Orologio con animazione LED SMART connesso al Web con pannello di controllo basato sul Web, server dell'ora sincronizzato: 11 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:04

La storia di questo orologio risale a molto tempo fa - più di 30 anni. Mio padre è stato il pioniere di questa idea quando avevo solo 10 anni, molto prima della rivoluzione dei LED, quando i LED erano 1/1000 della luminosità della loro attuale brillantezza accecante. Un vero innovatore, ha codificato in linguaggio assembly e cablato a mano ogni singolo LED (un'impressionante impresa di pazienza e determinazione)! La sua versione originale funziona ancora oggi.

Volevo riprendere da dove si era interrotto e sfruttare i progressi della tecnologia per creare un bellissimo orologio connesso al web, colorato, divertente con cui giocare e pieno di interesse. È avanzato al punto in cui vorremmo rilasciare l'orologio al pubblico come progetto open source, ma anche fornire prodotti finiti a coloro che sono interessati all'acquisto. Guarda la nostra campagna indiegogo se ti interessa sostenere!

L'orologio così com'è oggi ha una serie di funzioni ed è un prodotto completamente finito e funzionante. Siamo molto soddisfatti di come è venuto fuori sia in termini di qualità e funzionalità, ma anche in termini di set di funzionalità e stabilità. L'orologio si sincronizza ogni minuto con un timeserver assicurando che l'ora sia sempre perfetta. Gli utenti devono solo impostare il fuso orario una volta, abilitare la modalità ora legale e non dovranno più preoccuparsi di impostare nuovamente l'orologio!

52 diverse animazioni con colore, velocità e luminosità regolabili offrono all'utente un controllo preciso e infinite variazioni. Le modalità preferite vengono salvate in memoria. È possibile impostare timer di luce ed eventi giornalieri che consentono agli utenti di essere avvisati visivamente all'ora selezionata. Le modalità speciali per le vacanze possono aggiungere festività alla tua casa durante Halloween, Capodanno o Natale. Abbiamo anche una modalità speciale per il giorno pi greco in cui l'orologio anima le cifre di pi greco per 100 cifre ogni ora.

L'orologio è alimentato da un nodo MCU ESP8266 connesso al web ed è programmato utilizzando il linguaggio arduino e le popolari librerie c++ fornite di serie nella piattaforma arduino. Vuoi farne uno? Ecco come:

Passaggio 1: assemblare i materiali

Ecco un elenco completo di tutto ciò di cui hai bisogno con prezzi e link.

• Vuoto in legno circolare da 18 "di diametro 1" di spessore - $ 10,40 - Lowes
• Acrilico che diffonde la luce - $ 5,79 + $ 6,55 Spedizione = $ 12,34 da Amazon
• (2) stringhe LED precablate da 50 - 11,67 $ x 2 = 23,34 $ da eBay
• Emissione laterale LED - $ 26,62 da Adafruit
• ESP 8266 Node MCU - $ 8,39 da Amazon
• Codino da 2,5 mm - $ 6,99 (pacco da 10) da Amazon
• Circuito di prototipazione da 4 cm x 6 cm - $ 9,99 (pacco da 10 - ne avrai bisogno 1) da Amazon
• Morsettiere - $ 7,99 (pacco da 20 - te ne serviranno 5)
• 1x8 pezzo di pino - $ 4,79 da Lowes
• 1/4 pezzo di materiale per pavimenti in legno (per il supporto) Codice articolo 422633 - $ 10,48 da Lowes
• (1) Alimentatore 5v, 5a - $ 14,99 da Amazon
• Materiale di supporto da 2,7 mm (Articolo 757295000023) - $ 10,98 da Home Depot
• (20) Viti per legno nere n. 6 - $ 6,83 - Amazon
• Macchia e vernice trasparente. Finiture generali consigliate! - circa $ 20 da Woodcraft
• (2) Dadi neri 1/4-20 (Articolo 755801) - $ 1,38 da Lowes
• (2) Viti a testa bombata 1/4-20 nere (Articolo 755806) - $ 1,49

Prezzo totale degli articoli elencati qui: $ 177,38

Strumenti necessari:

1. macchina CNC
2. Pistola per colla a caldo
3. Saldatore
4. Dremel o lima a mano
5. Spelafili

Passaggio 2: familiarizzare con la pagina Web

Questa parte è ciò che rende l'orologio sia divertente che cool. La pagina web è divisa in quattro sezioni: Impostazioni generali, Colore, Animazioni ad anello e Animazioni numeriche.

• Impostazioni generali - Questa sezione include le regolazioni come l'ora legale, il fuso orario, ecc. In questa pagina è presente anche un'opzione per salvare e richiamare tre diverse configurazioni dell'orologio. Ciò consente all'utente di salvare le scene preferite. Tutte le impostazioni sono salvate in eeprom (memoria non volatile); inoltre, le impostazioni correnti vengono sempre salvate in modo che in caso di interruzione di corrente l'orologio riprenda da dove si era interrotto.
• Opzioni colore: ogni aspetto dell'orologio è personalizzabile. Per cambiare il colore di qualsiasi elemento è sufficiente fare clic sul pulsante corrispondente all'elemento che si desidera modificare e quindi fare clic sulla ruota dei colori. All'interno della ruota dei colori è bianco puro. All'esterno la ruota dei colori spegne il LED.
• Animazioni ad anello - Le animazioni ad anello sono eventi che accadono ogni minuto (cioè animazioni che fanno avanzare la lancetta dei minuti) o attività interessanti come un pendolo. Scegli tra una varietà di opzioni qui
• Animazioni numeriche - Le animazioni numeriche sono visualizzazioni luminose non collegate a un evento temporale. Piuttosto creano stati d'animo o interesse. Ci sono 52 diverse opzioni qui e possono essere rese ancora più interessanti regolando la luminosità o la velocità usando le barre di scorrimento.

L'html e il javascript per questa pagina sono inclusi nel codice sorgente ospitato su github. Ci arriveremo tra un momento.

Passaggio 3: preparare i file CNC

Il lavoro di costruzione della macchina CNC sta premendo vai sulla tua macchina CNC. Ma come tutti sanno, il lavoro CNC è il 95% di installazione e il 5% di taglio! Alcune parole sulla configurazione sono importanti qui.

Innanzitutto, è essenziale ottenere un dispositivo solido. Sto scegliendo di tenere fermo il legno grezzo con questi morsetti a camma. Funzionano alla grande e sono molto forti! In modo che non danneggino il legno, ho messo dei piccoli pezzi di gomma tra l'area di contatto e il legno (questo non ridurrà la forza di serraggio). Oltre ad essere incredibilmente robusti, un altro grande vantaggio di questi morsetti è il fatto che l'altezza totale del morsetto è al di sotto della superficie di lavoro, quindi non c'è mai alcun pericolo di collisione. Se non hai a disposizione questi morsetti, il nastro biadesivo può funzionare. Qualunque sia il tuo metodo, assicurati di mantenere forti tenute e un corretto allineamento della grana.

Nota importante: dovrai capovolgere l'orologio e il CNC su entrambi i lati della macchina, quindi assicurati di indicizzare il tuo pezzo di legno. Assicurati di poterlo capovolgere ed essere ESATTAMENTE nello stesso posto. Questo è essenziale per tagliare un buon orologio!

Ora alcune note sul lavoro CAD e CAM.

Il file Cad (ProductionClockMaster.3dm) è un file Rhino3d e ha tutti i livelli CAD necessari per l'orologio. Se hai bisogno di un formato più generico, ho incluso anche un'esportazione *dxf dei livelli anteriore e posteriore dell'orologio. Queste dovrebbero essere tutte le informazioni di cui hai bisogno.

Il lavoro CNC CAM è suddiviso in 9 Operazioni CNC separate. Gli attuali file gcode di Mach3 sono inclusi nel repository GitHub così come i file VCarve che li hanno prodotti (se è necessario aprirli ed esportarli utilizzando un post processore diverso).

Tutti i file per il progetto sono disponibili su GItHub. Ecco come interpretare i file. Sono relativamente autoesplicativi, ma ecco un ulteriore aiuto per chiarire ogni possibile confusione. I primi cinque file sono elencati in ordine di operazione di taglio. Il nome del file termina tra parentesi con la dimensione dell'utensile da taglio. Quindi, ad esempio: 01_Tasche posteriori_v1.8_ (1-2 pollici)

• Questo nome file inizia con 01 quindi è la prima operazione.
• Ritaglierà le tasche posteriori.
• Questa è la versione 1.8 (ho iniziato con 0.0, quindi ti dice quanti errori ho fatto!)
• Usa uno strumento da taglio da 1/2 pollice

Oltre a queste cinque operazioni di blocco di legno, ci sono due operazioni di supporto, un'operazione di elemento acrilico e un'operazione di piastra di copertura posteriore.

Un'operazione unica è l'operazione CNC con scanalatura a T. Ciò fornisce un canale in cui far scorrere i bulloni sul supporto da tavolo. Avrai bisogno di una punta a T come quella mostrata nella foto sopra.

Di nuovo, se hai bisogno di qualcosa di diverso dal post processore Mach3 standard, apri i file VCarve ed esportali nel tuo formato locale. Il prossimo passo sarà effettivamente il taglio del nucleo e illustreremo passo dopo passo come dovrebbe apparire l'orologio in ogni fase.

Passaggio 4: tagliare il nucleo dell'orologio, il supporto da tavolo, le piastrelle acriliche e il materiale di supporto

Ecco alcune foto di ciascuno dei pezzi completati mentre escono dalla macchina. L'acrilico è il taglio più impegnativo poiché l'acrilico ha la tendenza a sciogliersi se diventa troppo caldo e vibra e si solleva se non viene tenuto saldamente. Un laser cutter sarebbe l'ideale se ne hai uno. Come puoi vedere nella foto, ho realizzato una maschera speciale che tiene saldamente tutti e quattro i lati. Il nastro biadesivo sarebbe probabilmente il migliore in assoluto per questa operazione, ma richiederebbe un po' più di tempo per rimuoverlo.

Passaggio 5: personalizza con l'arte e la finitura del quadrante dell'orologio

L'orologio può essere utilizzato bene senza questo passaggio ma è divertente personalizzarlo in base alle proprie esigenze o gusti. Abbiamo provato molti design diversi e il cielo è il limite qui. Ci piacerebbe vedere esempi di cose che ti vengono in mente!

In termini di finitura, abbiamo provato molte cose diverse, ma amiamo la semplicità e la facilità di colorazione. Adoriamo anche la finitura General Finishes perché è particolarmente facile da installare, resistente e ha un bell'aspetto! Ora è il momento di farlo prima di iniziare a installare l'elettronica.

Suggerimento: non dimenticare di macchiare contemporaneamente anche il supporto da tavolo, la spina della piastra posteriore e la piastra posteriore. È facile lasciarsi trasportare e dimenticare questi accessori!

Passaggio 6: piastrelle acriliche e montaggio del supporto

Dopo aver applicato la finitura ai pezzi di legno, è il momento di premere le piastrelle acriliche e assemblare il supporto. Le piastrelle acriliche hanno tolleranze di montaggio a pressione e non richiedono alcun adesivo in generale. Alcune delle piastrelle potrebbero aver bisogno di piccole quantità di levigatura o limatura, ma generalmente queste si premono in posizione e sei a posto. Se trovi che alcuni di essi sono troppo larghi e cadono, usiamo alcune gocce di colla per scuola Elmers bianca poiché è facile da applicare, si asciuga perfettamente e fornisce molta adesione. La parte anteriore del tuo orologio è ora COMPLETA! Stai indietro e divertiti.

Inoltre in questo momento puoi anche premere nel supporto i dadi 1/4-20 e allacciare i bulloni che scorrono lungo i canali della scanalatura a T. Lascia cadere il supporto nella base con un po' di colla e il tuo supporto da tavolo è ora pronto!

Passaggio 7: installare i LED precablati nel core dell'orologio

Ok, ci stiamo avvicinando! Probabilmente la parte dell'orologio che richiede più tempo è la pressione dei singoli LED. Ci sono un totale di 100 LED in questa parte dell'orologio e poiché i LED sono disponibili in strisce da 50, avrai bisogno di due strisce collegate da un capo all'altro. Le tolleranze delle cavità dei LED sono tali da essere fondamentalmente press-fit. Anche se le tolleranze di adattamento alla pressa mantengono i LED in posizione, utilizziamo una piccola quantità (molto piccola) di colla a caldo per fornire una maggiore sicurezza. Troppa colla e l'eccesso spremerà e bloccherà i LED.

Dopo questo passaggio, dal retro dell'orologio verranno estrusi molti anelli che dovranno essere premuti affinché il pannello posteriore si adatti al suo posto. Un po' di aria calda da un asciugacapelli rende i fili più flessibili e facili da piegare. Ancora una volta, l'uso della colla a caldo mantiene questi fili fissati.

Tutto sommato, questo processo richiede da 45 minuti a un'ora. Guarda le immagini sopra per vedere come dovrebbe essere questo passaggio. Guarda anche il divertente video time-lapse! Se solo potessimo cablare così velocemente!

Passaggio 8: assemblare l'elettronica

Il cablaggio elettrico è facile, ma ecco una spiegazione dettagliata. Abbiamo scoperto che il modo più semplice per cablare è utilizzare una scheda proto da 4 cm x 6 cm (la dimensione della cavità CNC) e installare terminali a vite che riceveranno le strisce LED e l'adattatore di alimentazione CC. Abbiamo provato a saldare in modo più diretto e non solo è ingombrante e difficile, ma rende impossibile rimuovere o sostituire le viscere dell'orologio nel caso in cui l'ESP8266 si rompa o necessiti di un aggiornamento. L'utilizzo delle intestazioni è più flessibile e, a nostro avviso, più semplice.

Una volta installati i terminali a vite è sufficiente seguire lo schema elettrico per collegare i terminali ai pin corretti. Non ci sono componenti effettivi sul PCB, solo tracce dalle intestazioni ai pin ESP8266 appropriati.

Il pin 4 è il pin per i LED ad anello e il pin 2 è il pin per i numeri. Il positivo va a VSS e il negativo va a massa.

L'unica altra cosa necessaria è una resistenza da 300 ohm sul pin dati della striscia LED. In ogni striscia WS2812b che abbia mai visto (e ne ho visti molti) questo è il perno centrale. Questo resistore protegge la striscia da picchi di tensione e picchi di tensione che potrebbero causare danni o comportamenti imprevedibili. Ho trascurato di installare questo resistore e ho bruciato il primo LED sulla striscia (altre volte non è successo nulla e ha funzionato perfettamente). Il resistore dovrebbe essere aggiunto in linea, il che significa che funziona come un collegamento nella catena che collega la scheda al filo al LED. Alcune strisce LED hanno questi resistori già installati e altri no. Se non sei sicuro che la tua striscia LED ne abbia una, vai avanti e aggiungine una comunque. Non c'è nulla di male nel farlo. Assicurarsi di aggiungere questo resistore in linea il più vicino possibile al lato LED del cavo di collegamento NON al lato PCB.

La cavità nella parte posteriore dell'orologio è progettata per due scopi. O può ricevere il corpo di un trasformatore 5v per il montaggio a parete oppure può contenere una batteria opzionale. Di seguito è illustrato un comune pacco batteria da 5 V utilizzato per estendere la portata dei dispositivi wireless. Basta acquistare un adattatore da USB a 2,5 mm e il tuo orologio è ora alimentato a batteria!

Sarà necessario praticare un foro dalla cavità centrale al PCB per ricevere il codino femmina CC. Questo è fatto facilmente semplicemente angolando la punta del trapano. Assicurati di rimanere superficiale in modo da non perforare il quadrante dell'orologio! Viene mostrata l'operazione di perforazione completata con il codino avvolto ordinatamente nella cavità.

Passaggio 9: carica il codice

Il codice per l'orologio può essere trovato sulla pagina github di brightlightart. Il codice viene costantemente migliorato ed è ben commentato. Se non hai familiarità con i file *.ino, questo è un formato di file Arduino e deve essere compilato con l'IDE arduino. Una volta compilato, si carica tramite il jack microUSB standard su ESP8266. Se hai bisogno di aiuto su come farlo utilizzando l'ESP 8266, ecco un eccellente tutorial sulla programmazione con questa popolare interfaccia. È abbastanza vicino all'uscita dalla scatola ma non del tutto!

Cosa fanno questi diversi file? Ecco una ripartizione della struttura di questi file e cosa fanno nel quadro generale.

Cartella del server web

Index.htm -Quando il codice viene inizialmente caricato su ESP8266 ti verrà presentata una pagina di caricamento che ti chiede di caricare un file. Carica il file index.htm. Questo file serve la pagina web - gli altri file nella cartella sono ospitati su brightlightart.com ma sono qui come riferimento nel caso in cui desideri modificare i fogli di stile/javascript e ospitarli tu stesso

Cartella principale

• enLIGHTen-LED-Clock.ino - Questo è il file principale e proviene dall'eccellente progetto McLighting. Lo script è stato pesantemente modificato rispetto al suo stato originale, ma siamo in debito con questo progetto come un eccellente punto di partenza per il nostro progetto.
• colormodes.h - Gestisce la maggior parte delle animazioni luminose sull'anello. Gestisce anche le funzioni temporali.
• definizioni.h - Definisce la maggior parte delle variabili globali.
• request_handlers.h - Comunica con ESP8266 e gestisce le richieste in entrata e invia informazioni a ESP8266.
• spiffs_webserver.h - Aiuta a servire e interpretare la pagina web. Questo è l'unico file senza modifiche rispetto al progetto McLighting.
• WS2812FX.cpp - Gestisce le animazioni luminose sui numeri. Questo è quasi interamente preso dall'eccellente libreria kitsurfer WS2812B. Il cambiamento principale qui è l'aggiunta di funzionalità per la lancetta delle ore per rimanere accesa
• WS2812FX.h - file di intestazione che va con la libreria WS2812fx. Questo è sostanzialmente invariato.

File di inclusione aggiuntivi

Oltre ai file qui inclusi, avrai bisogno delle seguenti librerie. Queste sono librerie standard e facilmente incluse effettuando una ricerca all'interno dell'IDE.

• NtpClientLib.h
• DNSServer.h
• FS.h
• ESP8266mDNS.h
• EEPROM.h
• WiFiClient.h
• Ticker.h
• WiFiUdp.h
• WiFiManager.h
• WebSocketsServer.h
• WebSockets.h
• ESP8266WiFi.h
• ESP8266WebServer.

Passaggio 10: configurazione iniziale di EnLIGHTen Clock e dimostrazione

Dopo aver caricato il codice sorgente e aver acceso l'alimentazione per la prima volta, tutte le luci saranno blu statiche. Questa è la tua indicazione che l'orologio sta trasmettendo un punto di accesso e sta aspettando che tu ti connetta. Usando un telefono, un laptop o qualsiasi dispositivo wireless, scansiona le reti vicine (come faresti se stessi cercando di connetterti a Internet in un bar). Nell'elenco delle reti disponibili dovresti vederne una intitolata "orologio". Collegati ad esso.

Una volta che ti connetti a quella rete, caricherà automaticamente una pagina web (di nuovo, come un reindirizzamento che sperimenteresti in un bar). Sii paziente perché a volte questo può richiedere fino a 30 secondi. La pagina web ti chiederà di cercare le reti vicine. Seleziona la tua rete domestica o aziendale e forniscigli la password WiFi. Dopo aver fatto clic su Invia, la password wireless per la tua rete locale verrà salvata in memoria. Dovrai farlo solo una volta. L'orologio si riavvierà.

Quando ricomincia, vedrai che mostra una serie di numeri in ordine. I numeri visualizzati sono l'indirizzo IP della pagina Web a cui è necessario connettersi. Quindi, ad esempio, potrebbe visualizzare 1, 9, 2,., 1, 6, 8,., 0,., 3, 1. Questo si traduce in https://192.168.0.31. Digita questo indirizzo nella pagina web e ora dovresti essere connesso al tuo orologio. Configura via e divertiti! Anche in questo caso, l'orologio utilizza la tecnologia websocket, quindi qualsiasi modifica apportata dovrebbe riflettersi immediatamente senza la necessità di premere salva o aggiornare la pagina web. È molto interattivo e divertente in questo senso!

Se per qualche motivo perdi la connessione, aggiorna semplicemente la tua pagina web. La maggior parte dei router mantiene lo stesso indirizzo IP per i dispositivi collegati, ma di tanto in tanto tendono a cambiare, quindi prestare attenzione all'avvio. Se hai bisogno di ricordare l'indirizzo IP della pagina web, riavvia semplicemente l'orologio.

Una volta che ti senti a tuo agio con il funzionamento del codice, non dimenticare di installare il materiale di supporto! I fori predisposti facilitano l'allineamento. Premi tutti i fili che stanno orgogliosamente e ora il tuo cablaggio è sicuro e l'orologio sembra molto finito!

Passaggio 11: crea, sviluppa, supporta e divertiti

Ci piacerebbe vedere quante più persone costruire e godersi questo orologio il più possibile. Abbiamo adorato questo progetto e vogliamo che altri condividano l'esperienza! Ci siamo divertiti così tanto a risolvere problemi, superare ostacoli, schiacciare bug ed essere ricompensati da una luce divertente e significativa. Il beneficio che abbiamo ricevuto dalla comunità creativa open-source non ha prezzo e ci ha incoraggiato a rilasciare questo materiale sorgente per l'apprendimento condiviso, il miglioramento continuo e il divertimento tecnico. Ci piacerebbe conoscere le build di successo e i modi in cui hai migliorato l'orologio enLIGHTen. Per favore, scrivici e facci sapere!

Non tutti hanno tempo, abilità, strumenti o risorse per costruire uno di questi orologi da zero, quindi se sei interessato ad acquistare un orologio completo come prodotto finito o come base per lo sviluppo continuo, supportaci su indiegogo.