Orologio fotocromatico e fosforescente: 12 passi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Questo orologio utilizza un display a 7 segmenti a 4 cifre personalizzato realizzato con LED UV. Davanti al display è posizionato uno schermo costituito da materiale fosforescente ("glow-in-the-dark") o fotocromatico. Un pulsante sulla parte superiore illumina il display UV che quindi illumina lo schermo per alcuni secondi in modo che inizi a brillare o cambi colore che poi svanisce lentamente.

Questo progetto è stato ispirato dal fantastico Glow-In-The-Dark Plot Clock di Tucker Shannon. Quando ho ricostruito il suo progetto, gli ho dato una piccola svolta sostituendo lo schermo fosforescente con uno stampato in 3D da un filamento fotocromatico che cambia colore se esposto alla luce UV. Nel frattempo ho visto che altre persone avevano la stessa idea (vedi ad esempio qui). Sebbene il meccanismo di tracciamento meccanico dell'orologio sia sicuramente fantastico, ha lo svantaggio che i numeri escono un po' storti, quindi stavo pensando a un altro modo per rendere i numeri più puliti. All'inizio ho provato a sostituire la retroilluminazione di un display LCD con LED UV e poi ho messo sopra uno schermo fotocromatico/glow-in-the-dark. Tuttavia, si è scoperto che l'intensità trasmessa attraverso l'LCD era molto bassa. Successivamente ho deciso di costruire un display a 7 segmenti a 4 cifre utilizzando LED UV per illuminare lo schermo che ha dato risultati molto migliori.

Forniture

Materiali

• Modulo RTC DS3231 (ebay.de)
• Arduino Nano (ebay.de)
• Filamento UV che cambia colore (amazon.de)
• 96x39x1 mm Adesivo Glow-in-the-Dark (ebay.de)
• Foglio di plastica trasparente 96x39x1 mm (amazon.de)
• Modulo step-up DC DC MT3608 (ebay.de)
• 30 pezzi LED UV da 5 mm (ebay.de)
• TM1637 Display a 7 segmenti a 4 cifre (ebay.de)
• Pulsante momentaneo 12x12 mm (ebay.de)

Utensili

• stampante 3d
• pistola per colla a caldo
• saldatore
• multimetro

Passaggio 1: stampa 3D

I seguenti file stl devono essere stampati in 3D. Le parti della custodia sono state stampate da PLA nero mentre per il file 4digits.stl ho usato PLA bianco. Lo schermo è stato stampato da un filamento viola UV che cambia colore. La maschera di saldatura può essere stampata da qualsiasi materiale.

Passaggio 2: dissaldare il display a 7 segmenti

Mi serviva solo lo zaino I2C del display a 7 segmenti a 4 cifre quindi il primo passo è stato dissaldare il display dal modulo.

Passaggio 3: preparare il PCB del prototipo

Successivamente ho ritagliato un pezzo da un prototipo di PCB per i LED UV e segnato i punti in cui volevo posizionare i LED secondo la maschera di saldatura. Sulla parte inferiore ho poi attaccato i pin header maschi per il collegamento allo zaino I2C.

Passaggio 4: LED di saldatura e intestazioni dei pin

Ho quindi saldato tutti i LED UV al PCB del prototipo e ho anche collegato le intestazioni dei pin maschi. Ho usato la maschera di saldatura per l'allineamento dei LED UV.

Passaggio 5: cablaggio dei LED

Successivamente, i LED sono stati cablati secondo lo schema allegato che copia il layout del display a 4 cifre che è stato dissaldato dallo zaino I2C. Per i collegamenti dei singoli segmenti di una singola cifra ho utilizzato filo di rame argentato mentre gli altri collegamenti sono stati realizzati con filo isolato. Alla fine, l'intera faccenda sembra piuttosto disordinata.

Passaggio 6: collegare lo zaino I2C

Successivamente, ho collegato il prototipo del PCB allo zaino I2C. Mentre ho saldato entrambe le parti direttamente insieme, sarebbe stato più saggio utilizzare intestazioni femmina sullo zaino in modo che entrambe le parti possano essere collegate e scollegate.

Per i test mi sono connesso a un arduino nano e ho caricato l'esempio TM167test dalla libreria TM1637.

Passaggio 7: completamento del display a 4 cifre

Successivamente, la parte 4digits.stl stampata in 3D viene attaccata sopra i LED. Per diffondere la luce dei led ho riempito i segmenti con della colla a caldo e li ho sigillati con del nastro Kapton fino a quando la colla non si è indurita. Questo mi ha lasciato con un bel display a 7 segmenti a 4 cifre personalizzato.

Passaggio 8: schermo fosforescente

All'inizio ho provato anche a stampare in 3D questo schermo dal filamento Glow-in-the-Dark. Tuttavia, si è scoperto che diffonde troppo la luce, quindi i numeri appaiono un po' sbiaditi. Pertanto, ho deciso di utilizzare un adesivo attaccato a uno schermo di plastica trasparente. La maggior parte delle plastiche è ancora abbastanza trasparente per la luce di ~400 nm dei LED.

Passaggio 9: montare i componenti nell'alloggiamento

Infine i componenti possono essere montati nell'alloggiamento stampato in 3D usando ancora molta colla a caldo.

Prima di utilizzare il modulo DS3231 è opportuno disabilitare il circuito di ricarica della batteria. Solo dopo aver costruito diversi orologi con questo modulo mi sono imbattuto in un thread che spiegava che il VCC è collegato alla batteria a bottone. Ciò significa che quando si alimenta il modulo tramite VCC la tensione viene costantemente applicata alla batteria. Poiché il modulo viene fornito con batterie CR2032 non ricaricabili, questa non è una buona idea. È possibile disattivare facilmente il circuito di ricarica dissaldando il diodo o la resistenza contrassegnati nell'immagine allegata.

Passaggio 10: collegare i moduli

Successivamente, i componenti sono stati cablati utilizzando cavi Dupont secondo lo schema allegato. Il modulo step up è stato utilizzato per aumentare la tensione di alimentazione per lo zaino I2C a 7 V poiché volevo rendere i LED UV il più luminosi possibile. La tensione applicata ai LED è VCC-2 V, cioè 5 V, mentre questa è superiore alla tensione diretta consigliata dei LED (3 V) dovrebbero essere in grado di gestirla poiché non saranno accesi costantemente.

Passaggio 11: caricare il codice

Inizialmente, ho impostato l'ora corrente nel modulo RTC. Per questo ho appena caricato l'esempio SetTime della libreria DS1307RTC. Successivamente, è possibile caricare il codice allegato per l'orologio. Premendo il pulsante, il display si illumina per 5 secondi e mostra l'ora corrente.

Passaggio 12: orologio finito

Ecco qualche altra foto dell'orologio finito. Durante il giorno lo schermo fotocromatico può essere utilizzato mentre durante la notte può essere sostituito con lo schermo Glow-in-the-Dark.

Nel complesso sono abbastanza soddisfatto del risultato, anche se i numeri su entrambi gli schermi potrebbero essere ancora più luminosi. Un'altra possibilità che potrei voler provare è mescolare la polvere fosforescente con la resina epossidica e quindi usarla per riempire i segmenti del display invece della colla a caldo. Inoltre sarebbe bello utilizzare un PCB professionale con LED SMD invece dei LED da 5 mm.