Instructie wit licht woordklok

De woordklok bestaat uit onderstaande onderdelen en deze zijn in de tabel weergegeven. De woordklokonderdelen zijn voor 23x23cm en 30x30cm woordplaten ontworpen.
In de tabel staan de prijzen vermeldt waarvoor je de onderdelen bij mij als zelfbouwpakket kan afhalen. Op eBay kan je veel elektronica goedkoper aanschaffen.
De kast, woordplaat en spacer worden met de hand gemaakt. De bouwtijd van een klok is ongeveer 40 uur.

Het solderen van de printplaat vereist enige ervaring in solderen en precisie maar is de moeite waard om zelf te doen. Een geteste en gesoldeerde printplaat is te koop voor €50.

Fouten bij het in elkaar zetten van de andere onderdelen van de klok zijn corrigeerbaar en goed zelf te doen

Kasten kunnen van diverse soorten hardhout gemaakt worden of van MDF zodat ze in een gewenste kleur te verven zijn.

Je kunt ook als kast een Ikea RIBBA-lijst gebruiken. Deze is in wit en zwart verkrijgbaar en kost ongeveer €10.

Zelf de kast maken is ook een uitdaging.

 

 

Font Mirien

Font Thomaha


 

Benodigdheden

Soldeerbenodigdheden

Multimeter

 

 

 

 

Prijs Euro

1 x Kast van hardhout of MDF op maat gemaakt door de meubelmaker

€ 75,00

1 x Woordplaat 30x30cm met font Mirien of font Thomaha. Vinyl op glas.

€ 50,00

1 x Spacerplaat 30x30cm, geschuimd PVC wit 10 MM RAL 9003, incl gaten

€ 30,00

1 x Verlichtingsgrondplaat 3 x 300 x 300 mm MDF-plaat

 

€ 3,00

     

1 x Lege printplaat

 

€ 15,00

2 x 330Ω weerstand

€ 0,30

3 x 10kΩ weerstand

€ 0,45

1 x 4.7kΩ weerstand

€ 0,30

3 x 74HC595 8-bit shift register DIP16

€ 2,00

3 x ULN2803APG voltage regulator DIP18

€ 2,00

3 x 9-pin Dupont female connector

€ 3,00

2 x 10 µF condensator

€ 0,15

2 x 22 pF condensator

€ 0,15

1 x 16MHz kristal

€ 0,50

1 x 1N4001 diode

€ 0,15

1 x 78L05/ L7805 voltage regulator

€ 0,50

1 x BC327 transistor

€ 0,15

1 x BC547 transistor

€ 0,15

1 x LED rood

€ 0,15

1 x LED geel

€ 0,15

1 x 28-pins voet voor ATMEGA328

€ 0,50

1 x ATMEGA328 processor

€ 7,50

1 x RCT DS3231 Precisie klok module ZS-042

€ 5,00

1 x CR 2032 3V lithium batterij

€ 3,00

1 x Dupont-kabel vrouw-vrouw 20-aderig

€ 3,00

2 x pinheader 40 pins haaks 

€ 1,50

1 x  KY-040 Keyes Rotary Encoder

€ 2,00

1 x lichtsensor

€ 0,85

1 x 22kΩ weerstand

€ 0,15

     

1 x Voeding 12V gelijkstroom, 1,25 Ampere

 

€ 10,00

1 x Stroom Aansluitkabel Euro-stekker – Kabel, open einde Zwart 1.50 m

 

€ 5,00

1 x Adapter 12V gelijkstroom, 1 Ampere (dan geen 220V in de klokkast)   € 10,00

1 x 10 m wire wrapping 30 AWG = 0.05 mm2 rood

 

€ 2,00

1 x 10 m wire wrapping 30 AWG = 0.05 mm2 zwart

€ 2,00

1 x 1 m wire wrapping 30 AWG = 0.05 mm2 geel

€ 0,20

1 x 50 cm zwart-rood voedingskabel (0.14 mm2)

 

€ 0,20

1 x set krimpkous 100 cm x 1.5 mm diam + 10 cm x 5 mm diam

€ 3,00

1 x 2 meter Cool White SMD 2835/3528, 120 LEDS/meter, LED-strip 12V

€ 15,00

 

 

 

 

 

 

Optioneel

 

 

FT232RL 5.5V FTDI USB to TTL Serial Module + 0.1uF+10 kΩ

 

€ 15,00

Arduino UNO R3

 

€ 20,00

Wireless Serial 6 Pin Bluetooth RF Transceiver Module HC05 (Android, W10)  
€ 10,00
DCF77 DCF-2 module
€ 20,00

Gesoldeerde en geteste printplaat

 

€ 50,00

 

 

Hoe werkt de printplaat:

De Arduino-software (Sourcecode van de software) stuurt een 24-bits code naar de drie 74HC595 8-bit shift register chips via pin 10. Pin 11 en 12 dienen om de chip te synchroniseren.

Pin 9 stuurt de gele LED aan en pin 13 de rode LED. Hiertussen zitten pin 10, 11 en 12.

Aan de andere zijde van de 74HC595-chip zal bij een 1 bit een 5V spanning staan en bij een gestuurde 0-bit 0V. Omdat de spanning van 5V te laag is om de licht-LED’s, die achter de woorden zitten, aan te sturen zijn de ULN2803APG voltage regulator chips geplaatst. Deze zorgen ervoor de 5V naar 12V gaat. Deze chips zijn krachtig genoeg om voldoende stroom te leveren om de licht-LED’s te laten branden.

De licht-LED’s geven te veel licht als het donker wordt en moeten gedimd worden. Dat kan met een gloeilamp door de spanning te verlagen maar bij LED’s werkt dat in een beperkt spanningsgebied. De truc is om de stroom te pulsen. Dus de LED’s meerdere keren per seconden aan en uit te zetten. Als je dan met een frequentie van meer dan 50Hz doet dan ziet ons oog dat niet. Hoe lichter het mot zijn hoe langer de aan-puls. De lichtsensor (LDR) meet de lichtintensiteit en dit analoge signaal komt binnen op pin A2. De software berekent de lengte van de puls en stuur het pulssignaal naar pin 5. De twee diodes BC547 en BC327 maken van dit 5V signaal een 12V signaal dat via een diode op de pluspool van de licht-LED’s wordt gezet.

De RST, RX en TX poort van de Arduino-chip kunnen worden gebruikt om software te laden in de chip en diverse meetwaarden uit te lezen zoals de lichtsensor. Hiervoor is een zogenaamde “FT232RL 3.3V 5.5V FTDI USB to TTL Serial Adapter Module” nodig. Na een kleine aanpassing met een weerstand en een condensator kan deze op de RST, RX en TX pinnen worden aangesloten. Je kan ook de ATMEGA 328-chip loshalen en die in een Arduino UNO zetten en dan programmeren.

Het kristal met 16000 er op is het hart van de processor en geeft de processor opdracht om 16 miljoen keer per seconde een processtap uit te voeren.

De condensatoren zorgen er voor dat stroomrimpels gedempt worden.

 

          

 


 

De printplaat

Soldeer de onderdelen op de printplaat. Let op de inkepingen aangegeven op de IC’s en printplaat!

Als alles op zijn plek gesoldeerd is meet dan of de printplaat geen kortsluiting heeft.

De weerstand tussen 5V en GND is >5kΩ. De weerstand tussen 12V en GND >5kΩ.

De weerstand loopt langzaam op tijdens het meten omdat de 10 µF condensatoren door de meting met de multimeter vol raken.
Vergeet niet de draad vanuit het midden van de printplaat, bij de schuin geplaatste weerstand, aan P5 te solderen.

  

 

CIMG1679

Breek de haakse pinheaders op lengte met behulp van een puntbektang en soldeer ze aan de printplaat.

 

Plaats de ATMEGA 328-processor in de voet. Let op de inkeping!

De laatste stabiele softwareversie is V090. Deze ondersteund de rotary encoder draaiknop, Bluetooth en de DCF-ontvanger

Onderin deze pagina zijn links naar andere stabiele versies te vinden.

 

De lichtsensor

 

 

Zorg dat de totale lengte draad tussen lichtsensor (LDR) en Dupont-stekkers 20-30 cm wordt.

Schuif eerst de krimpkousen aan de poten van de LDR.

Soldeer de lichtsensor en de 22kΩ weerstand zoals aangegeven in de foto.

Soldeer de gele draad aan de connector die gelabeld wordt met A2

Soldeer de zwarte draad aan de aarde.

Soldeer de rode draad aan 5V.

Monteer alle open verbindingen af met krimpkous en krimp ze met hete lucht.

Label de aansluitingen met een sticker en plak de sticker af met doorzichtig plakband.

 

 

 

 


 

De draaiknop (Rotary encoder KY-040)

 

Verbind de 5 vrouw-vrouw Dupont-kabels recht door.

CLK naar P8 (Voor de softwareversie V080 was dit P2)

DT naar P3

SW naar P4

Plak deze drie aansluitingen met een stikker bij elkaar

+ naar 5V

GND naar GND

Plak deze twee aansluitingen met een stikker bij elkaar

Label de aansluitingen en plak de sticker af met doorzichtig plakband

 

 

 

De klok

 

Verbind de 4 vrouw-vrouw Dupont-kabels recht door.

SCL naar A5.

SDA naar A4.

Plak deze drie aansluitingen met een stikker bij elkaar.

 

VCC naar 5V.

GND naar GND.

Plak deze drie aansluitingen met een stikker bij elkaar.

Label de aansluitingen en plak de sticker af met doorzichtig plakband.

 

 

De voeding

 

Maak het koper vrij aan de vier uiteinden van de twee-aderige draad en breng soldeer aan.

Sluit de 12V-voeding aan op de 12V-aansluiting rechts bovenin de printplaat.

Dat kan door middel van een Dupont-kabelstekkers of direct aan de printplaat gesoldeerd.

 

CIMG1719

 

 
 

De grondplaat met verlichting

 

Plak de sjabloon op de grondplaat. Zorg er voor dat de positie overeenkomt met de woordplaat.

De meegeleverde sjabloon is met de linker of rechter bovenpunt gejusteerd met de frontplaat.

Afhankelijk van de kast moet je de randen van de grondplaat op maat zagen zodat hij in de kast past. (De kast van hardhout hebben een iets kleinere binnenmaat)

 

 

Gebruik de spacerplaat om de kaders met een potlood op de template aan te geven.

 

Je kunt de LED-strip knippen per drie LED’s. De knipplaats is duidelijk op de strip aangegeven.

 

 


 

Plak het volgende aantal stukjes 3-LED-strips over de tekst van het sjabloon.

Let er op dat de plus steeds aan de bovenkant van de geplakte strip zit

 

 

30 cm

23 cm

HET

2

2

IS

1

1

WAS

2

2

VIJF

3

2

TIEN

3

2

KWART

4

3

VOOR

3

2

OVER

3

2

PRECIES

5

4

HALF

3

2

ELF

4

2

VIJF

3

2

TWEE

3

2

EEN

2

2

VIER

3

2

TIEN

3

2

TWAALF

4

3

DRIE

3

2

NEGEN

4

3

ACHT

3

2

ZES

2

2

ZEVEN

4

3

UUR

2

2

RESERVE

5

5

Totaal

74

56


Knip een benodigde lengte af en soldeer een rode en een zwarte wire-wrapdraad.

Plak de LED-strips op de verlichtingsgrondplaat en zorg dat de plusaansluiting aan de bovenkant zit.

 

Het woord PRECIES en TWAALF zijn lang. Knip de LED-strip in stukken en verdeel deze. Zie foto.

Soldeer de LEDS-strips onderling weer vast met een draadje.

Boor gaten van 2 mm naast de aansluiting van de LED-strip.

Nummer de aansluitingen op de achterkant 1 t/m 23. 1 = HET, 2=IS, ect, 23 = UUR. Nummer 24 is reserve.

Deze nummering gebruik je straks om de draden aan de juiste aansluiting te solderen

 

Kloklichten

 

Breng soldeerwater (flux) aan op de koperen soldeerplekken op de LED-strip.

Breng soldeer aan op de LED-stripaansluiting en soldeer later de draad erin.

Rode draad aan plus, zwarte draad aan de min.

Controleer of de LED’s branden met een 9V batterij.

Kloklichten-afmaken

 

Stikker drie de 9-pins Dupont-vrouw aansluitstekkers als op de foto.

Met de draden naar rechts, stekker links

 

8

16

24

------------

7

15

23

------------

6

14

22

------------

5

13

21

------------

4

12

20

------------

3

11

19

------------

2

10

18

------------

1

9

17

------------

+

+

+

------------

 

Controleer de nummering van de stekkers met die op de printplaat.

Bundel de rode draden van de eerste acht LED-strips en soldeer ze aan elkaar.

Schuif er een krimpkous overheen en soldeer de +-draad van de 9-pins Dupont-vrouw aansluitstekker vast

Krimp de kous met hete lucht of de soldeerbout vast.

 

Schuif een cm 1.5mm krimpkous over de draden van de aansluitstekker.

Sluit de zwarte draad van LED-strip 1 aan op aansluiting 1 van de 9-pins Dupont-vrouw aansluitstekker.

Krimp de krimpkous met hete lucht of de soldeerbout

 

Herhaal dit voor alle drie de stekkers en 23 aansluitingen.

Aansluiting 24 is een reserve-aansluiting. Soldeer er een stukje LED-strip aan vast en laat die in de kast als reserve LED’s

 


 

De klok in elkaar zetten

 

Het is handig om de onderdelen van de klok met papier afplakband vast te plakken. Dit plakband komt gemakkelijk los.

Plat de verlichtingsplaat en spacer aan elkaar vast.

Plak over de spacer een wit vel papier. Bij een 30x30 cm klok is een A3-vel nodig of twee aan elkaar geplakte A4-tjes. Zorg en dan voor dat het plakbank niet door de letters te zien is. Het papier geeft een mooie tekening aan de verlichte letters. Gebruikt niet te goedkoop papier. Mogelijk dat dit verkleurd op de duur

Leg de woordplaat over het papier en fixeer deze ook met plakband.

Bij een hardhouten klok wordt, afhankelijk van de uitvoering, de woordplaat in de sleuf in de kast geschoven. Monteer daarna de vierde, onderkant van de kast. Verlijm dit of plak het met plakbank tijdelijk vast. Zie: “Ontwerp kast 30 cm-klok”.

Als alles goed gelabeld is kunnen de klok, rotary encoder, LDR, voeding aangesloten worden.

Monteer de kast af.

 

 

 

Als alle goed is gegaan ziet de binnenkant er ongeveer zo uit.

NB Deze uitvoering is een hardhouten kast van 30x30 cm en drukknoppen in plaats van een rotary encoder.


 

FTDI-board aanpassen om de klok te programmeren en de seriële poort uit te lezen.

 

Met een FTDI-board kan de ATMEGA328-chip verbonden worden met de Arduino programmeersoftware op de PC.

De software in de klok geeft informatie, zoals de tijd, door naar de PC via deze verbinding maar de ATMEGA328 kan zo ook geprogrammeerd worden. Om het geheel te laten werken moet de FT232RL 5.5V FTDI USB to TTL Serial Module aangepast worden.

 

Een 100 nF condensator wordt tussen de DTR-pin van de FTDI en de RST-pin van het klokboard gesoldeerd. Een 10 kΩ weerstand wordt tussen 5V en de RST-pin van het klokboard gesoldeerd.

 

Let op dat TX en RX gekruist worden. TX aan RX en RX aan TX.

 

Laat de USB-stekker niet in de computer zitten als de klok op 220V staat en de computer uitgezet wordt. Er loopt dan stroom van de klok naar de PC met als resultaat dat onderdelen op de printplaat defect raken. Een diode op de 5V aansluiting voorkomt deze storing niet. Mogelijk moet er tussen datalijnen ook nog een diode geplaatst worden.

 

 


 

Bluetooth-verbinding

Met de HC05 Bluetoothmodule kan er een Bluetooth-verbinding met de klok gemaakt worden.

In onderstaande link staat beschreven aan welke pins de module aangesloten en hoe de naam van de module aangepast wordt.

Met een Bluetooth-terminal app op de telefoon kan de tijd als hhmmss of hhmm naar de klok gestuurd worden.

De klok stuurt elke minuut gegevens, naar de terminal app terug. Voor Windows phone, Android en Iphone zijn Bluetooth terminal apps te vinden. De Bluetooth terminalprogramma’s zijn ook voor PC’s te vinden

 

Bluetooth module HC-05/ZS-040

Verbind VCC en GND, pin 6 aan de TXD en pin 7 aan RXD van de Bluetooth-module.

Laadt de volgende sketch om tussen de Arduino en de Bluetoothmodule te kunnen communiceren.

-------------------------

#include <SoftwareSerial.h>

 SoftwareSerial BTSerial(6, 7); // RX | TX

 void setup()

 {

   pinMode(9, OUTPUT);  // this pin will pull the HC-05 pin 34 (key pin) HIGH to switch module to AT mode

   digitalWrite(9, HIGH);

   Serial.begin(9600);

   Serial.println("Enter AT commands:");

   BTSerial.begin(38400);  // HC-05 default speed in AT command more

 }

 

 void loop()

 {

   // Keep reading from HC-05 and send to Arduino Serial Monitor

   if (BTSerial.available())

     Serial.write(BTSerial.read());

 

   // Keep reading from Arduino Serial Monitor and send to HC-05

   if (Serial.available())

     BTSerial.write(Serial.read());

 }

---------------------------------

Ontkoppel de Arduino van de USB-kabel zodat de Arduino en Bluetoothmodule spanningsloos zijn geworden.

Leg een draadje tussen de 5V van de Arduino en pin 34. (rechtsboven in de Bluetooth-module als de pinnen naar beneden wijzen. Zie foto).

Sluit de Arduino weer op de PC aan en open de serial monitor in de Arduino software. (icoon rechtsboven onder X (kruisje))

De rode LED op de Bluetooth-module gaat nu langzaam 2sec aan, 2 sec uit, knipperen

Tik in:

AT OK

AT+NAME=ED-KLOK

AT+RESET

 

Default passkey = 1234

--------------------------

Here is an important note, if the key pin is not high, i.e. not connected to Vcc while receiving AT commands(if you did not solder the wire and released it after the module entered AT mode), it will not show the default name even after giving right command. But you can still change the name by the command mentioned above. To verify if the name has really changed, search the device from your pc/mobile. The changed name will appear. To change baud rate, type AT+UART=desired baud rate. Exit by sending AT+RESET command.

Most useful AT commands are

AT : Check the connection.

AT+NAME : See default name

AT+ADDR : see default address

AT+VERSION : See version

AT+UART : See baud rate

AT+ROLE: See role of bt module(1=master/0=slave)

AT+RESET : Reset and exit AT mode

AT+ORGL : Restore factory settings

AT+PSWD: see default password

--------------------------------

 

 

De Bluetooth-module communiceert tussen RX en TX met 3.3V. Het is mogelijk om hem direct op de Arduino-poorten aan te sluiten maar het verlengt de levensduur als de spanning naar 3.3V wordt verlaagd.

Dit kan met een 3.3V-5V TTL Level Logic Level Converter module, of met een “voltage divider”-schakeling zoals hieronder weergegeven.
Je kan de weerstanden in de draden van de module naar de printplaat monteren.

 

Bluetooth naar 3.3V


 

DCF77 ontvangst met DCF-2 module 

DCF-2 module

NB Om het DCF-signaal te kunnen ontvangen is V090 of hoger van de Woordklok-software nodig.

Deze DCF77-module heeft drie aansluitingen; +, - en signal.
Sluit de + aan op 5V en de - op GND.
Signal gaat naar pin 2.
NB Pin 2 werd gebruikt voor de rotary encoderPinB left (labeled CLK on decoder). Deze wordt nu aangesloten op P8.
(Pin 2 is een interrupt pin. Voor een optimale DCF-ontvangst is het reageren op een interrupt noodzakelijk voor de rotary encoder niet.

Kijk in de source van de versie van de software onder "PIN assigments" voor de juiste aansluiting.
Hier wat achtergrondinformatie


 

FM-radio tijdontvangst

FM-radio

De FM RDA RDA5807M-radiomodule kan naast radiozenders ook het RDS-signaal opvangen. In het RDS-signaal wordt naast de zendernaam zenderinformatie en eenmaal per minuut de tijd doorgegeven.
Niet elke zender zendt de tijd door en ook niet elke zender is even accuraat.
Deze module kan vanaf V090 op de klok aangesloten worden en met de seriële poort of de Bluetooth-aansluiting
aangestuurd worden. Er kan dan een zender gekozen worden waarvan de tijd uitgelezen wordt.
Aan de module worden eerst 2 maal 5 pin headers gesoldeerd. Met een beetje buigen lukt dat prima

Daarna wordt SDA en SCL aan de SDA en SCL poorten van de clock-module gesoldeerd.
De 3.3V voedingsaansluiting van de FM-module kan aan een stepdown 3.3 volt module worden aangesloten of met voltage divider verlaagd worden.
Zie de schakeling hierboven, bij de Bluetooth-module, hoe je met een voltage divider van 5V 3.3V maakt.
Sluit een lange draad (>70 cm) op de antenne-ingang aan.
Je kan oortelefoonspeakers op R-out en L-out en GND of een >=64 ohm speaker aansluiten om geluid te horen.

Afbeeldingsresultaat voor RDA5807M RRD-102V2.0

 


 

LED-strips

Onderstaande LEDs worden in de klok voor de verlichting van de letters gebruikt.

5M 2835 Cool/Warm White SMD LED Non-waterproof 600 led Strip Light
5M 3528 Cool/Warm White SMD LED Non-waterproof 600 led Strip Light

De 2835 schijnt zuiniger te zijn en meer licht te geven. Voor de klok maakt het niet uit welke strip genomen wordt. Let er op dat er 120 leds per meter (600 per 5 meter) zijn en de voedingsspanning 12V is.


Source code

Op het moment van schrijven (juli 2016) is versie V090 de laatste versie.
Sourcecode van diverse versies

 

ßStartpagina


Ed Nieuwenhuys

April 2017