Como construir um relógio gigante escondido na borda da prateleira: 27 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Tínhamos um grande espaço em parte da parede da nossa sala de estar, para o qual nunca poderíamos encontrar a 'coisa' certa para pendurar nele. Depois de tentar por vários anos, decidimos fazer algo nosso. Isso acabou dando certo (em nossa opinião) então eu transformei em um projeto no meu canal do Youtube e um Instructable escrito que você está lendo agora!

É um relógio digital LED gigante discretamente escondido nas bordas de um sistema de prateleiras geométricas. Ele também incluiu downlighters de LED integrados para mostrar seus itens favoritos nas prateleiras.

Como a iluminação é LED (usando 'Neopixels' WS2821B) você pode escolher suas próprias cores - tanto para o mostrador do relógio quanto para os downlighters. Um discreto fotorresistor está escondido no canto superior direito que escurece os LEDs quando os níveis de luz ambiente caem - ótimo para um ambiente noturno em qualquer sala.

Suprimentos

Você precisará de alguns suprimentos para construir o seu próprio. Abaixo estão os links para onde você pode encontrar as peças na Amazon.

■ Um Arduino Nano (x1):

■ Um rolo de 5m de LEDs WS2812B que tem 60 LEDs por medidor:

■ Um módulo de resistor fotossensível:

■ A DS3231:

■ Algum fio de conexão - de preferência, três cores diferentes:

■ Um par de resistores de 470 Ohm:

■ Um par de tiras de bloco de terminais elétricos - cada um com 5 blocos de comprimento:

■ Não há 8 parafusos de madeira:

■ Uma fonte de alimentação de 5 V com terminais de parafuso:

■ Algum cabo de núcleo duplo mais grosso

■ Alguns filamentos para as peças impressas em 3D:

■ Filamento de PLA com infusão de madeira:

■ Tabela de madeira com pelo menos 112 x 39cm, a que usei era de 138 x 60cm (isto dará ao projeto final uma borda de 10cm ao redor).

Etapa 1: guia de vídeo

Criei um vídeo detalhando a construção deste projeto. O início do vídeo mostra o relógio oculto em ação se você quiser vê-lo funcionando. Se preferir instruções escritas divididas em etapas, você está no lugar certo! Continue lendo e explicarei como construir seu próprio.

Etapa 2: Imprimir os suportes principais

Os suportes centrais fornecem a estrutura das prateleiras, controlam o roteamento dos fios e atuam como um espaçador para os LEDs.

Você precisará imprimir em 3D 31 deles. O arquivo está anexado para você usar em seu programa de segmentação.

Imprimi o meu com uma altura de camada de 0,2 mm em uma mistura de ABS e PLA. Como não será visto no projeto final, é uma ótima oportunidade de aproveitar todas as cores que precisam ser aproveitadas. Eu tinha vários rolos de filamento com apenas uma pequena quantidade restante, então usei-os primeiro antes de terminar a maioria deles nos tons de verde e amarelo brilhantes mostrados nas imagens acima.

Etapa 3: montagem dos suportes principais

Existem duas maneiras diferentes de espaçar corretamente os suportes do núcleo em sua tabela

Explicarei primeiro como fazer isso com um modelo 3D imprimível e, em seguida, a segunda opção é usar uma máquina CNC se você tiver acesso a uma (ou outra pessoa que tenha).

Se você estiver usando o modelo para impressão 3D, continue lendo. Se você for usar uma máquina CNC para definir os furos, ignore a etapa seguinte….

Etapa 4: Montagem dos suportes principais: Opção 1 - Usando o modelo

Imprima em 3D o arquivo de modelo anexado a esta etapa.

Você pode então aparafusar o primeiro suporte central à tabela usando alguns parafusos de madeira M8 (ou semelhantes). Certifique-se de que está nivelado e paralelo à borda da placa. Assim que o primeiro suporte estiver seguro, você pode abaixar o modelo impresso em 3D sobre ele. Isso mostrará onde fazer os furos piloto para os próximos três suportes.

Depois de fazer os furos piloto, remova o gabarito e coloque mais alguns suportes. Certifique-se de que o entalhe nos suportes horizontais esteja voltado para a parte inferior do relógio ao parafusá-los no lugar. É aqui que iremos colar nossos LEDs de downlighting posteriormente no projeto.

Continue encaixando os suportes até que tenha seis de comprimento e dois de altura; o superior direito será deixado de fora por enquanto.

Se você usou o modelo 3D conforme mencionado nesta etapa e não vai usar uma máquina CNC, pode pular a próxima etapa.

Etapa 5: Montagem dos suportes do núcleo: Opção 2 - Usando máquina CNC

Se você tiver acesso a uma máquina CNC, pode pedir a alguém que faça os furos piloto para permitir que você posicione e encaixe de forma rápida e fácil os suportes impressos em 3D. Este é o caminho que fiz quando trabalhava para um fabricante de móveis local.

Você pode encontrar um desenho técnico mostrando o posicionamento dos furos disponível para download aqui:

diy-machines.selz.com/item/5e6408ec701f5d0…

Uma vez que os furos piloto tenham sido perfurados, você pode prosseguir com a instalação dos suportes do núcleo.

Certifique-se de que o entalhe nos suportes horizontais esteja voltado para a parte inferior do relógio ao parafusá-los no lugar. É aqui que iremos colar nossos LEDs downlighting posteriormente no projeto.

Continue encaixando os suportes até que tenha seis de comprimento e dois de altura; o superior direito será deixado de fora por enquanto.

Etapa 6: Instalando o suporte principal do 'hub de eletrônicos'

O último suporte principal que deve ser colocado no canto superior direito é uma versão modificada dos outros. Ele foi projetado para acomodar os componentes eletrônicos (principalmente Arduino Nano, Real-Time Clock - DS3231 e fotorresistor).

Isso é impresso em 3D usando as mesmas configurações dos outros suportes principais.

Posicione-o temporariamente nos outros orifícios piloto e use uma caneta ou lápis para marcar o orifício retangular em sua base. Você pode então usar uma broca para criar um orifício grande o suficiente para passar o fio elétrico. Usaremos isso para alimentar o relógio assim que terminarmos de construí-lo.

Feito isso, você pode instalar o suporte usando parafusos de madeira.

Etapa 7: Impressão e instalação de suportes de LED

Usamos pequenas guias impressas em 3D para conectar os LEDs à estrutura de suporte. Imprimi-os em branco e sugiro que você faça o mesmo para evitar que qualquer matiz de cor apareça nas bordas frontais das prateleiras e para aumentar sua refletividade.

Imprimi o meu em PLA com uma altura de camada de 0,3 mm.

Você precisa imprimir 23 destes. (Eu imprimi o meu três de cada vez).

Depois de impressos, use um pouco de gue para fixá-los na parte superior dos suportes, conforme mostrado no diagrama anexo.

Etapa 8: preparar os LEDs do mostrador do relógio

Precisamos preparar 23 comprimentos de 9 LEDs do nosso rolo de LEDs.

Para fazer isso, use uma tesoura para cortar o centro do primeiro conjunto de almofadas de cobre, removendo assim o plugue. Repita isso novamente após 9 LEDs para nos dar nossa primeira faixa. Em seguida, você precisa repetir isso mais 22 vezes.

Uma vez feito isso, podemos 'estanhar' as almofadas dos LEDs. Embora seja opcional, torna muito mais fácil conectar os fios posteriormente. Estanhar as pastilhas significa usar um ferro de solda para adicionar e deixar uma pequena quantidade de solda em cada pastilha.

Etapa 9: preparar os fios do mostrador do relógio

Prepare alguns pedaços de fio em conjuntos de três. Um para cada conexão de energia, dados e aterramento em nossas fitas de LED.

Você vai precisar de:

• 20 conjuntos com 22 cm de comprimento
• 2 conjuntos de 37 cm de comprimento
• 1 conjunto de 50 cm de comprimento

Como antes, estanhar ambas as extremidades de cada fio tornará mais fácil conectá-los aos LEDs.

Etapa 10: Instalando a primeira faixa de LED

Agora que os LEDs e seus fios estão preparados, podemos começar a montá-los na parte frontal do relógio. A ordem em que as tiras são conectadas e sua orientação são muito importantes. Existem pequenas setas ao longo do comprimento das tiras de LED que representam a direção do fluxo de dados. Preste atenção a eles ao montar seu relógio.

Nossa primeira faixa de LED ficará no suporte de LED branco acima do suporte exclusivo que imprimimos para alojar os componentes eletrônicos no canto superior direito. Conecte dois conjuntos separados de fios de 23 cm de comprimento em ambas as extremidades de uma das 9 faixas longas de LED anteriores.

Remova o revestimento autoadesivo da parte traseira dos LEDs e também aplique um pouco de cola na parte superior da montagem do LED (para uma aderência extra, pois descobri que às vezes a minha se descolava sem a cola adicional), você pode posicionar a tira no lugar garantindo que as setas direcionais de dados estão apontando para a parte superior do relógio.

Agora direcione os fios no canto do relógio para baixo através da guia de fios no suporte em que estão, através e para o suporte adjacente e para cima. Sempre que você estiver passando fios ao longo do perímetro externo do relógio, certifique-se de usar os orifícios internos nas guias dos fios. Isso significa que os fios estão completamente escondidos quando terminarmos o relógio, adicionando os sleaves impressos em 3D às prateleiras (que ainda não imprimimos, então não entre em pânico!).

Etapa 11: instalação das tiras de LED restantes

Para a próxima tira, pegue outro conjunto de fios de 23 cm de comprimento e solde-os no lado de saída (o fim para o qual as setas de fluxo de dados estão apontando) de uma nova tira de nove LEDs.

Solde o lado de entrada da faixa de LED aos fios que acabaram de passar pelo canto da faixa anterior. O adesivo pode então ser removido desta tira, um pouco de cola pode ser aplicada ao suporte de LED branco e a tira colocada no topo.

Os fios que saem deste são encaminhados através do suporte e giram 90 graus para a esquerda até o próximo suporte.

Repita as mesmas etapas mais quatro vezes, seguindo o caminho em torno do relógio, conforme mostrado no diagrama acima. Quando você chegar à sétima faixa de LED, precisará conectar um conjunto de fios de 37 cm no lado de saída, em vez dos habituais fios de 23 cm.

Agora que expliquei e mostrei as primeiras conexões, você pode seguir o resto usando o diagrama que adicionei acima (aquele em um fundo escuro). Mostra quais comprimentos de fio usar, onde, a direção das tiras de LED e como direcionar tudo. É muito mais fácil para você acompanhar isso do que para mim explicar cada conexão em palavras. (Além disso, também não seria muito divertido de ler).

Depois de terminar de instalar os LEDs do mostrador do relógio, ele deve se parecer com a imagem final.

Etapa 12: Impressão de luvas de prateleira

Vamos fazer uma pausa na eletrônica e voltar para a impressão 3D. Existem cinco estilos diferentes de mangas de prateleira para imprimir, dependendo de onde estão indo no relógio.

Para cada manga, imprimi as primeiras camadas em branco e depois troquei para um filamento de PLA com infusão de madeira para o restante da impressão. Esta fina face frontal branca é o que permite que a luz difusa dos LEDs brilhe.

Eles levaram cerca de sete horas cada quando impressos em uma camada de 0,2 mm de altura. U normalmente imprime três de cada vez durante a noite. Também adicionei uma aba para ajudar a evitar que se soltem da cama de impressão. Eles são facilmente removidos após a conclusão da impressão.

Você precisa imprimir:

• 9x Sleeve1.stl - Este tem recortes em apenas um lado.
• 6x Sleeve2.stl - Possui recortes em um lado e um orifício para o LED downlighter.
• 10x Manga3.stl - Possui recortes em ambos os lados.
• 6x Sleeve4.st - Possui recortes em ambos os lados e um orifício para o LED downlighter.
• 1x Sleeve5.stl - Este é projetado especificamente para abrigar os eletrônicos e inclui orifícios de ar para ventilação e um orifício para o fotorresistor.

Etapa 13: encaixando as mangas de arquivamento

As prateleiras são instaladas deslizando-as cuidadosamente sobre os suportes e LEDs, certificando-se de que os fios passam pelos recortes.

As nove luvas 1 que você imprimiu deslizam sobre os suportes ao longo da parte inferior e lateral do relógio (excluindo os componentes eletrônicos especiais que contêm o suporte), conforme mostrado na foto acima.

Todas as seis Manga2 vão ao longo da parte superior do relógio com o orifício do LED voltado para baixo.

As dez Manga3 vão nas posições verticais restantes.

Os seis Sleeve4 preenchem as horizontais ao longo do meio com o orifício para o LED voltado para baixo novamente.

A última manga5 passa sobre o suporte restante no canto superior direito.

Etapa 14: Conectando o DS3231 ao Arduino

Você precisará preparar o seguinte para esta etapa:

• Um par de fios de 8 cm
• Um par de fios de 12 cm
• DS3231 - Relógio em tempo real (RTC)
• Arduino Nano

Comece soldando um fio de 8 cm ao SCL e outro fio ao SDA no RTC. Em seguida, solde um fio de 12 cm ao VCC e outro ao GND (terra). Usarei fios vermelhos para as conexões positivo / VCC a partir de agora e fios pretos para as conexões terra / GND para ajudar a facilitar a compreensão de qual fio deve ser conectado a quê.

Pegando o Arduino, solde o fio vindo de SCL para A5 no Arduino e, em seguida, conecte o fio de SDA para A4. Estaremos conectando os fios de energia mais tarde

Etapa 15: conectando fotoresistor (sensor de luz) ao Arduino

Você precisará do seguinte para esta etapa:

• Módulo fotorresistor
• Um único comprimento de fio de 10 cm
• Um par de fios de 14cm

Solde o fio de 10 cm ao AO no módulo e cada um dos fios de 14 cm de comprimento ao GND e VCC.

O fio AO de 10 cm é então conectado a A0 na placa Arduino Nano. Mais uma vez, conectaremos os fios de alimentação mais tarde.

Etapa 16: preparar o Nano para se conectar à energia

Para esta etapa, prepare:

Dois comprimentos de fio de 12 cm

Solde um dos fios a qualquer uma das conexões GND no Arduino e o outro fio ao pino de 5V.

Etapa 17: Conecte os LEDs

Você vai precisar de:

Um resistor de 470 ohms

Encurte ligeiramente as pernas do resistor, pois são muito mais longas do que o necessário. Solde um lado do resistor ao fio que já está conectado ao DIN no lado de entrada da primeira faixa de LED que instalamos. Este é aquele sobre o suporte impresso em 3D projetado para abrigar toda a eletrônica.

A outra extremidade do resistor é então soldada ao D6 no Arduino.

Etapa 18: Aviso de energia …

Um aviso rápido para compartilhar com você. Não conecte a fonte de alimentação ao mesmo tempo que estiver usando a conexão USB do Arduinos. Você corre o risco de danificar qualquer dispositivo conectado ao Arduino. É por isso que ainda não conectamos a alimentação elétrica e não o faremos até que o projeto seja concluído e não seja mais necessário conectar via USB.

Etapa 19: Conectando os fios de alimentação

Para esta etapa, você vai querer:

• Suas duas tiras de blocos de terminais
• 8 comprimentos curtos de fio (fiz quatro em vermelho e quatro em preto)

Use cada fio curto ao longo de um lado do bloco de terminais como fios de jumper para conectá-los todos juntos. Depois de parafusá-los nos blocos de terminais, puxe-os para garantir que estejam bem presos pelo parafuso. Repita isso para as duas réguas de terminais.

Agora podemos pegar todos os fios VCC / 5V que vão para nossos componentes e conectá-los à mesma tira do bloco de terminais. Em seguida, faça o mesmo para todos os fios GND / Terra com a outra faixa do bloco de terminais.

Você deve encontrá-los provenientes de cada um dos seguintes componentes:

• Arduino
• Primeira faixa de LED
• DS3231
• Fotorresistor

Etapa 20: enviando o código

Conecte seu Arduino ao PC por meio de sua conexão USB e abra o código para este projeto no IDE do Arduino. Você pode baixar o código do Github:

Você precisa ter duas bibliotecas diferentes instaladas em seu Arduino IDE para este projeto; 'Adafruit Neopixel' e 'DS3231 Simple'.

Caso ainda não os tenha, você precisará instalá-los.

Para instalar a biblioteca Adafruit:

No IDE do Arduino, navegue até Sketch> Incluir Biblioteca> Gerenciar Bibliotecas. Em seguida, no Gerenciador de Bibliotecas, pesquise a faixa Neopixel usando a barra de pesquisa. Pressione instalar.

Para a biblioteca DS3231, acesse https://github.com/sleemanj/DS3231_Simple e siga as instruções simples na página.

Podemos primeiro acertar a hora no relógio executando um pequeno script fornecido pelo autor da biblioteca. Só precisamos executá-lo uma vez. Para fazer isso, vá para ‘Arquivo’ >> ‘Exemplos’ >> ‘DS3231_Simple’ >> ‘Z1_TimeAndDate’ >> ‘SetDateTime’ defina a data e hora que você deseja e, em seguida, carregue-o para seu Arduino. Isso definirá a hora correta em seu RTC, que persistirá quando o Arduino ficar sem energia enquanto a bateria do botão durar. Esta janela agora pode ser fechada e o script do projeto principal carregado em seu lugar.

Se tudo correu como deveria até agora, o mostrador do relógio ganhará vida e iluminará a hora atual.

Etapa 21: Adicionar os isqueiros LED para baixo

Para os downlighters LED, você precisará preparar o seguinte:

• 11 conjuntos de fios de 29 cm de comprimento
• Um conjunto de 48 cm de comprimento
• 12 LEDs individuais cortados do rolo que estávamos usando anteriormente
• Um resistor de 470 Ohms

Não se esqueça de que estanhar as almofadas dos LEDs e as pontas dos fios tornará a soldagem deles muito mais fácil posteriormente.

As mangas impressas em 3D da metade superior e da linha central do relógio precisarão ser removidas para que possamos instalar a fiação dos isqueiros. Para removê-los, basta puxá-los com cuidado para cima.

O primeiro downlighter LED será instalado no suporte horizontal no canto superior direito do mostrador do relógio. Solde um conjunto de fios de 29 cm de comprimento em ambos os lados de um dos LEDs individuais e, em seguida, cole no entalhe na coluna de suporte central. Você ainda precisa prestar atenção à direção do fluxo de dados e, para a linha superior de luzes embutidas de LED, ela deve estar voltada para o lado oposto ao Arduino, conforme destacado na imagem.

Você pode então passar os fios pelas guias de fio em ambas as extremidades do suporte. Solde um resistor de 470 Ohms do cabo DIN que fica no lado do Arduino do LED. A outra extremidade do resistor é então conectada ao D5 no Arduino.

A conexão VCC e GND que vai para o LED pode então ser adicionada às tiras do bloco de terminais apropriadas.

Continue adicionando os downlighters de LED ao longo da linha superior usando os conjuntos de fios de 29 cm entre cada um. No final da linha (6º LED), conecte o conjunto de fios de 48 cm para que possamos chegar à próxima linha e, em seguida, continue adicionando LEDs com fios de 29 cm de comprimento entre eles.

Criei um diagrama anexo acima que deixa claro quais fios usar entre os LEDs, para que lado a seta de dados deve estar voltada e como encaminhar os fios através das guias de fio na base dos suportes do núcleo impresso em 3D.

Etapa 22: Teste os Downlighters

Agora você pode substituir todas as mangas das prateleiras, exceto aquela que cobrirá os componentes eletrônicos.

Conecte a porta USB do Arduino a uma fonte de alimentação USB e você descobrirá que tem um projeto totalmente funcional!

Etapa 23: conectar a fonte de alimentação principal

Desconecte o cabo USB do Arduino.

Passe o cabo de alimentação principal através do orifício na placa que fizemos sob o suporte impresso em 3D anteriormente. Você pode então conectar o fio positivo à faixa do bloco de alimentação positivo e o aterramento à faixa de aterramento.

Verifique se todos os fios ainda estão presos com firmeza puxando-os com cuidado.

Etapa 24: posicionar o fotorresistor

Aplique um pouco de cola na parte traseira do fotorresistor. Este é então posicionado de forma que o sensor circular que se projeta dele seja encaixado no recorte em forma de U já feito no suporte impresso em 3D. A frente do sensor deve ficar nivelada com a frente para que não obstrua a luva quando abaixado sobre este suporte.

Etapa 25: arrumar os eletrônicos

Neste ponto, podemos tentar arrumar a parte eletrônica para que tudo caiba perfeitamente dentro desta prateleira.

Usei cola para segurar as várias peças dentro da prateleira usando o grande quadro da parte impressa em 3D para fixá-las. Você pode encaixá-los em qualquer arranjo que funcione para você, mas tome cuidado para não sobrecarregar os fios.

As fotos acima mostram antes e depois que arrumei as minhas. Uma vez feito isso, você pode deslizar a manga sobre o suporte.

Etapa 26: Concluindo a fonte de alimentação e a montagem

A outra extremidade do cabo de alimentação pode ser encaixada nos terminais de parafuso. Preste atenção em qual é o lado positivo e negativo dos terminais de parafuso, pois ele pode diferir do meu.

Para montar meu relógio de borda de prateleira na parede, usei alguns suportes de armário de parede de cozinha. Metade é instalada na tabela do relógio e a outra metade na parede. Os dois simplesmente deslizam juntos.

Também usei um pouco de cola forte para ajudar a manter o cabo de alimentação que sai da parte de trás da placa no lugar e para evitar que seu próprio peso estique os cabos onde eles estão conectados às tiras dos blocos de terminais.

A última coisa que adicionei antes de colocar as prateleiras na parede foram duas pequenas pilhas de pedaços de elástico que eu colei. Isso atua como um pequeno amortecedor que ajuda a evitar que o fundo da prateleira marque a parede, ao mesmo tempo que a mantém igualmente "afastada" da parede.

Um pequeno pedaço de plástico para limpar o cabo foi usado para ajudar a esconder o cabo de alimentação preto. Isso pode ser pintado para combinar com a cor da parede.

Etapa 27: Projeto concluído

Bom, hora de fazer uma xícara de chá e admirar seu trabalho prático.:)

Espero que tenha gostado de fazer o seu. Não se esqueça de dar uma olhada em alguns dos meus outros projetos.

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Do contrário, até a próxima vez, coma por enquanto!

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