano. Подключите SDA к четвертому аналогичному порту (A4) Arduino Nano.

Шаг 7: Источник питания

Какой блок питания использовать?

Напряжение Вы можете запитать Arduino Nano, используя широкий диапазон напряжений. Порт Vin может обрабатывать 7-12 В, порт 5 В может обрабатывать 5 В (что удивительно), и вы можете запитать Arduino Nano с помощью мини-кабеля USB. Однако светодиодная лента RGB более разборчива в своих требованиях. Большинство производителей предписывают входное напряжение 5 В +/- 5% для своих светодиодных лент RGB (дополнительную информацию см. В разделе «Питание неопикселей»). Поэтому мы будем использовать блок питания на 5 В.

Светодиод Current One RGB на самом деле содержит три отдельных светодиода (красный, зеленый и синий), которые вместе образуют желаемый цвет. Один из трех светодиодов потребляет около 20 мА. Таким образом, светодиод RGB, который излучает белый цвет при одновременном включении красного, зеленого и синего светодиода, потребляет 3 * 20 мА = 60 мА. Если вы осветите все 169 светодиодов RGB одновременно белым цветом, вам понадобится 169 * 60 мА = 10140 мА = 10 А *. Наиболее распространенные источники питания - около 2000 мА. Другими словами, зажечь все светодиоды RGB сразу белым цветом - не очень яркая идея **.

Я рекомендую использовать блоки питания 5 В, 2000 мА, так как они распространены и довольно дешевы.

* Обратите внимание, что большие токи (более 5 мА) опасны! Поэтому будьте очень осторожны при включении Word Clock!

** Есть несколько уловок, позволяющих зажечь все светодиоды RGB одновременно, например, подключение источника питания к обоим концам светодиодной ленты RGB или использование светодиодов RGB с меньшей яркостью.

Подключение источника питания

Подключим блок питания к компонентам. Мы подключим конденсатор емкостью 1000 мкФ к положительному и отрицательному проводу источника питания. Вы можете использовать прототипную плату для защиты соединения (см. Рисунок). Поскольку у нас есть довольно много компонентов, которым требуется питание, мы подключаем каждый из двух проводов источника питания 5 В к одной гайке провода: мы будем называть их гайкой положительного провода (которая подключается к положительному проводу источника питания) и отрицательной. гайка провода (которая подключается к отрицательному проводу блока питания). Теперь подключите провода 5V светодиодной ленты RGB и RTC DS3231 к гайке положительного провода. Аналогичным образом подключите заземляющие провода (GND) светодиодной ленты RGB и RTC DS3231 к гайке отрицательного провода. Мы запитаем Arduino Nano через порт 5 В и один из портов заземления. Для этого подключите порт 5V Arduino к гайке положительного провода, а один из портов GND - к гайке отрицательного провода.

Обеспечение электропитания

Чтобы избежать разрыва всей вашей хорошо подключенной электроники, рекомендуется закрепить шнур источника питания внутри рамы RIBBA. Вы можете сделать это, просто завязав узел на шнуре питания, прежде чем он пройдет через заднюю часть Word Clock. Однако более элегантный способ - закрепить шнур, зажимая его внутри рамы RIBBA. Вы можете легко сделать это, используя небольшой кусок дерева и прикрутив его к внутренней части рамы RIBBA двумя винтами. Зажмите шнур питания между деревом и рамой RIBBA. В моей последней версии Word Clock я использовал небольшой шарнир (около 3 см), чтобы закрепить шнур питания. Преимущество этого в том, что вам не нужно вырезать небольшой кусок дерева.

Шаг 8: Собираем все вместе

Теперь мы напечатали или вырезали циферблат Word Clock, закончили светодиодную матрицу и подключили электронные компоненты, пора собрать все слои Word Clock вместе.

1. Поместите циферблат Word Clock в рамку RIBBA.
2. Положите (полу) непрозрачную бумагу (обычную бумагу для печати или кальку), чтобы красиво распределить свет вдоль буквы.
3. Поместите сетку в рамку RIBBA.
4. Плата, на одной стороне которой находится светодиодная матрица, а с другой - электронные компоненты, можно аккуратно поместить в рамку RIBBA.

Шаг 9: Создание задней части Word Clock

Заднюю часть часов можно просто сделать из деревянной доски. Самый лучший способ сделать это - распилить кусок доски того же размера (около 22,5x22,5 см), что и доска, которая входила в рамку RIBBA. Просверлите два отверстия в задней части Word Clock: одно для крепления к стене (если хотите) и одно для шнура питания, чтобы оставить Word Clock.

Отпилите две части деревянной планки длиной около 20 см. Эти две полоски выполняют две функции:

1. Удерживая деревянную плату с одной стороны светодиодной лентой RGB, а с другой стороны - электронными компонентами на месте
2. Создание поверхности, на которую можно прикрутить заднюю часть Word Clock.

Теперь прикрутите эти полоски к внутренней части рамы RIBBA и убедитесь, что вы плотно прижали их к плате, на которой находятся электрические компоненты. Затем вы можете положить деревянную доску, которую вы только что распилили, поверх деревянных планок и закрепить ее винтами..

Если вы хотите повесить Word Clock на стену, убедитесь, что задняя часть Word Clock надежно прикреплена.

Шаг 10: Программирование Arduino Nano

Если вы новичок в программировании Arduino, я бы порекомендовал сначала сделать несколько руководств (например, Blink), которые очень информативны (и забавны!).

Поскольку я всего лишь студент факультета машиностроения, программирование не является моей любимой частью проекта. К счастью, мой шурин имеет степень магистра компьютерных наук, поэтому программирование Arduino было для него несложным делом. Итак, все заслуги в программировании принадлежат ему (спасибо Laurens)!

Основная идея заключается в том, что вы указываете, какие светодиоды являются частью какого слова. Обратите внимание, что первый светодиод обозначен как светодиод номер 0. Итак, у нас есть светодиоды 0–168. Затем вы указываете Arduino, какие слова должны загореться в определенное время. Вы устанавливаете время на RTC DS3231, чтобы Arduino знала текущее время.

Цвета светодиодов светодиодной ленты RGB определяются значением 0-255 для красного, зеленого и синего. Таким образом, красный светодиод обозначается (красный, зеленый, синий) = (255, 0, 0), а фиолетовый светодиод обозначается (рег, зеленый, синий) = (255, 0, 255). Неиспользуемый светодиод имеет цвет (красный, зеленый, синий) = (0, 0, 0).

Вы можете сгруппировать слова по их назначению:

• Группа, которая всегда светится («Это», «есть», ваше имя и т. Д.)
• Группа слов, обозначающих минуты
• Группа связанных слов («прошлое», «до», «половина», «четверть» и т. Д.)
• Группа слов, обозначающих часы
• Группа, охватывающая все буквы, которые вы не используете в настоящее время.

Для каждой группы слов вы можете установить цвет (это проще, чем определять цвет для каждого слова или даже буквы отдельно).

Вы можете загрузить свою программу, подключив Arduino Nano к компьютеру с помощью мини-кабеля USB.

ОБНОВЛЕНИЕ (январь 2019 г.):

Я добавил Arduino-файл в Instructable. Файл написан моим шурином, поэтому вся заслуга принадлежит ему! Файл основан на Word Clock, использующем кнопки для переключения между определенными цветовыми режимами и цифровым режимом. Конечно, вы можете запрограммировать кнопки так, как вам нравится

Шаг 11: Завершение

Если все пойдет по плану, вы просто сделаете свои собственные Word Clock!

Пожалуйста, если у вас есть рекомендации, не сомневайтесь, комментируйте! Я постараюсь на них ответить, но так как мое время ограничено, это может занять некоторое время.