Sat riječi (njemački izgled): 8 koraka

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-13 06:57

Hej, ich möchte Euch hier mal mein letztes Projekt vorstellen. Ich habe eine Uhr gebaut. Allerdings keine "normale" Uhr, sondern eine Word Clock. Zu solchen Bastelprojekten gibt es hier zwar schon ein paar Artikel, aber trotzdem möchte ich mal zeigen was 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 hat. Die Idee fand ich so cool, dass ich mich auch entschieden habe so eine Uhr zu bauen. Sve dodatne informacije i informacije o semestru u semestru možete pronaći na ibrendwie mašinskoj traci. Danke Jannes: D

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

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 drops ihr Anmerkungen und Tipps habt, gerne in die Komentare.

Korak 1: Materijal

Baumaterialen:

• MDF Holzplatte (n) (8 mm i 12 mm)
• Prednja ploča (Fotokarton)
• Plexiglasplatte
• Holzdübel

• Schrauben:

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

Mikrokontroler:

• Arduino Nano AtMega328p
• RTC-Modul

Elektronik:

• Netzteil (vanjski, izlaz: 5V, 3A (15W), Hohlstecker 2, 1x5, 5mm)
• WS2812b LED diode (60LED/m) (oko 2 m)
• Kupferdraht
• CR1220 Knopfzelle
• Hohlsteckerbuchse 2, 1x5, 5mm
• Hohlstecker-Verlängerungskabel
• Verlegekabel 3x0, 75mm^2
• Infrarot-Fernbedienung (IR)
• Schrumpfschläuche
• Fotowiderstand
• IR-Empfänger (TSOP4838 38 kHz)

• Bauteile Platine:

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

  • Klemmleiste (Schraubklemmblock):

    • 2-polig
    • 3-polig
    • 10-polig

Und das wichtigste:

Nerven und Geduld

Korak 2: Planiranje

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:

• Anzeige der aktuellen Uhrzeit (minute)
• Speicherung der Zeit (za Spannungsausfall)
• Steuerung der LED-Farben
• Automatische Anpassung der Helligkeit an die Umgebung + manuelle Einstellung der Helligkeit
• Automatische Umstellung auf Sommer-/Winterzeit
• Funktion zum manuellen Einstellen der Zeit (za jesen do jeseni)
• Steuerung über eine Infrarot-Fernbedienung (Farbe, Helligkeit, Blinkeffekte, Zeiteinstellung)

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

Damit konnte ich mich an die Konstruktion wagen. Nachdem ich mit den ganzen Papierzetteln irgendwann and fast fast Überblick verloren hatte, bin ich auf eine CAD App (Shapr3D) for iPad umgestiegen. Die bekommt man als Student glücklicherweise kostenlos:). Damit konnte ich die Uhr als 3D-Modell aufbauen, was die Planung deutlich erleichtert hat (siehe Bilder)

Korak 3: Prednja ploča

Das wohl wichtigste Teil der Uhr ist die Frontplatte mit dem scheinbar wirren Buchstabenfeld. Entsprechend habe ich damit auch angefangen, da sich die ganze Konstruktion der Uhr daran orientiert.

Bei der Positionierung der Buchstaben bzw. Wörter habe ich ein Muster gewählt, bei dem der Name meiner Freundin senkrecht in der in 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.

Die Frontplatte an 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.

Buchstaben im Karton werden per Laser ausgeschnitten. Dazu muss eine Vektorgrafik-Datei auf der Formulor-Webseite hochgeladen werden, die genau das auszuschneidende Muster definiert. Zur Erstellung einer Vektorgrafik eignet sich sehr gut 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 Program habe ich ein Raster für die Buchstaben erstellt die die Buchstaben entsprechend pozitioniert. Hierbei mussten einige Buchstaben allerdings extra bearbeitet werden, damit die Innenbereiche (sog. "Punzen") nicht herausfallen beim lasern. Dazu habe ich Pfade der betroffenen Buchstaben einzeln angepasst und "Stege" eingesetzt werden. Dabei entstand ein ziemlich schöner und passender Schriftstil wie ich finde.

Korak 4: Konstruktion Und Fertigung Der Holzteile

Nachdem die Frontplatte ferg war, connte ich mit der eigentlichen Konstruktion und dem Bau der Uhr beginnen.

Materijal:

Der Rahmen der Uhr besteht aus MDF-Platten (mitteldichte Holzfaserplatte). Die Holzbauteile je na Internetu dostupan sa svim potrebnim uslugama. Kann man natürlich auch selbst zuschneiden, war 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:

Die Ober-, Unter- und Seitenplatten sind gedübelt, verleimt und verschraubt. Prokletstvo, optimalan stabilität gewährleistet, da je Uhr schon ein bisschen bio wiegt.

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

Sve 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 an der Stelle nochmal Christoph:)

Mittelplatte:

Die Mittelplatte hält die Uhr im Grunde von innen zusammen. Hier sind alle Teile des Innenlebens befestigt. Die Mittelplatte besitzt vier äußere Bohrungen für die Hülsenmuttern zur Fixierung der Frontplatte. Zvuk je usmjeren prema Löcher gesetztu, koji mora umrijeti putem kabela za LED diode i infracrveni ispravljač.

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 die Uhr insgesamt etwas schmaler bauen. Die Fräse habe ich mir von einem Kollegen meines Vaters ausgeliehen. Vielen Dank auch an dieser Stelle nochmal:)

Lochplatte:

Die Lochplatte ist das aufwendigste Teil der Uhr. S Aufgabe das Licht jeder einzelnen LED diode mogu ugasiti von anderen abzuschirmen, da ne umre benachbarten Buchstaben nicht "mitleuchten". Dazu habe ich für LED sa 23mm breites Loch mit einem Forstnerbohrer gefertigt.

Zusammen sind die 110 Löcher for LED die, in kleinere Löcher for Minuten-LEDs and nochmal vier weitere Löcher an den Ecken zur Fixierung der Platte.

Zudem sind auf der Rückseite dieser Platte Kerben für die LEDs and Kabel ausgefräst, damit die Platte möglichst bündig auf der Mittelplatte aufliegen kann and so eine gute Lichtabschirmung ermöglicht wird. Außerdeg im der Ergegen der Ebergen platziert ist.

Korak 5: Elektronik

Schaltung und Platine

Die Steuerung der Uhr erfolgt über einen Arduino Nano. Mikrokontroler upravlja sa regulatorom WS2812b LED diode u pozadini Buchstabenfeld. 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. Vanjski upravljački sklop može biti priključen na Arduino ili uključen u infracrveni sistem (TSOP4838 38 kHz). Informacija über die Umgebungshelligkeit bekommt er durch einen kleinen Fotowiderstand auf der Oberseite.

Ako želite da koristite LED svjetla WS2812b sa Widestand širinom od 300 i 500 Ohma, morate upotrijebiti dodatnu snagu. Werte des Photowiderstands 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 Student bekommt man sogar die Vollversion). Hier wurde der Schaltplan nachgebaut und die Platine entsprechend designt. Die Platine and sich habe ich bei JLCPCB.com bestellt. Vielen Dank hier an Jonas, der mir mit EAGLE and der Bestellung geholfen hat: D

Isporučujemo za LED diode koje padaju na platformu. 10 (bzw. 11) LED Reihen sind in fünf zweier (bzw. die letzte in dreier) Paralelno sa aufgeteilt -om, isključuje Strombelastung za Leiterbahnen der ersten LED diode i spanungsabfall am Ende nicht zu groß wird.

Beim Netzteil habe ich mich für ein externes Netzteil entschieden, damit die Uhr etwas dünner gebaut werden kann. Dimensionierung basiert auf der Grundlage der erwarteten Leistungsaufnahme der LED. Pro LED dioda sa 0, 06A napona, isključena, ako je isključena sa svih strana Licht (sve 3 RGB LED diode i) svjetla su svjetla. Bei 114 LED diode su teoretski postavljene na 6, 8A. Da svi izvještaji budu Anzeige der Zeit niemals svi LED diode 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 hat. (Bei der Programmierung sollte man das aber im Hinterkopf behandten 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 and dem verlöten der Bauteile ima 114 LED dioda na Mittelplatte platzieren i ebenfalls zusammenlöten. Definitiv die unschönste Arbeit an der ganzen Uhr. Aber je bio macht man nicht alles….:) Dafür sollte man einige Abende einplanen. Zur Verbindung der LEDs innerhalb der Reihe eignet sich verzinnter Kupferdraht hervorragend.

Na LED lampice koje su uključene, kabel će biti pokrenut za spajanje mreže na Reihen au Rückseite der Mittelplatte festgeklebt i 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 and die Oberplatte geklebt wird (später mehr).

Korak 6: 3D Druckteile

Zwei Teile der Uhr je sa mojim 3D-Drucker gnojivom. Da diese beiden Halterungen nur sehr kleine Bauteile tragen müssen und nicht viel Platz vorhanden ist, habe ich mich für einen 3D Druck entschieden:

• Halterung der rückwärtigen Hohlsteckerbuchse
• Halterung des IR-Empfängers

Ovaj Entwurf ima Wieder sa Shapr3D-App erstellt. Daraus generierte STL-Datei sadrži i pošalje Freund senden, der ganz zufällig einen 3D-Drucker šešir. Danke nochmal dafür Jonas: D

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

Korak 7: Bau Der Uhr

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

Der Rahmenteile sind wie anfangs erwähnt mit der Mittelplatte verschraubt und verleimt. Die Schrauben habe ich hier noch schwarz lackiert, damit sie nicht so in dem schwarzen Rahmen auffallen.

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

Zur besseren Streuung des Lichtes i LED diode koje sprječavaju Frontplatte nisu postavljene, jer su Bohrungen der Lochplatte mit weißen, leicht transparentem Papier überdeckt. Dadurch leuchten die Buchstaben gleichmäßig.

Korak 8: Programiranje

Zur Programmierung der Uhr habe ich die Arduino IDE verwendet. Programirajte program daer vielleicht nachher zwar nicht tako super efikasno, ali čovjek može biti uključen u program koji je konzultiran kao pomoć pri rukovanju čipovima. Bibliotheken für die eingebauten Funktionen und Bauteile sind die folgenden:

• DS3231.h RTC-Modul
• Adafruit_Neopixel.h Steuerung WS2812b-LED
• IRremote.h i IRremoteInt.h IR-prijemnik

Grundprinzip (einfach): Da li je RTC-modul postavljen na Zyklus des Mikrokontrolera sa Zeitdaten bezogenom. Ovo je uključeno u 5-minutnu-Bereiche zerlegt i pomoćnu opremu, kao i Wörter definirane LED diode, aktivirane. Bei jedem Zyklus wird zusätzlich die Umgebungshelligkeit überprüft und es wird gecheckt, ob nova Signale über den IR-Empfänger empfangen wurden. Falls etwas davon zutrifft, wird in ausgelagerte Funktionen gesprungen um z. B. einen Helligkeits-Fading-Effekt zu erzeugen. Hier kann man sich believebig austoben. Moj softver je realističan i funkcionalan:

• "Julia" -Intro beim Start der Uhr und jeder vollen Stunde (mit Fadeout-Effekt)
• Steuerung der Farbe über IR-Fernbedienung (Internetski 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/Winter)
• Manuelle Zeitstellung (u blinkendima "Menü" sa Durchschalten der Minutenbereiche und anschließendes flashhen in RTC) na IR-Fernbedienung
• Blinkeffekt mit zufällig vergebenen Farben über die aktiven Buchstaben
• Rainbow-Effekt

Und damit ist die Uhr auch (schon) fertig. Vielen Dank fürs lesen:)

Živjeli!