Come Costruire un Orologio Gigante da Scaffale Nascosto: 27 Passaggi (con Immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Avevamo un grande spazio su una parte della parete del soggiorno per il quale non riuscivamo mai a trovare la "cosa" giusta da appendere. Dopo aver provato per diversi anni abbiamo deciso di fare qualcosa di nostro. Questo è andato piuttosto bene (secondo noi) quindi l'ho trasformato in un progetto sul mio canale Youtube e in un Instructable scritto che stai leggendo proprio ora!

È un gigantesco orologio digitale a LED discretamente nascosto nei bordi di un sistema di scaffalature geometriche. Includeva anche downlight LED integrati per mettere in mostra i tuoi oggetti preferiti sugli scaffali.

Poiché l'illuminazione è a LED (usando WS2821B 'Neopixels') puoi scegliere i tuoi colori, sia per il quadrante dell'orologio che per i downlight. Una discreta fotoresistenza è nascosta nell'angolo in alto a destra che attenua i LED quando i livelli di luce ambientale scendono, ottimo per l'atmosfera serale in qualsiasi stanza.

Forniture

Avrai bisogno di alcuni materiali per costruirne uno tuo. Di seguito sono riportati i link a dove puoi trovare le parti su Amazon.

■ Un Arduino Nano(x1):

■ Un rotolo da 5 m di LED WS2812B con 60 LED al metro:

■ Un modulo resistore fotosensibile:

■ Un DS3231:

■ Alcuni cavi Hookup - idealmente tre colori diversi:

■ Un paio di resistori da 470 Ohm:

■ Un paio di morsettiere elettriche - ciascuna lunga 5 blocchi:

■ N. 8 viti per legno:

■ Un alimentatore 5v con terminali a vite:

■ Alcuni cavi a doppia anima più spessi

■ Alcuni filamenti per le parti stampate in 3D:

■ Filamento PLA infuso di legno:

■ Tabellone in legno di almeno 112 x 39 cm, quello che ho usato era di 138 x 60 cm (questo darà al progetto finito un bordo di 10 cm intorno all'esterno).

Passaggio 1: guida video

Ho creato un video che descrive in dettaglio la costruzione di questo progetto. L'inizio del video mostra l'orologio nascosto in azione se vuoi vederlo funzionare. Se preferisci le istruzioni scritte suddivise in passaggi, sei nel posto giusto! Continua a leggere e ti spiegherò come costruirne uno tuo.

Passaggio 2: stampa i supporti principali

I supporti centrali forniscono la struttura dei ripiani, gestiscono il percorso dei cavi e fungono da distanziatore per i LED.

Dovrai stampare in 3D 31 di questi. Il file è allegato affinché tu possa usarlo nel tuo programma slicer.

Ho stampato il mio con un'altezza dello strato di 0,2 mm in una miscela di ABS e PLA. Poiché non si vedrà nel progetto finale, è una grande opportunità per utilizzare tutti i colori che devono essere consumati. Avevo diversi rotoli di filamento con solo una piccola quantità rimasta, quindi li ho usati prima di finire la maggior parte di essi nelle tonalità di verde piuttosto brillante e giallo brillante mostrate nelle immagini sopra.

Passaggio 3: montaggio dei supporti principali

Esistono due modi diversi per distanziare correttamente i supporti centrali sul tabellone

Spiegherò prima come farlo con un modello stampabile in 3D, quindi la seconda opzione è utilizzare una macchina CNC se ne hai accesso (o qualcun altro che potrebbe).

Se stai utilizzando il modello stampabile in 3D, continua a leggere. Se utilizzerai una macchina CNC per tracciare i fori, salta il passaggio seguente….

Passaggio 4: montaggio dei supporti principali: opzione 1 - Utilizzo del modello

Stampa in 3D il file modello allegato a questo passaggio.

Puoi quindi avvitare il primo supporto del nucleo al tabellone utilizzando alcune viti da legno M8 (o simili). Assicurati che sia a livello e parallelo al bordo della tavola. Una volta che il primo supporto è assicurato, puoi quindi abbassare il modello stampato in 3D su di esso. Questo ti mostrerà quindi dove praticare i fori pilota per i prossimi tre supporti.

Dopo aver praticato i fori pilota, rimuovere la dima e montare altri supporti. Assicurati che la tacca sui supporti orizzontali sia rivolta verso la parte inferiore dell'orologio quando li avviti in posizione. È qui che incolleremo i nostri LED downlight più avanti nel progetto.

Continua a montare i supporti finché non è lungo sei e alto due, quello in alto a destra sarà lasciato fuori per ora.

Se hai utilizzato il modello 3D come menzionato in questo passaggio e non utilizzerai una macchina CNC, puoi saltare il passaggio successivo.

Passaggio 5: montaggio dei supporti principali: opzione 2 - Utilizzo della macchina CNC

Se hai accesso a una macchina CNC, puoi chiedere a qualcuno di preforare i fori pilota per consentire di posizionare e adattare rapidamente e facilmente i supporti stampati in 3D. Questo è il percorso che ho seguito mentre lavoravo per un produttore di mobili locale.

Puoi trovare un disegno tecnico che mostra il posizionamento dei fori disponibile per il download qui:

diy-machines.selz.com/item/5e6408ec701f5d0…

Una volta praticati i fori pilota, è possibile procedere con l'installazione dei supporti dell'anima.

Assicurati che la tacca sui supporti orizzontali sia rivolta verso la parte inferiore dell'orologio quando li avviti in posizione. È qui che incolleremo i nostri LED downlight più avanti nel progetto.

Continua a montare i supporti finché non è lungo sei e alto due, quello in alto a destra sarà lasciato fuori per ora.

Passaggio 6: installazione del supporto principale "hub elettronico"

L'ultimo supporto di base che deve andare nell'angolo in alto a destra è una versione modificata degli altri. È stato progettato per ospitare l'elettronica (principalmente Arduino Nano, Real-Time Clock - DS3231 e fotoresistenza).

Questo è stampato in 3D utilizzando le stesse impostazioni degli altri supporti principali.

Posizionalo temporaneamente oltre i fori pilota e usa una penna o una matita per segnare il foro rettangolare nella sua base. È quindi possibile utilizzare un trapano per creare un foro abbastanza grande da far passare il cavo di alimentazione. Lo useremo per alimentare l'orologio una volta che avremo finito di costruirlo.

Una volta fatto, puoi installare il supporto usando viti per legno.

Passaggio 7: stampa e installazione dei supporti LED

Usiamo piccole linguette stampate in 3D per fissare i LED alla struttura di supporto. Li ho stampati in bianco e ti suggerisco di fare lo stesso per evitare che qualsiasi dominante di colore traspaia dai bordi anteriori dei ripiani e per aumentare la loro riflettività.

Ho stampato il mio in PLA con un'altezza dello strato di 0,3 mm.

Devi stampare 23 di questi. (Ho stampato i miei tre alla volta).

Una volta stampati utilizzare un po' di gue per attaccarli alla parte superiore dei supporti come mostrato nello schema allegato.

Passaggio 8: preparare i LED del quadrante dell'orologio

Dobbiamo preparare 23 lunghezze di 9 LED dal nostro rotolo di LED.

Per fare questo usa le forbici per tagliare il centro del primo set di pastiglie di rame rimuovendo così la spina. Ripetilo di nuovo dopo 9 LED per darci la nostra prima striscia. È quindi necessario ripetere questa operazione altre 22 volte.

Fatto ciò, possiamo 'stagnare' i pad dei LED. Sebbene questo sia facoltativo, rende molto più semplice collegare i fili in un secondo momento. Stagnare i pad significa usare un saldatore per aggiungere e lasciare una piccola quantità di saldatura su ciascun pad.

Passaggio 9: preparare i fili del quadrante dell'orologio

Preparare alcune lunghezze di filo in gruppi di tre. Uno ciascuno per le connessioni di alimentazione, dati e terra sulle nostre strisce LED.

Avrai bisogno:

• 20 set lunghi 22 cm
• 2 set lunghi 37 cm
• 1 set lungo 50 cm

Come prima, stagnare entrambe le estremità di ciascun filo semplificherà il collegamento ai LED.

Passaggio 10: installazione della prima striscia LED

Ora che i LED e i loro cavi sono pronti, possiamo iniziare ad assemblarli sulla parte anteriore del nostro quadrante dell'orologio. L'ordine in cui sono collegate le strisce e il loro orientamento è molto importante. Ci sono piccole frecce lungo la lunghezza delle strisce LED che rappresentano la direzione del flusso di dati. Presta attenzione a questi mentre monti il tuo orologio.

La nostra prima striscia LED siederà sul supporto LED bianco sopra il supporto unico che abbiamo stampato per ospitare l'elettronica nell'angolo in alto a destra. Attacca due set separati di cavi lunghi 23 cm a entrambe le estremità di una delle 9 strisce LED lunghe di prima.

Rimuovere il supporto autoadesivo dalla parte posteriore dei LED e applicare anche della colla sulla parte superiore del supporto LED (per una presa extra come ho scoperto che a volte il mio si staccherebbe senza la colla aggiuntiva) è quindi possibile posizionare la striscia in posizione assicurandosi che le frecce direzionali dei dati siano rivolte verso la parte superiore dell'orologio.

Ora instradare i fili all'angolo dell'orologio a faccia in giù attraverso la guida del filo sul supporto su cui si trovano, attraverso e nel supporto adiacente e verso l'alto. Ogni volta che si instradano i cavi lungo il perimetro esterno dell'orologio, assicurarsi di utilizzare i fori interni sulle guide dei cavi. Ciò significherà che i fili saranno completamente nascosti quando finiremo l'orologio aggiungendo le maniche stampate in 3D agli scaffali (che non abbiamo ancora stampato, quindi non farti prendere dal panico!).

Passaggio 11: installazione delle strisce LED rimanenti

Per la striscia successiva, prendi un altro set di fili lunghi 23 cm e saldali sul lato in uscita (l'estremità verso cui puntano le frecce del flusso di dati) di una nuova striscia di nove LED.

Saldare il lato in entrata della striscia LED ai fili appena instradati dietro l'angolo dalla striscia precedente. Il supporto adesivo può quindi essere rimosso su questa striscia, un po' di colla applicata al supporto LED bianco e la striscia montata sulla parte superiore.

I fili provenienti da questo vengono instradati attraverso il supporto e ruotano di 90 gradi a sinistra fino al supporto successivo.

Ripeti gli stessi passaggi altre quattro volte seguendo il percorso 24 ore su 24 come mostrato nel diagramma sopra. Quando arrivi alla settima striscia LED, devi collegare un set di cavi da 37 cm sul lato in uscita invece dei soliti cavi da 23 cm.

Ora che ti ho spiegato e mostrato i primi collegamenti puoi seguire il resto usando lo schema che ho aggiunto sopra (quello su sfondo scuro). Ti mostra quali lunghezze di cavo usare dove, la direzione delle strisce LED e come instradare tutto. È molto più facile per te seguire questo che per me spiegare ogni connessione a parole. (Inoltre non sarebbe nemmeno molto divertente da leggere).

Dopo aver terminato l'installazione dei LED del quadrante dell'orologio, dovrebbe apparire come l'immagine finale.

Passaggio 12: stampa di maniche a scaffale

Prendiamoci una pausa dall'elettronica e torniamo alla stampa 3D. Ci sono cinque diversi stili di maniche per scaffali da stampare a seconda di dove stanno andando sull'orologio.

Per ogni manica, ho stampato i primi strati in bianco e poi sono passato a un filamento PLA infuso di legno per il resto della stampa. Questa sottile superficie frontale bianca è ciò che consente alla luce diffusa dei LED di brillare.

Hanno impiegato circa sette ore ciascuno quando sono stati stampati con un'altezza dello strato di 0,2 mm. Di solito ne stampavi tre alla volta durante la notte. Ho anche aggiunto una tesa per evitare che si stacchino dal piano di stampa. Questi possono essere facilmente rimossi al termine della stampa.

Devi stampare:

• 9x Sleeve1.stl - Questo ha ritagli solo su un lato.
• 6x Sleeve2.stl - Questo ha ritagli su un lato e un foro per il downlighter a LED.
• 10x Sleeve3.stl - Questo ha ritagli su entrambi i lati.
• 6x Sleeve4.st - Questo ha ritagli su entrambi i lati e un foro per il downlighter a LED.
• 1x Sleeve5.stl - Questo è specificamente progettato per ospitare l'elettronica e include fori per l'aria per la ventilazione e un foro per la fotoresistenza.

Passaggio 13: montaggio delle maniche dello scaffale

I ripiani vengono installati facendoli scorrere con cautela sui supporti e sui LED, assicurandosi che i cavi passino attraverso le aperture.

Le nove Sleeve1 che hai stampato scorrono sui supporti lungo la parte inferiore e laterale dell'orologio (esclusa l'elettronica speciale contenente il supporto) come mostrato nella foto sopra.

I sei Sleeve2 vanno tutti lungo la parte superiore dell'orologio con il foro del LED rivolto verso il basso.

I dieci Sleeve3 vanno nelle restanti posizioni verticali.

I sei Sleeve4 riempiono gli orizzontali che corrono lungo il centro con il foro per il LED rivolto nuovamente verso il basso.

L'ultimo Sleeve5 va sopra il supporto rimanente in alto a destra.

Passaggio 14: collegamento di DS3231 ad Arduino

Dovrai preparare quanto segue per questo passaggio:

• Una coppia di fili da 8 cm
• Una coppia di cavi da 12 cm
• DS3231 - Orologio in tempo reale (RTC)
• Arduino Nano

Inizia saldando un filo da 8 cm a SCL e un altro filo a SDA sull'RTC. Quindi saldare un filo da 12 cm a VCC e un altro a GND (terra). Userò fili rossi per le connessioni positive/VCC d'ora in poi e fili neri per le connessioni terra/GND per aiutare a capire più facilmente quale filo dovrebbe essere collegato a cosa.

Prendendo l'Arduino, saldare il filo proveniente da SCL ad A5 sull'Arduino, quindi collegare il filo da SDA ad A4. Collegheremo i cavi di alimentazione più tardi

Passaggio 15: collegamento della fotoresistenza (sensore di luce) ad Arduino

Avrai bisogno di quanto segue per questo passaggio:

• Modulo fotoresistenza
• Un singolo cavo di 10 cm di lunghezza
• Una coppia di fili da 14 cm

Saldare il filo da 10 cm ad AO sul modulo e ciascuno dei fili lunghi da 14 cm a GND e VCC.

Il filo AO da 10 cm viene quindi collegato ad A0 sulla scheda Arduino Nano. Ancora una volta, collegheremo i cavi di alimentazione in seguito.

Passaggio 16: preparare il Nano per il collegamento all'alimentazione

Per questo passaggio prepara:

Due lunghezze di filo da 12 cm

Saldare uno dei fili a una qualsiasi delle connessioni GND sull'Arduino e l'altro filo al pin 5V.

Passaggio 17: collegare i LED

Avrai bisogno:

Una resistenza da 470 ohm

Accorciare leggermente le gambe della resistenza poiché sono molto più lunghe del necessario. Saldare un lato del resistore al filo che è già collegato a DIN sul lato in entrata della prima striscia LED che abbiamo installato. Questo è quello sopra il supporto stampato in 3D progettato per ospitare tutta l'elettronica.

L'altra estremità del resistore viene quindi saldata a D6 sull'Arduino.

Passaggio 18: avviso di alimentazione…

Un rapido avvertimento da condividere con te. Non collegare l'alimentazione di rete nello stesso momento in cui si utilizza la connessione USB di Arduino. Rischi di danneggiare qualsiasi dispositivo sia collegato al tuo Arduino. Questo è il motivo per cui non abbiamo ancora collegato l'alimentazione di rete e non lo faremo fino a quando il progetto non sarà completato e non avremo più bisogno di connetterci tramite USB.

Passaggio 19: collegamento dei cavi di alimentazione

Per questo passaggio vorrai:

• Le tue due strisce di morsettiere
• 8 fili corti (ne ho fatti quattro rossi e quattro neri)

Utilizzare ogni breve tratto di cavo lungo un lato della morsettiera come cavi di collegamento per collegarli tutti insieme. Dopo averli avvitati nelle morsettiere, tirali per assicurarti che siano ben tenuti dalla vite. Ripetere questa operazione per entrambe le morsettiere.

Ora possiamo prendere tutti i cavi VCC/5V che vanno ai nostri componenti e collegarli alla stessa morsettiera. Quindi fare lo stesso per tutti i fili GND/Terra con l'altra morsettiera.

Dovresti trovarli provenienti da ciascuno dei seguenti componenti:

• Arduino
• Prima striscia LED
• DS3231
• Fotoresistenza

Passaggio 20: caricamento del codice

Collega il tuo Arduino al PC tramite la sua connessione USB e apri il codice per questo progetto nell'IDE di Arduino. Puoi scaricare il codice da Github:

Devi avere due diverse librerie installate nel tuo IDE Arduino per questo progetto; 'Adafruit Neopixel' e 'DS3231 Simple'.

Se non li hai già, dovrai installarli.

Per installare la libreria Adafruit:

Nell'IDE Arduino, vai a Schizzo> Includi libreria> Gestisci librerie Quindi nel Gestore libreria cerca la striscia Neopixel usando la barra di ricerca. Premi Installa.

Per la libreria DS3231 vai su https://github.com/sleemanj/DS3231_Simple e segui le semplici istruzioni sulla pagina.

Possiamo prima impostare l'ora sull'orologio eseguendo un piccolo script fornito dall'autore della libreria. Dobbiamo eseguirlo solo una volta. Per farlo, vai su 'File' >> 'Esempi' >> 'DS3231_Simple' >> 'Z1_TimeAndDate' >> 'SetDateTime' imposta la data e l'ora che desideri e poi caricala sul tuo Arduino. Questo imposterà l'ora corretta sul tuo RTC che persisterà quando l'Arduino perde energia fino a quando la batteria a bottone dura. Questa finestra può ora essere chiusa e lo script principale del progetto può essere caricato al suo posto.

Se tutto è andato come dovrebbe finora, il quadrante dell'orologio dovrebbe prendere vita e illuminare l'ora corrente.

Passaggio 21: aggiunta degli accendini a LED

Per i downlight a LED dovrai preparare quanto segue:

• 11 set di cavi lunghi 29 cm
• Un set lungo 48 cm
• 12 singoli LED tagliati dal rotolo che usavamo prima
• Una resistenza da 470 Ohm

Non dimenticare che stagnare i pad sui LED e le estremità dei fili renderà la saldatura molto più semplice in seguito.

Le maniche stampate in 3D per la metà superiore e la fila centrale dell'orologio dovranno essere rimosse in modo da poter installare il cablaggio per i downlight. Per rimuoverli basta tirarli con cautela verso l'alto.

Il primo downlight LED sarà montato sul supporto orizzontale in alto a destra del quadrante dell'orologio. Saldare un set di fili lunghi 29 cm su entrambi i lati di uno dei singoli LED e poi incollarli in posizione nella tacca sulla colonna di supporto centrale. È comunque necessario prestare attenzione alla direzione del flusso di dati e per la fila superiore di downlight LED dovrebbe essere rivolta verso l'Arduino, come evidenziato nell'immagine.

È quindi possibile infilare i fili attraverso le guide del filo su entrambe le estremità del supporto. Saldare un resistore da 470 Ohm il cavo DIN che si trova sul lato Arduino del LED. L'altra estremità del resistore viene quindi collegata a D5 sull'Arduino.

La connessione VCC e GND che va al LED può quindi essere aggiunta alle apposite morsettiere.

Continua ad aggiungere i downlight LED lungo la fila superiore utilizzando i set di cavi da 29 cm tra ciascuno di essi. Alla fine della fila (6° LED) attaccare il set di cavi da 48 cm in modo da raggiungere la fila successiva e poi continuare ad aggiungere LED con cavi lunghi 29 cm tra di loro.

Ho creato uno schema allegato sopra che chiarisce quali fili utilizzare tra i LED, in che direzione deve essere rivolta la freccia dei dati e come instradare i fili attraverso le guide dei fili alla base dei supporti del nucleo stampati in 3D.

Passaggio 22: testare i downlight

Ora puoi sostituire tutte le guaine degli scaffali ad eccezione di quella che coprirà l'elettronica.

Collega la porta USB di Arduino a un alimentatore USB e dovresti scoprire di avere un progetto completamente funzionante!

Passaggio 23: collegare l'alimentazione di rete

Scollega il cavo USB da Arduino.

Alimenta il cavo di alimentazione principale attraverso il foro nella scheda che abbiamo realizzato in precedenza sotto il supporto stampato in 3D. È quindi possibile collegare il cavo positivo alla striscia di alimentazione positiva e la terra alla striscia di terra.

Controllare che tutti i fili siano ancora tenuti saldamente tirandoli delicatamente.

Passaggio 24: posizionare la fotoresistenza

Applicare della colla sul retro della fotoresistenza. Questo viene quindi posizionato in modo che il sensore circolare che sporge da esso sia incastonato nel ritaglio a forma di U già realizzato nel supporto stampato in 3D. La parte anteriore del sensore deve essere a filo con la parte anteriore in modo che non ostruisca il manicotto quando viene abbassato su questo supporto.

Passaggio 25: riordina l'elettronica

A questo punto, possiamo cercare di riordinare l'elettronica in modo che possa adattarsi perfettamente all'interno di questo scaffale.

Ho usato la colla per tenere ferme le varie parti all'interno dello scaffale usando il grande tabellone della parte stampata in 3D per attaccarle. Puoi adattarli a qualsiasi disposizione che funzioni per te, ma fai attenzione a non sollecitare troppo i fili.

Le foto sopra mostrano prima e dopo che ho sistemato il mio. Una volta fatto, puoi far scorrere la manica sul supporto.

Passaggio 26: completamento dell'alimentazione e montaggio

L'altra estremità del cavo di alimentazione può essere montata sui morsetti a vite. Presta attenzione a quale è il lato positivo e negativo dei terminali a vite in quanto potrebbe differire dal mio.

Per montare il mio orologio sul bordo della mensola sul muro ho usato alcune staffe per pensili da cucina. Una metà è fissata al tabellone dell'orologio e l'altra metà alla parete. I due scivolano insieme.

Ho anche usato della colla forte per aiutare a mantenere in posizione il cavo di alimentazione che fuoriesce dal retro della scheda e per evitare che il suo stesso peso sforzasse i cavi dove sono collegati alle strisce delle morsettiere.

L'ultima cosa che ho aggiunto prima di mettere la scaffalatura sul muro sono state due piccole pile di pezzi di elastico che avevo incollato insieme. Questo agisce come un piccolo tampone che aiuta a evitare che il fondo della mensola segni il muro, mantenendolo allo stesso tempo "in disparte" dal muro.

Una piccola lunghezza di plastica ordinata per cavi è stata utilizzata per nascondere il cavo di alimentazione altrimenti nero. Questo può quindi essere dipinto per abbinarlo al colore della parete.

Passaggio 27: progetto completato

Bello, è ora di fare una tazza di tè e ammirare il tuo lavoro pratico.:)

Spero che ti sia piaciuto crearne uno tuo. Non dimenticare di dare un'occhiata ad alcuni dei miei altri progetti.

Iscriviti qui su Instructables e YouTube per scoprire qual è il mio prossimo progetto. Sentiti libero di condividere questo progetto con chiunque conosci a cui potrebbe piacere costruirne uno e se ne fai uno mi piacerebbe vederne una foto.

Altrimenti fino alla prossima volta mangia per ora!

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Gran Premio al Concorso degli Orologi