Lo Lus Clock (German Layout): 8 Kauj Ruam

2024 Tus sau: John Day | [email protected]. Kawg hloov kho: 2024-01-30 09:24

Hav, ich möchte Euch hier mal mein letztes Projekt vorstellen. Kuv muaj ib tug phoojywg zoo heev. Allerdings keine "normale" Uhr, sondern eine Lo Lus Clock. Zu solchen Bastelprojekten gibt es hier zwar schon ein paar Artikel, aber trotzdem möchte ich mal zeigen yog ich mir ausgedacht und gebaut habe. Vielleicht hilft es ja dem ein oder anderen ja bei seinem Projekt.

Auf die Idee hierzu hat mich vor ein paar Monaten ein Kollege gebracht, der mir ein bisschen etwas über seine Mikrocontroller-Projekte erzählt hat und das er unter anderem auch eine solche Uhr für seine Frau gebaut lub kaus mom. Tuag Idee fand ich txias heev, dass ich mich auch entschieden habe so eine Uhr zu bauen. Sollte ja für einen Informatikstudenten im vierten Semester wohl irgendwie machbar sein. Danke Jannes: D

Glücklicherweise hatte ich zu diesem Zeitpunkt noch genug Zeit (5 Monate) bis zum Geburtstag meiner Freundin, sodass ich das kombinieren konnte und sie dann die Uhr zum Geburtstag bekommen lub kaus mom.

Da das hier mein erstes richtiges Projekt war, bin ich sicher, dass ich bestimmt nicht alles perfekt gemacht habe. Allerdings bin ich mit dem Ergebnis mehr als zufrieden (und meine Freundin auch:). Von daher ntog ihr Anmerkungen und Tipps habt, gerne in die Kommentare.

Kauj Ruam 1: Khoom

Baumaterialen:

• MDF Holzplatte (n) (8mm thiab 12mm)
• Frontplatte (Fotokarton)
• Plexiglasplatte
• Holzdübel

• Schrauben:

  • Zylinderkopfschraube 25mm x M5
  • M5 Hülsenmutter
  • Schrauben 20 hli x M4
  • Kleine Metallwinkel
  • Große Metallwinkel
  • Holzschrauben 40 hli

Mikrocontroller:

• Arduino Nano AtMega328p
• RTC-Tus Qauv

Elektronik:

• Netzteil (Sab Nraud, Tso Tawm: 5V, 3A (15W), Hohlstecker 2, 1x5, 5mm)
• WS2812b LEDs (60LED/m) (ca. 2m)
• Kupferdraht
• CR1220 Knopfzelle
• Hohlsteckerbuchse 2, 1x5, 5mm
• Hohlstecker-Verlängerungskabel
• Verlegekabel 3x0, 75 hli^2
• Infrarot-Fernbedienung (IR)
• Schrumpfschläuche
• Fotowiderstand
• IR-Empfänger (TSOP4838 38 kHz)

• Bauteile Platine: 3 Lab tus kiv cua tos koj rau Webtalk!

  • Buchenleiste (1x15 polig)
  • Buchenleiste 90 ° gebogen (1x5 polig)
  • Widerstände (470 Ohm, 1k Ohm)
  • Kondensator (1000µF)

  • Klemmleiste (Schraubklemmblock):

    • 2-npoj
    • 3-npoj
    • 10 -paub

Tsis txhob hnov qab:

Nerven thiab Geduld

Kauj ruam 2: Npaj

Zu Beginn habe ich mir erstmal Gedanken gemacht welche Funktionen die Uhr nachher haben soll. Anhand der dafür benötigten Bauteile konnte ich die Planung machen. Ich habe mich auf folgende Funktionen festgelegt:

• Cov ntaub ntawv pov thawj kev nyab xeeb (tsis suav nrog)
• Speicherung der Zeit (rau Spannungsausfall)
• Steuerung der LED-Farben
• Automatische Anpassung der Helligkeit tuag Umgebung + manuelle Einstellung der Helligkeit
• Automatische Umstellung auf Sommer-/Winterzeit
• Funktion zum manuellen Einstellen der Zeit (für den Fall der Fälle)
• Steuerung über eine Infrarot-Fernbedienung (Farbe, Helligkeit, Blinkeffekte, Zeiteinstellung)

Zudem soll die Uhr an der Wand montiert werden oder normal aufrecht hingestellt werden können.

Damit konnte ich mich an die Konstruktion wagen. Nachdem ich mit den ganzen Papierzetteln irgendwann dann fast den Überblick verloren hatte, bin ich auf eine CAD App (Shapr3D) rau iPad umgestiegen. Tuag bekommt txiv neej als Tub ntxhais kawm glücklicherweise kostenlos:). Damit konnte ich die Uhr als 3D-Modell aufbauen, yog tuag Planung deutlich erleichtert lub kaus mom (siehe Bilder)

Kauj ruam 3: Frontplatte

Das wohl wichtigste Teil der Uhr ist die Frontplatte mit dem scheinbar wirren Buchstabenfeld. Nkag siab tias kuv yuav ua rau muaj kev puas tsuaj loj, ua rau tuag tsis tu ncua Konstruktion der Uhr daran orientiert.

Bei der Positionierung der der Buchstaben bzw. Wörter habe ich ein Muster gewählt, bei dem der Lub npe meiner Freundin senkrecht hauv der hauv Mitte des Buchstabenfeldes steht. Dazu musste ich ein bisschen rumprobieren, bis ein passendes Muster mit allen notwendigen Wörtern rauskam. Da aber nicht alle Buchstaben genutzt werden, hatte ich hier etwas Spielraum.

Tuag Frontplatte tus sich besteht aus einem schwarzen Fotokarton. Diesen habe ich bei formulor.de fertigen lassen. Das größtmögliche bestellbare rechteckige Maß beträgt 384mm x 384mm. Dieses Maß liegt somit der gesamten Uhr zugrunde.

Tuag Buchstaben im Karton werden rau Laser ausgeschnitten. Dazu muss eine Vektorgrafik-Datei auf der Formulor-Webseite hochgeladen werden, tuag genau das auszuschneidende Muster definiert. Zur Erstellung einer Vektorgrafik eignet sich sehr plab das OpenSource-Tool InkScape. Auf der Formulor-Webseite lässt sich eine Art "Vorlage" herunterladen, in der die Maße des Fotokartons bereits eingezeichnet sind.

Mit dem Programm habe ich ein Raster für die Buchstaben erstellt und die Buchstaben entsprechend positioniert. Hierbei mussten einige Buchstaben allerdings ntxiv bearbeitet werden, damit tuag Innenbereiche (sog. "Punzen") nicht herausfallen beim lasern. Dazu habe ich Pfade der betroffenen Buchstaben einzeln angepasst und "Stege" eingesetzt werden. Dabei nkag siab ein ziemlich schöner thiab passender Schriftstil wie ich finde.

Kauj Ruam 4: Konstruktion Und Fertigung Der Holzteile

Nachdem tuag Frontplatte fertig tsov rog, konnte ich mit der eigentlichen Konstruktion und dem Bau der Uhr pib.

Khoom siv:

Der Rahmen der Uhr besteht aus MDF-Platten (mitteldichte Holzfaserplatte). Tuag Holzbauteile muaj ich im Internet mit den passenden Maßen bestellt. Kann txiv neej natürlich auch selbst zuschneiden, tsov rog aber einfacher:)

Rahmen:

Wie bereits erwähnt, orientiert sich die Größe der Uhr an der möglichen bestellbaren Größe der Frontplatte. Aus diesem Grund wurden die Rahmenteile entsprechend der Größe dimensioniert:

Tuag Ober-, Unter- und Seitenplatten sind gedübelt, verleimt und verschraubt. Damit wird eine optimale Stabilität gewährleistet, da die Uhr schon ein bisschen was wiegt.

Auf der Oberplatte ist neben den Löchern für die Befestigungsschrauben in der Mitte ein Loch gebohrt, in dem der Fotowiderstand für die automatische Helligkeitssteuerung eingesetzt ist. Tuag Unterplatte besitzt ebenfalls mittig ein Loch für die untere Hohlsteckerbuchse zur Spannungsversorgung.

Alle Rahmenteile wurden nach der Bearbeitung von außen und an den Rändern mit einer Grundierung schwarz lackiert (siehe spätere Bilder). Das habe ich von einem Malermeister aus dem Bekanntenkreis machen lassen. Vielen Dank los ntawm Stelle nochmal Christoph:)

Cov ntawv me me:

Tuag Mittelplatte h dielt die Uhr im Grunde von innen zusammen. Hier sind alle Teile des Innenlebens befestigt. Tuag Mittelplatte besitzt vier äußere Bohrungen für die Hülsenmuttern zur Fixierung der Frontplatte. Zudem sind verteilt sieben Löcher gesetzt, durch tuag tuag Kabel für tuag LEDs und den IR-Empfänger durchgeführt sind.

Auf der Rückseite der Platte ist außerdem mittig mit einer Oberflächenfräse ein rechteckiger Bereich ausgefräst worden, in der später die Platine mit dem Arduino etc. eingelassen wurde. Hierdurch lässt sich tuag Uhr insgesamt thiab yog schmaler bauen. Tuag Fräse habe ich mir von einem Kollegen meines Vaters ausgeliehen. Vielen Dank auch tus tuag Stelle nochmal:)

Lochplatte:

Tuag Lochplatte ist das aufwendigste Teil der Uhr. Sie hat die Aufgabe das Licht jeder einzelnen LEDs möglichst von den anderen abzuschirmen, damit die benachbarten Buchstaben nicht "mitleuchten". Dazu habe ich für jede LED ein 23mm breites Loch mit einem Forstnerbohrer gefertigt.

Zusammen sind tuag 110 Löcher für tuag LEDs, vier kleinere Löcher für die Minuten-LEDs und nochmal vier weitere Löcher an den Ecken zur Fixierung der Platte.

Zudem sind auf der Rückseite dieser Platte Kerben für die LEDs und Kabel ausgefräst, damit die Platte möglichst bündig auf der Mittelplatte aufliegen kann und so eine gute Lichtabschirmung ermöglicht wird. platziert ib.

Kauj ruam 5: Elektronik

Schaltung thiab Platine

Tuag Steuerung der Uhr erfolgt über einen Arduino Nano. Der Mikrocontroller steuert tuag adressierbaren WS2812b LEDs hinter dem Buchstabenfeld. Tuag Uhrzeit für die Verarbeitung bezieht der Arduino aus einem RTC-Modul. Dieses besitzt eine Batterie und kann die Zeit speichern und "zählt weiter", auch wenn die Spannungsversorgung unterbrochen ist. Externe Steuerungssignale tuaj yeem tuag Arduino eber einen Infrarotempfänger (TSOP4838 38 kHz) empfangen. Cov ntaub ntawv über tuag Umgebungshelligkeit bekommt er durch einen kleinen Fotowiderstand auf der Oberseite.

Zu beachten hierbei ist das die Datenleitung der WS2812b LEDs mit einem Widerstand zwischen 300 thiab 500 Ohm geschützt werden muss. Tuag Werte des Fotowiderstands werden über einen Spannungsteiler mit dem analogen Eingang des Mikrocontrollers ermittelt.

Zur besseren Handhabung (und zum besseren Aussehen;)) habe ich für die Schaltung eine Platine entwickelt. Dazu habe ich EAGLE von Autodesk verwendet (ist für Hobbyanwender kostenlos und als Tub kawm ntawv bekommt txiv neej sogar tuag Vollversion). Hier wurde der Schaltplan nachgebaut thiab tuag Platine entsprechend designt. Tuag Platine tus sich habe ich bei JLCPCB.com bestellt. Vielen Dank hier Jonas, der mir mit EAGLE und der Bestellung geholfen lub kaus mom: D

Tuag Spannungsversorgung rau tuag LEDs läuft ebenfalls über tuag Platine. Die 10 (bzw. 11) LED Reihen sind in fünf zweier (bzw. die letzte in dreier) Parallelstränge aufgeteilt, damit die Strombelastung für die Leiterbahnen der ersten LEDs und der Spannungsabfall am Ende nicht zu groß wird.

Beim Netzteil muaj ich mich für ein externes Netzteil entschieden, damit tuag Uhr etwas dünner gebaut werden kann. Die Dimensionierung basiert auf der Grundlage der erwarteten Leistungsaufnahme der LEDs. Pro LED sollte txiv neej mit 0, 06A rechnen, tuag ungefähr benötigt werden wenn weißes Licht (txhua 3 RGB LEDs ib) leuchten soll. Bei 114 LEDs wären das theoretisch stolze 6, 8A. Da allerdings bei der Anzeige der Zeit niemals alle LEDs gleichzeitig leuchten werden, kann hier ein deutlich kleineres Netzteil verwendet werden. Ich habe mich für ein 3A Netzteil entschieden, das somit immer noch genug Reserven lub kaus mom. (Bei der Programmierung sollte man das aber im Hinterkopf behalten und evtl. Grenzen für die Helligkeit in der Software einbauen, damit das Netzteil nicht abraucht)

Bau

Nach der sehnsüchtig erwarteten Ankunft meiner ersten selbstdesignten Platinen und dem verlöten der Bauteile konnte ich tuag 114 LEDs auf der Mittelplatte platzieren und ebenfalls zusammenlöten. Definitiv tuag unschönste Arbeit an der ganzen Uhr. Aber yog tus txiv neej zoo tshaj plaws….:) Dafür sollte man einige Abende einplanen. Zur Verbindung der LEDs innerhalb der Reihe eignet sich verzinnter Kupferdraht hervorragend.

Nach dem Verlöten der LEDs wurden die Kabel für die Spannungsversorgung der Reihen auf der Rückseite der Mittelplatte festgeklebt und an die Schraubklemmen der Platine geführt.

Der Fotowiderstand wurde oben in der Oberplatte ebenfalls festgeklebt und die Kabel zur Platine gelegt. Ebenso wie beim IR-Empfänger, der auf die 3D-gedruckte Halterung auf der Vorderseite thiab tuag Oberplatte geklebt wird (später mehr).

Kauj Ruam 6: 3D Druckteile

Zwei Teile der Uhr habe ich mit einem 3D-Drucker fertigen lassen. Nyob rau hnub so Halterungen nur sehr kleine Bauteile tragen müssen und nicht viel Platz vorhanden ist, muaj ich mich für einen 3D Druck entschieden:

• Halterung der rückwärtigen Hohlsteckerbuchse
• Halterung des IR-Empfängers

Den Entwurf tau txais kev txhawb nqa los ntawm Shapr3D-App erstellt. Die daraus generierte STL-Datei konnte ich an einen Freund senden, der ganz zufällig einen 3D-Drucker lub kaus mom. Danke nochmal ntawm Jonas: D

Tuag Halterung für tuag Hohlsteckerbuchse befindet sich hauv der Uhr auf der Unterplatte auf der Rückseite. Damit lässt sich tuag Uhr auch im Stand betreiben, obwohl tuag untere Buchse verdeckt ist. Tuag zweite Halterung ist an die Unterseite der Oberplatte geklebt und positioniert den IR-Empfänger genau hinter der entsprechenden Öffnung der Frontplatte.

Kauj Ruam 7: Bau Der Uhr

Nachdem alle notwendigen Teile gebaut waren, konnte endlich die Uhr vollständig zusammengebaut werden.

Der Rahmenteile sind wie anfangs erwähnt mit der Mittelplatte verschraubt und verleimt. Tuag Schrauben habe ich hier noch schwarz lackiert, damit sie nicht yog li nyob rau hauv dem schwarzen Rahmen auffallen.

Mit dem zusammengebauten Rahmen konnte dann die Verkabelung für die Spannungsversorgung gemacht werden. Tuag beiden Hohlsteckerbuchsen sind dazu zusammengeführt (parallel) und gehen zusammen auf die Eingangsklemmen der Platine, damit die Uhr sowohl hängend an der Wand als auch aufrecht stehend betrieben werden kann. Außerdem konnte jetzt der Fotowiderstand und der IR-Empfänger mit der 3D-gedruckten Halterung verklebt und mit der Platine verkabelt werden.

Zur besseren Streuung des Lichtes und damit die LEDs hinter der Frontplatte nicht sichtbar sind, sind die Bohrungen der Lochplatte mit weißen, leicht transparentem Papier überdeckt. Dadurch leuchten tuag Buchstaben gleichmäßig.

Kauj ruam 8: Programmierung

Zur Programmierung der Uhr habe ich die Arduino IDE verwendet. Tuag Programmierung läuft daher vielleicht nachher zwar nicht yog li ua tau zoo heev, aber txiv neej kann sich mehr auf sein Programm konzentrieren als auf das Handling des Chips. Tuag Bibliotheken rau tuag eingebauten Funktionen und Bauteile sind die folgenden:

• DS3231.h RTC-Modul
• Adafruit_Neopixel.h Steuerung WS2812b-LEDs
• IRremote.h thiab IRremoteInt.h IR-Txais

Grundprinzip (einfach): Über das RTC-Modul werden bei jedem Zyklus des Mikrocontrollers tuag Zeitdaten bezogen. Diese werden hauv 5-Minuten-Bereiche zerlegt und die entsprechenden, als Wörter definierte LEDs, aktiviert. Bei jedem Zyklus wird zusätzlich tuag Umgebungshelligkeit überprüft und es wird gecheckt, ob neue Signale über den IR-Empfänger empfangen wurden. Ntog etwas davon zutrifft, vwm hauv ausgelagerte Funktionen gesprungen um z. B. einen Helligkeits-Fading-Effekt zu erzeugen. Hier kann man sich beliebig austoben. Meine dieber die Software realisierten Funktionen sind die folgenden:

• "Julia" -Intro beim Pib der Uhr und jeder vollen Stunde (mit Fadeout-Effekt)
• Steuerung der Farbe IRber IR-Fernbedienung (interne Verwendung HSV-Farbsystem)
• Manuelle Steuerung der Helligkeit über IR-Fernbedienung
• Fading-Effekt der LED-Helligkeit bei Änderung der Umgebungshelligkeit oder manueller Änderung
• Automatische Zeitumstellung (Sommer/Lub caij ntuj no)
• Manuelle Zeitstellung (durch blinkendes "Menü" zum Durchschalten der Minutenbereiche und anschließendes flashen ins RTC) über IR-Fernbedienung
• Blinkeffekt mit zufällig vergebenen Farben über die aktiven Buchstaben
• Zaj sawv-Effekt

Und damit ist tuag Uhr auch (schon) fertig. Vielen Dank rau cov poj niam:)

Cheers!