Đồng hồ từ: 11 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Cách đây vài năm, tôi bắt đầu tạo Đồng hồ từ đầu tiên của mình, lấy cảm hứng từ các Bảng hướng dẫn tốt đẹp có sẵn. Bây giờ tôi đã tạo tám Đồng hồ từ mà tôi cố gắng cải thiện mỗi lần, tôi nghĩ đã đến lúc chia sẻ kinh nghiệm của mình!

Một lợi thế trong kinh nghiệm của tôi là phiên bản Word Clock mới nhất của tôi thực sự khá đơn giản: nếu bạn có tất cả các thành phần, bạn sẽ có thể xây dựng nó trong một ngày.

Đầu tiên, bên trong Đồng hồ Từ

Phiên bản hiện tại của tôi sử dụng dải đèn LED RGB: đây là dải đèn LED trong đó mỗi 'bóng đèn' bao gồm một đèn LED Đỏ, Xanh lục và Xanh lam. Bằng cách kết hợp ba màu, (hầu như) mọi màu đều có thể được tạo ra. Dải đèn LED RGB được điều khiển bởi một đầu vào (đối với tôi vẫn còn một chút ma thuật). Vì vậy, bằng cách kết nối một dây, bạn có thể điều khiển tất cả các đèn led trong dải!

Đằng sau mỗi chữ cái trên mặt Đồng hồ từ (vui lòng xem sau bước này) ẩn một đèn LED của dải đèn LED RGB. Vì vậy, khi một đèn led bật, nó sẽ sáng lên một chữ cái. Để thực hiện điều này, tôi đã sử dụng một máy cắt laser để cắt một tấm ván gỗ. Trong các Tài liệu hướng dẫn khác, lưới này được tạo bằng cách sử dụng các dải xốp được ghép lại với nhau trong một lưới. Tôi cũng đã thử điều này, nhưng điều này không hiệu quả với tôi. Tuy nhiên, trong phiên bản đầu tiên của tôi, tôi đã tạo lưới từ các dải gỗ mỏng mà tôi dán lại với nhau. Điều này hoạt động hoàn toàn tốt, nhưng cần rất nhiều thời gian để xây dựng!

Bộ não của Đồng hồ từ là Arduino Nano. Máy tính nhỏ bé này có thể điều khiển dải đèn LED RGB. Bạn có thể tìm thấy vô số chương trình trên internet để tham gia, khá thú vị!

Để tránh hàn nhiều (mất thời gian và khá thủ công), tôi sử dụng bộ chuyển đổi đầu cuối cho Arduino Nano. Tất cả những gì bộ điều hợp đầu cuối làm là cho phép chúng tôi kết nối dây với Arduino bằng vít.

Tất nhiên, mục đích của bất kỳ chiếc đồng hồ nào, ngoài đẹp ra còn để hiển thị thời gian. Trong Đồng hồ từ của tôi, một mô-đun Đồng hồ thời gian thực (RTC) theo dõi thời gian. Ý tưởng của mô-đun này là một khi bạn đặt thời gian chính xác, nó sẽ tiếp tục hoạt động (cho đến khi hết pin). Tôi làm việc với DS3231 RTC, khá rẻ và rất nhiều hỗ trợ có sẵn trên internet.

Bây giờ bên trong của Đồng hồ từ đã rõ ràng, chúng ta chuyển sang bên ngoài

Từ kinh nghiệm, tôi biết điều quan trọng là phải bắt đầu dự án của bạn từ một cơ sở thuận tiện. Đó là lý do tại sao tôi xây dựng hầu hết các Đồng hồ từ của mình bằng cách sử dụng khung RIBBA của IKEA. Ưu điểm của việc này là bạn bắt đầu với một khung có tất cả các góc đều 90 độ và phần hoàn thiện bên ngoài là liền mạch.

Mặt của Đồng hồ Từ được xác định bởi các chữ cái mà thông qua đó, ánh sáng cho biết thời gian. Tôi đã tìm thấy hai cách để tạo khuôn mặt này:

1. In trên giấy bạc trong suốt. Bạn có thể in âm bản của các chữ cái trên giấy bạc. Mực đen bắt nguồn ánh sáng. Một hạn chế của tùy chọn này là mực phải đủ đậm đặc để không trong suốt. Một giải pháp khả thi là in hai mặt và xếp chúng chồng lên nhau.
2. Giấy cắt laser. Nếu bạn có thể sử dụng máy cắt laser, một tùy chọn là cắt các chữ cái ra khỏi giấy. Nếu giấy đủ dày, không có ánh sáng sẽ đi qua. Tuy nhiên, bạn nên sử dụng phông chữ 'stencil'. Những loại phông chữ này không có vòng tròn gần nhau. Vì vậy, ví dụ, chữ 'o' sẽ không chỉ là một lỗ trên tờ giấy, mà thực sự là chữ 'o'.

Đồng hồ Từ làm gì?

Tất nhiên, Đồng hồ Từ sẽ cho bạn biết thời gian. Bên cạnh đó, vì chúng tôi đang sử dụng dải đèn LED RGB, bạn có thể chiếu sáng bất kỳ ký tự nào trong (hầu hết) bất kỳ màu nào bạn muốn! Bạn có thể đặt màu của từng đèn LED RGB bằng cách lập trình Arduino Nano. Nếu bạn muốn có thể thay đổi màu sắc của đèn led trong thời gian thực, bạn có thể thêm một nút thực hiện điều này cho bạn. Tuy nhiên, vì bây giờ tôi muốn giữ cho nó đơn giản, điều này không có trong Tài liệu hướng dẫn này.

Gần đây, tôi đã phát triển Đồng hồ từ sử dụng Bluetooth để đặt màu sắc và thời gian. Nếu tôi tìm thấy thời gian, tôi sẽ đăng một bản cập nhật về điều này!

Bước 1: Thu thập Vật liệu và Thiết bị

Các vật liệu cần thiết:

- Dải đèn LED RGB, 5 volt, 60 đèn LED mỗi mét, có thể nhấn riêng. Bạn cần khoảng 3 mét dải dẫn. Ví dụ, điều này sẽ làm: dải đèn LED RGB. Chữ 'ip' đại diện cho mức độ chống nước. Vì không phải các thành phần chúng tôi sử dụng có khả năng chống nước nên phiên bản ip30 vẫn ổn. Giá: 4 euro mỗi mét, tương đương 12 euro.

- Arduino Nano: Arduino Nano. Xin lưu ý rằng nó rất thuận tiện nhưng một Arduino trong đó các chân đã được hàn vào Arduino. Giá: 3 euro.

- Bộ chuyển đổi đầu cuối cho Arduino Nano. Sử dụng bộ điều hợp đầu cuối sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian! Chúng khá rẻ: Bộ chuyển đổi đầu cuối Giá: 1 euro.

- RTC DS3231: RTC DS3231. Bạn có thể sử dụng RTC khác, nhưng RTC này được chứng minh là hoạt động hoàn toàn tốt! Giá: 1 euro.

- Khung RIBBA: Khung RIBBA (23x23cm), màu đen hoặc trắng. Giá: 6 euro.

- Đối với khuôn mặt bạn cần:

1. Giấy bạc trong suốt phù hợp để in (hỏi cửa hàng in tại địa phương của bạn!)
2. Các tông phù hợp để cắt laser (hãy hỏi thợ cắt laser của bạn!)

Giá: 5 euro.

- Dây nhảy để kết nối các linh kiện. Tôi thực sự không biết chúng tôi cần bao nhiêu, nhưng chúng rẻ và phổ biến: Dây nhảy. Thật thuận tiện khi có dây nam-nam, nam-nữ và dây nữ-nữ, tuy nhiên, dây nam-nam cũng sẽ làm được (với một chút hàn thêm). Giá: 3 euro.

- Nguồn cấp. Dải đèn led RGB sử dụng nguồn 5V. Điều quan trọng là không được vượt quá điện áp này, vì các dải led RGB rất dễ bị hỏng. Mỗi led sử dụng 20-60mA. Vì chúng ta sử dụng 169 led nên cường độ dòng điện cần để cấp nguồn cho led là khá lớn. Do đó, tôi khuyên bạn nên sử dụng ít nhất một bộ nguồn 2000mA, chẳng hạn như sau: Bộ nguồn. Giá: 5 euro.

- Một điện trở 400-500 ohm. Giá: không đáng kể.

- Một tụ điện 1000 uF. Giá: không đáng kể.

- Một bảng nguyên mẫu, chẳng hạn như sau: Protoboard. Giá: 1 euro.

- Một miếng gỗ (ván) để tạo thành mặt sau của Đồng hồ. Giá: 2 euro.

- Một dải gỗ khoảng 3x2cm để gắn mặt sau của Đồng hồ chữ vào khung. Giá: 1 euro.

- Hai đai ốc (để kết nối với 5 lần dây), có sẵn tại cửa hàng DIY tại địa phương của bạn. Giá: 2 euro.

Tổng giá: khoảng 40 euro.

Các thiết bị cần thiết:

- Bút chì- Trạm hàn- Dụng cụ tuốt - Tua vít- Kéo- Băng keo hai mặt (để cố định các thành phần) - Cưa (để cưa bảng cho mặt sau của Đồng hồ từ) - Một mảnh vải (để tránh trầy xước trên RIBBA khung trong khi làm việc trên nó)

Bước 2: Tổng quan

Bây giờ chúng ta đã có đầy đủ tài liệu, rất vui khi có một cái nhìn tổng thể về ý tưởng chung của Đồng hồ từ.

Mặt của Đồng hồ chữ bao gồm các chữ cái (được in trên giấy bạc trong suốt hoặc được cắt lazer từ bìa cứng). Đằng sau mỗi chữ cái ẩn một led của dải led RGB. Vì khung RIBBA có kích thước 23x23cm và chúng tôi sử dụng dải đèn LED RGB bao gồm 60 đèn LED trên mỗi mét (vì vậy 100 cm / 60leds = 1,67 cm mỗi đèn LED), chúng tôi có thể lắp đèn LED 23 cm / 1,67 = 13,8 trong một hàng. Vì đèn LED 0,8 có thể hơi bất tiện, chúng tôi gắn bó với 13 đèn LED cho mỗi hàng. Vì khung RIBBA là hình vuông, chúng tôi (sau này) sẽ xây dựng một 'ma trận dẫn' gồm các đèn LED 13x13.

Nói một cách đơn giản, Đồng hồ Từ bao gồm một đồng hồ nhỏ (RTC DS3231) mà sau khi được thiết lập, sẽ tiếp tục tích tắc. Đồng hồ nhỏ này giao tiếp thời gian với máy tính nhỏ bé (Arduino Nano). Máy tính nhỏ bé biết đèn led nào sẽ bật trong một thời gian cụ thể. Vì vậy, máy tính nhỏ bé sẽ gửi tín hiệu qua dây dữ liệu đến dải đèn LED RGB và bật đèn LED.

Điều này nghe có vẻ khá đơn giản phải không ?!:)

Bước 3: Mặt đồng hồ từ

Chúng tôi sẽ sử dụng 13 đèn led trong một hàng và 13 hàng, điều này sẽ tạo ra ma trận led 13x13.

Cắt dải đèn LED RGB

Cắt 13 dải led RGB có chiều dài 13 led. Bạn phải cắt dải đèn LED RGB ở giữa ba hình bầu dục bằng đồng.

Lắp ráp 13 dải đèn LED RGB

Chúng tôi dán 13 dải đèn led vào bảng gỗ có trong khung RIBBA. Có một móc dán vào bảng, có thể dễ dàng tháo ra bằng tuốc nơ vít. Sử dụng lưới (của bước trước), bạn có thể dễ dàng đánh dấu vị trí của mỗi đèn led trên bảng. Hầu hết các dải led RGB đều có mặt sau dính nên bạn có thể dễ dàng dán vào bảng. Điều quan trọng cần lưu ý là hướng của dải led RGB. Các mũi tên trên dải đèn LED RGB cho biết hướng dòng điện chạy qua. Vì chúng ta muốn kết nối 13 dải đèn LED RGB, chúng ta phải tạo một đường dẫn liên tục cho dòng điện chạy qua. Hiện tại, IKEA đã cắt một góc của bảng để dễ dàng lấy bảng ra khỏi khung. Thật tiện lợi khi sử dụng góc cắt này để đi dây từ mặt này sang mặt kia của bảng. Nói cách khác, hãy đảm bảo rằng đèn led đầu tiên nằm ở góc cắt.

Hàn 13 dải đèn LED RGB

Bây giờ 13 dải led RGB đã được dán trên bảng, chúng ta có thể kết nối chúng bằng cách sử dụng mỏ hàn. Đầu tiên, cho một ít thuốc hàn vào mỗi nửa hình bầu dục bằng đồng. Thứ hai, cắt dải dây nhảy một đầu. Một lần nữa, rắc một chút thuốc hàn vào phần cuối bị tước của dây. Bây giờ, dẫn đầu đã tước của dây chạm vào hình bầu dục bằng đồng và sử dụng sắt hàn làm chảy chất hàn và kết nối chúng. Kết nối GND của một dải đèn LED RGB với GND của dải đèn LED RGB tiếp theo. Làm tương tự đối với dây 5V và dây dữ liệu.

Hoàn thiện ma trận led

Hàn dây jumper vào từng dây trong số ba hình bầu dục bằng đồng của led đầu tiên của ma trận led RGB. Như đã nói, việc xác định vị trí led đầu tiên ở góc cắt của bảng là thuận tiện để bạn có thể dễ dàng lấy ba dây sang phía bên kia của bảng.

Bước 6: Điện tử

Bây giờ chúng ta đã hoàn thành ma trận led của mình, chúng ta có thể bắt đầu kết nối các thành phần.

Chúng tôi sẽ dán các thành phần (Arduino Nano trong bộ điều hợp đầu cuối, RTC DS3231, đai ốc) vào mặt sau của bảng mà chúng tôi đã tạo ma trận dẫn. Bạn có thể sử dụng băng dính hai mặt để cố định các thành phần.

Dải đèn LED RGB

Đầu tiên, đặt Arduino Nano vào bộ điều hợp đầu cuối. Thật thuận tiện khi đặt bộ điều hợp đầu cuối ở giữa bảng, vì cần phải kết nối khá nhiều dây với bộ điều hợp đầu cuối. Kết nối dây dữ liệu của dải led RGB (dây ở giữa) với một trong các cổng kỹ thuật số của Arduino Nano (thường tôi sử dụng cổng D6). Để bảo vệ dải đèn LED RGB khỏi các xung điện áp, bạn có thể đặt một điện trở 400-500 ohm giữa dây dữ liệu và Arduino.

RTC DS3231

Thứ hai, dán RTC DS3231 vào một nơi nào đó vào bảng. Mô-đun này cần bốn kết nối: một nối đất, một 5V, một SCL và một SDA. Chúng tôi không sử dụng cổng SQW và 32K. Bạn có thể sử dụng dây cái để kết nối với các chân của RTC DS3231. Kết nối SCL với cổng tương tự thứ năm (A5) của Arduino Nano. Kết nối SDA với cổng tương tự thứ tư (A4) của Arduino Nano.

Bước 7: Nguồn điện

Sử dụng nguồn điện nào?

Điện áp Bạn có thể cấp nguồn cho Arduino Nano bằng cách sử dụng rất nhiều điện áp. Cổng 'Vin' có thể xử lý 7-12V, cổng 5V có thể xử lý 5V (thật bất ngờ) và bạn có thể cấp nguồn cho Arduino Nano bằng cáp mini usb. Tuy nhiên, dải đèn led RGB kén chọn nhu cầu hơn. Hầu hết các nhà sản xuất quy định đầu vào 5V +/- 5% cho dải đèn LED RGB của họ (để biết thêm thông tin, hãy xem cấp nguồn cho Neopixels). Do đó, chúng ta sẽ sử dụng nguồn điện 5V.

Một đèn LED RGB hiện tại thực sự chứa ba đèn LED riêng biệt (một màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam) cùng nhau tạo thành màu mong muốn. Một trong ba đèn led sử dụng khoảng 20mA. Vì vậy, một đèn LED RGB phát ra màu trắng bằng cách đặt đồng thời đèn LED màu đỏ, xanh lá cây và xanh lam sử dụng 3 * 20mA = 60mA. Nếu bạn chiếu sáng tất cả 169 đèn LED RGB cùng một lúc với màu trắng, bạn cần 169 * 60mA = 10140mA = 10A *. Hầu hết các bộ nguồn phổ biến là khoảng 2000mA. Vì vậy, nói cách khác, việc chiếu sáng tất cả các đèn LED RGB cùng một lúc bằng màu trắng không phải là một ý tưởng quá sáng sủa **.

Tôi khuyên bạn nên sử dụng nguồn điện 5V, 2000mA, vì chúng phổ biến và khá rẻ.

* Hãy chú ý rằng dòng điện cao (trên 5mA) rất nguy hiểm! Vì vậy, hãy hết sức cẩn thận khi cấp nguồn cho Đồng hồ Từ!

** Có một số thủ thuật để làm sáng tất cả các đèn LED RGB cùng một lúc, chẳng hạn như kết nối bộ nguồn với cả hai đầu của dải đèn LED RGB hoặc sử dụng đèn LED RGB ở độ sáng thấp hơn.

Kết nối nguồn điện

Chúng tôi sẽ kết nối nguồn điện cho các thành phần. Chúng tôi sẽ kết nối một tụ điện 1000 uF qua dây âm và dương của nguồn điện. Bạn có thể sử dụng protoboard để đảm bảo kết nối (xem hình). Vì chúng ta có khá nhiều linh kiện cần nguồn điện, chúng ta nối mỗi dây trong số hai dây của nguồn điện 5V với một đai ốc dây: chúng ta sẽ gọi chúng là đai ốc dương (được nối với dây dương của bộ nguồn) và dây âm. đai ốc (được nối với dây âm của nguồn điện). Bây giờ, kết nối dây 5V của dải đèn LED RGB và RTC DS3231 với đai ốc dây dương. Tương tự, kết nối các dây nối đất (GND) của dải đèn LED RGB và RTC DS3231 với đai ốc dây âm. Chúng tôi sẽ cấp nguồn cho Arduino Nano thông qua cổng 5V và một trong các cổng nối đất của nó. Để thực hiện việc này, hãy kết nối cổng 5V của Arduino với hạt dây dương và một trong các cổng GND với hạt dây âm.

Đảm bảo nguồn điện

Để tránh xé toạc tất cả các thiết bị điện tử có dây độc đáo của bạn, bạn nên cố định dây của nguồn điện vào bên trong khung RIBBA. Bạn có thể thực hiện điều này bằng cách tạo một nút thắt vào dây nguồn trước khi nó đi qua mặt sau của Đồng hồ Từ. Tuy nhiên, một cách thanh lịch hơn là cố định dây bằng cách kẹp vào bên trong khung RIBBA. Bạn có thể dễ dàng làm điều này bằng cách sử dụng một mảnh gỗ nhỏ và vặn nó vào bên trong khung RIBBA bằng hai vít. Kẹp dây của bộ nguồn giữa miếng gỗ và khung RIBBA. Trong phiên bản Đồng hồ Từ mới nhất của tôi, tôi đã sử dụng một bản lề nhỏ (khoảng 3cm) để cố định dây nguồn. Một lợi thế của điều này là bạn không phải cắt một mảnh gỗ nhỏ.

Bước 8: Kết hợp tất cả lại với nhau

Bây giờ chúng ta đã in hoặc cắt mặt của Word Clock, hoàn thành led ma trận và kết nối các linh kiện điện tử, đã đến lúc ghép tất cả các lớp của Word Clock lại với nhau.

1. Đặt mặt của Đồng hồ từ trong khung RIBBA.
2. Đặt một tờ giấy mờ (bán) (giấy in thông thường hoặc giấy can) để phân bố ánh sáng dọc theo chữ cái một cách độc đáo.
3. Đặt lưới trong khung RIBBA.
4. Bảng với một bên là ma trận led và một bên là các linh kiện điện tử có thể được đưa vào khung RIBBA một cách cẩn thận.

Bước 9: Tạo mặt sau của đồng hồ từ

Mặt sau của đồng hồ có thể đơn giản được làm bằng ván gỗ, cách tốt nhất để làm điều này là cưa một tấm ván có cùng kích thước (khoảng 22,5x22,5 cm) như tấm ván được cung cấp trong khung RIBBA. Khoan hai lỗ ở mặt sau của Đồng hồ từ: một lỗ để gắn nó vào tường (nếu bạn muốn) và một lỗ để gắn dây nguồn để rời Đồng hồ từ.

Cưa hai mảnh có chiều dài khoảng 20cm của dải gỗ. Hai dải này có hai chức năng:

1. Giữ bảng gỗ với một bên là dải đèn LED RGB và một bên là các linh kiện điện tử tại chỗ
2. Tạo một bề mặt mà mặt sau của Đồng hồ từ có thể được vặn vào đúng vị trí.

Bây giờ, vặn các dải này vào bên trong khung RIBBA, đảm bảo rằng bạn ấn chặt chúng vào bảng giữ các linh kiện điện. Tiếp theo, bạn có thể đặt tấm gỗ vừa cưa lên trên các dải gỗ và cố định bằng vít.

Nếu bạn muốn đặt Đồng hồ từ trên tường, hãy đảm bảo rằng mặt sau của Đồng hồ từ được gắn chặt.

Bước 10: Lập trình Arduino Nano

Nếu bạn chưa quen với lập trình Arduino, trước tiên tôi khuyên bạn nên thực hiện một vài hướng dẫn (chẳng hạn như Blink), rất nhiều thông tin (và thú vị!).

Vì tôi chỉ là một sinh viên Cơ khí, lập trình không phải là phần yêu thích của tôi trong dự án. May mắn thay, anh rể của tôi là Thạc sĩ Khoa học Máy tính, vì vậy lập trình Arduino là một phần bánh đối với anh ấy. Vì vậy, tất cả các khoản tín dụng cho lập trình là dành cho anh ấy (cảm ơn Laurens)!

Ý tưởng cơ bản là bạn chỉ ra led nào là một phần của từ nào. Lưu ý rằng led đầu tiên được chỉ định là led số 0. Vì vậy, chúng ta có 0-168 led. Tiếp theo, bạn cho Arduino biết những từ nào cần sáng lên vào một thời điểm cụ thể. Bạn đặt thời gian trên RTC DS3231 để Arduino biết thời gian hiện tại là bao nhiêu.

Màu sắc của đèn led của dải led RGB được xác định bằng giá trị 0-255 cho màu đỏ, xanh lục và xanh lam. Vì vậy, một đèn LED màu đỏ được ký hiệu là (đỏ, xanh lá cây, xanh lam) = (255, 0, 0) và một đèn LED màu tím là (reg, xanh lục, xanh lam) = (255, 0, 255). Đèn led không được sử dụng có màu (đỏ, lục, lam) = (0, 0, 0).

Bạn có thể nhóm các từ theo mục đích của chúng:

• Một nhóm luôn sáng lên ('Nó', 'là', tên của bạn, v.v.)
• Một nhóm cho các từ chỉ phút
• Một nhóm các từ ghép ('quá khứ', 'thành', 'một nửa', 'quý', v.v.)
• Một nhóm từ chỉ giờ
• Một nhóm bao gồm tất cả các chữ cái mà bạn không sử dụng vào thời điểm hiện tại

Đối với mỗi nhóm từ, bạn có thể đặt màu (điều này dễ dàng hơn so với việc xác định màu cho từng từ hoặc thậm chí từng chữ cái riêng biệt).

Bạn có thể tải lên chương trình của mình bằng cách kết nối Arduino Nano với máy tính bằng cáp USB mini.

CẬP NHẬT (tháng 1 năm 2019):

Tôi đã thêm tệp Arduino vào Có thể hướng dẫn. Tệp được viết bởi anh rể của tôi, vì vậy tất cả tín dụng đều thuộc về anh ấy! Tệp dựa trên Đồng hồ từ sử dụng các nút để chuyển đổi giữa các chế độ màu nhất định và chế độ kỹ thuật số. Tất nhiên, bạn có thể lập trình các nút theo cách bạn muốn

Bước 11: Kết thúc

Nếu mọi thứ diễn ra theo đúng kế hoạch, bạn vừa tạo ra Đồng hồ từ rất riêng của mình!

Xin vui lòng, nếu bạn có bất kỳ đề xuất nào, đừng nghi ngờ để bình luận! Tôi sẽ cố gắng trả lời chúng, nhưng vì thời gian của tôi có hạn nên có thể mất một lúc.