Rellotge d'animació LED SMART connectat a la xarxa amb tauler de control basat en web, servidor de temps sincronitzat: 11 passos (amb imatges)

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

La història d’aquest rellotge es remunta molt enrere: més de 30 anys. El meu pare va ser pioner en aquesta idea quan tenia només deu anys, molt abans de la revolució del LED, quan els LED eren de 1/1000 la brillantor de la seva brillantor encegadora actual. Un autèntic innovador, va codificar en llenguatge assemblador i va connectar manualment cada LED individual (una impressionant gesta de paciència i determinació). La seva versió original encara funciona fins als nostres dies.

Volia recollir-lo allà on ho deixava i aprofitar els avenços tecnològics per crear un bell rellotge connectat a la xarxa, colorit, divertit per jugar i ple d’interès. S'ha avançat fins al punt que voldríem donar a conèixer el rellotge al públic com a projecte de codi obert, però també proporcionar productes acabats als interessats en comprar. Consulteu la nostra campanya indiegogo si us interessa donar suport!

El rellotge tal com està actualment té moltes funcions i és un producte completament acabat i funcional. Estem molt contents de com va resultar tant en termes de qualitat com de funcionalitat, però també en termes de conjunt de funcions i estabilitat. El rellotge se sincronitza cada minut amb un servidor de temps per garantir que l’hora sigui sempre perfecta. Els usuaris només han d’establir la zona horària una vegada, habilitar el mode d’estiu i mai no s’hauran de preocupar de configurar el rellotge.

52 animacions diferents amb color, velocitat i brillantor ajustables donen a l’usuari un control precís i variacions infinites. Els modes preferits es guarden a la memòria. Es poden configurar temporitzadors de llum i esdeveniments diaris que permetin als usuaris rebre notificacions visuals a l’hora seleccionada. Els modes de vacances especials poden afegir festa a casa vostra durant Halloween, Cap d'Any o Nadal. Fins i tot tenim un mode especial per al dia pi, on el rellotge anima els dígits de pi durant 100 dígits cada hora.

El rellotge funciona amb un MCU ESP8266 de node connectat a la web i es programa mitjançant el llenguatge arduino i les populars biblioteques c ++ que vénen de sèrie a la plataforma arduino. Voleu fer-ne un? A continuació s’explica:

Pas 1: Muntar els materials

Aquí teniu una llista completa de tot el que necessiteu amb preus i enllaços.

• Espai en blanc de fusta circular de 18 "de diàmetre 1" - 10,40 dòlars - Lowes
• Acrílic difusor de llum: 5,79 dòlars + 6,55 dòlars d’enviament = 12,34 dòlars d’Amazon
• (2) Cadenes precablades LED de 50 a 11,67 $ x 2 = 23,34 $ d’Ebay
• Emissor lateral LED: Adafruit, 26,62 dòlars
• MCU ESP 8266 Node: 8,39 dòlars d'Amazon
• Cua de 2,5 mm: 6,99 dòlars (paquet de 10) d'Amazon
• Tauler de circuits de prototipatge de 4 cm x 6 cm: 9,99 dòlars (paquet de 10 - en necessitareu 1) d'Amazon
• Blocs de terminals: 7,99 dòlars (paquet de 20 - en necessitareu 5)
• Peça de pi 1x8: 4,79 dòlars de Lowes
• 1/4 peça de material de paviment de fusta dura (per a l'estand) Número d'article 422633 - 10,48 $ de Lowes
• (1) Font d'alimentació de 5v, 5a: 14,99 dòlars d'Amazon
• Material de suport d’utilitat de 2,7 mm (article 757295000023): 10,98 dòlars de Home Depot
• (20) Cargols de fusta negra # 6 - 6,83 $ - Amazon
• Taca clara i capa. Acabats generals recomanats! - aproximadament 20 dòlars de Woodcraft
• (2) femelles negres 1 / 4-20 (article 755801): 1,38 dòlars de Lowes
• (2) Cargols negres de capçal 1/4-20 (Article 755806): 1,49 dòlars

Preu total dels articles llistats aquí: 177,38 $

Eines necessàries:

1. Màquina CNC
2. Pistola de cola calenta
3. Soldador
4. Dremel o llima manual
5. Decapants de filferro

Pas 2: familiaritzeu-vos amb la pàgina web

Aquesta part és el que fa que el rellotge sigui divertit i divertit. La pàgina web es divideix en quatre seccions: Configuració general, Color, Animacions de timbre i Animacions numèriques.

• Configuració general: aquesta secció inclou ajustos com ara l'estiu, la zona horària, etc. També apareix en aquesta pàgina una opció per desar i recuperar tres configuracions de rellotge diferents. Això permet a l'usuari desar escenes preferides. Tots els paràmetres es guarden a eeprom (memòria no volàtil); a més, la configuració actual sempre es guarda de manera que, en cas de fallada elèctrica, el rellotge es recuperarà on el deixava.
• Opcions de color: tots els aspectes del rellotge es poden personalitzar. Per canviar el color de qualsevol element, simplement feu clic al botó corresponent a l'element que voleu canviar i, a continuació, feu clic a la roda de colors. A l'interior de la roda de colors hi ha un blanc pur. A l'exterior, la roda de colors apaga el LED.
• Animacions de timbre: les animacions de timbre són esdeveniments que es produeixen cada minut (és a dir, animacions que fan avançar la minutera) o una activitat interessant com un pèndol. Trieu una varietat d’opcions aquí
• Animacions numèriques: les animacions numèriques són pantalles lleugeres que no estan vinculades a cap esdeveniment horari. Més aviat creen estats d’ànim o interès. Aquí hi ha 52 opcions diferents i es poden fer encara més interessants ajustant la brillantor o la velocitat mitjançant les barres lliscants.

L’html i el javascript d’aquesta pàgina s’inclouen al codi font allotjat a github. Hi arribarem d'aquí a un moment.

Pas 3: prepareu els fitxers CNC

Els treballs de construcció de la màquina CNC continuen pressionant la vostra màquina CNC. Però, com tothom sap, el treball CNC és del 95% de configuració i del 5% de tall. Algunes paraules sobre la configuració són importants aquí.

En primer lloc, aconseguir un aparell sòlid és essencial. Estic escollint mantenir premuda la fusta en blanc amb aquestes mordasses de lleva. Funcionen increïblement i són molt forts! Per tal que no facin malbé la fusta, he posat alguns trossos de goma entre la zona de contacte i la fusta (això no reduirà la força de tancament). Més enllà de ser increïblement resistents, un altre avantatge important d’aquestes pinces és el fet que l’alçada total de la pinces està per sota de la superfície de treball, de manera que mai no hi ha cap perill de col·lisió. Si no teniu aquestes pinces disponibles, la cinta de doble cara pot funcionar. Sigui quin sigui el vostre mètode, assegureu-vos de retenir fortament i d’alineació adequada del gra.

Nota important: haureu de girar el rellotge i el CNC ambdós costats de la màquina, així que assegureu-vos d'indexar el tros de fusta. Assegureu-vos que podeu capgirar-lo i estar EXACTAMENT al mateix lloc. Això és essencial per tallar un bon rellotge.

Ara hi ha algunes notes sobre el treball CAD i CAM.

El fitxer Cad (ProductionClockMaster.3dm) és un fitxer Rhino3d i té totes les capes CAD necessàries per al rellotge. Si necessiteu un format més genèric, també he inclòs una exportació * dxf de les capes frontal i posterior del rellotge. Aquesta hauria de ser tota la informació que necessiteu.

El treball CNC CAM es desglossa en 9 operacions CNC separades. Els fitxers gcode Mach3 reals s’inclouen al dipòsit GitHub, així com als fitxers VCarve que els van produir (si cal obrir-los i exportar-los amb un altre processador de correus).

Tots els fitxers del projecte estan disponibles a GItHub. A continuació s’explica com interpretar els fitxers. Són relativament autoexplicables, però aquí hi ha una ajuda addicional per aclarir qualsevol possible confusió. Els cinc primers fitxers s’enumeren per ordre d’operació de tall. El nom del fitxer acaba entre parèntesis amb la mida de l'eina de tall. Per exemple, per exemple: 01_ Butxaques posteriors_v1.8_ (1-2 polzades)

• Aquest nom de fitxer comença per 01, de manera que és la primera operació.
• Tallarà les butxaques posteriors.
• Aquesta és la versió 1.8 (vaig començar amb 0.0, de manera que us indica quants errors he comès!)
• Utilitzeu una eina de tall de 1/2 polzada

A més d’aquestes cinc operacions de blocs de fusta, hi ha dues operacions de suport, una operació d’elements acrílics i una operació amb placa posterior.

Una operació única és l’operació CNC amb ranura en T. Això proporciona un canal perquè els cargols del suport de l’escriptori s’hi puguin lliscar. Necessitareu una mica de ranura en T com la que es mostra a la fotografia anterior.

Una vegada més, si necessiteu alguna cosa que no sigui el processador de correu Mach3 estàndard, obriu els fitxers VCarve i exporteu-los al vostre format local. El següent pas realment el recorrerem tallant el nucli i il·lustrarem pas a pas com ha de ser el rellotge en cada etapa.

Pas 4: tallar el nucli del rellotge, el suport de l’escriptori, les rajoles acríliques i el material de suport

Aquí teniu algunes fotos de cadascuna de les peces completades a mesura que es desprenen de la màquina. L’acrílic és el tall més difícil, ja que l’acrílic té tendència a fondre’s si s’escalfa massa i també xerra i aixeca si no es manté ferm. Un tallador làser seria ideal si en teniu. Com podeu veure a la foto, vaig fer una plantilla especial que subjecta els quatre costats amb força. La cinta de doble cara probablement seria el millor per a aquesta operació, però es necessitaria una mica més de temps per eliminar-la.

Pas 5: personalitzeu-lo amb el rellotge i acabat

El rellotge es pot utilitzar bé sense aquest pas, però és divertit personalitzar-lo segons les vostres necessitats o gustos. Hem provat molts dissenys diferents i el cel és el límit aquí. Ens encantaria veure exemples de coses que se us proposen.

Pel que fa a l’acabat, hem provat moltes coses diferents, però ens encanta la simplicitat i la facilitat de tinció. També ens encanta la capa final d’acabats generals, ja que és particularment fàcil d’instal·lar, és resistent i té un aspecte fantàstic. Ara és el moment de fer-ho abans de començar a instal·lar productes electrònics.

Consell: no oblideu tacar també el suport de l’escriptori, l’endoll de la placa posterior i la placa posterior. És fàcil deixar-se portar i oblidar aquestes peces accessòries!

Pas 6: Muntatge de rajoles acríliques i suport

Després d’aplicar l’acabat a les peces de fusta, és hora de prémer les rajoles acríliques i muntar el suport. Les rajoles acríliques són tolerants d’ajust a la premsa i no requereixen cap adhesiu en general. Algunes de les rajoles poden necessitar petites quantitats de poliment o llimat, però, en general, només cal prémer-les al seu lloc i ja està bé. Si trobeu que alguns d’ells són massa fluixos i cauen, fem servir unes gotes de cola blanca d’Elmers, ja que és fàcil d’aplicar, s’asseca perfectament i proporciona una bona adherència. La part frontal del rellotge ja és COMPLETA. Posa't enrere i gaudeix.

També en aquest moment també podeu prémer al suport les femelles 1 / 4-20 i encaixar els perns que llisquen pels canals de la ranura T. Deixeu anar el suport a la base amb una mica de cola i el vostre suport d'escriptori ja està a punt.

Pas 7: instal·leu els LED precablats al nucli del rellotge

D’acord, ens hi acostem! Probablement, la part del rellotge que consumeix més temps està pressionant els LEDs individuals. Hi ha un total de 100 LED en aquesta part del rellotge i, ja que els LED vénen en tires de 50, necessitareu dues tires connectades de punta a punta. Les toleràncies de les cavitats LED són tals que són bàsicament ajustables a pressió. Tot i que les toleràncies d’ajust de la premsa mantenen els LED al seu lloc, fem servir una petita xapa (molt petita) de cola calenta per proporcionar una seguretat addicional. Hi ha massa cola i l’excés s’extreu i bloqueja els LED.

Després d'aquest pas, tindreu molts bucles que s'extreuran de la part posterior del rellotge i que caldrà prémer cap avall perquè el tauler posterior quedi al seu lloc. Una mica d’aire calent d’un assecador fa que els cables siguin més flexibles i fàcils de doblar. De nou, l’ús de cola calenta manté aquests cables assegurats.

Tot plegat, aquest procés triga uns 45 minuts a una hora. Vegeu les imatges anteriors per veure com ha de ser aquest pas. Mireu també el divertit vídeo time-lapse. Si només poguéssim connectar-ho ràpidament!

Pas 8: Munteu l'electrònica

El cablejat elèctric és gairebé senzill, però aquí teniu una explicació detallada. Hem trobat que la manera més senzilla de connectar-se és utilitzar una placa proto de 4 cm x 6 cm (la mida de la cavitat CNC) i instal·lar terminals de cargol que rebran les tires LED i l’adaptador de corrent continu. Hem provat de soldar d’una manera més directa i no només és complicat i difícil, sinó que fa impossible eliminar o canviar les entranyes del rellotge en cas que l’ESP8266 es trenqui o necessiti una actualització. L’ús de capçaleres és més flexible i, creiem, més fàcil.

Un cop instal·lats els terminals de cargol, simplement seguiu l'esquema de cablejat per connectar els terminals als pins correctes. No hi ha components reals a la PCB, només hi ha traces des de les capçaleres fins als pins ESP8266 adequats.

El pin 4 és el pin dels LED d'anell i el pin 2 és el pin dels números. Positiu va a VSS i Negatiu a terra.

L'única cosa que es necessita és una resistència de 300ohm al pin de dades del LEDstrip. A totes les tires WS2812b que he vist (i he vist moltes), aquest és el passador central. Aquesta resistència protegeix la banda de pics de tensió de perill i sobretensions que poden causar danys o comportaments imprevisibles. He deixat d’instal·lar aquesta resistència i he cremat el primer LED de la tira (altres vegades no passava res i funcionava perfectament). La resistència s'ha d'afegir en línia, cosa que significa que funciona com un enllaç de la cadena que connecta la placa amb el cable al LED. Algunes tires LED tenen aquestes resistències ja instal·lades i d’altres no. Si no esteu segur de si la vostra tira LED la té, seguiu endavant i afegiu-ne una de totes maneres. No hi ha cap mal en fer-ho. Assegureu-vos d’afegir aquesta resistència en línia el més a prop possible del costat LED del cable de connexió, NO del costat de la PCB.

La cavitat de la part posterior del rellotge està dissenyada per a dos propòsits. O bé pot rebre el cos d’un transformador de 5v per muntar-lo a la paret o pot contenir una bateria opcional. A continuació s’il·lustra un paquet de bateries de 5V comú que s’utilitza per ampliar la gamma de dispositius sense fils. Simplement compreu un adaptador USB a 2,5 mm i el rellotge ja funciona amb bateria.

Haureu de perforar un forat des de la cavitat central fins al PCB per rebre la cua femella de CC. Això es fa fàcilment simplement inclinant la broca. Assegureu-vos de mantenir-vos superficials per no perforar el rellotge. Es mostra l'operació de perforació completa amb la cua embolcallada perfectament a la cavitat.

Pas 9: pengeu el codi

El codi del rellotge es pot trobar a la pàgina github de brightlightart. El codi es millora constantment i està ben comentat. Si no esteu familiaritzat amb els fitxers *.ino, aquest és un format de fitxer Arduino i s’ha de compilar amb l’IDE arduino. Un cop compilat, carregueu a través de la presa microUSB estàndard de l'ESP8266. Si necessiteu ajuda per fer-ho amb l’ESP 8266, aquí teniu un excel·lent tutorial per programar-lo amb aquesta popular interfície. Està molt a prop de sortir de la caixa, però no del tot.

Què fan aquests diferents fitxers? Aquí teniu un desglossament de l’estructura d’aquests fitxers i del que fan en general.

Carpeta del servidor web

Index.htm -Quan el codi es carrega inicialment a l’ESP8266, se us presentarà una pàgina de càrrega que us demanarà que carregueu un fitxer. Pengeu el fitxer index.htm. Aquest fitxer serveix per a la pàgina web: els altres fitxers de la carpeta s’allotgen a brightlightart.com, però són aquí per a la vostra consulta en cas que vulgueu canviar els fulls d’estil / javascript i allotjar-los vosaltres mateixos

Carpeta principal

• enLIGHTen-LED-Clock.ino: aquest és el fitxer pare i prové de l'excel·lent projecte McLighting. El guió ha estat molt modificat des del seu estat original, però estem en deute amb aquest projecte com un excel·lent punt de partida per al nostre projecte.
• colormodes.h: gestiona la majoria de les animacions de llum de l'anell. També gestiona les funcions de temps.
• Definicions.h - Defineix la majoria de les variables globals.
• request_handlers.h: es comunica amb l'ESP8266 i gestiona les sol·licituds entrants i envia informació a l'ESP8266.
• spiffs_webserver.h: ajuda a publicar i interpretar la pàgina web. Aquest és l’únic fitxer sense canvis del projecte McLighting.
• WS2812FX.cpp: gestiona les animacions de llum dels números. Es tracta gairebé del tot de l'excel·lent biblioteca WS2812B del kitsurfer. El principal canvi aquí és afegir funcions perquè l'agulla de les hores es mantingui il·luminada
• WS2812FX.h: fitxer de capçalera que va amb la biblioteca WS2812fx. Això no varia gaire.

Inclou fitxers addicionals

A més dels fitxers inclosos aquí, necessitareu les biblioteques següents. Es tracta de biblioteques estàndard i s’inclouen fàcilment cercant a l’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.

Pas 10: Configuració inicial del rellotge i demostració de EnLIGHTen

Després de carregar el codi font i d’engegar-lo per primera vegada, tots els llums quedaran de color blau estàtic. Aquesta és la vostra indicació que el rellotge emet un punt d’accés i us espera per connectar-vos. Feu servir un telèfon, un ordinador portàtil o qualsevol dispositiu sense fils per escanejar les xarxes properes (com ho faríeu si provéssiu de connectar-vos a Internet en una cafeteria). A la llista de xarxes disponibles, n'heu de veure una titulada "rellotge". Connecteu-hi.

Un cop us connecteu a aquesta xarxa, carregarà automàticament una pàgina web (de nou, com una redirecció que experimentareu a una cafeteria). Tingueu paciència, ja que de vegades pot trigar fins a 30 segons. La pàgina web us demanarà que cerqueu xarxes properes. Seleccioneu la vostra xarxa de casa o oficina i proporcioneu-li la contrasenya WiFi. Un cop feu clic a Envia, la contrasenya sense fils de la vostra xarxa local es desarà a la memòria. Només haurà de fer-ho una vegada. El rellotge es reiniciarà.

Quan torni a començar, veureu que mostra una sèrie de números en ordre. Els números que mostra són l'adreça IP de la pàgina web a la qual us heu de connectar. Per exemple, pot mostrar-se 1, 9, 2,., 1, 6, 8,., 0,., 3, 1. Això es tradueix a https://192.168.0.31. Escriviu aquesta adreça a la pàgina web i ara hauríeu d’estar connectat al rellotge. Configura fora i diverteix-te! Una vegada més, el rellotge utilitza tecnologia de connexió web, de manera que qualsevol canvi que feu es reflecteixi immediatament sense la necessitat de prémer desar o actualitzar la pàgina web. És molt interactiu i divertit en aquest sentit!

Si per algun motiu perdeu la connexió, simplement actualitzeu la vostra pàgina web. La majoria d’encaminadors mantenen la mateixa adreça IP per als dispositius connectats, però de tant en tant tendeixen a canviar, així que presteu atenció a l’inici. Si necessiteu recordar l’adreça IP de la pàgina web, simplement reinicieu el rellotge.

Un cop us sentiu còmode amb el funcionament del codi, no oblideu instal·lar el material de suport. Els forats preforats faciliten l’alineació. Premeu els cables que estiguin orgullosos i ara el cablejat estigui segur i el rellotge quedi molt acabat.

Pas 11: Creeu, desenvolupeu, assistiu i gaudiu

Ens encantaria veure tanta gent construint i gaudint d’aquest rellotge com sigui possible. Ens ha encantat aquest projecte i volem que altres puguin compartir l’experiència. Ens hem divertit molt resolent problemes, superant obstacles, aixafant errors i rebent una recompensa per la llum divertida i significativa. El benefici que hem rebut de la comunitat creativa de codi obert no té preu i ens ha animat a alliberar aquest material font per a l’aprenentatge compartit, la millora contínua i el gaudi tècnic. Ens encantaria conèixer les versions amb èxit i les maneres en què heu millorat el rellotge il·luminat. Envieu-nos una línia i feu-nos-ho saber.

No tothom té temps, habilitat, eines o recursos per construir un d’aquests rellotges des de zero, de manera que si esteu interessats en comprar un rellotge complet com a producte acabat o com a base per al desenvolupament continu, ajudeu-nos a indiegogo.