Большие настенные часы своими руками ардуино. Часы с LED-индикаторами на Arduino

Такие часы очень оригинально будут смотреться на стене, они имеют в наличии светодиодные стрелки имитирующие стрелочные часы, LED часы по центру и красивую фоновую RGB-подсветку. Выполнение такой самоделки сложно назвать простым, но потраченное время и силы не будут упущены зря.

Материалы для корпуса:
- Чёрные акриловые пластины 300х300х3 мм 3шт
- Прозрачная акриловая подсветка 300х300х3 мм 1шт
- Средство полировки акриловых пластин
- Клей
- Распорные втулки 15 мм с резьбой м3 20 шт
- Винты м3 с шайбами 20 шт
- Картинная рамка 300х300 мм 1шт

Электронные материалы:
- Сдвиговый регистр CD74HC595 8шт
- LED драйвер TLC5940 1шт
- Часы реального времени (RTC) DS1307 1шт
- Линейный регулятор LM317 1шт
- Биполярный транзистор BD139 8шт
- Электролитический конденсатор 1 мкФ 2шт
- Конденсатор 0.1 мкФ 1шт
- Резисторы 120 Ом 60шт
- Резисторы 10 кОм 9шт
- Резистор 2 кОм 1шт
- Резисторы 1 кОм 9шт
- Резистор 330 Ом 1шт
- Светодиоды 480шт
- 4-х разрядный светодиодный цифровой индикатор (с общими анодами) 1шт
- Светодиодная RGB-лента (с общим анодом) 1шт (длинной под окружность циферблата)
- Модуль Arduino Mega ADK (Rev3) 1шт
- Батарея питания 12 В 1шт

Шаг первый. Изготовление корпуса.
Для начала в акриловые пластины разрезают и просверливают по чертежу. Далее, происходит склеивание корпусной передней чёрной пластины с соединительной частью (прозрачной), и с пластиной под светодиоды.

Шаг второй. Окончание работы над корпусом.
Для лучшей устойчивости автор приклеивает одну акриловую пластину к задней части картинной рамки, стекло с рамки при этом предварительно вынимается и больше не понадобится.
Четыре втулки 15 мм прикручивают к пластине как на фото. Теперь, появилась возможность приклеить втулки от рамки к передней пластине. Потом эти приклеенные втулки выкручиваются для использования в будущем.

Шаг третий. Вставка светодиодов.
В первую очередь светодиоды вставляют в первый ряд отверстий (на 1 ряд ушло 60 светодиодов). Катоды спаиваются между собой вокруг пластины с помощью медного провода 0,8мм, а аноды отгибаются в сторону. Эта процедура повторяется для 7 остальных рядов. Теперь когда аноды расположились в один столбец, они тоже спаиваются между собой. Таким образом, получилась матрица из 8 рядов и 60 столбцов.

Шаг четвёртый. Припаивание кабелей к матрице.
Для этого шага используются 8-проводные кабельные разъёмы один из них припаяли к катодам на матрице. Восемь таких разъёмов были припаяны к 60 столбцам анодов. Поскольку автор использовал 8-проводные разъёмы, он получил кабель с 64 проводами, это значит что 4 осталось, они были замотаны изолентой. Также автор рекомендует использовать семь 8-проводных и взять один 4-проводной разъем для того, чтобы получилось ровно 60.

Шаг пятый. Прикрепление индикатора.
В акриловой пластине в виде диска делают отверстие и приклеивают индикатор с заранее припаянными проводами для удобства.

Шаг шестой. Плата.
Из куска макетной платы большего размера чем требуется, отрезают 2 куска, так чтоб они входили в картинную рамку. Далее, самостоятельно изготавливают несколько коннекторов, как видно на фото ниже.

Шаг седьмой. Сборка часов.
Дальше происходит установка всех деталей в корпус согласно схеме, прикреплённой ниже. В часы автор установил заряжаемый аккумулятор 1000мА/ч чтобы они могли работать без внешнего кабеля. На Arduino устанавливают программный код, прикреплённый внизу статьи. Так, устанавливаются библиотеки для модуля часов реального времени и LED драйвер TLC5940, которые также прикреплены под статьёй. Схема с хорошим разрешением: (скачиваний: 302)

На фото прототип, собранный мной для отладки программы, которая будет управлять всем этим хозяйством. Вторая arduino nano в верхнем правом углу макетки не относится к проекту и торчит там просто так, внимание на нее можно не обращать.

Немного о принципе работы: ардуино берет данные у таймера DS323, перерабатывает их, определяет уровень освещенности с помощью фоторезистора, затем все посылает на MAX7219, а она в свою очередь зажигает нужные сегменты с нужной яркостью. Так же с помощью трех кнопок можно выставить год, месяц, день, и время по желанию. На фото индикаторы отображают время и температуру, которая взята с цифрового термодатчика

Основная сложность в моем случае - это то, что 2.7 дюймовые индикаторы с общим анодом, и их надо было во первых как то подружить с max7219, которая заточена под индикаторы с общим катодом, а во вторых решить проблему с их питанием, так как им нужно 7,2 вольта для свечения, чего одна max7219 обеспечить не может. Попросив помощи на одном форуме я получил таки ответ.

Решение на скриншоте:

К выходам сегментов из max7219 цепляется микросхемка , которая инвертирует сигнал, а к каждому выводу, который должен подключаться к общему катоду дисплея цепляется схемка из трех транзисторов, которые так же инвертируют его сигнал и повышают напряжение. Таким образом мы получаем возможность подключить к max7219 дисплеи с общим анодом и напряжением питания более 5 вольт

Для теста подключил один индикатор, все работает, ничего не дымит

Начинаем собирать.

Схему решил разделить на 2 части из-за огромного количества перемычек в разведенном моими кривыми лапками варианте, где все было на одной плате. Часы будут состоять из блока дисплея и блока питания и управления. Последний было решено собрать первым. Эстетов и бывалых радиолюбителей прошу не падать в обморок из-за жестокого обращения с деталями. Покупать принтер ради ЛУТа нет никакого желания, поэтому делаю по старинке - тренируюсь на бумажке, сверлю отверстия по шаблону, рисую маркером дорожки, затем травлю.

Принцип крепления индикаторов оставил тот же, как и на .

Размечаем положение индикаторов и компонентов, с помощью шаблона из оргстекла, сделанного для удобства.

Процесс разметки

Затем с помощью шаблона сверлим отверстия в нужных местах и примеряем все компоненты. Все встало безупречно.

Рисуем дорожки и травим.

купание в хлорном железе

Готово!
плата управления:

плата индикации:

Плата управления получилась отлично, на плате индикации не критично сожрало дорожку, это поправимо, настало время паять. В этот раз я лишился SMD-девственности, и включил 0805 компоненты в схему. Худо-бедно первые резисторы и конденсаторы были припаяны на места. Думаю дальше набью руку, будет легче.
Для пайки использовал флюс, который купил . Паять с ним одно удовольствие, спиртоканифоль использую теперь только для лужения.

Вот готовые платы. На плате управления имеется посадочное место для ардуино нано, часов, а так же выходы для подключения к плате дисплея и датчики (фоторезистор для автояркости и цифровой термометр ds18s20) и блок питания на с регулировкой выходного напряжения (для больших семисегментников) и для питания часов и ардуино, на плате индикации находятся посадочные гнезда для дисплеев, панельки для max2719 и uln2003a, решение для питания четырех больших семисегментников и куча перемычек.

плата управления сзади

Плата индикации сзади:

Ужасный монтаж смд:

Запуск

После припаивания всех шлейфов, кнопок и датчиков пришло время все это включить. Первый запуск выявил несколько проблем. Не светился последний большой индикатор, а остальные светились тускло. С первой проблемой расправился пропаиванием ножки смд-транзистора, со второй - регулировкой напряжения, выдаваемого lm317.
ОНО ЖИВОЕ!

Часы со светодиодной подсветкой и пульсирующей минутной стрелкой на микроконтроллере Arduino
Эти уникальные часы со светодиодной подсветкой и пульсирующей минутной стрелкой удалось изготовить благодаря использованию микросхемы ШИМ-контроллера TLC5940. Его главной задачей является расширить количество контактов с ШИМ-модуляцией. Еще одной особенностью данных часов является переделанный аналоговый вольтметр в прибор измеряющий минуты. Для этого на стандартном принтере была распечатана новая шкала и наклеена поверх старой. Как таковая, 5-я минута не отсчитывается, просто в течение пятой минуты счетчик времени показывает стрелку, упершуюся в конец шкалы (зашкаливает). Основное управление реализовано на микроконтроллере Arduino Uno.

Для того чтобы подсветка часов не светилась слишком ярко в темной комнате, была реализована схема автоматической подстройки яркости в зависимости от освещенности (использовался фоторезистор).

Шаг 1: Необходимые компоненты

Вот что потребуется:

Модуль аналогового вольтметра на 5V DC;
Микроконтроллер Arduino UNO или другой подходящий Arduino;
Монтажная плата Arduino (прото плата);
Модуль часов реального времени DS1307 (RTC);
Модуль с ШИМ-контроллером TLC5940;
Лепестковые светодиоды подсветки – 12 шт.;
Компоненты для сборки схемы автоматического регулирования яркости (LDR).

Также, для изготовления некоторых других компонентов проекта желательно иметь доступ к 3D-принтеру и станку лазерной резки. Предполагается, что этот доступ у вас есть, поэтому в инструкции на соответствующих этапах будут прилагаться чертежи для изготовления.

Шаг 2: Циферблат

Циферблат состоит из трех деталей (слоев) вырезанных на станке лазерной резки из 3 мм листа МДФ, которые скрепляются между собой с помощью болтов. Пластина без прорезей (внизу справа на картинке) помещается под другой пластиной для позиционирования светодиодов (внизу слева). Затем, отдельные светодиоды помещаются в соответствующие пазы, и сверху одевается лицевая панель (сверху на рисунке). По краю циферблата просверлены четыре отверстия, через которые все три детали скрепляются вместе с помощью болтов.

Для проверки работоспособности светодиодов на этом этапе, использовалась плоская батарейка CR2032;
Для фиксации светодиодов использовались небольшие полоски липкой ленты, которые приклеивались с задней стороны светодиодов;
Все ножки светодиодов были предварительно согнуты соответствующим образом;
Отверстия по краям были просверлены заново, через которые и выполнялось скрепление болтами. Оказалось, что это намного удобнее.

Технический чертеж деталей для циферблата доступен по :

Шаг 3: Разработка схемы

На этом этапе была разработана электрическая схема. Для этого использовались различные учебники и руководства. Не будем сильно углубляться в этот процесс, в двух файлах ниже представлена готовая электрическая схема, которая была использована в этом проекте.

Шаг 4: Подключение монтажной платы Arduino

Первым делом надо распаять все игольчатые контакты на монтажных и секционных платах;
Далее, ввиду того, что питание 5V и GND используют очень много плат и периферийных устройств, для надежности, было припаяно по два провода на 5V и GND на монтажной плате;
Далее был установлен ШИМ-контроллер TLC5940 рядом с используемыми контактами;
После выполняется подключение контроллера TLC5940, согласно схеме подключения;
Для того чтобы была возможность использовать батарею, был установлен модуль RTC на краю монтажной платы. Если припаять его посередине платы, то не будет видно обозначение контактов;
Выполнено подключение модуля RTC, согласно схеме подключения;
Собрана схема автоматического контроля яркости (LDR), ознакомиться можно по ссылке
Выполнено подключение проводов для вольтметра, путем подключения проводов к выводу 6 и GND.
В конце были припаяны 13 проводов для светодиодов (На практике оказалось, что это было лучше сделать до того, как приступать к шагу 3).

Шаг 5: Программный код

Программный код, приложенный ниже, был собран из различных кусков для компонентов часов, найденных в интернете. Он был полностью отлажен и в настоящее время полностью работоспособен, к тому же были добавлены довольно подробные комментарии. Но перед загрузкой в микроконтроллер учтите следующие пункты:

Перед прошивкой Arduino, нужно раскомментировать строку, которая устанавливает время:
rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__))
После прошивки контроллера с этой строкой (время задано), нужно опять ее закомментировать и прошить контроллер заново. Это позволяет модулю RTC использовать батарею, для запоминания времени, если пропадет основное питание.
Каждый раз, когда вы используете "Tlc.set ()", вам нужно использовать "Tlc.update"

Шаг 6: Внешнее кольцо

Внешнее кольцо для часов было напечатано на 3D-принтере Replicator Z18. Оно прикрепляется к часам с помощью винтов на лицевой стороне часов. Ниже прилагается файл с 3D-моделью кольца для печати на 3D-принтере.

Шаг 7: Сборка часов

Микроконтроллер Arduino со всей остальной электроникой был закреплен на задней стороне часов с помощью саморезов и гаек в качестве распорок. Затем подключены все светодиоды, аналоговый вольтметр и LDR к проводам, которые ранее были подпаяны к монтажной плате. Все светодиоды соединены между собой одной ножкой и подключены к контакту VCC на контроллере TLC5940 (по кругу просто припаян кусок проволоки).

Пока все это не очень хорошо изолировано от коротких замыканий, но работа над этим будет продолжена в следующих версиях.

Решил сделать самодельные электронные часы на светодиодной ленте на ардуино с модулем реального времени, фото изготовления и подробное описание прилагается.

Использованы материалы:

- Диодная лента на микросхемах ws2811 (RGB, питание 12в) 5 метров - 700 рублей;
- ардуино нано - 200 рублей;
- датчик освещенности - 28 рублей;
- модуль реального времени RTC DS1307 AT24C32 - 37 рублей;
- преобразователь питания LM2596 - 41 рубль;
- блок питания 12 в 1А;
- датчик температуры DALLAS DS18B20 - 48 рублей;
- кусок макетной платы, две таковые кнопки, провода.
- картон жесткий.
- ватман (2 шт).
- двусторонний скотч (3М).
- обычный скотч.
- листы вспененного полиэтилена (взял из защитных упаковок оборудования).

1. Установка шрифта в MS Officce, и печать символа 8 на весь размер листа А4. Я сделал это в Visio. Внутренние полосы - границы для разметки под куски диодной ленты. Внешние границы - контуры цифр.

2. Нанесение границ кусков диодной ленты на картон

3. По следующему шаблону делаем разметку на вспененном полиэтилене, толщина 15 мм, и далее по разметке вырезаем.

Для резки использовал самодельный станок из трех деревяшек, листа ДСП и натянутой вертикально нихромовой проволоки. Запитал регулируемым блоком питания.

4. По размеченным на картоне границам приклеиваем куски диодной ленты и соединяем пайкой по цепочке.

Основную схему вынес в отдельную коробочку, так как такой корпус хлипковат.

В итоге к часам подходит кабель, в котором:

+12В - на питание диодной ленты;
+5В - на питание модуля освещенности;
0 - общий провод (минус);
выход данных с ардуино на диодную ленту;
выход сигнала с датчика освещенности на ардуино;

Схема подключения ардуино.

Преобразователь питания, ардуино нано и модуль часов реального времени.

Плата коммутации с кнопками коррекции.

Алгоритм работы следующий:
Часы показывают время, дату и температуру в помещении: первые 15 секунд - время, затем 3 секунды - дату, еще 3 секунды - температуру, затем снова время. С 45-й секунды вновь дата 3 секунды, температура 3 секунды и снова время.
Когда в помещении светло - яркость отображения высокая, когда темно - снижается до минимального.

После создания множества прототипов Arduino на макетной плате, я решил сделать что-то полезное, то, что можно использовать дома. А что может быть полезнее, чем светящиеся часы, которые почему-то с 2010 года перестали выпускаться? Начал я сборку цифровых часов с поиска необходимых деталей. Одним из критериев, который помог быстрее насобирать необходимые компоненты, стала доступность деталей в местных магазинах и от производителей из Китая, Малайзии.

Arduino часы реального времени (RTC) на 7-сегментных индикаторах

При сборке часов, появилось несколько вариантов настройки на них точного времени. Первый: устанавливать время на Arduino , держа его все время под питанием. Но такой метод не очень целесообразный, так как каждый раз, когда понадобиться установить время, надо будет пустить питание на Arduino.

Вторым вариантом была идея подключения 7-сегментных LED -индикаторов к GPS модулю . Поскольку GPS сигнал дает очень точное время, этот вариант должен был решить проблему, и не пришлось бы настраивать часы каждый раз при их включении. Я взял свой карманный навигатор Garmin GPS 60 C, подключил его в последовательный разъем к Arduino и загрузил несколько библиотек GPS, получив таким образом сигнал очень точного времени.

Проблема GPS метода оказалась в том, что, поскольку я живу центре города, то каменные джунгли непроглядными высотками окружают мой дом, и понадобилось бы поставить внешнюю GPS антенну снаружи окна, чтобы получить GPS сигнал с чистого неба. Без спутникового покрытия, никакое устройство GPS не в состоянии получить сигнал с синхронизацией по времени. Или часы должны быть на окне, либо надо было вынести GPS-антенну и проложить 7-метровый кабель до них.

Третий способ настройки часов оказался наилучшим. Заключается он в работе Arduino совместно с DS1307 часами реального времени (RTC). Питание на них идет от таблеточной 3-вольтовой батарейки, которая сохраняет настройки, когда устройство выключено и во время отсоединения микроконтроллера.

Я пошел в местный «электронный рай», расположенный в центре города, чтобы испытать свою удачу в поиске необходимых компонентов. К моему удивлению, там я нашел все необходимые детали для сборки цифровых часов.

Необходимыми деталями являются:

плата Arduino для макетирования и загрузки скетча в микроконтроллер;
микроконтроллер ATmega328P для работы часов;
четыре красных 7-сегментных LED-индикатора (или другие, более холодного цвета, которые найдете на местном рынке);
часы реального времени DS1307;
кварцевый резонатор на 32,768 кГц;
держатель для батарейки таблеточного размера CR2025 или CR2032;
четыре микросхемы 74HC595 сдвигающего регистра для управления 7-сегментными LED-индикаторами;
резисторы 220 Ом по 0.25 Вт;
однорядные штыревые разъёмы;
гнезда для интегральных микросхем (IC);
соединительные провода.

Если нет навыков в изготовлении печатных плат, то рекомендую использовать паечную макетную плату (текстолитовая пластинка с множеством отверстий для закрепления на ней пайкой компонентов, которую ошибочно называют монтажной платой ) и припаять на неё все IC гнезда микросхем и штыревые разъёмы. Благодаря таким быстроразъемным контактам все 7-сегментные LED-индикаторы и интегральные микросхемы могут быть легко заменены при необходимости.

Поскольку размер макетной платы весьма ограничен, то удалось разместить на ней только 35-миллиметровые LED-индикаторы, ведь должно было ещё остаться место для держателя таблеточной батарейки. Хотелось бы поставить гораздо большие 7-сегментные индикаторы, но более крупным из них надо повышенное напряжение, свыше 5 В, и уже потребовалось таки усложнить схему двойными цепями питания. Иметь дело со стабилизатором на два выходных напряжения не хочется, лучше сосредоточиться на более простой версии цифровых часов.

Разделительные керамические конденсаторы 100 нФ на ножке питания Vcc каждого регистра 74HC595 добавлены, чтобы предотвратить любые проблемы с низкочастотными помехами.

Собираемые цифровые часы используют только 5 пинов Arduino:

3 цифровых выхода для сдвигающих регистров 74HC595;
2 аналоговых выхода для часов реального времени, подключенных с использованием соединения I2C.

Преимущество собираемых цифровых часов на Arduino в сравнении с заводскими в том, что к ним можно легко добавить любые функции, какие только могут стать полезны.

Вот некоторые идеи доработки часов:

Чередование отображения на индикаторах часов/минут и минут/секунд;
Проигрывание мелодии каждый час;
Установка датчика LM35, и использование часов в качестве термометра;
Функция утреннего будильника;
Даже управление другими электрическими приборами с помощью электромеханического реле, включающегося в соответствии с определёнными по времени событиями или показаниями подключенных датчиков.

Так как четыре индикатора довольно большие и яркие, их можно использовать также для отображения буквенной информации.

После того, как я припаял первую цифру 7 сегментного LED-индикатора с общим катодом к сдвигающему регистру 74HC595, открылась первая проблема. Я использовал только один резистор 220 Ом, соединенный с общим катодом LED-индикатора, чтобы сберечь резисторы, и обнаружил, что когда включается число 8, то все сегменты загораются очень тускло. Это нормально для прототипа, но не годится для действующих цифровых часов. Было бы очень неприятно иметь часы с по-разному светящимися цифрами. Так что пришлось разорвать отдельные провода и раздобыть побольше резисторов на 220 Ом, чтобы подключить их к каждому из семи сегментов LED-индикатора.

Вторая проблема была в том, что я забыл выделить место для двух светодиодов диаметром 5 мм, в качестве мигающего двоеточия индикатора секунд. А индикатор третьей цифры уже был припаян.

Поскольку слишком много труда уходит на пайку одного индикатора, вместе с присоединением всех резисторов к проводам, я решил сделать выносную платку с двумя светодиодами в качестве индикаторов секунд. Я найду способ установки двух точек между часовыми и минутными цифрами! На фотографии внизу, я просто снимаю по светодиоду на 13 выводе мигания с интервалом в 500 мс.

Есть коды .
Окончательный скетч

Вот несколько фотографий собранного, работающего устройства. Теперь мне всего лишь нужно что-то вроде акрила, чтобы закрепить макетную плату и скрыть часы Arduino в общем корпусе.

Эти часы запитаны от выносной платы Arduino в версии с FTDI кабелем и гнездом DC постоянного тока.

Сборка Arduino часов завершена после установки DHT11 датчика влажности и температуры.

Самодельный датчик температуры и влажности DHT11 и DHT22 – подключение к Arduino GPS часы на Arduino