Существует множество способов собрать электронные часы своими руками: схемы широко представлены в литературе и сети Интернет. Большинство современных реализаций построено на основе микроконтроллеров. Выполнение таких проектов зачастую требует обширных практических навыков и теоретических знаний в области электроники: умения пользоваться специализированным программным обеспечением, создавать в домашних условиях печатные платы методом травления в хлорном железе, хорошо паять. Также необходимо иметь множество инструментов и расходных материалов.
Однако существует простой и доступный способ собрать электронные часы своими руками в домашних условиях: использовать платформу Arduino. Она представляет собой программно-аппаратный комплекс, специально предназначенный для обучения основам программирования и электроники. C помощью Arduino любой человек, даже без специальной предварительной подготовки, сможет построить электронные часы своими руками: схемы принципиальные, инженерные программы и даже паяльник не понадобятся!
Соединение всех электронных компонентов проводится на специальной контактной («беспаячной») макетной плате, что исключает риск получения ожогов, порезов и других травм — поэтому заниматься с конструктором Arduino можно и вместе с детьми. А наглядный способ представления принципиальной схемы поможет не ошибиться при сборке устройства.
Шаг 1. Список компонентов
Чтобы собрать простые часы на светодиодных матрицах вам потребуется всего несколько дешёвых компонентов:
- платформа Arduino. Подойдут самые простые модели — Arduino Nano или Micro;
- контактная макетная плата;
- соединительные провода для макетной платы;
- модуль часов реального времени Adafruit DS3231;
- светодиодный матричный модуль 32×8 MAX7219;
- две кнопки.
Также понадобится персональный компьютер и USB—mini-USB кабель для загрузки программы управления в память Arduino IDE. Вот и всё — паяльник, щипцы для снятия изоляции, монтажные ножи и прочие профессиональные инструменты не нужны: все операции выполняются руками. Разве что в некоторых случаях удобнее использовать пинцет, но можно обойтись и без него.
Детали для сборки электронных часов на Arduino
Шаг 2. Сборка электронной схемы
Схема электронных часов с индикацией на светодиодах с применением Arduino даже для неопытных радиолюбителей покажется довольно простой. Для сборки требуется всего несколько проводников. Таблица подключений:
Модуль Arduino → светодиодная матрица 32×8 MAX7219
Модуль Arduino → часы реального времени Adafruit DS3231
Модуль Arduino → кнопки
Второй вывод кнопок соединяется с землёй GND.
Следует лишь обратить внимание и запомнить, каким образом замкнуты между собой контактные отверстия на макетной плате. Следующая схема иллюстрирует способ внутреннего соединения контактных отверстий:
Схема электрических подключений макетной платы
Два ряда (1 и 4) с обеих сторон замкнуты горизонтально — обычно они используются как линия питания +5V и земля GND. Все внутренние контакты (2 и 3) замкнуты вертикально. При этом монтажная плата как вертикально, так и горизонтально разделена на две независимые друг от друга симметричные части. Это позволяет, например, собрать два разных устройства на одной плате.
Схема электронных часов с индикацией на светодиодах, а также расположение элементов на монтажной плате представлена на иллюстрации:
Тщательно проверьте соответствие всех соединений указанной схеме. Также убедитесь в том, что проводники хорошо закреплены в контактных отверстиях монтажной платы.
Внешний вид собранного устройства
Шаг 3. Прошивка Arduino
После того как сборка и проверка схемы завершена, можно приступать к загрузке управляющей программы (или «прошивки») в память Arduino.
Интерфейс среды разработки Arduino IDE
Для этого нужно установить бесплатную официальную среду разработки — Arduino IDE [https://www.arduino.cc/en/Main/Software]. Также вам потребуется исходный код проекта, который вы можете скачать ниже в архиве со всеми библиотеками и скетчем, а если вам нужен просто скетч — его можно скопировать отдельно:
Теперь для завершения работы над устройством потребуется выполнить лишь ряд простых операций:
- подсоедините Arduino к USB-порту компьютера. Если модуль подключается впервые, то необходимо будет дождаться определения устройства операционной системой и установки драйвера;
- скопируйте содержимое папки libraries из архива в одноимённую папку в каталоге Arduino IDE;
- запустите средство разработки Arduino IDE;
- настройте тип Arduino в соответствии с имеющимся у вас модулем. Так, если вы используете Arduino Nano, в меню необходимо выбрать Tools -> Board: “Arduino Nano”. Также убедитесь в том, что модель процессора соответствует микроконтроллеру на вашей плате:
Выбор модели Arduino в среде Arduino IDE
Компиляция программного кода и дальнейшая загрузка в память микроконтроллера займёт некоторое время, обычно не более одной минуты. Об успешном завершении операции будет сообщено в консоли Arduino IDE. После чего остаётся лишь перезагрузить Arduino с помощью кнопки Reset на устройстве — простые часы на светодиодных матрицах готовы!
Готовые часы на Arduino
Настройка часов осуществляется с помощью двух кнопок. Устройство поддерживает 12- и 24-часовой формат вывода времени, показ даты и дня недели, отображение времени с секундами и без. Также имеется возможность менять яркость свечения светодиодов.
Вариант корпуса для светодиодных часов
Вероятно, в дальнейшем вам захочется добавить больше функций (например, термометр), или же установить устройство в корпус собственного дизайна — хороших результатов можно добиться с помощью изготовления на станках с лазерной резкой. Но уже сейчас вы сможете смело сказать, что собрали полноценные электронные часы своими руками!
В этой статье мы разберемся как сделать модные олдскульные часы Nixie Clock и при этом обойтись без дефицитных газоразрядных ламп. Вместо них используем акриловые пластины с выгравированными цифрами, которые подсветим адресными светодиодами WS2812B.
Видеообзор
Что это?
Каждая цифра это вырезанный лазерным резаком из прозрачного акрила толщиной 3 мм прямоугольник на котором сделана гравировка. Если посветить в торец такого прямоугольника светодиодом, то выгравированная цифра начнет светиться цветом, которым светит светодиод. Собрав 10 таких цифр в блок и подсвечивая каждую пластинку акрила отдельным светодиодом можно по-отдельности зажигать каждую цифру. В качестве светодиодов будем использовать адресные светодиоды WS2812B. Управляются они занимая один контакт управляющей платы, при этом их можно объединить в цепочку и задавать яркость и цвет свечения каждому из них. Блоки цифр объединим по парам для отображения часов и минут. Управлять светодиодами будет Искра Мини с тройка модулем часов реального времени.
Давно хотел сделать электронные часы на диодной ленте, и вот как-то наткнулся в инете на статью и сразу захотел реализовать — подкупила относительная простота и малое количество проводов — накосячить будет сложно.
Там же, в статье, указаны необходимые компоненты с ссылками на алиэкспресс, по которым я все сразу и заказал и стал изучать тему в ожидании посылки. Как оказалось, слегка поторопился, некоторые элементы можно было заменить, об этом ниже, в недочетах
Компоненты электроники:
— 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 — нашел в закромах;
— датчик температуры DALLAS DS18B20 — 48 рублей;
— кусок макетной платы, две таковые кнопки, провода — нашел в закромах.
Для изготовления часов понадобилось так же:
— картон жесткий (изначально хотел фанеру)
— ватман (2 шт)
— двусторонний скотч (3М)
— обычный скотч
— листы вспененного полиэтилена (взял из защитных упаковок оборудования)
Изготовление часов.
1. Установка шрифта в MS Officce, и печать символа 8 на весь размер листа А4. Я сделал это в Visio
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.
5. Далее приклеил контуры цифр к картонке с диодной лентой:
Далее сделал из ватмана внешний корпус, хотел сделать из фанеры, деревянных реек и тонированного стекла или акрила — но пока ни времени ни возможности нет.
Электроника
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;
На деле все получилось не так красиво, но вроде работает:
Алгоритм работы:
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.
Скетч
yadi.sk/d/apVZ5DBw3XYTZo
Список скетчей:
1. clock_date (02.01.2017) — отображает время, дату и температуру, слегка подтормаживает при смене показаний
2. clock_temp (09.09.2017) — отображает время и температуру, смена каждые 5 секунд
3. new_clock (04.01.2017) — отображает просто время, анимированная смена цвета каждую минуту
4. new_clock_без кнопок (09.09.2017) — то же, что и п. 3, только убрал кнопки корректировки времени
5. clock_temp_animation (09.09.2017) — скетч из п.2 с анимацией как в п.3.
6. clock_temp_x2_animation (25.11.2017) — скетч из п.5 с двумя датчиками температуры: 5 секунд время, 2 секунды — температура внутри, 2 секунды — температура снаружи (наружный отображает отрицательную температуру)
в скетче возможны ошибки — переделывал много раз
для корректировки времени в архиве отдельный скетч, иначе выставить дату проблематично
