שעון מילים (פריסה גרמנית): 8 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

היי, ich möchte Euch hier mal mein letztes Projekt vorstellen. Ich habe eine Uhr בנה. Allerdings keine "normal" Uhr, sondern eine Word Clock. Zu solchen Bastelprojekten gibt es hier zwar schon ein paar Artikel, aber trotzdem möchte ich mal zeigen was ich mir ausgedacht und built habe. Vielleicht hilft es ja dem ein oder others 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 built 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 Semester wohl irgendwie machbar sein. דאנק ג'אן: ד

Glücklicherweise hatte ich zu diesem Zeitpunkt noch genug Zeit (5 Monate) bis zum Geburtstag meiner Freundin, sodas ich das combinieren konnte and sie dann die Uhr zum Geburtstag bekommen hat.

Da das hier mein erstes richtiges Projekt war, bin ich sicher, dass ich bestimmt nicht alles perfect gemacht habe. Allerdings bin ich mit dem Ergebnis mehr as zufrieden (und meine Freundin auch:). Von daher falls ihr Anmerkungen und Tipps habt, graag in the Commentare.

שלב 1: חומר

Baumaterialen:

• עץ עץ MDF (n) (8 מ"מ ו -12 מ"מ)
• Frontplatte (פוטוקרטון)
• פרספקספלאטה
• Holzdübel

• Schrauben:

  • Zylinderkopfschraube 25mm x M5
  • M5 Hülsenmutter
  • Schrauben 20mm x M4
  • קליין מטאלווינקל
  • Große Metallwinkel
  • Holzschrauben 40 מ"מ

מיקרו -בקר:

• Arduino Nano AtMega328p
• RTC-Modul

Elektronik:

• Netzteil (חיצוני, פלט: 5V, 3A (15W), Hohlstecker 2, 1x5, 5mm)
• נוריות WS2812b (60LED/m) (כ -2 מ ')
• קופפרדראט
• CR1220 Knopfzelle
• Hohlsteckerbuchse 2, 1x5, 5mm
• Hohlstecker-Verlängerungskabel
• Verlegekabel 3x0, 75mm^2
• Infrarot-Fernbedienung (IR)
• Schrumpfschläuche
• Fotowiderstand
• IR-Empfänger (TSOP4838 38 kHz)

• פלטינה באוטיל:

  • בוכנליסט (1x15 פוליג)
  • Buchenleiste 90 ° gebogen (1x5 פוליג)
  • Widerstände (470 אוהם, 1k אוהם)
  • מעבה (1000µF)

  • Klemmleiste (Schraubklemmblock):

    • 2-פוליג
    • 3-פוליג
    • 10-פוליג

והדברים החשובים ביותר:

Nerven und Geduld

שלב 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 Funktions festgelegt:

• Anzeige der aktuellen Uhrzeit (minutengenau)
• 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 or normal aufrecht hingestellt werden können.

Damit konnte ich mich an die Konstruktion wagen. Nachdem ich mit den ganzen Papierzetteln irgendwann dann fast 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)

שלב 3: פלטה קדמית

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 שם meiner Freundin senkrecht in der in Mitte des Buchstabenfeldes steht. Dazu musste ich ein bisschen rumprobieren, bis ein passendes Muster mit allen notwendigen Wörtern rauskam. Da aber nicht alle Buchstaben genutzt werden, hatte ich hier etwas Spielraum.

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

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

ניתן לתכנת את התוכנית עבור רכזות של בוכשטאבנים ולתת מיקום של Buchstaben. 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 passender Schriftstil wie ich find.

שלב 4: Konstruktion Und Fertigung Der Holzteile

Nachdem die Frontplatte fertig war, konnte ich mit der eigentlichen Konstruktion und dem Bau der Uhr beginnen.

חוֹמֶר:

Der Rahmen der Uhr besteht aus MDF-Platten (mitteldichte Holzfaserplatte). Die Holzbauteile habe I Internet with the passenden Maßen bestellt. Kann man natürlich auch selbst zuschneiden, war aber einfacher:)

רחמן:

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

Die Ober-, Unter- und Seitenplatten sind gedübelt, verleimt und verschraubt. Damit wird eine optimal 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, in der der Fotowiderstand für die automatische Helligkeitssteuerung eingesetzt ist. Die Unterplatte besitzt ebenfalls mittig ein Loch für die untere Hohlsteckerbuchse zur Spannungsversorgung.

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

מיטפלטה:

Die Mittelplatte hält die 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 verteilt sieben Löcher gesetzt, durch die die Kabel für die LEDs and den IR-Empfänger durchgeführt sind.

Auf der Rückseite der Platte ist außerdem mittig mit einer Oberflächenfräse ein rechteckiger Bereich ausgefräst word, in der später die Platine with dem Arduino etc. 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 an dieser Stelle nochmal:)

לוכפלט:

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

Zusammen sind dies 110 Löcher für die LEDs, four kleinere Löcher für die Minuten-LEDs and nochmal vier weitere Löcher an den Ecken zur Fixierung der Platte.

Zudem sind auf der Rückseite dieser Platte Kerben für die LEDs and Kabel ausgefräst, damit die Platte möglichst bündig auf der Mittelplatte aufliegen kann und so eine gute Lichtabschirmung ermöglicht wird. Außerdem ist im oberen Bereich der Lochplatteine platziert ist.

שלב 5: אלקטרוניק

Schaltung und Platine

Die Steuerung der Uhr erfolgt über einen Arduino Nano. Der Mikrocontroller steuert die adressierbaren WS2812b LEDs hinter dem Buchstabenfeld. Die Uhrzeit für die Verarbeitung bezieht der Arduino aus einem RTC-Modul. Dieses besitzt eine Battery and kann die Zeit speichern und "zählt weiter", auch wenn die Spannungsversorgung unterbrochen ist. Externe Steuerungssignale kann die Arduino über einen Infrarotempfänger (TSOP4838 38 kHz) empfangen. מידע על אומג'ונגשליג'קייט יכול להתבצע על ידי כמה כלי צילום על פני הגלויות.

אם אתה יכול לראות את נתוני הנוריות של WS2812b LED עם יחידות רחבות של 300 ו 500 אוהם, יש צורך במים. Die Werte des Fotowiderstands werden over unen 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 for Hobbyanwender kostenlos and as Student bekommt man sogar die Vollversion). Hier wurde der Schaltplan nachgebaut und die Platine entsprechend designt. Die Platine an sich habe ich bei JLCPCB.com bestellt. Vielen Dank hier an Jonas, der mir mit EAGLE und der Bestellung geholfen hat: D

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

Beim Netzteil habe ich mich für ein externes Netzteil entschieden, damit die Uhr etwas dünner built were kann. Die Dimensionierung basiert auf der Grundlage der erwarteten Leistungsaufnahme der LEDs. Pro LED מנורת אדם עם 0, 06A רכנים, ניתן למצוא כמה סוגים של אור (3 נוריות RGB לכל). Bei 114 LEDs wären das theoretisch stolze 6, 8A. Da allerdings bei der Anzeige der Zeit niemals alle LEDs gleichzeitig leuchten werden, kann hier ein deutlich kleineres Netzteil verwendet werden. Ich habe mich für ein 3A Netzteil entschieden, das somit immer noch genug hat Reserven hat. (Bei der Programming sollte man das aber im Hinterkopf behalten und evtl. Grenzen für die Helligkeit in der Software einbauen, damit das Netzteil nicht abraucht)

באו

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

Nach dem Verlöten der LEDs wurden die Cable für die Spannungsversorgung der Reihen auf der Rückseite der Mittelplatte festgeklebt und die die Schraubklemmen der Platine geführt.

Der Fotowiderstand 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).

שלב 6: 3D Druckteile

Zwei Teile der Uhr habe ich mit einem 3D-Drucker fertigen 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 hat. 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 untere Buchse verdeckt ist. Die zweite Halterung ist an die Unterseite der Oberplatte geklebt and positioniert the IR-Empfänger genau hinter der entsprechenden Öffnung der Frontplatte.

שלב 7: באו דר שעון

Nachdem alle notwendigen Teile built were, 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 in dem schwarzen Rahmen auffallen.

Mit dem zusammengebauten Rahmen konnte dann die Verkabelung für die Spannungsversorgung gemacht werden. Die beiden Hohlsteckerbuchsen sind dazu zusammengeführt (parallel) und gehen zusammen auf die Eingangsklemmen der Platine, damit die Uhr sowohl hängend an der Wand as auch aufrecht stehend betrieben werden kann. Außerdem konnte jetzt der Fotowiderstand und der IR-Empfänger mit der 3D-gedruckten Halterung verklebt und mit der Platine netabelt werden.

עבור LEDs Lichtes and damit die LEDs hinter der Frontplatte nicht sichtbar sin, sin die Bohrungen der Lochplatte mit weißen, light transparentem Papier überdeckt. Dadurch leuchten die Buchstaben gleichmäßig.

שלב 8: תכנות

Zur Programmierung der Uhr habe ich die Arduino IDE verwendet. Die Programming läuft daher vielleicht nachher zwar nicht so super effizient, aber man can be me more auf sein Program konzentrieren as auf das Handling des Chips. Die Bibliotheken für die eingebauten Features and Bauteile sind die folgenden:

• מודול RTC DS3231.h
• נוריות Adafruit_Neopixel.h Steuerung WS2812b
• מקלט IRremote.h ו- IRremoteInt.h IR

Grundprinzip (פשוט): Über das RTC-Modul werden bei jedem Zyklus des Mikrocontrollers die Zeitdaten bezogen. אלה יהיו תוך 5 דקות-צורה מתוחכמות ותפקודיות, כמו גם נורות LED מוגדרות. 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 in ausgelagerte Funktionen gesprungen um z. B. einen Helligkeits-Fading-Effekt zu erzeugen. Hier kann man sich beliebig austoben. כל תוכנות המבוססות על תוכנה המבוססות על הבאים:

• "ג'וליה" -הקדמה ב Start der Uhr und jeder vollen Stunde (mit Fadeout-Effekt)
• Steuerung der Farbe über IR-Fernbedienung (Interwend Verwendung HSV-Farbsystem)
• Manuelle Steuerung der Helligkeit über IR-Fernbedienung
• Fading-Effekt der LED-Helligkeit bei Änderung der Umgebungshelligkeit oder manueller Änderung
• Automatische Zeitumstellung (זומר/חורף)
• Manuelle Zeitstellung (durch blinkendes "Menü" zum Durchschalten der Minutenbereiche und anschließendes flashen ins RTC) über IR-Fernbedienung
• Blinkeffekt mit zufällig vergebenen Farben über die activen Buchstaben
• קשת-אפקט

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

לחיים!