Светодиодные анимационные часы SMART, подключенные к Интернету, с веб-панелью управления, синхронизация с сервером времени: 11 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:53

История этих часов насчитывает более 30 лет. Мой отец первым предложил эту идею, когда мне было всего 10 лет, задолго до революции светодиодов - тогда, когда светодиоды имели яркость 1/1000 от их нынешнего ослепляющего блеска. Настоящий новатор, он написал код на ассемблере и вручную подключил каждый светодиод (впечатляющий подвиг терпения и решимости)! Его оригинальная версия работает по сей день.

Я хотел продолжить с того места, где он остановился, и использовать достижения в области технологий, чтобы создать красивые часы, которые были бы подключены к Интернету, красочны, с которыми весело играть и были бы полны интереса. Он продвинулся до такой степени, что мы хотели бы опубликовать часы как проект с открытым исходным кодом, но также предоставить готовые продукты тем, кто заинтересован в покупке. Смотрите нашу кампанию indiegogo, если вы заинтересованы в поддержке!

Часы в их нынешнем виде обладают множеством функций и представляют собой полностью законченный и функционирующий продукт. Мы очень довольны тем, что получилось как с точки зрения качества и функциональности, так и с точки зрения набора функций и стабильности. Часы каждую минуту синхронизируются с сервером времени, гарантируя, что время всегда будет идеальным. Пользователям нужно всего лишь один раз установить часовой пояс, включить летнее время, и им больше не придется беспокоиться о настройке часов снова!

52 различных анимации с регулируемым цветом, скоростью и яркостью дают пользователю точный контроль и бесконечные вариации. Избранные режимы сохраняются в памяти. Могут быть установлены световые таймеры и ежедневные события, которые позволяют пользователям визуально получать уведомления в выбранное время. Специальные праздничные режимы могут добавить праздника вашему дому во время Хэллоуина, Нового года или Рождества. У нас даже есть специальный режим для дня числа Пи, в котором часы анимируют цифры числа Пи для 100 цифр каждый час.

Часы питаются от подключенного к сети узла MCU ESP8266 и запрограммированы с использованием языка arduino и популярных библиотек C ++, которые входят в стандартную комплектацию платформы arduino. Хотите сделать? Вот как:

Шаг 1: соберите материалы

Вот полный список всего, что вам понадобится, с ценами и ссылками.

• Круглая деревянная заготовка толщиной 18 дюймов диаметром 1 дюйм - 10,40 доллара - Lowes
• Светорассеивающий акрил - 5,79 долларов США + 6,55 долларов США за доставку = 12,34 доллара США с Amazon
• (2) предварительно смонтированные светодиодные гирлянды по 50 штук - 11,67 долларов США x 2 = 23,34 доллара США на eBay
• Боковое светодиодное излучение - 26,62 доллара от Adafruit
• ESP 8266 Node MCU - 8,39 доллара на Amazon
• 2,5 мм косичка - 6,99 долларов США (упаковка из 10 шт.) На Amazon
• Печатная плата для прототипирования 4 см x 6 см - 9,99 долларов США (упаковка из 10 штук - вам понадобится 1) от Amazon
• Клеммные колодки - 7,99 доллара (в упаковке 20 штук - вам понадобится 5)
• 1x8 кусок сосны - 4,79 доллара от Lowes
• 1/4 куска материала для пола из твердых пород дерева (для подставки) Номер позиции 422633 - 10,48 долларов США от Lowes
• (1) Блок питания 5 В, 5 А - 14,99 долларов США на Amazon
• 2,7-миллиметровый универсальный поддерживающий материал (товар 757295000023) - 10,98 долларов США в Home Depot
• (20) Черные шурупы по дереву # 6 - 6,83 $ - Amazon
• Пятно и прозрачное пальто. Рекомендуется общая отделка! - примерно 20 долларов от Woodcraft
• (2) Черные орехи 1 / 4-20 (товар 755801) - 1,38 доллара от Lowes
• (2) Черные винты с полукруглой головкой 1 / 4-20 (арт. 755806) - 1,49 доллара США.

Общая стоимость представленных здесь товаров: $ 177,38

Необходимые инструменты:

1. Станок с ЧПУ
2. Пистолет для горячего клея
3. Паяльник
4. Dremel или ручной напильник
5. Инструмент для зачистки проводов

Шаг 2. Ознакомьтесь с веб-страницей

Это то, что делает часы интересными и крутыми. Веб-страница разделена на четыре раздела: Общие настройки, Цвет, Анимация кольца и Анимация чисел.

• Общие настройки - этот раздел включает такие настройки, как переход на летнее время, часовой пояс и т. Д. Также на этой странице присутствует опция для сохранения и вызова трех различных конфигураций часов. Это позволяет пользователю сохранять любимые сцены. Все настройки сохраняются в EEPROM (энергонезависимая память); Кроме того, текущие настройки всегда сохраняются, так что в случае сбоя питания часы восстановятся с того места, где они остановились.
• Варианты цвета - каждый аспект часов настраивается. Чтобы изменить цвет любого элемента, просто нажмите кнопку, соответствующую элементу, который вы хотите изменить, а затем щелкните цветовое колесо. Цветовой круг внутри чисто белый. За пределами цветового круга отключается светодиод.
• Кольцевые анимации - Кольцевые анимации - это события, которые происходят каждую минуту (т. Е. Анимация, которая перемещает минутную стрелку), или интересное действие, такое как маятник. Выбирайте из множества вариантов здесь
• Числовые анимации - числовые анимации представляют собой световые дисплеи, не связанные с временным событием. Скорее они создают настроение или интерес. Здесь есть 52 различных варианта, и их можно сделать еще более интересными, отрегулировав яркость или скорость с помощью ползунков.

HTML и javascript для этой страницы включены в исходный код, размещенный на github. Мы вернемся к этому через мгновение.

Шаг 3: Подготовьте файлы ЧПУ

Строительные работы станка с ЧПУ идут на вашем станке с ЧПУ. Но, как известно, работа ЧПУ - это 95% наладка и 5% резка! Здесь важно несколько слов о настройке.

Во-первых, важно получить прочное приспособление. Я предпочитаю удерживать деревянную заготовку этими зажимами. Они отлично работают и очень сильны! Чтобы они не повредили древесину, я кладу небольшие кусочки резины между местом контакта и деревом (это не уменьшит силу зажима). Помимо невероятной прочности, еще одним важным преимуществом этих зажимов является тот факт, что общая высота зажима находится ниже рабочей поверхности, поэтому опасность столкновения отсутствует. Если у вас нет этих зажимов, подойдет двусторонний скотч. Каким бы методом вы ни были, обеспечьте сильные прижимы и правильное выравнивание зерна.

Важное примечание: вам придется перевернуть часы и ЧПУ с обеих сторон станка, поэтому убедитесь, что вы индексируете свой кусок дерева. Убедитесь, что вы можете перевернуть его и оказаться ТОЧНО в одном и том же месте. Это необходимо для правильной работы часов!

Теперь несколько замечаний по работе с CAD и CAM.

Файл Cad (ProductionClockMaster.3dm) представляет собой файл Rhino3d и содержит все необходимые слои САПР для часов. Если вам нужен более общий формат, я также включил экспорт в * dxf переднего и заднего слоев часов. Это должна быть вся необходимая вам информация.

Работа с ЧПУ CAM разбита на 9 отдельных операций ЧПУ. Фактические файлы gcode Mach3 включены в репозиторий GitHub, а также файлы VCarve, которые их создали (если вам нужно открыть их и экспортировать с использованием другого постпроцессора).

Все файлы проекта доступны на GItHub. Вот как интерпретировать файлы. Они относительно не требуют пояснений, но вот некоторая дополнительная помощь, чтобы прояснить любую возможную путаницу. Первые пять файлов перечислены в порядке резки. Имя файла заканчивается в круглых скобках размером режущего инструмента. Так например - 01_Rear Pockets_v1.8_ (1-2 дюйма)

• Это имя файла начинается с 01, поэтому это первая операция.
• Вырежет задние карманы.
• Это версия 1.8 (я начал с 0.0, чтобы узнать, сколько ошибок я сделал!)
• Используйте режущий инструмент 1/2 дюйма

Помимо этих пяти операций с деревянными блоками, есть две операции с подставкой, операция с акриловым элементом и операция с задней крышкой.

Одной из уникальных операций является операция ЧПУ с Т-образным пазом. Это обеспечивает канал, в который вставляются болты настольной подставки. Вам понадобится насадка с Т-образным пазом, как показано на фотографии выше.

Опять же, если вам нужно что-то другое, кроме стандартного постпроцессора Mach3, откройте файлы VCarve и экспортируйте их в свой локальный формат. На следующем этапе мы фактически пройдемся через разрезание сердечника и шаг за шагом проиллюстрируем, как должны выглядеть часы на каждом этапе.

Шаг 4. Обрежьте сердечник часов, настольную подставку, акриловую плитку и материал подложки

Вот несколько фотографий каждой из готовых частей, когда они снимаются с машины. Акрил - самый сложный для резки, поскольку акрил имеет тенденцию плавиться, если он становится слишком теплым, а также он трясется и поднимается, если его не удерживать надежно. Лучше всего подойдет лазерный резак, если он у вас есть. Как вы можете видеть на фото, я сделал специальный зажим, который плотно прижимает все четыре стороны. Двусторонняя лента, вероятно, будет лучшим вариантом для этой операции, но ее удаление займет немного больше времени.

Шаг 5. Настройте циферблат с помощью рисунка и отделки

Часы можно использовать и без этого шага, но интересно настроить их в соответствии с вашими потребностями или вкусами. Мы перепробовали много разных дизайнов, и здесь нет предела. Мы будем рады видеть примеры того, что вы придумываете!

Что касается отделки, мы перепробовали много разных вещей, но нам очень понравилась простота и легкость окрашивания. Нам также нравится верхний слой General Finishes, поскольку он особенно прост в установке, долговечен и отлично выглядит! Пришло время сделать это, прежде чем мы начнем устанавливать электронику.

Совет: не забудьте также испачкать настольную подставку, вилку задней панели и заднюю панель одновременно. Эти аксессуары легко увлечься и забыть!

Шаг 6: Акриловая плитка и сборка подставки

После того, как вы нанесете отделку на деревянные детали, пора вдавить акриловую плитку и собрать подставку. Акриловая плитка имеет допуски по прессовой посадке и вообще не требует клея. Некоторые плитки могут нуждаться в небольшом шлифовании или опиловке, но, как правило, их просто прижимают к месту, и все готово. Если вы обнаружите, что некоторые из них слишком рыхлые и выпадают, мы используем несколько капель белого школьного клея Elmers, так как он легко наносится, прекрасно сохнет и обеспечивает отличную адгезию. Передняя часть ваших часов ЗАВЕРШЕНА! Отойдите и наслаждайтесь.

Также в это время вы также можете вдавить в подставку гайки 1 / 4-20 и закрепить болты, которые скользят по каналам Т-образного паза. Опустите подставку в основание с небольшим количеством клея, и ваша настольная подставка готова!

Шаг 7. Установите предварительно подключенные светодиоды в тактовое ядро

Ладно, мы приближаемся! Наверное, самая трудоемкая часть часов - это нажатие на отдельные светодиоды. В этой части часов в общей сложности 100 светодиодов, и поскольку светодиоды входят в полосы по 50, вам понадобятся две полосы, которые соединены встык. Допуски для светодиодных полостей таковы, что они в основном запрессовываются. Несмотря на то, что допуски на прессовую посадку удерживают светодиоды на месте, мы используем небольшой (очень маленький) мазок горячего клея, чтобы обеспечить дополнительную безопасность. Слишком много клея - излишки выдавятся и заблокируют светодиоды.

После этого шага у вас будет много петель, выступающих из задней части часов, которые нужно будет прижать, чтобы задняя панель встала на свое место. Немного горячего воздуха из фена делает провода более гибкими и легко сгибаются. Опять же, использование горячего клея позволяет закрепить эти провода.

В целом, этот процесс занимает от 45 минут до часа. См. Изображения выше, чтобы увидеть, как должен выглядеть этот шаг. Также посмотрите забавное покадровое видео! Если бы только мы могли подключиться так быстро!

Шаг 8: соберите электронику

Электропроводка очень проста, но вот подробное объяснение. Мы обнаружили, что самый простой способ подключения - использовать макетную плату 4 x 6 см (размер полости ЧПУ) и установить винтовые клеммы, на которые будут вставлены светодиодные ленты, а также адаптер питания постоянного тока. Мы пробовали пайку более прямым способом, и это не только громоздко и сложно, но и делает невозможным удаление или замену внутренностей часов в случае поломки ESP8266 или необходимости модернизации. Использование заголовков более гибкое и, на наш взгляд, проще.

После установки винтовых клемм просто следуйте схеме подключения, чтобы подключить клеммы к правильным контактам. На печатной плате нет реальных компонентов, только следы от заголовков до соответствующих контактов ESP8266.

Контакт 4 - это контакт для кольцевых светодиодов, а контакт 2 - контакт для цифр. Положительный вывод идет на VSS, а отрицательный - на землю.

Единственное, что необходимо, это резистор 300 Ом на выводе данных светодиодной полосы. В каждой полосе WS2812b, которую я когда-либо видел (и видел много), это центральный штифт. Этот резистор защищает полосу от опасных скачков и скачков напряжения, которые могут вызвать повреждение или непредсказуемое поведение. Я не стал устанавливать этот резистор и перегорел первый светодиод на полосе (в других случаях ничего не происходило, и он работал отлично). Резистор должен быть добавлен в линию, что означает, что он функционирует как звено в цепи, соединяющей плату с проводом светодиода. В некоторых светодиодных лентах эти резисторы уже установлены, а в некоторых нет. Если вы не уверены, есть ли она у вашей светодиодной ленты, все равно добавьте ее. В этом нет ничего плохого. Убедитесь, что резистор установлен как можно ближе к светодиодной стороне соединительного провода, а не к печатной плате.

Полость в задней части часов предназначена для двух целей. Либо он может принять корпус трансформатора 5 В для настенного монтажа, либо он может удерживать дополнительную батарею. Здесь показан обычный аккумулятор на 5 В, используемый для расширения диапазона беспроводных устройств. Просто купите переходник с USB на 2,5 мм, и ваши часы теперь работают от батареи!

Вам нужно будет просверлить отверстие от центральной полости к печатной плате, чтобы получить женский пигтейл постоянного тока. Это легко сделать, просто повернув сверло под углом. Обязательно оставайтесь неглубокими, чтобы не просверлить циферблат часов! Показана завершенная операция сверления с аккуратно завернутой в полость косичкой.

Шаг 9: Загрузите код

Код часов можно найти на странице github brightlightart. Код постоянно улучшается и хорошо комментируется. Если вы не знакомы с файлами *.ino, это формат файла Arduino, и его необходимо скомпилировать с помощью Arduino IDE. После компиляции вы загружаете через стандартный разъем microUSB на ESP8266. Если вам нужна помощь в том, как это сделать с помощью ESP 8266, вот отличное руководство по его программированию с помощью этого популярного интерфейса. Это довольно близко к готовому к использованию, но не совсем!

Что делают эти разные файлы? Вот разбивка структуры этих файлов и того, что они делают в общей картине.

Папка веб-сервера

Index.htm - Когда код изначально загружается в ESP8266, вам будет представлена страница загрузки с просьбой загрузить файл. Загрузите файл index.htm. Этот файл обслуживает веб-страницу - другие файлы в папке размещены на сайте brightlightart.com, но могут быть здесь для справки на тот случай, если вы захотите изменить таблицы стилей / javascript и разместить их самостоятельно

Основная папка

• enLIGHTen-LED-Clock.ino - это родительский файл, созданный на основе отличного проекта McLighting. Сценарий был сильно изменен по сравнению с исходным состоянием, но мы обязаны этому проекту как отличной отправной точке для нашего проекта.
• colormodes.h - обрабатывает большую часть световой анимации на кольце. Также обрабатывает функции времени.
• definitions.h - определяет большинство глобальных переменных.
• request_handlers.h - обменивается данными с ESP8266, обрабатывает входящие запросы и отправляет информацию на ESP8266.
• spiffs_webserver.h - помогает обслуживать и интерпретировать веб-страницу. Это единственный файл проекта McLighting без изменений.
• WS2812FX.cpp - обрабатывает световую анимацию чисел. Это почти полностью взято из превосходной библиотеки kitsurfer WS2812B. Основное изменение здесь - добавление функции, позволяющей часовой стрелке оставаться включенной.
• WS2812FX.h - файл заголовка, который идет с библиотекой WS2812fx. Это практически не изменилось.

Дополнительные файлы включения

В дополнение к файлам, включенным сюда, вам потребуются следующие библиотеки. Это стандартные библиотеки, которые легко включить путем поиска в среде IDE.

• NtpClientLib.h
• DNSServer.h
• FS.h
• ESP8266mDNS.h
• EEPROM.h
• WiFiClient.h
• Ticker.h
• WiFiUdp.h
• WiFiManager.h
• WebSocketsServer.h
• WebSockets.h
• ESP8266WiFi.h
• ESP8266WebServer.

Шаг 10: Начальная настройка EnLIGHTen Clock и демонстрация

После загрузки исходного кода и первого включения питания все индикаторы будут постоянно гореть синим. Это ваш индикатор того, что часы транслируют точку доступа и ждут, когда вы подключитесь. Используя телефон, ноутбук или любое беспроводное устройство, просканируйте ближайшие сети (как если бы вы пытались подключиться к Интернету в кафе). В списке доступных сетей вы должны увидеть одну под названием «часы». Подключитесь к нему.

Как только вы подключитесь к этой сети, она автоматически загрузит веб-страницу (опять же, как перенаправление, которое вы могли бы испытать в кафе). Наберитесь терпения, иногда это может занять до 30 секунд. Веб-страница попросит вас выполнить поиск ближайших сетей. Выберите свою домашнюю или офисную сеть и сообщите ей пароль Wi-Fi. После того, как вы нажмете «Отправить», пароль беспроводной сети для вашей локальной сети будет сохранен в памяти. Вам нужно будет сделать это только один раз. Часы перезагрузятся.

Когда он запустится снова, вы увидите, что он отображает последовательность чисел по порядку. Отображаемые числа - это IP-адрес веб-страницы, к которой необходимо подключиться. Так, например, он может отображать 1, 9, 2,., 1, 6, 8,., 0,., 3, 1. Это переводится как https://192.168.0.31. Введите этот адрес на веб-страницу, и теперь вы должны быть подключены к своим часам. Настраивайте и получайте удовольствие! Опять же, часы используют технологию веб-сокетов, поэтому любые внесенные вами изменения должны немедленно отражаться без необходимости нажимать кнопку «Сохранить» или обновлять веб-страницу. В этом плане это очень интерактивно и весело!

Если по какой-то причине вы потеряете соединение, просто обновите свою веб-страницу. Большинство маршрутизаторов сохраняют IP-адреса подключенных устройств одинаковыми, но время от времени они, как правило, меняются, поэтому обратите внимание на запуск. Если вам нужно напомнить IP-адрес веб-страницы, просто перезапустите часы.

Как только вы освоитесь с работающим кодом, не забудьте установить подложку! Предварительно просверленные отверстия упрощают выравнивание. Прижмите все провода, которые гордо стоят, и теперь ваша проводка надежна, а часы выглядят очень готовыми!

Шаг 11. Создавайте, развивайте, поддерживайте и наслаждайтесь

Нам бы очень хотелось, чтобы как можно больше людей строили эти часы и наслаждались ими. Нам понравился этот проект, и мы хотим, чтобы другие разделяли его опыт! Нам было так весело решать проблемы, преодолевать препятствия, устранять ошибки и получать за это удовольствие и многозначительный свет. Польза, которую мы получили от творческого сообщества разработчиков ПО с открытым исходным кодом, бесценна и побудила нас выпустить этот исходный материал для совместного обучения, постоянного улучшения и технического удовольствия. Мы хотели бы услышать об успешных сборках и способах улучшения часов enLIGHTen. Пожалуйста, напишите нам и дайте нам знать!

Не у всех есть время, навыки, инструменты или ресурсы для создания таких часов с нуля, поэтому, если вы заинтересованы в приобретении готовых часов в качестве готового продукта или в качестве основы для дальнейшего развития, пожалуйста, поддержите нас на indiegogo.