Rellotge de nit connectat per a nens: 12 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

Seguint aquestes instruccions, podreu crear un rellotge que estigui activat amb moviment i mostrarà la data, l'hora i l'esdeveniment rellevant del dia. Es mostrarà un mode nocturn quan sigui hora de dormir i quan els nens es despertin, podran recordar ràpidament quina serà l'activitat principal del dia: escola, vacances, festa d'aniversari d'un amic, partit de rugbi o voleibol, etc.

També s’ajustarà automàticament per l’horari d’estiu i recopilarà informació sobre les vacances d’un calendari de vacances.

No és un despertador (els meus pares m’acostumaven a despertar de petit i intentaré fer el mateix amb els meus fills, mostrant-los que algú els preocupa des que obren els ulls al matí).

El dispositiu recopilarà informació del calendari de Google (o de qualsevol servei que pugui proporcionar calendaris en format ICS) i es sincronitzarà amb l’hora d’Internet, eliminant la necessitat de configuració manual.

Els esquemes, el programari i el disseny 3D del recinte estan oberts i estan disponibles als enllaços. No dubteu a aportar cap idea o millora aquí o a github.

El dispositiu es basa en un mòdul ESP-32, es pot adaptar fàcilment a diferents plataformes basades en ESP-23 i probablement també a ESP8266 i altres dispositius compatibles amb Arduino que puguin proporcionar connectivitat.

Pas 1: components

Els meus fills dormen en una llitera i no tenen cap tauleta de nit, de manera que el rellotge està dissenyat per fixar-se a l’estructura de fusta del llit. És possible que vulgueu redissenyar-lo per adaptar-lo millor a les vostres necessitats (no dubteu a fer-ho i compartiu-ne els resultats), així que vaig dividir la llista entre peces electròniques (sempre necessàries) i peces de muntatge (específiques d’aquest disseny).

Components electrònics:

• Mòdul basat en ESP-32. Podeu utilitzar el Huzzah-32 d’Adafruit o qualsevol mòdul ESP-32 que admeti l’entorn de programació Arduino. He utilitzat un mòdul de do-it que està disponible a Amazon.it a un preu molt raonable (malauradament, la distribució d'Adafruit a Itàlia no és molt bona).
• Un sensor PIR (aquí he utilitzat l’e e, però els podeu trobar fàcilment al web o a les botigues locals per a fabricants). El meu sensor requereix alimentació de 5 V i genera un senyal de sortida de 3,3 V que és compatible també amb dispositius de 5 V. Comproveu que els vostres propis sensors tinguin les mateixes especificacions o adapteu el disseny en conseqüència.
• Una pantalla oled I2C. He utilitzat una pantalla monocroma de 128x64 píxels i és compatible amb el model propi d’Adafruit, que només requereix menys connexions per funcionar (per defecte es configura a la interfície I2C). Si utilitzeu una pantalla diferent, és possible que hàgiu de canviar el programari, però el gràfic s’ha implementat amb l’excel·lent biblioteca GFX d’Adafruit, de manera que la portabilitat a una pantalla compatible no hauria de ser massa dura.
• Cables jumper (sóc molt dolent per soldar, així que prefereixo no soldar directament als pins).
• Una font d'alimentació de 5V. El tipus de connector no és important, ja que el tallarem i utilitzarem els cables directament. Si només voleu alimentar el mòdul ESP-32, sense el muntatge basat en imants, podeu utilitzar un adaptador d’alimentació USB-micro.

Components de muntatge:

• Funda impresa en 3D (podeu trobar un enllaç al disseny al tutorial, no dubteu a enviar-me un missatge si voleu un enllaç al disseny original a thinkercad per modificar-lo)
• Imants. S'utilitzen per mantenir el dispositiu connectat a la placa de muntatge i també per proporcionar-li energia. He escollit aquesta solució per tenir alguna cosa que puc eliminar fàcilment per al manteniment (i la correcció d’errors) i que es pot reiniciar fàcilment desprenent-la i tornant-la a col·locar a la paret.
• Cargols de fusta / paret

Eines:

• Soldador
• Tornavís
• Un PC amb Arduino IDE instal·lat i l'entorn de desenvolupament ESP-32 Arduino Core configurat tal com es descriu en aquesta pàgina.

Pas 2: configureu Google Calendar

Aquí us mostraré com utilitzar Google Calendar per crear un calendari que utilitzarà el vostre dispositiu, podeu utilitzar qualsevol servei de calendari que us permeti accedir al calendari en format iCal. Els noms i els paràmetres dels camps seran diferents, és clar, però sempre que pugueu exportar el calendari en format iCal amb un URL https fix, hauria de funcionar amb el rellotge.

Per accedir a Google Calendar necessiteu un compte de Google.

A continuació, podeu visitar calendar.google.com.

Les instruccions s'han de seguir mitjançant un navegador del vostre PC / Mac. Hauríeu de poder realitzar les mateixes operacions també des de l'aplicació mòbil de Google.

A Google Calendar haureu de crear un calendari nou seleccionant la icona "+" al costat de "Afegeix el calendari d'un amic" (no tan intuïtiu) i, a continuació, seleccioneu "Nou calendari" al menú emergent (més intuïtiu).

Podeu assignar un títol al vostre calendari (útil quan haureu d'afegir-hi esdeveniments per configurar el rellotge) i al camp de descripció podeu configurar les hores de despertador predeterminades i "anar al llit".

Per configurar els horaris, cal inserir una lletra: "W" per a l'hora de despert predeterminada, "H" per a l'hora de despertar de caps de setmana i festius i "B" per a l'hora de dormir, després un punt i coma i l'hora en format 24HR (Ho sento pels meus amics americans). Cal afegir diversos paràmetres en línies separades.

Per exemple:

O: 08:00

H: 08:30

B: 22:00

Vol dir que l’hora de despertar és normalment de 8:00 a 8:30 AM per a WE / vacances i que l’hora de dormir és a les 22:00.

En aquest moment, podeu fer clic a "crea calendari" per afegir-lo a la llista de calendaris gestionats per Google Calendar.

Haureu d’obtenir un URL que es pugui utilitzar per descarregar-lo en format iCal. Per fer-ho, heu de fer clic als punts verticals que apareixen a la dreta del nom del calendari quan el passeu amb el ratolí (no intuïtiu) i, a continuació, fer clic a "Configuració i compartir".

Haureu de desplaçar-vos cap avall per la pàgina de configuració (almenys si no teniu una pantalla de 4 k) i cercar al camp "Adreça secreta en format iCal". Copieu i deseu el text (queda desdibuixat a la meva captura de pantalla) perquè el necessitareu per configurar el dispositiu.

Si no teniu un calendari de vacances connectat al vostre compte, és hora d'afegir-ne un.

Torneu a seleccionar la icona "+" al costat de "Afegeix el calendari d'un amic" i, aquesta vegada, seleccioneu "navegar pels calendaris d'interès".

Es mostrarà una llista de diversos calendaris, inclosos els calendaris de vacances locals, seleccioneu el que vulgueu utilitzar i apareixerà a la llista al costat del calendari actual.

Obriu la pàgina "Configuració" mitjançant el menú de punts verticals tal com es descriu abans per al calendari normal i copieu i deseu l'URL a "Adreça pública en format iCal".

Si no trobeu un calendari de vacances adequat, probablement només cerqueu a Google us pot ajudar a trobar un lloc web que proporcioni un calendari iCal per a la vostra ubicació específica.

En aquest moment, tindreu la informació que necessiteu per deixar que el dispositiu baixi els vostres calendaris:

• URL del calendari principal del rellotge
• URL del calendari de vacances

Pas 3: recopileu informació sobre la zona horària

El rellotge es pot sincronitzar amb serveis basats en Internet, però haurà de saber en quina zona horària es troba per poder ajustar-hi la seva hora i esdeveniments actuals.

Els fusos horaris es poden expressar mitjançant una cadena de caràcters que descriu el seu desplaçament de GMT (hora de Greenwich) i les regles que s’utilitzen per canviar entre l’horari d’estiu i l’hora normal. Construir aquesta cadena no és molt fàcil, però per sort senyor. Pavel Gurenko va implementar una bona eina que ens permet generar aquesta cadena només proporcionant el nom de la nostra zona horitzontal que podeu trobar a https://www.pavelgurenko.com/2017/05/getting-posix-tz-strings-from- olson.html

Els noms de la zona horària depenen del continent / país / ciutat on es trobi. A Europa, en general, és suficient especificar Europa /, per als països amb diverses zones horàries, les coses poden ser una mica més complicades, però aquesta pàgina de wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tz_database_time_zones us ajudarà a trobar la correcta.

Un cop hàgiu trobat el nom de la zona horària, podeu escriure-ho al formulari de mr. Al bloc de Gurenko i premeu enviar per obtenir la cadena correcta (com podeu veure a les captures de pantalla).

Per exemple, la cadena del meu fus horari (Europa / Roma) és: Europa / Roma (CET-1CEST, M3.5.0, M10.5.0 / 3)

Copieu i deseu aquesta informació perquè haureu de proporcionar-la quan configureu el dispositiu.

Pas 4: configureu i afegiu imatges personalitzades per als vostres esdeveniments

Com que tindrem una pantalla gràfica connectada al nostre rellotge, podem afegir alguns gràfics als nostres esdeveniments, de manera que els nens puguin comprendre immediatament quina és l'activitat principal del dia. Les icones estàndard per a dies escolars, WE / vacances i temps de son estan incrustades al codi (podeu trobar instruccions sobre com personalitzar-les al repositori de github), però podeu afegir imatges per a esdeveniments específics.

Malauradament, la pantalla és bastant petita i monocromàtica, de manera que això limitarà una mica la complexitat de les imatges.

El dispositiu admet mapes de bits monocroms de 48x48 píxels. Podeu descarregar-les de Google Drive, però haureu de proporcionar un fitxer d'índex que les faci coincidir amb les paraules de la descripció de l'esdeveniment.

Creeu imatges personalitzades

Primer de tot, heu de crear mapes de bits, podeu utilitzar qualsevol aplicació gràfica que vulgueu, sempre que la deseu com a fitxer de mapa de bits de Windows (BMP) sense comprimir. La mida del fitxer ha de ser de 446 bytes.

Si utilitzeu MS-Paint, podeu crear una imatge nova i redimensionar-la a 48x48 píxels (vegeu la primera captura de pantalla).

A continuació, podeu dibuixar la imatge, només podeu utilitzar blanc i negre i el píxel es revertirà a la pantalla (els píxels blancs seran blancs i viceversa).

Quan estigueu satisfet amb els resultats (segona captura de pantalla), podeu seleccionar "desa com …" i seleccionar el format de la imatge com a fitxer de mapa de bits de Windows monocrom (tercera captura de pantalla).

Pengeu imatges a Google Drive i recopileu enllaços

Un cop hàgiu creat totes les imatges que necessiteu, podeu penjar-les a Google Drive. Suggereixo crear una carpeta amb aquest propòsit.

Un cop hàgiu penjat les imatges, hauríeu d'obtenir enllaços directes de descàrrega mitjançant aquest mètode:

www.labnol.org/internet/direct-links-for-g…

o aquesta pàgina per convertir els enllaços compartits a descàrregues directes:

sites.google.com/site/gdocs2direct/

Cal associar cada enllaç d'imatge amb un nom mnemotècnic. Per fer-ho, heu de crear un fitxer de text nou (podeu utilitzar el bloc de notes en una màquina Windows) i afegir una imatge per fila amb el format següent:

:

hauríeu de finalitzar la llista amb la paraula clau "final" en una fila nova (per exemple, veure la captura de pantalla quatre).

Penja un fitxer d'índex

Un cop hàgiu acabat, podeu penjar el fitxer d'índex i recollir el seu propi URL de baixada. Haureu de proporcionar-lo quan configureu el dispositiu.

Malauradament, Google Drive no us permetrà descarregar el fitxer si el canvieu amb l'editor de Documents de Google, de manera que heu d'editar el fitxer de text al vostre PC i penjar-lo a Google Drive cada vegada que vulgueu afegir imatges noves o canviar alguna cosa..

Pas 5: Instal·lació del programari

Per instal·lar programari al dispositiu, haureu de crear-lo a partir del codi font.

Configureu el suport d'IDE Arduino i ESP-32

Heu d’instal·lar l’IDE Arduino que podeu descarregar des del lloc web oficial d’Arduino.

A continuació, heu d’instal·lar el suport ESP-32 seguint les instruccions de github.

En aquest moment, heu de provar que les mostres es puguin crear i baixar al dispositiu abans de crear codi específic del projecte.

Descarregueu biblioteques i codi

Cal afegir les biblioteques necessàries per al projecte mitjançant el gestor de biblioteques Arduino.

Seleccioneu "Sketch / Include Library / Manage Libraries …" al menú principal Arduino IDE (vegeu la primera captura de pantalla).

Per crear el codi, heu de cercar i instal·lar:

• Biblioteca AdFruit GFX
• Adafruit SSD1306
• ArrelCertificats

Per instal·lar una biblioteca, simplement escriviu el seu nom al quadre de cerca, premeu Retorn, seleccioneu la biblioteca adequada de la llista, la versió més recent de la llista de versions i seleccioneu "instal·la" (vegeu la segona captura de pantalla).

Descarregar codi

Un cop heu instal·lat les biblioteques necessàries, podeu descarregar el codi font del meu dipòsit de github.

Simplement podeu descomprimir-lo o clonar-lo a la carpeta on es guarden els esbossos d’Arduino.

El programari encara està en procés, així que no dubteu a obrir problemes a github si teniu problemes i vigileu-lo per a futures actualitzacions.

Pas 6: Configuració del programari

Per permetre que el rellotge es connecti al seu propi calendari i recopili informació addicional (calendari de vacances, icones personalitzades, etc.), primer cal que executeu l'esbós de configuració.

Executeu l'esbós de configuració

A l'IDE d'Arduino podeu seleccionar "Fitxer / Obrir …" i anar a la carpeta on deseu el codi que heu descarregat de github.

A continuació, podeu moure la carpeta "KidsClockConfig" i obrir l'esbós "KidsClockConfig.ino" (vegeu la primera captura de pantalla).

Heu de connectar la vostra placa ESP-32 mitjançant un cable USB, això també l’encendrà.

El vostre ordinador li assignarà un port sèrie, heu de seleccionar-lo al port correcte al submenú "tools / ports" de l'IDE Arduino.

A continuació, podeu seleccionar el botó "puja" (fletxa que apunta a la dreta) a la barra d'eines d'Arduino per crear i descarregar el codi al vostre mòdul.

L'últim missatge de la finestra de sortida (a la part inferior de l'IDE Arduino) ha de ser:

Restabliment dur mitjançant el pin RTS …

Si el procés es completa correctament, podeu obrir una finestra de terminal per inserir les dades de configuració.

Per obrir el terminal, seleccioneu "tools / serial monitor …" al menú principal de l'IDE d'Arduino, s'obrirà una nova finestra que us permetrà comunicar-vos amb el dispositiu mitjançant sèrie (mitjançant el mateix cable USB que heu utilitzat per descarregar el codi).

Configureu la velocitat de sèrie a 115200 baud (vegeu la captura de pantalla adjunta) i premeu el botó "enviar".

El dispositiu us demanarà SSID (nom de la vostra xarxa Wi-Fi). Els paràmetres s’emmagatzemen dins del dispositiu EEPROM (emmagatzematge permanent), si alguna cosa ja està desada, només cal que premeu Envia per mantenir-la tal com és, en cas contrari, només cal que copieu o escriviu la informació al quadre de text i premeu Envia.

Se us demanarà:

• SSID (veure captura de pantalla)
• clau wi-fi (contrasenya)
• URL pública del calendari utilitzat per a esdeveniments (el que heu creat al pas 2)
• URL del calendari de vacances (per al vostre país / ubicació, recollit al pas 2)
• Zona horària en el format obtingut al pas 3 (per exemple, la zona horària per a Itàlia és "CET-1CEST, M3.5.0, M10.5.0 / 3" inserida sense cometes)
• URL del fitxer d'índex (creat al pas 4)

Després d'inserir la darrera informació, hauríeu de veure:

Configuració desada.

Imprès a la consola sèrie.

El dispositiu ja està preparat per executar l'esbós final i es pot utilitzar com a rellotge de nit.

Executa l'esbós final

En aquest punt, podeu obrir l'esbós anomenat "KidsClock" i descarregar-lo al dispositiu.

Carregarà la configuració i produirà informació sobre el port sèrie, descarregant la informació de la xarxa.

Comproveu que no s’hi informin d’errors i desconnecteu el dispositiu del vostre PC, ja esteu a punt per connectar els altres components de maquinari i utilitzar-lo.

Pas 7: placa base i font d'alimentació

Els meus fills dormen en una llitera, de manera que necessitava dissenyar un rellotge que pogués fixar-se a l’estructura de fusta del llit. També volia tenir fàcil accés a l'interior (per solucionar problemes) i una manera senzilla d'apagar i tornar a funcionar el rellotge si alguna cosa no funcionava pel que fa al programari.

Vaig decidir utilitzar imants per mantenir el rellotge enganxat a una petita placa de suport fixada al llit. Com que els imants també condueixen electricitat, vaig decidir connectar-los a la font d'alimentació. D'aquesta manera, desenganxar i tornar a fixar el rellotge a la placa també el restablirà. Podeu trobar el disseny 3D del recinte del rellotge a thinkercad.

El primer component que cal connectar és la placa base. Hauríeu de poder inserir l’imant als forats. Això requerirà una certa pressió, però tenir-los assegurats al lloc és obligatori per garantir que no romandran fixats a la caixa principal quan desconnecteu el rellotge.

Vaig soldar cables d'una font d'alimentació de 5V directament als imants. Primer podeu col·locar els imants i després soldar els cables des de la part posterior. L'escalfament dels imants també fondrà una mica el PLA que els envolta, garantint que no es retiraran fàcilment de la placa.

El consum d'energia del dispositiu és bastant baix, de manera que faria una font d'alimentació de 500 mA. Aneu amb compte amb l'imant que connecteu al cable positiu i negatiu de la font d'alimentació (és una bona idea escriure "+" i "-" amb un marcador per evitar intercanviar-los).

Pas 8: cas principal

Cal connectar dos imants addicionals i utilitzar-los per transmetre energia a la placa, a la pantalla i al sensor de moviment.

Per simplificar les coses, vaig tallar alguns cables de pont (la placa i altres components tenen pins de 2,54 mm) i vaig fer dos cables amb diverses sortides (vegeu la primera imatge). Una amb 3 sortides per a subministrament de 5V i una amb 4 per a terra.

Heu d’agafar el cable sense connector de pont i soldar-lo amb un imant, però primer heu de fer dues coses:

• comproveu quin costat de l’imant coincideix amb la polaritat de l’imant que heu incrustat a la placa base. Simplement podeu fixar els dos imants que teniu previst utilitzar a sobre dels que ja es troben a la placa base.
• fes lliscar el cable dins del forat dret de la caixa, en aquest pas hauràs de soldar primer el cable a l’imant i després endollar-lo, tal com es mostra a les imatges.

Comproveu que els cables negres i vermells coincideixin amb les polaritats de la base, ja que el cablejat de manera incorrecta pot danyar els components.

Pas 9: muntatge de components dins de la caixa

La caixa impresa en 3D té dos forats de muntatge, un (a la part superior) per al sensor PIR i un a la part inferior de la pantalla.

Primer hauríeu de muntar la pantalla. Premeu-lo suaument a l'interior del lloc de muntatge (el vidre no és molt resistent, almenys a la pantalla que he utilitzat, així que aneu amb compte) i bloquegeu-lo al lloc amb una de les petites peces rectangulars. Això hauria de ser suficient per mantenir-lo bloquejat al seu lloc, deixant els pins accessibles per al cablejat.

Ara hauríeu de muntar el sensor PIR, però primer hauríeu de reduir una mica la seva sensibilitat per evitar que es pugui desencadenar mitjançant moviments durant el son. Vaig utilitzar una mica de cinta adhesiva per emmascarar l’objectiu frontal, deixant només una obertura prop de la part superior del sensor, d’aquesta manera haurà d’agitar la mà sobre el rellotge per activar-lo. També he utilitzat els cargols per calibrar la sensibilitat a un nivell baix, de manera que només una mà propera al sensor l’activarà. Consulteu la documentació del sensor PIR per entendre com configurar la seva sensibilitat (si és possible, és clar).

Un cop hàgiu emmascarat i configurat el sensor, podeu bloquejar l'objectiu al seu lloc i lliscar-lo dins del forat de muntatge, fixant-lo amb el bloc rectangular tal com vau fer a la pantalla.

Pas 10: Cablatge i proves

Ara toca connectar els components i comprovar si el rellotge funciona.

Podeu veure l’esquema descarregant el fitxer PDF adjunt a aquest pas.

En primer lloc, heu de connectar els pins I2C (SCL i SDA) de la placa ESP-32 a la pantalla.

Al tauler doit, es tracta de pins etiquetats amb GPIO21 i GPIO22, la posició i les etiquetes poden canviar en altres taulers basats en ESP-32, però hauríeu de trobar fàcilment SCL i SDA esmentats a la documentació.

A continuació, heu de connectar el pin de sortida del PIR (pin central del meu sensor, però, de nou, comproveu la documentació si en feu servir un de diferent) a GPIO12.

En aquest punt, haureu de connectar la font d'alimentació de 5 V (cable vermell) als pins VIN de la placa, PIR i pantalla i el cable de terra (negre) als 2 pins de terra de la placa (un n'ha de ser suficient, però he preferit utilitzeu tots dos per mantenir el tauler més ben connectat a l'interior de la caixa), PIR i pantalla

Les coses poden semblar una mica desordenades, però hauríeu de ser capaç de lliscar-ho tot dins de la caixa, deixant el mòdul ESP32 a la part superior i després fixar-la a la placa base.

La pantalla s'hauria d'encendre en menys d'un segon i mostrarà un missatge: "Connecting to" i el vostre SSID.

Al cap d’uns segons, hauria de mostrar l’hora actual i, a continuació, ajustar les imatges segons el mateix.

Pas 11: afegir entrades al calendari

Ara podeu afegir noves entrades al calendari.

Només podeu fer servir el lloc web del calendari o l’aplicació del telèfon.

Premeu la icona gran "+" i configureu l'esdeveniment.

Les coses importants que cal tenir en compte (veure captura de pantalla) són:

- assegureu-vos que heu seleccionat el calendari adequat; Google utilitza el vostre calendari principal com a predeterminat; haureu de canviar-lo

- l’hora d’inici de l’esdeveniment també és l’hora de despertar, de manera que l’hora en què la pantalla canvia del mode nocturn a l’esdeveniment

- el dispositiu només admet esdeveniments individuals, no repetits / periòdics

- El text del camp d'assumpte (fins a 32 caràcters) es mostrarà sota la icona

- Al camp de descripció, podeu afegir el nom d'una de les imatges que heu configurat al pas 4 o deixar-lo en blanc per utilitzar la icona predeterminada.

L'aplicació baixa el calendari cada 10 minuts, de manera que és possible que el vostre esdeveniment no aparegui immediatament si el configureu per al dia actual.

És una bona idea suprimir les entrades antigues del calendari, de manera que la quantitat de dades que el dispositiu haurà de descarregar per actualitzar la seva pròpia programació no augmentarà amb el pas del temps.

Pas 12: Conclusió

Espero que proveu de construir i modificar aquest petit dispositiu, fent-lo servir com una manera d'aprendre sobre microcontroladors, connectivitat, etc. i també per fer que el despertar al matí sigui una mica més divertit per als vostres fills.

Tinc previst documentar-ho al meu bloc aviat, afegint alguns detalls tècnics més en comparació amb aquestes instruccions de compilació.

Si teniu problemes per construir-lo, no dubteu a fer servir comentaris aquí. Si teniu problemes amb el programari, utilitzeu github repo.

Això, per descomptat, no és un producte acabat. És només un divertit experiment que mostra com podeu transferir dades d’un servei d’Internet a un dispositiu físic dedicat. Segueixo sent un treball en curs, amb suggeriments dels nens sobre com es pot millorar. No dubteu a compartir també la vostra opinió i suggeriments!