Relógio de animação SMART LED conectado à web com painel de controle baseado na web, servidor de hora sincronizado: 11 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

A história deste relógio remonta a um longo caminho - mais de 30 anos. Meu pai foi o pioneiro dessa ideia quando eu tinha apenas 10 anos, muito antes da revolução do LED - na época em que os LEDs tinham 1/1000 do brilho de seu atual brilho ofuscante. Um verdadeiro inovador, ele codificou em linguagem assembly e ligou manualmente cada LED individual (um feito impressionante de paciência e determinação)! Sua versão original ainda funciona até hoje.

Eu queria continuar de onde ele parou e aproveitar os avanços da tecnologia para fazer um lindo relógio conectado à web, colorido, divertido de jogar e cheio de interesse. Está avançado ao ponto em que gostaríamos de lançar o relógio ao público como um projeto de código aberto, mas também fornecer produtos acabados para aqueles interessados em comprar. Veja nossa campanha indiegogo se você tiver interesse em apoiar!

O relógio, tal como está hoje, tem uma série de recursos e é um produto totalmente acabado e funcional. Estamos muito satisfeitos com o resultado, tanto em termos de qualidade e funcionalidade, quanto em termos de conjunto de recursos e estabilidade. O relógio sincroniza a cada minuto com um servidor de tempo, garantindo que a hora seja sempre perfeita. Os usuários precisam apenas definir o fuso horário uma vez, habilitar o modo de verão e nunca mais precisarão se preocupar em acertar o relógio!

52 animações diferentes com cor, velocidade e brilho ajustáveis fornecem ao usuário controle preciso e variação infinita. Os modos favoritos são salvos na memória. Temporizadores de luz e eventos diários podem ser definidos, permitindo que os usuários sejam notificados visualmente no horário selecionado. Modos especiais de férias podem adicionar festividade à sua casa durante o Halloween, Ano Novo ou Natal. Temos até um modo especial para o dia pi, onde o relógio anima os dígitos do pi para 100 dígitos a cada hora.

O relógio é alimentado por um Node MCU ESP8266 conectado à web e é programado usando a linguagem arduino e as populares bibliotecas c ++ que vêm como padrão na plataforma arduino. Quer fazer um? Veja como:

Etapa 1: montar os materiais

Aqui está uma lista completa de tudo que você precisa, com preços e links.

• Placa de madeira circular de 18 "de diâmetro 1" de espessura - $ 10,40 - Lowes
• Acrílico de difusão de luz - $ 5,79 + $ 6,55 Frete = $ 12,34 da Amazon
• (2) strings pré-cabeadas de LED de 50 - $ 11,67 x 2 = $ 23,34 do eBay
• Emissão lateral de LED - $ 26,62 da Adafruit
• ESP 8266 Node MCU - $ 8,39 da Amazon
• Pigtail de 2,5 mm - $ 6,99 (pacote com 10) da Amazon
• Placa de circuito de prototipagem de 4 cm x 6 cm - US $ 9,99 (pacote com 10 - você precisará de 1) da Amazon
• Blocos de terminais - $ 7,99 (pacote de 20 - você precisará de 5)
• 1x8 pedaço de pinho - $ 4,79 de Lowes
• 1/4 de peça de material de piso de madeira (para o estande) Número do item 422633 - $ 10,48 da Lowes
• (1) Fonte de alimentação 5v, 5a - $ 14,99 da Amazon
• Material de apoio utilitário de 2,7 mm (Item 757295000023) - $ 10,98 da Home Depot
• (20) Parafusos de madeira pretos # 6 - $ 6,83 - Amazon
• Mancha e revestimento claro. Acabamentos gerais recomendados! - aproximadamente $ 20 da Woodcraft
• (2) Porcas pretas 1 / 4-20 (Item 755801) - $ 1,38 da Lowes
• (2) Parafusos de cabeça panela pretos 1 / 4-20 (Item 755806) - $ 1,49

Preço total dos itens listados aqui: $ 177,38

Ferramentas necessárias:

1. Máquina cnc
2. Pistola de cola quente
3. Ferro de solda
4. Dremel ou lima manual
5. Decapantes de arame

Etapa 2: familiarize-se com a página da web

Essa parte é o que torna o relógio divertido e legal. A página da web é dividida em quatro seções: Configurações gerais, cor, animações de anel e animações de número.

• Configurações gerais - Esta seção inclui ajustes como horário de verão, fuso horário, etc. Também está presente nesta página uma opção para salvar e recuperar três configurações de relógio diferentes. Isso permite ao usuário salvar cenas favoritas. Todas as configurações são salvas em eeprom (memória não volátil); além disso, as configurações atuais são sempre salvas para que, no caso de uma falha de energia, o relógio se recupere de onde parou.
• Opções de cores - cada aspecto do relógio é personalizável. Para alterar a cor de qualquer elemento, basta clicar no botão correspondente ao elemento que deseja alterar e, em seguida, clicar na roda de cores. Dentro da roda de cores está o branco puro. Do lado de fora, a roda de cores desliga o LED.
• Animações de anel - animações de anel são eventos que acontecem a cada minuto (ou seja, animações que avançam o ponteiro dos minutos) ou atividades interessantes como um pêndulo. Escolha entre uma variedade de opções aqui
• Animações de número - as animações de número são visores de luz que não estão vinculados a um evento com registro de hora. Em vez disso, eles criam humores ou interesse. Existem 52 opções diferentes aqui e elas podem ser ainda mais interessantes ajustando o brilho ou a velocidade usando as barras deslizantes.

O html e o javascript para esta página estão incluídos no código-fonte que está hospedado no github. Veremos isso em um momento.

Etapa 3: Prepare os arquivos CNC

O trabalho de construção da máquina CNC está pressionando ir em sua máquina CNC. Mas como todos sabem, o trabalho do CNC é 95% configurado e 5% cortado! Algumas palavras sobre a configuração são importantes aqui.

Em primeiro lugar, é essencial obter uma fixação sólida. Estou optando por segurar a placa de madeira com essas braçadeiras de came. Eles funcionam muito bem e são muito fortes! Para que não danifiquem a madeira, coloco uns pedacinhos de borracha entre a zona de contacto e a madeira (isso não vai diminuir a força de aperto). Além de serem incrivelmente fortes, outra grande vantagem dessas pinças é o fato de que a altura total da pinça fica abaixo da superfície de trabalho, de forma que nunca há perigo de colisão. Se você não tiver esses grampos disponíveis, a fita dupla-face pode funcionar. Seja qual for o seu método, assegure-se de fortes fixações e alinhamento adequado do grão.

Observação importante: você terá que virar o relógio e o CNC em ambos os lados da máquina, portanto, certifique-se de indexar seu pedaço de madeira. Certifique-se de que você pode virá-lo e estar EXATAMENTE no mesmo lugar. Isso é essencial para cortar um bom relógio!

Agora, algumas notas sobre o trabalho CAD e CAM.

O arquivo Cad (ProductionClockMaster.3dm) é um arquivo Rhino3d e possui todas as camadas CAD necessárias para o relógio. Se você precisar de um formato mais genérico, também incluí uma exportação * dxf das camadas frontal e posterior do relógio. Esta deve ser toda a informação de que você precisa.

O trabalho do CNC CAM é dividido em 9 operações CNC separadas. Os arquivos gcode reais do Mach3 estão incluídos no repositório GitHub, bem como os arquivos VCarve que os produziram (se você precisar abri-los e exportar usando um pós-processador diferente).

Todos os arquivos do projeto estão disponíveis no GItHub. Aqui está como interpretar os arquivos. Eles são relativamente autoexplicativos, mas aqui está uma ajuda adicional para esclarecer qualquer possível confusão. Os primeiros cinco arquivos são listados em ordem de operação de corte. O nome do arquivo termina entre parênteses com o tamanho da ferramenta de corte. Então, por exemplo - 01_Rear Pockets_v1.8_ (1-2 polegadas)

• Este nome de arquivo começa com 01, portanto, é a primeira operação.
• Isso cortará os bolsos traseiros.
• Esta é a versão 1.8 (comecei com a 0.0 para que você saiba quantos erros cometi!)
• Use uma ferramenta de corte de 1/2 polegada

Além dessas cinco operações de bloco de madeira, há duas operações de suporte, uma operação de elemento acrílico e uma operação de placa de tampa traseira.

Uma operação única é a operação CNC em T-slot. Isso fornece um canal para os parafusos do suporte de mesa deslizarem. Você precisará de uma broca em T como a mostrada na fotografia acima.

Novamente, se você precisar de algo diferente do pós-processador Mach3 padrão, abra os arquivos VCarve e exporte em seu formato local. Na próxima etapa, iremos cortar o núcleo e ilustrar passo a passo como o relógio deve ser em cada estágio.

Etapa 4: corte o núcleo do relógio, suporte de mesa, ladrilhos de acrílico e material de apoio

Aqui estão algumas fotos de cada uma das peças concluídas à medida que saem da máquina. O acrílico é o corte mais desafiador, pois o acrílico tende a derreter se ficar muito quente e também treme e levanta se não for segurado com segurança. Um cortador a laser seria ideal se você tiver um. Como você pode ver na foto, fiz um gabarito especial que segura os quatro lados com firmeza. A fita dupla-face provavelmente seria a melhor para esta operação, mas demoraria um pouco mais para removê-la.

Etapa 5: personalizar com arte do mostrador do relógio e concluir

O relógio pode ser usado perfeitamente sem essa etapa, mas é divertido personalizá-lo de acordo com suas necessidades ou gostos. Tentamos vários designs diferentes e o céu é o limite aqui. Adoraríamos ver exemplos de coisas que você inventasse!

Em termos de acabamento, tentamos muitas coisas diferentes, mas adoramos a simplicidade e a facilidade de coloração. Também adoramos o acabamento geral dos acabamentos, pois é particularmente fácil de instalar, durável e tem uma ótima aparência! Agora é a hora de fazer isso antes de começarmos a instalar os componentes eletrônicos.

Dica: Não se esqueça de manchar também o suporte da mesa, o plugue da placa traseira e a placa traseira ao mesmo tempo. É fácil se deixar levar e esquecer esses acessórios!

Etapa 6: Ladrilhos de acrílico e montagem do suporte

Depois de aplicar o acabamento nas peças de madeira, é hora de pressionar os ladrilhos de acrílico e montar o estande. Os ladrilhos de acrílico têm tolerâncias de ajuste de pressão e não requerem nenhum adesivo em geral. Alguns dos ladrilhos podem precisar de pequenas quantidades de lixa ou lima, mas geralmente, estes apenas pressionam no lugar e você está pronto para ir. Se você achar que alguns deles estão muito soltos e caem, usamos algumas gotas de cola escolar Elmers branca, pois é fácil de aplicar, seca perfeitamente e proporciona bastante aderência. A frente do seu relógio está COMPLETA! Afaste-se e divirta-se.

Também neste momento você também pode pressionar no suporte as porcas 1 / 4-20 e prender os parafusos que deslizam para baixo nos canais da ranhura em T. Solte o suporte na base com um pouco de cola e seu suporte de mesa estará pronto!

Etapa 7: Instale os LEDs pré-cabeados no núcleo do relógio

Ok, estamos chegando perto! Provavelmente, a parte mais demorada do relógio é pressionar os LEDs individuais. Há um total de 100 LEDs nesta parte do relógio e, como os LEDs vêm em tiras de 50, você precisará de duas tiras conectadas de ponta a ponta. As tolerâncias das cavidades do LED são tais que são basicamente encaixadas à pressão. Mesmo que as tolerâncias de encaixe por pressão mantenham os LEDs no lugar, usamos uma pequena pincelada (muito pequena) de cola quente para fornecer segurança extra. Se houver cola demais, o excesso irá espremer e bloquear os LEDs.

Após essa etapa, você terá muitos loops saindo da parte de trás do relógio que precisarão ser pressionados para que o painel traseiro se encaixe no lugar. Um pouco de ar quente de um secador de cabelo torna os fios mais flexíveis e fáceis de dobrar. Novamente, o uso de cola quente mantém esses fios presos.

Ao todo, esse processo leva cerca de 45 minutos a uma hora. Veja as fotos acima para ver como essa etapa deve se parecer. Também assista ao divertido vídeo de lapso de tempo! Se pudéssemos conectar tão rapidamente!

Etapa 8: montar os eletrônicos

A fiação elétrica é quase fácil, mas aqui está uma explicação detalhada. Descobrimos que a maneira mais fácil de fazer a fiação é usar uma protoplaca de 4cm x 6cm (do tamanho da cavidade do CNC) e instalar terminais de parafuso que receberão as tiras de LED, bem como o adaptador de energia DC. Tentamos soldar de uma forma mais direta e não só é incômodo e difícil, mas torna impossível remover ou substituir as tripas do relógio no caso de o ESP8266 quebrar ou precisar de atualização. Usar cabeçalhos é mais flexível e, acreditamos, mais fácil.

Depois de instalar os terminais de parafuso, basta seguir o diagrama de fiação para conectar os terminais aos pinos corretos. Não há componentes reais no PCB, apenas traços dos cabeçalhos até os pinos ESP8266 apropriados.

O pino 4 é o pino para os LEDs do anel e o pino 2 é o pino para os números. Positivo vai para VSS e Negativo vai para terra.

A única outra coisa que é necessária é um resistor de 300 ohm no pino de dados do LEDstrip. Em todas as faixas do WS2812b que já vi (e já vi muitas), este é o pino central. Este resistor protege a tira de picos de tensão perigosos e picos que podem causar danos ou comportamento imprevisível. Eu esqueci de instalar este resistor e queimei o primeiro LED na faixa (outras vezes nada acontecia e funcionava perfeitamente). O resistor deve ser adicionado em linha, o que significa que funciona como um elo na cadeia que conecta a placa ao fio do LED. Algumas faixas de LED já têm esses resistores instalados e outras não. Se você não tem certeza se sua faixa de LED tem uma, vá em frente e adicione uma de qualquer maneira. Não há mal nenhum em fazer isso. Certifique-se de adicionar este resistor em linha o mais próximo possível do lado do LED do fio de conexão, NÃO do lado do PCB.

A cavidade na parte de trás do relógio foi projetada para duas finalidades. Pode receber o corpo de um transformador de 5 V para montagem na parede ou pode conter uma bateria opcional. Ilustrado aqui está uma bateria comum de 5 V usada para estender o alcance dos dispositivos sem fio. Basta comprar um adaptador USB para 2,5 mm e seu relógio agora é alimentado por bateria!

Você precisará fazer um orifício da cavidade central até o PCB para receber o pigtail fêmea DC. Isso é feito facilmente dobrando a broca. Certifique-se de permanecer raso para não perfurar o mostrador do relógio! É mostrada a operação de perfuração concluída com o rabicho enrolado ordenadamente na cavidade.

Etapa 9: Faça upload do código

O código do relógio pode ser encontrado na página do github brightlightart. O código está sendo constantemente aprimorado e bem comentado. Se você não estiver familiarizado com arquivos *.ino, este é um formato de arquivo Arduino e precisa ser compilado com o IDE do arduino. Depois de compilado, você faz o upload por meio do conector microUSB padrão no ESP8266. Se precisar de ajuda com como fazer isso usando o ESP 8266, aqui está um excelente tutorial sobre como programá-lo com esta interface popular. Está muito perto de fora da caixa, mas não é bem assim!

O que esses arquivos diferentes fazem? Aqui está uma análise da estrutura desses arquivos e o que eles fazem no quadro geral.

Pasta do servidor web

Index.htm -Quando o código é inicialmente carregado para o ESP8266, você verá uma página de upload solicitando que você envie um arquivo. Faça upload do arquivo index.htm. Este arquivo atende a página da web - os outros arquivos na pasta estão hospedados em brightlightart.com, mas estão aqui para sua referência no caso de você desejar alterar as folhas de estilo / javascript e hospedá-los você mesmo

Pasta principal

• enLIGHTen-LED-Clock.ino - Este é o arquivo principal e se origina do excelente projeto McLighting. O script foi bastante modificado de seu estado original, mas temos uma dívida com este projeto como um excelente ponto de partida para o nosso projeto.
• colormodes.h - lida com a maioria das animações de luz no anel. Também lida com funções de tempo.
• settings.h - Define a maioria das variáveis globais.
• request_handlers.h - Comunica-se com o ESP8266 e lida com as solicitações recebidas e envia informações para o ESP8266.
• spiffs_webserver.h - ajuda a servir e interpretar a página da web. Este é o único arquivo sem alterações do projeto McLighting.
• WS2812FX.cpp - lida com as animações de luz nos números. Quase inteiramente retirado da excelente biblioteca kitsurfer WS2812B. A principal mudança aqui é adicionar funcionalidade para o ponteiro das horas permanecer aceso
• WS2812FX.h - arquivo de cabeçalho que acompanha a biblioteca WS2812fx. Isso praticamente não mudou.

Arquivos de inclusão adicionais

Além dos arquivos incluídos aqui, você precisará das seguintes bibliotecas. Estas são bibliotecas padrão e facilmente incluídas pesquisando no 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.

Etapa 10: Configuração inicial do relógio EnLIGHTen e demonstração

Depois de fazer o upload do código-fonte e ligar a energia pela primeira vez, todas as luzes ficarão azuis estáticas. Esta é a sua indicação de que o relógio está transmitindo um ponto de acesso e esperando que você se conecte. Usando um telefone, laptop ou qualquer dispositivo sem fio, verifique as redes próximas (como você faria se estivesse tentando se conectar à Internet em uma cafeteria). Na lista de redes disponíveis, você deve ver uma chamada "relógio". Conecte-se a ele.

Assim que você se conectar a essa rede, ela carregará automaticamente uma página da web (novamente, como um redirecionamento que você experimentaria em uma cafeteria). Seja paciente, pois às vezes isso pode levar até 30 segundos. A página da Web solicitará que você verifique as redes próximas. Selecione sua rede doméstica ou de escritório e forneça a senha sem fio. Depois de clicar em enviar, a senha sem fio da sua rede local será salva na memória. Você só terá que fazer isso uma vez. O relógio será reiniciado.

Quando começar novamente, você verá uma série de números em ordem. Os números exibidos são o endereço IP da página da Web à qual você precisa se conectar. Por exemplo, pode exibir 1, 9, 2,., 1, 6, 8,., 0,., 3, 1. Isso se traduz em https://192.168.0.31. Digite este endereço na página da Web e agora você deve estar conectado ao seu relógio. Configure e divirta-se! Novamente, o relógio usa tecnologia websocket, portanto, qualquer alteração feita deve ser refletida imediatamente, sem a necessidade de salvar ou atualizar a página da web. É muito interativo e divertido nesse sentido!

Se por algum motivo você perder a conexão, simplesmente atualize sua página da web. A maioria dos roteadores mantém o endereço IP igual para os dispositivos conectados, mas de vez em quando eles tendem a mudar, então preste atenção na inicialização. Se você precisar ser lembrado do endereço IP da página da Web, basta reiniciar o relógio.

Quando estiver confortável com o funcionamento do código, não se esqueça de instalar o material de apoio! Os orifícios pré-perfurados facilitam o alinhamento. Pressione todos os fios que se destacarem e agora sua fiação está segura e o relógio parece muito acabado!

Etapa 11: construir, desenvolver, apoiar e aproveitar

Adoraríamos ver o maior número possível de pessoas construindo e aproveitando este relógio. Amamos este projeto e queremos que outros compartilhem a experiência! Nós nos divertimos muito resolvendo problemas, superando obstáculos, eliminando bugs e sendo recompensados por uma luz divertida e significativa. O benefício que recebemos da comunidade criativa de código aberto não tem preço e nos incentivou a lançar este material de origem para aprendizado compartilhado, melhoria contínua e prazer técnico. Gostaríamos muito de saber sobre construções bem-sucedidas e como você aprimorou o relógio enLIGHTen. Por favor, escreva-nos e diga-nos!

Nem todo mundo tem tempo, habilidade, ferramentas ou recursos para construir um desses relógios do zero, então se você estiver interessado em comprar um relógio completo, seja como um produto acabado ou como uma base para o desenvolvimento contínuo, por favor, nos apoie no indiegogo.