Электронные часы на адресной светодиодной ленте

Владимир Макаров

Введение

Часы, которые представлены в данной статье построены на платформе Arduino Nano. Для получения данных о времени суток и температуре используется датчик часов реального времени DS3231RTC.

Внешний вид цифровых часов на адресной светодиодной ленте показан на рисунке.

Рисунок 1. Внешний вид часов

Демонстрация работы часов показана здесь:

Схема электрическая принципиальная

Схема электрическая принципиальная приведена на рисунке. В качестве центрального процессингового устройства используется платформа Arduino Nano v 3.

Рисунок 2. Схема электрическая принципиальная

Устройство управляет адресной светодиодной лентой, выдавая по входу ленты DIN последовательность данных, содержащих информацию о цвете, насыщенности и яркости каждого элемента светодиодной ленты. В устройстве используется адресная светодиодная лента типа WS2812, 3 метра, 60 элементов/метр, класс защищенности IP30, питание 5 Вольт.

Сведения о времени суток и температуре окружающей среды устройство получает от Датчика реального времени и температуры DS3231RTC, подключенного к шине 2C (контакты SCL и SDA).

Для установки значений часов и минут в Датчике реального времени используются три кнопки Пульта управления: «Выбор режима» (установка часов или минут), «Увеличение», «Уменьшение» (соответственно увеличение или уменьшение значений часов или минут).

Сведения об атмосферном давлении устройство получает от Датчика атмосферного давления ВМР280.

Для контроля освещенности места установки часов используется датчик на основе фоторезистора типа GL5516.

Конструкция устройства

Печатная плата.

Использование платформы Arduino, предполагает использование специальных монтажных плат, так называемых «шилдов» (англ. Shield переводится как Щит).

В целях минимизации толщины устройства была разработана специализированная плата, заменяющая стандартный «шилд» и позволившая расположить саму платформу Arduino и все периферийные модули устройства в «планарном» варианте. На рисунке показано расположение элементов устройства.

Рисунок 3. Внешний вид платы «шилда» с установленным оборудованием

Печатная плата «шилда» представлена на рисунках ниже.

Рисунок 4. Печатная плата "шилда" со стороны деталей

Рисунок 5. Печатная плата "шилда" со стороны дорожек

Поскольку предполагается, что такой «планарный шилд» может быть востребован при конструировании других устройств, соединения элементов конструкции выполнены проводниками, как, собственно, и делается в стандартных промышленных «шилдах».

Светодиодная матрица.

Адресная светодиодная лента нарезана на сегменты по 7 светодиодов в сегменте. Каждый сегмент наклеен на текстолитовую основу «змейкой», как показано на Плане светодиодной матрицы.

Рисунок 6. План светодиодной матрицы

Должна получиться матрица, показанная на рисунке ниже.

Рисунок 7. Светодиодная матрица

На светодиодную матрицу накладывается маска, задача которой заключается в локализации по месту пучка света, излучаемого каждым элементом матрицы. Технологически проще высверлить в фанерной маске отверстия для каждого элемента. Но при наличии более совершенной технологии можно форму элементов маски сделать квадратными (лазерная технология или 3D-печать).

На рисунке показан примененный автором простой вариант маски для светодиодной матрицы.

Рисунок 8. Маска матрицы

Обратите внимание, что в правом верхнем углу матрицы сквозь отверстие пропущен фоторезистор, а в маске матрицы для него предусмотрено отверстие.

Расположение узлов в корпусе устройства показано на следующем рисунке.

Рисунок 9. Расположение узлов в корпусе устройства

Настройка устройства.

Загрузка программы.

Кабель, соединяющий устройство с адаптером питания, является также интерфейсом для загрузки скетча (программы) в устройство. Необходимо USB штеккер воткнуть в USB гнездо компьютера. В среде IDE загрузить прилагаемый к настоящей статье скетч в устройство.

Установка времени суток.

Для установки времени суток необходимо нажать кнопку «Установка». При этом на экране отобразится текущее время и знакоместа часов будут подчеркнуты красной линией элементов матрицы.

Рисунок 10. Установка времени суток

Кнопками «Увеличение» и «Уменьшение» установить текущее значение часа.
Нажать кнопку «Установка». Красной линией будут подчеркнуты знакоместа минут. Кнопками «Увеличение» и «Уменьшение» установить текущее значение минут.
Нажать кнопку «Установка». Часы вернутся в режим отображения времени, температуры и атмосферного давления.

Приложение:

Address_Led_Clock.ino             Скетч для загрузки в Arduino.

Address_LED_Clock.dch           Схема электрическая принципиальная (DipTrace).

Address_Led_Clock.dip             Печатная плата «шилда» (DipTrace).

Скачать архив