Đồng hồ từ (Bố cục tiếng Đức): 8 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Này, ich möchte Euch hier mal mein letztes Projekt vorstellen. Ich habe eine Uhr gebaut. Allerdings keine "Normale" Uhr, sondern eine Word Clock. Zu solchen Bastelprojekten gibt es hier zwar schon ein paar Artikel, aber trotzdem möchte ich mal zeigen is ich mir ausgedacht und gebaut habe. Vielleicht hilft es ja dem ein oder anderen ja bei seinem Projekt.

Auf die Idee hierzu hat mich vor ein paar Monaten ein Kollege gebracht, der mir ein bisschen etwas über seine Mikrocontroller-Projekte erzählt hat und das er unter anderem auch eine solche Uhr für seine Frau gebaut hat. Die Idee fand ich so cool, dass ich mich auch entschieden habe so eine Uhr zu bauen. Sollte ja für einen Informatikstudenten im vierten Học kỳ wohl irgendwie machbar sein. Danke Jannes: D

Glücklicherweise hatte ich zu dieem Zeitpunkt noch genug Zeit (5 Monate) bis zum Geburtstag meiner Freundin, sodass ich das kombinieren konnte und sie dann die Uhr zum Geburtstag bekommen hat.

Da das hier mein erstes richtiges Projekt war, bin ich sicher, dass ich bestimmt nicht alles perfekt gemacht habe. Allerdings bin ich mit dem Ergebnis mehr als zufrieden (und meine Freundin auch:). Von daher ngã ihr Anmerkungen und Tipps habt, gerne in die Kommentare.

Bước 1: Vật liệu

Baumaterialen:

• MDF Holzplatte (n) (8mm dưới 12mm)
• Frontplatte (Fotokarton)
• Plexiglasplatte
• Holzdübel

• Schrauben:

  • Zylinderkopfschraube 25mm x M5
  • M5 Hülsenmutter
  • Schrauben 20mm x M4
  • Kleine Metallwinkel
  • Große Metallwinkel
  • Holzschrauben 40mm

Mikrocontroller:

• Arduino Nano AtMega328p
• RTC-Modul

Elektronik:

• Netzteil (Extern, Đầu ra: 5V, 3A (15W), Hohlstecker 2, 1x5, 5mm)
• Đèn LED WS2812b (60LED / m) (khoảng 2m)
• Kupferdraht
• CR1220 Knopfzelle
• Hohlsteckerbuchse 2, 1x5, 5mm
• Hohlstecker-Verlängerungskabel
• Verlegekabel 3x0, 75mm ^ 2
• Infrarot-Fernbedienung (IR)
• Schrumpfschläuche
• Hiểu rõ
• IR-Empfänger (TSOP4838 38 kHz)

• Bauteile Platine:

  • Buchenleiste (1x15 polig)
  • Buchenleiste 90 ° gebogen (1x5 polig)
  • Widerstände (470 Ohm, 1k Ohm)
  • Kondensator (1000µF)

  • Klemmleiste (Schraubklemmblock):

    • 2-polig
    • 3-polig
    • 10-polig

Und das wichtigste:

Nerven und Geduld

Bước 2: Planung

Zu Beginn habe ich mir erstmal Gedanken gemacht Welche Funktionen die Uhr nachher haben soll. Anhand der dafür benötigten Bauteile konnte ich die Planung machen. Ich habe mich auf folgende Funktionen festgelegt:

• Anzeige der aktuellen Uhrzeit (phútngenau)
• Speicherung der Zeit (für Spannungsausfall)
• Steuerung der LED-Farben
• Automatische Anpassung der Helligkeit an die Umgebung + manuelle Einstellung der Helligkeit
• Automatische Umstellung auf Sommer- / Winterzeit
• Funktion zum manuellen Einstellen der Zeit (für den Fall der Fälle)
• Steuerung über eine Infrarot-Fernbedienung (Farbe, Helligkeit, Blinkeffekte, Zeiteinstellung)

Zudem soll die Uhr an der Wand montiert werden oder normal aufrecht hingestellt werden können.

Chết tiệt konnte ich mich an die Konstruktion wagen. Nachdem ich mit den ganzen Papierzetteln irgendwann dann nhanh den Überblick verloren hatte, bin ich auf eine CAD App (Shapr3D) fürs iPad umgestiegen. Die bekommt man als Student glücklicherweise kostenlos:). Damit konnte ich die Uhr als 3D-Modell aufbauen, was die Planung deutlich erleichtert hat (siehe Bilder)

Bước 3: Frontplatte

Das wohl wichtigste Teil der Uhr ist die Frontplatte mit dem scheinbar wirren Buchstabenfeld. Entsprechend habe ich damit auch angefangen, da sich die ganze Konstruktion der Uhr daran orientiert.

Bei der Positionierung der Buchstaben bzw. Wörter habe ich ein Muster gewählt, bei dem der Name meiner Freundin senkrecht in der in Mitte des Buchstabenfeldes steht. Dazu musste ich ein bisschen rumprobieren, bis ein Panandes Muster mit allen notwendigen Wörtern rauskam. Da aber nicht alle Buchstaben genutzt werden, hatte ich hier etwas Spielraum.

Die Frontplatte an sich besteht aus einem schwarzen Fotokarton. Dieen habe ich bei formulor.de phân bón lassen. Das größtmögliche bestellbare rechteckige Maß beträgt 384mm x 384mm. Dieses Maß liegt somit der gesamten Uhr zugrunde.

Die Buchstaben im Karton werden per Ausgeschnitten Laser. Dazu muss eine Vektorgrafik-Datei auf der Formulor-Webseite hochgeladen werden, die genau das auszuschneidende Muster Defert. Zur Erstellung einer Vektorgrafik eignet sich sehr gut das OpenSource-Tool InkScape. Auf der Formulor-Webseite lässt sich eine Art "Vorlage" herunterladen, in der die Maße des Fotokartons bereits eingezeichnet sind.

Mit dem Programm habe ich ein Raster für die Buchstaben erstellt und die Buchstaben entsprechend Posoniert. Hierbei mussten einige Buchstaben allerdings extra bearbeitet werden, damit die Innenbereiche (sog. "Punzen") nicht herausfallen beim lasern. Dazu habe ich Pfade der betroffenen Buchstaben einzeln angepasst und "Stege" eingesetzt werden. Dabei entstand ein ziemlich schöner und Passnder Schriftstil wie ich finde.

Bước 4: Konstruktion Und Fertigung Der Holzteile

Nachdem die Frontplatte Chiến tranh phân bón, konnte ich mit der eigentlichen Konstruktion und dem Bau der Uhr beginnen.

Vật liệu:

Der Rahmen der Uhr besteht aus MDF-Platten (mitteldichte Holzfaserplatte). Die Holzbauteile habe ich im Internet mit den Passnden Maßen bestellt. Kann man natürlich auch selbst zuschneiden, war aber einfacher:)

Rahmen:

Wie bereits erwähnt, orientiert sich die Größe der Uhr an der möglichen bestellbaren Größe der Frontplatte. Aus Dieem Grund wurden die Rahmenteile entsprechend der Größe kích thước:

Die Ober-, Unter- und Seitenplatten sind gedübelt, verleimt und verschraubt. Damit wird eine Optimiale Stabilität gewährleistet, da die Uhr schon ein bisschen was wiegt.

Auf der Oberplatte ist neben den Löchern für die Befestigungsschrauben in der Mitte ein Loch gebohrt, trong dem der Fotowid hieu für die automatische Helligkeitssteuerung eingesetzt ist. Die Unterplatte besitzt ebenfalls mittig ein Loch für die’tere Hohlsteckerbuchse zur Spannungsversorgung.

Alle Rahmenteile wurden nach der Bearbeitung von außen und an den Rändern mit einer Grundierung schwarz thiếuiert (siehe spätere Bilder). Das habe ich von einem Malermeister aus dem Bekanntenkreis machen lassen. Vielen Dank an der Stelle nochmal Christoph:)

Mittelplatte:

Chết Mittelplatte hält chết Uhr im Grunde von innen zusammen. Hier sind alle Teile des Innenlebens befestigt. Die Mittelplatte besitzt vier äußere Bohrungen für die Hülsenmuttern zur Fixierung der Frontplatte. Zudem sind rotanh sieben Löcher gesetzt, durch die die Kabel für die LED und den IR-Empfänger durchgeführt sind.

Auf der Rückseite der Platte ist außerdem mittig mit einer Oberflächenfräse ein rechteckiger Bereich ausgefräst worden, in der später die Platine mit dem Arduino vv eingelassen wurde. Hierdurch lässt sich die Uhr insgesamt etwas schmaler bauen. Die Fräse habe ich mir von einem Kollegen meines Vaters ausgeliehen. Vielen Dank auch một người chết tiệt Stelle nochmal:)

Lochplatte:

Die Lochplatte ist das aufwendigste Teil der Uhr. Sie hat die Aufgabe das Licht jeder einzelnen LED möglichst von den anderen abzuschirmen, chết tiệt benachbarten Buchstaben nicht "mitleuchten". Dazu habe ich für jede LED ein 23mm breites Loch mit einem Forstnerbohrer gefertigt.

Zusammen sind die 110 đèn LED chết Löcher für, vier kleinere Löcher für chết Minuten-LED und nochmal vier weitere Löcher an den Ecken zur Fixierung der Platte.

Zudem sind auf der Rückseite dieer Platte Kerben für die LED und Kabel ausgefräst, damit die Platte möglichst bündig auf der Mittelplatte aufliegen kann und so eine gute Lichtabschirmung ermögineeren wird. Außerdemerstt im deränger Eurfel Platziert ist.

Bước 5: Elektronik

Schaltung und Platine

Die Steuerung der Uhr erfolgt über einen Arduino Nano. Der Mikrocontroller steuert die adressierbaren WS2812b LED hinter dem Buchstabenfeld. Die Uhrzeit für die Verarbeitung bezieht der Arduino aus einem RTC-Modul. Chết theo phong cách riêng Batterie und kann chết Zeit Speichern und "zählt weiter", auch wenn chết Spannungsversorgung unterbrochen ist. Externe Steuerungssignale kann chết Arduino über einen Infrarotempfänger (TSOP4838 38 kHz) empfangen. Informationen über die Umgebungshelligkeit bekommt er durch einen kleinen Fotowid hieu auf der Oberseite.

Zu beachten hierbei ist das die Datenleitung der WS2812b Đèn LED mit einem Wid Hiểu zwischen 300 dưới 500 Ohm geschützt werden muss. Die Werte des Fotowid hieus werden über einen Spannungsteiler mit dem analogen Eingang des Mikrocontrollers ermittelt.

Zur besseren Handhabung (und zum besseren Aussehen;)) habe ich für die Schaltung eine Platine entwickelt. Dazu habe ich EAGLE von Autodesk verwendet (ist für Hobbyanwender kostenlos und als Student bekommt man sogar die Vollversion). Hier wurde der Schaltplan nachgebaut und die Platine entsprechend chỉ định. Die Platine an sich habe ich bei JLCPCB.com bestellt. Vielen Dank hier an Jonas, der mir mit EAGLE und der Bestellung mũ geholfen: D

Die Spannungsversorgung für die LED läuft ebenfalls über die Platine. Die 10 (bzw. 11) LED Reihen sind in fünf zweier (bzw. die letzte in dreier) Parallelstränge aufgeteilt, chết tiệt Strombelastung für die Leiterbahnen der ersten LED und der Spannungsabfall am Ende nicht zu groß wird.

Beim Netzteil habe ich mich für ein externes Netzteil entschieden, damit die Uhr etwas dünner gebaut werden kann. Đèn LED Die Dimensionierung basiert auf der Grundlage der erwarteten Leistungsaufnahme der. Pro LED sollte man mit 0, 06A rechnen, die ungefähr benötigt werden wenn weißes Licht (alle 3 LED RGB an) leuchten soll. Đèn LED màu be 114 wären das reasontisch stolze 6, 8A. Da allerdings bei der Anzeige der Zeit niemals alle LED gleichzeitig leuchten werden, kann hier ein deutlich kleineres Netzteil verwendet werden. Ich habe mich für ein 3A Netzteil entschieden, das somit immer noch genug Mũ dự trữ. (Bei der Programmierung sollte man das aber im Hinterkopf treatmentlten und evtl. Grenzen für die Helligkeit in der Software einbauen, damit das Netzteil nicht abraucht)

Bau

Nach der sehnsüchtig erwarteten Ankunft meiner ersten selbstdesignten Platinen und dem verlöten der Bauteile konnte ich die 114 LED auf der Mittelplatte platzieren und ebenfalls zusammenlöten. Definitiv die unschönste Arbeit an der ganzen Uhr. Aber là macht man nicht alles….:) Dafür sollte người đàn ông einige Abende einplanen. Zur Verbindung der Đèn LED innerhalb der Reihe eignet sich verzinnter Kupferdraht hervorragend.

Nach dem Verlöten der LED wurden die Kabel für die Spannungsversorgung der Reihen auf der Rückseite der Mittelplatte festgeklebt und an die Schraubklemmen der Platine geführt.

Der Fotowid hieu wurde oben in der Oberplatte ebenfalls festgeklebt und die Kabel zur Platine gelegt. Ebenso wie beim IR-Empfänger, der auf die 3D-gedruckte Halterung auf der Vorderseite an die Oberplatte geklebt wird (später mehr).

Bước 6: 3D Druckteile

Zwei Teile der Uhr habe ich mit einem 3D-Drucker phân bón lassen. Da diese beiden Halterungen nur sehr kleine Bauteile tragen müssen und nicht viel Platz vorhanden ist, habe ich mich für einen 3D Druck entschieden:

• Halterung der rückwärtigen Hohlsteckerbuchse
• Halterung des IR-Empfängers

Den Entwurf habe wieder mit der Shapr3D-App erstellt. Die daraus generierte STL-Datei konnte ich an einen Freund senden, der ganz zufällig einen 3D-Drucker mũ. Danke nochmal dafür Jonas: D

Die Halterung für die Hohlsteckerbuchse befindet sich in der Uhr auf der Unterplatte auf der Rückseite. Damit lässt sich die Uhr auch im Stand betreiben, obwohl die’tere Buchse verdeckt ist. Die zweite Halterung ist an die Unterseite der Oberplatte geklebt und posoniert den IR-Empfänger genau hinter der entsprechenden Öffnung der Frontplatte.

Bước 7: Bau Der Uhr

Nachdem alle notwendigen Teile gebaut waren, konnte endlich die Uhr vollständig zusammengebaut werden.

Der Rahmenteile sind wie anfangs erwähnt mit der Mittelplatte verschraubt und verleimt. Die Schrauben habe ich hier noch schwarz Lackiert, damit sie nicht so trong dem schwarzen Rahmen auffallen.

Mit dem zusammengebauten Rahmen konnte dann die Verkabelung für die Spannungsversorgung gemacht werden. Die beiden Hohlsteckerbuchsen sind dazu zusammengeführt (song song) und gehen zusammen auf die Eingangsklemmen der Platine, chết tiệt Uhr gieoohl hängend an der Wand als auch aufrecht stehend betrieben werden kann. Außerdem konnte jetzt der Fotowid hiểu und der IR-Empfänger mit der 3D-gedruckten Halterung verklebt und mit der Platine verkabelt werden.

Zur besseren Streuung des Lichtes und damit die LED hinter der Frontplatte nicht sichtbar sind, sind die Bohrungen der Lochplatte mit weißen, leicht transparentem Papier überdeckt. Dadurch leuchten die Buchstaben gleichmäßig.

Bước 8: Programmierung

Zur Programmierung der Uhr habe ich die Arduino IDE verwendet. Die Programmierung läuft daher vielleicht nachher zwar nicht so super effizient, aber man kann sich mehr auf sein Programm konzentrieren als auf das Xử lý des Chips. Die Bibliotheken für die eingebauten Funktionen und Bauteile sind die folgenden:

• DS3231.h RTC-Modul
• Adafruit_Neopixel.h Steuerung WS2812b-LED
• IRremote.h und IRremoteInt.h IR-Receiver

Grundprinzip (einfach): Über das RTC-Modul werden bei jedem Zyklus des Mikrocontrollers chết Zeitdaten bezogen. Diese werden trong 5-Minuten-Bereiche zerlegt und die entsprechenden, đèn LED xác định als Wörter, aktiviert. Bei jedem Zyklus wird zusätzlich die Umgebungshelligkeit überprüft und es wird gecheckt, ob neue Signale über den IR-Empfänger empfangen wurden. Falls etwas davon zutrifft, wird trong ausgelagerte Funktionen gesprungen um z. B. einen Helligkeits-Fading-Effekt zu erzeugen. Hier kann man sich trustbig austoben. Meine über die Software realisierten Funktionen sind die folgenden:

• "Julia" -Intro beim Start der Uhr und jeder vollen Stunde (mit Fadeout-Effekt)
• Steuerung der Farbe über IR-Fernbedienung (interne Verwendung HSV-Farbsystem)
• Manuelle Steuerung der Helligkeit über IR-Fernbedienung
• Fading-Effekt der LED-Helligkeit bei Änderung der Umgebungshelligkeit oder manueller Änderung
• Automatische Zeitumstellung (Sommer / Winter)
• Manuelle Zeitstellung (durch flashkendes "Menü" zum Durchschalten der Minutenbereiche und anschließendes flashen ins RTC) über IR-Fernbedienung
• Blinkeffekt mit zufällig vergebenen Farben über die aktiven Buchstaben
• Cầu vồng-Effekt

Und damit ist die Uhr auch (schon) µg. Vielen Dank fürs lesen:)

Chúc mừng!