Połączony z Internetem zegar animacji SMART LED z internetowym panelem sterowania, zsynchronizowany serwer czasu: 11 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Historia tego zegara ma długą historię – ponad 30 lat. Mój ojciec był pionierem tego pomysłu, gdy miałem zaledwie 10 lat, na długo przed rewolucją LED - w czasach, gdy diody LED miały 1/1000 jasności ich obecnego oślepiającego blasku. Prawdziwy innowator, zakodował w języku asemblera i ręcznie okablował każdą pojedynczą diodę LED (imponujący wyczyn cierpliwości i determinacji)! Jego oryginalna wersja działa do dziś.

Chciałem zacząć od miejsca, w którym przerwał, i wykorzystać postęp technologiczny, aby stworzyć piękny zegar, który byłby podłączony do Internetu, kolorowy, zabawny i pełen zainteresowania. Doszło do punktu, w którym chcielibyśmy udostępnić zegar publicznie jako projekt open source, ale także dostarczyć gotowe produkty osobom zainteresowanym zakupem. Zobacz naszą kampanię indiegogo, jeśli jesteś zainteresowany wsparciem!

Zegar w obecnej formie ma wiele funkcji i jest w pełni gotowym i działającym produktem. Jesteśmy bardzo zadowoleni z tego, jak się okazało, zarówno pod względem jakości i funkcjonalności, ale także pod względem zestawu funkcji i stabilności. Zegar synchronizuje się co minutę z serwerem czasu, dzięki czemu czas zawsze będzie idealny. Użytkownicy muszą ustawić strefę czasową tylko raz, włączyć tryb letni i już nigdy nie będą musieli się martwić o ponowne ustawienie zegara!

52 różne animacje z regulowanym kolorem, szybkością i jasnością zapewniają użytkownikowi precyzyjną kontrolę i nieskończoną różnorodność. Ulubione tryby są zapisywane w pamięci. Można ustawić liczniki światła i codzienne wydarzenia, które umożliwiają wizualne powiadamianie użytkowników o wybranym czasie. Specjalne tryby świąteczne mogą uatrakcyjnić Twój dom podczas Halloween, Nowego Roku lub Bożego Narodzenia. Mamy nawet specjalny tryb dla dnia pi, w którym zegar co godzinę animuje cyfry pi do 100 cyfr.

Zegar jest zasilany przez podłączony do sieci Node MCU ESP8266 i jest zaprogramowany przy użyciu języka arduino i popularnych bibliotek c++, które są standardem na platformie arduino. Chcesz to zrobić? Oto jak:

Krok 1: Złóż materiały

Oto pełna lista wszystkiego, czego potrzebujesz, wraz z cenami i linkami.

• Okrągły drewniany blank o średnicy 18 cali i grubości 1 cala – 10,40 USD – Lowes
• Akryl rozpraszający światło - 5,79 USD + 6,55 USD Wysyłka = 12,34 USD z Amazon
• (2) wstępnie okablowane ciągi LED o wartości 50 - 11,67 USD x 2 = 23,34 USD z serwisu eBay
• Emitowanie boczne LED - 26,62 USD od Adafruit
• ESP 8266 Węzeł MCU - 8,39 USD od Amazon
• Warkocz 2,5 mm - 6,99 USD (opakowanie 10 sztuk) od Amazon
• Płytka prototypowa 4 cm x 6 cm – 9,99 USD (10 szt. – potrzebujesz 1) od Amazon
• Bloki zaciskowe - 7,99 USD (paczka 20 sztuk - będziesz potrzebować 5)
• 1x8 kawałek sosny - 4,79 USD od Lowes
• 1/4 kawałka drewnianej podłogi (na stojak) Numer artykułu 422633 - 10,48 USD od Lowes
• (1) zasilacz 5v, 5a - 14,99 USD od Amazon
• Materiał podkładowy 2,7 mm (artykuł 757295000023) - 10,98 USD z Home Depot
• (20) Czarne wkręty do drewna #6 - 6,83 USD - Amazon
• Bejca i lakier bezbarwny. Zalecane ogólne wykończenia! - około 20 USD od Woodcraft
• (2) Czarne nakrętki 1/4-20 (pozycja 755801) - 1,38 USD od Lowes
• (2) Czarne śruby z łbem stożkowym ściętym 1/4-20 (pozycja 755806) - $1.49

Całkowita cena wystawionych przedmiotów tutaj: 177,38 $

Potrzebne narzędzia:

1. maszyna CNC
2. Pistolet na gorący klej
3. Lutownica
4. Dremel lub pilnik ręczny
5. Narzędzia do ściągania izolacji

Krok 2: Zapoznaj się ze stroną internetową

Ta część sprawia, że zegar jest zarówno zabawny, jak i fajny. Strona internetowa podzielona jest na cztery sekcje: Ustawienia ogólne, Kolor, Animacje pierścieniowe i Animacje liczbowe.

• Ustawienia ogólne - ta sekcja zawiera regulacje, takie jak czas letni, strefa czasowa itp. Na tej stronie znajduje się również opcja zapisania i przywołania trzech różnych konfiguracji zegara. Pozwala to użytkownikowi na zapisanie ulubionych scen. Wszystkie ustawienia są zapisywane w eepromie (pamięć nieulotna); dodatkowo aktualne ustawienia są zawsze zapisywane, dzięki czemu w przypadku awarii zasilania zegar powróci do miejsca, w którym został przerwany.
• Opcje kolorów - Każdy aspekt zegara można dostosować. Aby zmienić kolor dowolnego elementu, po prostu kliknij przycisk odpowiadający elementowi, który chcesz zmienić, a następnie kliknij koło kolorów. Wewnątrz koła kolorów jest czysta biel. Na zewnątrz koło kolorów wyłącza diodę LED.
• Animacje pierścieniowe - animacje pierścieniowe to zdarzenia, które mają miejsce co minutę (tj. animacje, które przesuwają wskazówkę minutową) lub interesujące czynności, takie jak wahadło. Wybierz jedną z wielu opcji tutaj
• Animacje liczbowe - animacje liczbowe to pokazy świetlne, które nie są połączone ze zdarzeniem czasowym. Tworzą raczej nastroje lub zainteresowanie. Dostępne są tutaj 52 różne opcje, które można uatrakcyjnić, dostosowując jasność lub prędkość za pomocą suwaków.

HTML i javascript dla tej strony są zawarte w kodzie źródłowym hostowanym na github. Za chwilę do tego dojdziemy.

Krok 3: Przygotuj pliki CNC

Praca konstrukcyjna maszyny CNC to prasowanie go na Twojej maszynie CNC. Ale jak każdy wie, praca CNC to 95% ustawienie i 5% cięcie! Kilka słów na temat konfiguracji jest tutaj ważnych.

Po pierwsze, niezbędne jest uzyskanie solidnego mocowania. Zdecydowałem się przytrzymać drewno za pomocą tych zacisków krzywkowych. Działają niesamowicie i są bardzo silne! Aby nie uszkodziły drewna, między obszar styku a drewno włożyłem kilka małych kawałków gumy (nie zmniejszy to siły docisku). Poza tym, że są niewiarygodnie mocne, kolejną ważną zaletą tych zacisków jest fakt, że całkowita wysokość zacisku znajduje się poniżej powierzchni roboczej, więc nigdy nie ma niebezpieczeństwa kolizji. Jeśli nie masz dostępnych zacisków, taśma dwustronna może działać. Niezależnie od metody, zapewnij mocne dociskanie i właściwe wyrównanie ziarna.

Ważna uwaga: Będziesz musiał odwrócić zegar i CNC po obu stronach maszyny, więc upewnij się, że indeksujesz swój kawałek drewna. Upewnij się, że możesz go odwrócić i być DOKŁADNIE w tym samym miejscu. Jest to niezbędne, aby ciąć dobry zegar!

Teraz kilka uwag na temat pracy CAD i CAM.

Plik Cad (ProductionClockMaster.3dm) jest plikiem Rhino3d i zawiera wszystkie niezbędne warstwy CAD dla zegara. Jeśli potrzebujesz bardziej ogólnego formatu, dołączyłem również eksport *dxf przedniej i tylnej warstwy zegara. Powinny to być wszystkie potrzebne informacje.

Praca CNC CAM jest podzielona na 9 oddzielnych operacji CNC. Rzeczywiste pliki gcode Mach3 są zawarte w repozytorium GitHub, a także w plikach VCarve, które je utworzyły (jeśli chcesz je otworzyć i wyeksportować za pomocą innego postprocesora).

Wszystkie pliki do projektu są dostępne na GItHub. Oto jak interpretować pliki. Są one stosunkowo oczywiste, ale oto dodatkowa pomoc, aby wyjaśnić wszelkie możliwe nieporozumienia. Pierwsze pięć plików jest wymienionych w kolejności operacji cięcia. Nazwa pliku kończy się w nawiasach z rozmiarem narzędzia tnącego. Na przykład - 01_Tylne kieszenie_v1.8_(1-2 cale)

• Ta nazwa pliku zaczyna się od 01, więc jest to pierwsza operacja.
• Wytnie tylne kieszenie.
• To jest wersja 1.8 (zacząłem od 0.0, więc pokazuje ile błędów popełniłem!)
• Użyj narzędzia tnącego 1/2 cala

Oprócz tych pięciu operacji na drewnianym bloku, istnieją dwie operacje na statywie, operacja elementu akrylowego i operacja tylnej pokrywy.

Jedną z unikalnych operacji jest operacja CNC z rowkiem T. Zapewnia to kanał, w który można wsunąć śruby podstawy biurkowej. Będziesz potrzebował trochę T-slotu, takiego jak na powyższym zdjęciu.

Ponownie, jeśli potrzebujesz czegoś innego niż standardowy postprocesor Mach3, otwórz pliki VCarve i wyeksportuj w formacie lokalnym. W następnym kroku przejdziemy przez wycinanie rdzenia i zilustrujemy krok po kroku, jak zegar powinien wyglądać na każdym etapie.

Krok 4: Wytnij rdzeń zegara, podstawkę biurkową, płytki akrylowe i materiał podkładowy

Oto kilka zdjęć każdego z ukończonych elementów, gdy schodzą z maszyny. Akryl jest najtrudniejszym krojem, ponieważ akryl ma tendencję do topienia się, jeśli jest zbyt ciepły, a także drga i unosi się, jeśli nie jest dobrze trzymany. Wycinarka laserowa byłaby idealna, jeśli ją masz. Jak widać na zdjęciu, zrobiłem specjalny przyrząd, który mocno przytrzymuje wszystkie cztery boki. Taśma dwustronna byłaby prawdopodobnie absolutnie najlepsza do tej operacji, ale jej usunięcie byłoby trochę bardziej czasochłonne.

Krok 5: Dostosuj za pomocą zegara i wykończenia

Zegar może być używany bez tego kroku, ale fajnie jest dostosować go do swoich potrzeb lub upodobań. Wypróbowaliśmy wiele różnych projektów i tutaj nie ma granic. Chcielibyśmy zobaczyć przykłady rzeczy, które wymyślisz!

Jeśli chodzi o wykończenie, wypróbowaliśmy wiele różnych rzeczy, ale uwielbiamy prostotę i łatwość barwienia. Uwielbiamy również warstwę nawierzchniową General Finishes, ponieważ jest szczególnie łatwa w montażu, trwała i świetnie wygląda! Teraz nadszedł czas, aby to zrobić, zanim zaczniemy instalować elektronikę.

Wskazówka: nie zapomnij jednocześnie poplamić podstawki biurkowej, wtyczki tylnej płyty i tylnej płyty. Łatwo dać się ponieść emocjom i zapomnieć o tych akcesoriach!

Krok 6: Płytki akrylowe i montaż stojaka

Po nałożeniu wykończenia na kawałki drewna, nadszedł czas na dociśnięcie płytek akrylowych i zamontowanie stojaka. Płytki akrylowe mają tolerancje pasowania na wcisk i ogólnie rzecz biorąc nie wymagają żadnego kleju. Niektóre płytki mogą wymagać niewielkich ilości szlifowania lub piłowania, ale generalnie wystarczy je docisnąć i można już iść. Jeśli okaże się, że niektóre z nich są zbyt luźne i wypadają, używamy kilku kropel białego kleju szkolnego Elmers, ponieważ jest łatwy w aplikacji, doskonale wysycha i zapewnia dużą przyczepność. Przód Twojego zegara jest teraz KOMPLETNY! Odsuń się i ciesz się.

Również w tym momencie możesz również wcisnąć w stojak nakrętki 1/4-20 i zasznurować śruby, które przesuwają się w dół rowków T. Wrzuć podstawkę do podstawy za pomocą odrobiny kleju, a podstawka na biurko jest gotowa!

Krok 7: Zainstaluj wstępnie okablowane diody LED w rdzeniu zegara

Dobra, zbliżamy się! Chyba najbardziej czasochłonną częścią zegara jest wciskanie poszczególnych diod. W tej części zegara znajduje się łącznie 100 diod LED, a ponieważ diody LED są dostarczane w paskach po 50, potrzebne będą dwa paski, które są połączone końcami. Tolerancje wnęk LED są takie, że są one w zasadzie pasowane na wcisk. Mimo że tolerancje pasowania wtłaczanego utrzymują diody LED na miejscu, używamy małego odrobiny (bardzo małego odrobiny) gorącego kleju, aby zapewnić dodatkowe bezpieczeństwo. Za dużo kleju i nadmiar wyciśnie się i zablokuje diody.

Po tym kroku będziesz miał wiele pętli wystających z tyłu zegara, które będą musiały zostać dociśnięte, aby tylny panel pasował na swoje miejsce. Odrobina gorącego powietrza z suszarki sprawia, że przewody są bardziej giętkie i łatwiejsze do zgięcia. Ponownie, użycie gorącego kleju zabezpiecza te przewody.

W sumie proces ten trwa od 45 minut do godziny. Zobacz zdjęcia powyżej, aby zobaczyć, jak powinien wyglądać ten krok. Obejrzyj także zabawny film poklatkowy! Gdybyśmy tylko mogli tak szybko podłączyć!

Krok 8: Złóż elektronikę

Okablowanie elektryczne jest prawie proste, ale oto szczegółowe wyjaśnienie. Okazało się, że najłatwiejszym sposobem na okablowanie jest użycie płytki prototypowej 4 cm x 6 cm (rozmiar wnęki CNC) i zainstalowanie zacisków śrubowych, które otrzymają paski LED, a także zasilacz prądu stałego. Próbowaliśmy lutować w bardziej bezpośredni sposób i jest to nie tylko kłopotliwe i trudne, ale uniemożliwia również usunięcie lub wymianę wnętrzności zegara w przypadku uszkodzenia ESP8266 lub konieczności modernizacji. Korzystanie z nagłówków jest bardziej elastyczne i naszym zdaniem łatwiejsze.

Po zainstalowaniu zacisków śrubowych wystarczy postępować zgodnie ze schematem okablowania, aby podłączyć zaciski do odpowiednich styków. Na płytce nie ma żadnych rzeczywistych komponentów, tylko ślady od nagłówków do odpowiednich pinów ESP8266.

Pin 4 to pin do pierścieniowych diod LED, a pin 2 to pin do liczb. Dodatni trafia do VSS, a ujemny do ziemi.

Jedyną inną rzeczą, która jest potrzebna, jest rezystor 300 omów na styku danych taśmy LED. W każdym pasku WS2812b, jaki kiedykolwiek widziałem (a widziałem wiele), jest to środkowy pin. Ten rezystor chroni pasek przed niebezpiecznymi skokami napięcia i przepięciami, które mogą spowodować uszkodzenie lub nieprzewidywalne zachowanie. Zapomniałem zainstalować ten rezystor i wypaliłem pierwszą diodę na listwie (innym razem nic się nie działo i działała idealnie). Rezystor należy dodać inline, co oznacza, że działa jak ogniwo w łańcuchu łączącym płytkę z przewodem do diody LED. Niektóre taśmy LED mają już zainstalowane te rezystory, a niektóre nie. Jeśli nie masz pewności, czy twój pasek LED ma taki, śmiało dodaj go mimo to. Nie ma w tym nic złego. Pamiętaj, aby dodać ten rezystor w linii jak najbliżej strony LED przewodu łączącego, a NIE strony PCB.

Wnęka z tyłu zegara jest przeznaczona do dwóch celów. Może pomieścić korpus transformatora 5V do montażu na ścianie lub może pomieścić opcjonalną baterię. Zilustrowano tutaj typowy akumulator 5V używany do rozszerzenia zasięgu urządzeń bezprzewodowych. Po prostu kup przejściówkę USB na 2,5 mm, a Twój zegar będzie teraz zasilany z baterii!

Będziesz musiał wywiercić otwór od środkowej wnęki do PCB, aby otrzymać żeński warkocz DC. Można to łatwo zrobić, po prostu ustawiając wiertło pod kątem. Pamiętaj, aby pozostać płytkim, aby nie przewiercić tarczy zegara! Pokazano ukończoną operację wiercenia z warkoczem starannie owiniętym w zagłębieniu.

Krok 9: Prześlij kod

Kod zegara można znaleźć na stronie github brightlightart. Kod jest stale ulepszany i jest dobrze komentowany. Jeśli nie znasz plików *.ino, jest to format pliku Arduino i należy go skompilować z arduino IDE. Po skompilowaniu wgrywasz przez standardowe gniazdo microUSB w ESP8266. Jeśli potrzebujesz pomocy, jak to zrobić za pomocą ESP 8266, oto doskonały samouczek dotyczący programowania go za pomocą tego popularnego interfejsu. Jest prawie po wyjęciu z pudełka, ale nie do końca!

Co robią te różne pliki? Oto podział struktury tych plików i ich ogólnego znaczenia.

Folder serwera WWW

Index.htm - gdy kod zostanie wstępnie przesłany do ESP8266, zostanie wyświetlona strona przesyłania z prośbą o przesłanie pliku. Prześlij plik index.htm. Ten plik wyświetla stronę internetową - inne pliki w folderze są hostowane na brightlightart.com, ale są tutaj w celach informacyjnych w przypadku, gdy chcesz zmienić arkusze stylów/javascript i hostować je samodzielnie

Główny folder

• enLIGHTen-LED-Clock.ino - Jest to plik nadrzędny i pochodzi z doskonałego projektu McLighting. Skrypt został mocno zmodyfikowany w stosunku do oryginalnego stanu, ale jesteśmy wdzięczni temu projektowi za doskonały punkt wyjścia dla naszego projektu.
• colormodes.h - Obsługuje większość animacji świetlnych na ringu. Obsługuje również funkcje czasu.
• definitions.h - Definiuje większość zmiennych globalnych.
• request_handlers.h - komunikuje się z ESP8266 i obsługuje przychodzące żądania oraz wysyła informacje do ESP8266.
• spiffs_webserver.h - pomaga w wyświetlaniu i interpretacji strony internetowej. To jedyny plik bez zmian z projektu McLighting.
• WS2812FX.cpp - obsługuje animacje świetlne na liczbach. Jest to prawie w całości zaczerpnięte z doskonałej biblioteki kitsurfera WS2812B. Główną zmianą jest dodanie funkcji, aby wskazówka godzinowa pozostawała zapalona
• WS2812FX.h - plik nagłówkowy towarzyszący bibliotece WS2812fx. To w dużej mierze się nie zmieniło.

Dodatkowe pliki dołączane

Oprócz zawartych tutaj plików będziesz potrzebować następujących bibliotek. Są to standardowe biblioteki, które można łatwo włączyć, przeszukując środowisko IDE.

• NtpClientLib.h
• DNSSerwer.h
• FS.h
• ESP8266mDNS.h
• EEPROM.h
• Klient Wi-Fi.h
• Ticker.h
• WiFiUdp.h
• WiFiManager.h
• WebSocketsServer.h
• WebSockets.h
• ESP8266WiFi.h
• ESP8266Serwer WWW.

Krok 10: Wstępna konfiguracja zegara EnLIGHTen i demonstracja

Po wgraniu kodu źródłowego i pierwszym włączeniu zasilania wszystkie kontrolki będą świecić na niebiesko. To jest Twoja wskazówka, że zegar nadaje punkt dostępu i czeka na połączenie. Za pomocą telefonu, laptopa lub dowolnego urządzenia bezprzewodowego przeskanuj pobliskie sieci (tak jak robisz to, gdy próbujesz połączyć się z Internetem w kawiarni). Na liście dostępnych sieci powinieneś zobaczyć jedną zatytułowaną „zegar”. Połącz się z nim.

Po połączeniu się z tą siecią automatycznie załaduje stronę internetową (ponownie, jak przekierowanie w kawiarni). Bądź cierpliwy, ponieważ czasami może to potrwać do 30 sekund. Strona internetowa poprosi o skanowanie w poszukiwaniu pobliskich sieci. Wybierz swoją sieć domową lub biurową i podaj jej hasło WiFi. Po kliknięciu przycisku Prześlij hasło do sieci lokalnej zostanie zapisane w pamięci. Musisz to zrobić tylko raz. Zegar zrestartuje się.

Gdy zacznie się ponownie, zobaczysz, że wyświetla szereg liczb w kolejności. Wyświetlane liczby to adres IP strony internetowej, z którą chcesz się połączyć. Na przykład może wyświetlać 1, 9, 2,., 1, 6, 8,., 0,., 3, 1. To przekłada się na https://192.168.0.31. Wpisz ten adres na stronie internetowej i powinieneś być teraz podłączony do swojego zegara. Skonfiguruj i baw się dobrze! Zegar wykorzystuje technologię gniazda sieciowego, więc wszelkie wprowadzone zmiany powinny zostać natychmiast odzwierciedlone bez konieczności naciskania przycisku Zapisz lub aktualizacji strony internetowej. Pod tym względem jest to bardzo interaktywne i zabawne!

Jeśli z jakiegoś powodu stracisz połączenie, po prostu odśwież swoją stronę. Większość routerów utrzymuje ten sam adres IP dla podłączonych urządzeń, ale od czasu do czasu mają tendencję do zmiany, więc zwracaj uwagę podczas uruchamiania. Jeśli potrzebujesz przypomnienia o adresie IP strony internetowej, po prostu uruchom ponownie zegar.

Kiedy już nauczysz się działać z kodem, nie zapomnij zainstalować materiału podkładowego! Wstępnie nawiercone otwory ułatwiają wyrównanie. Naciśnij wszystkie przewody, które stoją dumnie, a teraz Twoje okablowanie jest bezpieczne, a zegar wygląda na bardzo wykończony!

Krok 11: Buduj, rozwijaj, wspieraj i ciesz się

Chcielibyśmy, aby jak najwięcej ludzi budowało i cieszyło się tym zegarem. Pokochaliśmy ten projekt i chcemy, aby inni dzielili się tym doświadczeniem! Świetnie się bawiliśmy, rozwiązując problemy, pokonując przeszkody, zgniatając błędy i nagradzając się zabawnym i znaczącym światłem. Korzyści, które otrzymaliśmy od kreatywnej społeczności open-source, są bezcenne i zachęciły nas do udostępnienia tego materiału źródłowego w celu wspólnego uczenia się, ciągłego doskonalenia i przyjemności technicznej. Chcielibyśmy usłyszeć o udanych kompilacjach i sposobach ulepszenia zegara enLIGHTen. Napisz do nas i daj nam znać!

Nie każdy ma czas, umiejętności, narzędzia lub zasoby, aby zbudować jeden z tych zegarów od podstaw, więc jeśli jesteś zainteresowany zakupem kompletnego zegara jako produktu gotowego lub jako bazy do dalszego rozwoju, wesprzyj nas na indiegogo.