Woordklok (Duitse uitleg): 8 stappe

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:23

Haai, ich möchte Euch hier mal mein letztes Projekt vorstellen. Ich habe eine Uhr gebou. Allerdings keine "normale" Uhr, sondern Word Clock. Zu solchen Bastelprojekten gibt es hier zwar schon ein paar Artikel, aber trotzdem möchte ich mal zeigen was ich mir ausgedacht and built habe. Ons kan hierdie een of ander mense by die projek sien.

Auf die Idee hierzu het ek 'n paar monate een Kollege gebracht, en ons het 'n baie groot Mikrocontroller-Projekte-hoed gehad en dit kan ook 'n ander een of meer eine solche uur vir 'n gebou word. 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. Danke Jannes: D

Glücklicherweise het 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.

Dit is die eerste manier om 'n projek te beoordeel, maar ek kan dit nie alles perfek maak nie. Allerdings bin ich mit dem Ergebnis mehr as zufrieden (und meine Freundin auch:). Von daher falls ihr Anmerkungen und Tipps habt, graag in die kommentaar.

Stap 1: materiaal

Baumaterialen:

• MDF Holzplatte (n) (8mm en 12mm)
• Voorplaat (fotokarton)
• Plexiglasplatte
• Holzdübel

• Schrauben:

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

Mikrocontroller:

• Arduino Nano AtMega328p
• RTC-module

Elektronika:

• Netzteil (Extern, Output: 5V, 3A (15W), Hohlstecker 2, 1x5, 5mm)
• WS2812b LED's (60LED/m) (ongeveer 2m)
• Kupferdraht
• CR1220 Knopfzelle
• Hohlsteckerbuchse 2, 1x5, 5mm
• Hohlstecker-Verlängerungskabel
• Verlegekabel 3x0, 75mm^2
• Infrarot-Fernbedienung (IR)
• Schrumpfschläuche
• Fotowiderstand
• 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

En die belangrikste:

Nerven und Geduld

Stap 2: Beplan

Ek kan eers begin met 'n gedetailleerde funksionele funksie wat die uur nog kan gebruik. Anhand der dafür benötigten Bauteile konnte ich die Planung machen. Ich habe mich auf folgende Funktions festgelegt:

• Anzeige der aktuellen Uhrzeit (minuteengenau)
• 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)

Dit is nodig om die horlosie op 'n normale manier te verwerklik of normaal te vervang.

Damit konnte ich mich an die Konstruktion wagen. Ek kan die Papierzetteln -e -pos vinnig aan u e -posadres stuur, maar ek kan ook die CAD -app (Shapr3D) vir die iPad oplaai. Die bekommt man as Student glücklicherweise kostenlos:). Dit is ook moontlik om die 3D-model as 'n model te gebruik, wat die plantegroei van die seëlfoto's kan toelaat (siehe Bilder)

Stap 3: Voorplaat

Das wohl belangrikste Teil der Uhr is die Frontplatte mit dem scheinbar wirren Buchstabenfeld. Entsprechend kan ek 'n groot angsaanval hê, en dit kan die hele konstruksie van die uur deur ons oriënteer.

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 passendes Muster mit allen notwendigen Wörtern rauskam. Ons kan nie alle boekstate genutzt nie, maar ek het ook 'n spielraum gehad.

Die frontplatte en die beste vir ons is 'n swart 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 boekstaben vir karton word per laser uitgeskakel. Ons kan die Vektorgrafiek-datum van die Formulor-webtuiste hochgeladen word, maar dit kan ook 'n definisie van die oorspronklike ontwerp van die bron bevat. Auf der Formulor-Webseite lässt sich eine Art "Vorlage" herunterladen, in der die Maße des Fotokartons bereits eingezeichnet sind.

Mit dem Programm kan ek 'n raster vir die boekstabiele posisies en die posisies van die boekstabelle gee. Hierbei moet een enkele boekstaben allerdings extra bearbeitet worden, dit kan ook nie die las van die binnenshuise (sogenaamde "Punzen") noem nie. Dazu habe ich Pfade der betroffenen Buchstaben einzeln angepasst and "Stege" eingesetzt werden. Dabei entstand ein ziemlich schöner en passender Schriftstil wie ek kan vind.

Stap 4: Konstruksie Und Fertigung Der Holzteile

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

Materiaal:

Der Rahmen der Uhr besteht aus MDF-Platten (mitteldichte Holzfaserplatte). Die Holzbauteile het 'n internetverbinding met die beste maat. 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 diesem Grund word die Rahmenteile entsprechend der Größe dimensioniert:

Die Ober-, Unter- und Seitenplatten sind gedübelt, verleimt und verschraubt. Dit is 'n uitstekende opsie Stabilität gewährleistet, da die Uhr was schon ein bisschen was wiegt.

Auf der Oberplatte ist neben den Löchern für die Befestigungsschrauben in der Mitte ein Loch gebohrt, in die der Fotowiderstand für die automatische Helligkeitssteuerung eingesetzt ist. Die Unterplatte besitzt ebenfalls mittig ein Loch für die untere Hohlsteckerbuchse zur Spannungsversorgung.

Alle Rahmenteile word na die Bearbeitung von außen en die 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 nogmal Christoph:)

Mittelplatte:

Die Mittelplatte hält die Uhr im Grunde von innen zusammen. Hier is alle Teile des Innenlebens befestigt. Die Mittelplatte besitzt vier äußere Bohrungen für die Hülsenmuttern zur Fixierung der Frontplatte. Ons het 'n hoë vlak van kabel vir die LED's en die IR-Empfänger deur die sondes.

Auf der Rückseite der Platte is 'n veilige manier om 'n enkele Oberflächenfräse te gebruik. Hierdurch lässt sich die Uhr insgesamt etwas schmaler bauen. Die Fräse habe ich mir von einem Kollegen meines Vaters ausgeliehen. Ons bedank u ook die sterre nogmal:)

Lochplatte:

Die Lochplatte ist das aufwendigste Teil der Uhr. Ons kan ook sien dat die LED's 'n groot aantal LED's van ander mense kan gebruik, maar ook dat ons nie 'mitleuchten' kan gebruik nie. Dazu habe ich für jede LED ein 23mm breites Loch mit einem Forstnerbohrer gefertigt.

Ons kan 110 lampe vir die LED's, vier kleinere vir die Minuten-LED's en nog vier vier weitere vir die LED-skerm en vir die platte gebruik.

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.

Stap 5: Elektronika

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 Batterie and kann die Zeit speichern and "zählt weiter", auch wenn die Spannungsversorgung unterbrochen ist. Externe Steuerungssignale kan die Arduino über einen Infrarotempfänger (TSOP4838 38 kHz) empfangen. Inligting oor die Umgebungshelligkeit kan deur 'n enkele kleiner Fotowiderstand op die Oberseite gebruik word.

Hier kan ons die data van die WS2812b LED's met 'n wyer stand van 300 en 500 Ohm op die lys aanskakel. Die Werte des Fotowiderstands werden in die vorm van 'n ontvanger van 'n analoog E -mikrofoon.

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 word daar 'n plan vir die ontwerp van die platina. Die platine is ook by JLCPCB.com bestellt. Ons kan dank hier an Jonas, der mir mit EAGLE en die Bestellung geholfen hoed: D

Die Spannungsversorgung für die LED's kan ook ebenfalls oor die Platine gebruik word. Die 10 (bzw. 11) LED Reihen sin in fünf zweier (bzw. die letzte in dreier) Parallelstränge aufgeteilt, damit die Strombelastung für die Leiterbahnen der ersten LEDs und der Spannungsabfall am Ende nicht zu groß wird.

Beim Netzteil kan ek vir 'n ekstern netwerk hê, maar dit kan dus nie meer gebou word nie. Die Dimensionierung basiert auf der Grundlage der erwarteten Leistungsaufnahme der LEDs. Pro LED -lampe kan met 0, 06A toegerus word, met 'n paar verskillende LED's (3 RGB -LED's). Bei 114 LED's is teoreties 6, 8A. Die allerdings bei der Anzeige der Zeit kan alle LED's 'n leuchte leuchten word, maar ons kan die belangrikste kleineres van die netwerk nie verander nie. Ek kan ook 'n 3A -netwerkbestuur hê, maar dit kan ook 'n nuwe Reserven -hoed hê. (Bei der Programming sollte man das aber im Hinterkopf behalwe und evtl. Grenzen for 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 LEDs auf der Mittelplatte platzieren and ebenfalls zusammenlöten. Definitiv die unschönste Arbeit an der ganzen Uhr. Maar dit is alles wat jy kan doen.:) Dafür sollte man einige Abende einplanen. Vir Verbindings der LEDs innerhalb der Reihe eignet sich verzinnter Kupferdraht hervorragend.

Ons kan die LED vir die Spannungsversorgung der Reihen auf der Mittelplatte festgeklebt en die Schraubklemmen der Platine geführt.

Die Fotowiderstand word in die Oberplatte ebenfalls festgeklebt en 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).

Stap 6: 3D Druckteile

Zwei Teile der Uhr kan ek 'n enkele 3D-drukker gebruik. Da dit is 'n halterung van 'n paar klein Bauteile -trekkers wat nie meer as 'n driehoekige 3D -vragmotor kan plaasvind nie:

• Halterung der rückwärtigen Hohlsteckerbuchse
• Halterung des IR-Empfängers

Die Entwurf kan met die Shapr3D-app vertolk word. Die beste algemene STL-datum kan nie net 'n enkele 3D-drukkerhoed bevat nie. Danke nochmal dafür Jonas: D

Die Halterung für die Hohlsteckerbuchse befindet sich in der Uhr auf der Unterplatte auf der Rückseite. Dit kan ook 'n tydelike beskrywing van 'n enkele boekwêreld wees. Die tweede Halterung is 'n unterseite van die Oberplatte geklee en geposisioneer deur die IR-Empfänger wat die funksies van die Frontplatte kan ondersteun.

Stap 7: Bau Der Uhr

Nachdem all 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 kan ook hier nie meer nie, maar dit kan nie so wees nie.

Mit dem zusammengebauten Rahmen konnte dan die Verkabelung für die Spannungsversorgung gemacht werden. Die beiden Hohlsteckerbuchsen sind dazu zusammengeführt (parallel) and gehen zusammen auf die Eingangsklemmen der Platine, damit die Uhr sowohl hängend an der Wand as auch aufrecht stehend betrieben werden kann. Bykomende funksies vir fotowiderstand en IR-empfänger met 3D-gedrukte verwerkingskrediete en platina-verkope.

Vir LED's kan die LED's vir die voorste platte nie sigbaar wees nie, maar ook vir deurskynende papiere. Dadurch leuchten die Buchstaben gleichmäßig.

Stap 8: Programmeer

Zur Programmierung der Uhr habe ich die Arduino IDE verwendet. Die programmering kan baie meer as nog nie so baie doeltreffend wees nie; Die biblioteek vir die eingebauten funksies en bauteile sind die volgende:

• DS3231.h RTC-Modul
• Adafruit_Neopixel.h Steuerung WS2812b-LED's
• IRremote.h en IRremoteInt.h IR-ontvanger

Grondprinzip (eenvoudig): Über das RTC-Modul werden bei jedem Zyklus des Mikrocontrollers die Zeitdaten bezogen. Dit is 'n 5-minute-funksie wat ons kan gebruik as die belangrikste LED's wat aktief is. Bei jedem Zyklus wird zusätzlich die Umgebungshelligkeit überprüft und es wird gecheckt, ob neue Signale über den IR-Empfänger empfangen word. Falls etwas davon zutrifft, wird in ausgelagerte Funktions gesprungen um z. B. einen Helligkeits-Fading-Effekt zu erzeugen. Hier kann man sich beliebig austoben. Die sagteware wat die volgende funksies bevat:

• "Julia" -Intro by 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)
• Manuele Zeitstellung (deur blinkende "Menü" zum Durchschalten der Minutenbereiche en anschließendes flashen ins RTC) oor IR-Fernbedienung
• Blinkeffekt mit zufällig vergebenen Farben über die aktiewe Buchstaben
• Rainbow-Effekt

Und damit ist die Uhr auch (schon) fertig. Lees meer:)

Cheers!