Birthday Word Clock

This page is available in English.
Gepubliceerd op 28 september 2015.

Imgur album | Reddit post

Ongeveer twee maanden voordat mijn vriendin 18 jaar oud werd kwam ik op het idee om een vet cadeau voor haar te maken. Natuurlijk niet iets simpels, maar iets dat mooi, uniek en waardevol is. Na een paar dagen zoeken kwam ik dit project tegen: een klok met letters, ‘Word Clock’. Het was precies wat ik zocht. Dankzij het gedetailleerde bouwverslag kon ik meteen aan het ontwerp en de bouw beginnen. Het was een enorm karwei, maar het resultaat mag er zijn! Helaas zijn we uit elkaar gegaan voor ze 18 werd, dus heb ik nooit de kans gekregen om haar deze klok te geven. Ach ja hè.

Naast het feit dat deze ‘Word Clock’ de tijd op een speciale manier weergeeft, namelijk met letters, is de klok ook geprogrammeerd om op haar verjaardag een speciaal verjaardagsbericht te tonen in regenboogkleuren.

Met dank aan buckeyeguy89 en byteofthat! Dankzij hun bouwverslagen heb ik veel dingen in één keer goed kunnen doen.

De klok kan alle tijden weergeven, minuten in veelvouden van vijf. 15:02 wordt weergeven als “Het is drie uur”. Het hele ding is zo’n 25 centimeter hoog, 25 centimeter breed en 5 centimeter dik.

Eens per jaar zal op haar verjaardag de tekst “Fijne verjaardag Anouk” oplichten in gekleurde letters. Daarnaast veranderen de letters ook constant van kleur in een soort scrollende beweging, wat een heel mooi effect geeft.

Op de rechterkant van de klok bevinden zich twee lichtgevende knoppen die gebruikt kunnen worden om de tijd bij te stellen. De een telt er vijf minuten bij, de ander haalt er vijf minuten af. Als beide knoppen tegelijk worden ingedrukt wordt een speciale modus geactiveerd!

Designbedrijf Biegert & Funk verkoopt een soortgelijke klok voor meer dan €1000, en dan heb je nog niet eens een fancy verjaardagsbericht. Ik heb deze klok voor zo’n €100 weten te bouwen, maar het heeft alles bij elkaar dan ook meer dan 100 uur gekost om het project af te ronden.

De voorplaat is gemaakt van 3mm berken multiplex dat met een lasersnijder is uitgesneden. Ik heb dit laten doen bij Snijlab. Dit bedrijf levert topkwaliteit!

In filmpjes en foto’s kun je moeilijk zien hoe mooi de opgelichte verjaardagstekst is. Vooral in het donker is het effect erg mooi.

Bouwverslag

Mijn eerste stap was om de voor het project benodigde elektronica te testen. Hier door middel van breadboards en aansturing door een Arduino Leonardo. Voor de klok in zijn geheel heb ik de volgende elektronica gebruikt:

  • Atmel ATmega328P-PU microcontroller;
  • 3 ULN2003A darlington transistor arrays;
  • 3 HCF4094BEY shift registers;
  • LM7805 5V spanningsregelaar;
  • ~100 witte diffuse leds;
  • ~100 470 ohm weerstanden;
  • 15 WS2812B RGB-leds;
  • DS3231 Real-Time-Clock (RTC) module
  • Een vrachtlading aan draadjes en soldeertin;
  • Verschillende andere condensatoren, weerstanden en componenten.

Ik wilde de elektronica zo compact en netjes mogelijk verwerken. Om dat ook waar te maken is het belangrijk om het aantal losse draden zo ver mogelijk te reduceren. Daarom heb ik bovenstaande printplaat (controller) in elkaar gesoldeerd. Rechtsonder bevinden zich 4 inputs, bovenaan bevinden zich alle outputs voor de leds die de klok verlichten.

De onderkant ziet er iets minder netjes uit dan de bovenkant. Alles werkt echter perfect, dus ik ben tevreden.

Er moesten nog een aantal draadjes op de bovenkant worden gesoldeerd om de controller af te maken. Als laatste konden de IC’s (Integrated Circuits) in de sockets geplaatst worden.

In dit schema is te zien hoe alle IC’s en componenten met elkaar verbonden zijn. Ik was in de eerste instantie van plan om in plaats van de ATmega328 een gewone Arduino te gebruiken, maar ben daar later toch op teruggekomen om ruimte (en geld) te besparen.

De ATmega328-IC’s die ik had hadden nog geen bootloader, dus die moest er eerst op worden gebrand. Dit gebeurt door middel van de Arduino-software.

Vervolgens heb ik de ‘standalone Arduino’ in elkaar gesoldeerd en de ATmega328-chip geplaatst. Linksboven bevindt zich de LM7805-spanningsregelaar die het voltage van de adapter (12V) omzet naar 5V. Deze wordt in de praktijk nogal heet, maar dit vormt geen probleem. Het soldeerwerk van de aansturing van de klok is hiermee afgerond.

Voor de voorkant van de klok is was het noodzakelijk om een lettertype te vinden dat aan een aantal vereisten voldoet: ten eerste moeten er geen stukken van letters wegvallen bij het lasersnijden, dus heb je een zogenaamde stencil font nodig. Bij een normaal lettertype zou bij het snijden bijvoorbeeld de binnenkant van de letter ‘O’ wegvallen. Daarnaast moeten alle letters even hoog en breed zijn om een mooi raster te kunnen maken (monospaced font). Ik kwam tot de conclusie dat zo’n lettertype niet bestaat, dus heb in Adobe Illustrator mijn eigen custom lettertype gemaakt (gebaseerd op een standaard monospaced lettertype) en de voorplaat ontworpen.

Het Illustrator-bestand heb ik opgestuurd naar Snijlab en een weekje later werd het al bezorgd.

Het gehele snijwerk bestond uit een plaat van 60 bij 60 centimeter, dus de voorkant moest nog op maat worden gezaagd. Een elektrische figuurzaag is daar erg handig voor.

Voilà, uitgezaagd. Daarnaast moest er nog een plaat van dezelfde afmetingen worden uitgezaagd. In deze plaat worden namelijk de leds geplaatst die de boel gaan verlichten. Hiervoor heb ik echter niet hetzelfde 3mm berken multiplex gebruikt, maar 4mm populieren multiplex omdat het een stukje goedkoper was.

In de populieren plaat zijn gaten met een diameter van 5 mm geplaatst waar de witte leds precies in passen.

De leds zijn geplaatst en vastgezet met een lijmpistool. Een aantal gaten is bewust leeg gelaten omdat daar later de RGB-leds worden geplaatst.

Elke led heeft een eigen 470-ohm weerstand nodig om te voorkomen dat woorden van verschillende lengte een verschillende helderheid hebben. Na een paar uurtjes solderen was het dan toch af. Als laatste heb ik aan elke groepje leds een aansluitdraad gesoldeerd. Deze draden worden later met de controller  verbonden.

Testen van de RGB-leds met een Arduino.

Ik heb de strips gewoon met tape bevestigd op de houten plaat. Elke RGB-led is apart aan te sturen en gelukkig is voor al deze leds slechts één signaaldraad nodig.

Om de verlichting van de woorden mooi diffuus te maken is achter elk woord een stukje wit lichtdoorlatend acrylaat gelijmd. De diffuse leds in combinatie met dit acrylaat geven een mooie en egale verdeling van het licht.

Een snelle check om te kijken in hoeverre het acrylaat licht doorlaat. De transmissie en verdeling van licht bleek precies goed te zijn.

Het moeilijkste aan het hele project is om ervoor te zorgen dat er geen licht ‘lekt’ tussen de verschillende woorden. Als de seal tussen de verschillende woorden namelijk niet goed is kunnen bepaalde delen van de klok onbedoeld worden verlicht, en dat ziet er niet mooi uit. Daarom worden er tussen elk woord smalle strips hout gelijmd die dit moeten voorkomen.

Even later zijn alle stukjes hout gelijmd.

De bedoeling is dat de populieren plaat waar alle verlichting in is gemaakt gesandwicht wordt met de voorkant van de klok. Die verbinding moet ook een light-proof seal vormen. Om daarvoor te zorgen zijn op alle dunne latjes zogenaamde ‘poster buddies’ van Pritt geplakt en daarna is de boel gesandwicht.

Testen! Zo te zien is de sealing goed gelukt. Hiermee is de ‘lichtbak’ van de klok ook afgerond.

In bovenstaande foto worden drie groeven in een hardhouten lat gezaagd. Hier wordt het frame van de klok van gemaakt.

Voor het frame zijn vier stukken hout van gelijke lengte nodig. Met een afkortzaag worden de uiteinden van ieder stuk onder een hoek van 45 graden afgezaagd zodat de vier stukken een vierkant frame vormen.

De eerste twee groeven zijn voor de voorkant van de klok en de plaat waar de leds in zitten. De achterste groef is om de achterkant van de klok dicht te maken.

Het past! 

Even checken of alles ook daadwerkelijk bij elkaar past… Ik heb hier en daar wel wat schuurwerk moeten verrichten.

Er moeten twee gaten worden geboord voor de knoppen. De positie van die gaten moet netjes opgemeten en afgetekend worden…

Eerst had ik een klein gat geboord met een boortje van 3 mm, om het gat vervolgens groter te maken met een speciale boor.

Ziet er goed uit.

Ik wil het frame niet lijmen (en dat zou ook niet stevig genoeg zijn) dus plaats ik in de linker- en rechterbovenhoek een hoekstuk om de individuele stukken van het frame aan elkaar te maken.

En dat ziet er dan zo uit. De voor- en achterplaat kunnen zo via de open kant in het frame worden geschoven.

Tijd om de controller aan te sluiten. Ik heb de onderkant bedekt met blauwe tape om te voorkomen dat de controller kortsluiting maakt met de onderliggende leds.

Dit soort dingen is vreselijk irritant. Doordat deze soldeerverbinding los was gekomen werkte driekwart van de verlichting niet en ik vond het probleem pas na een uur troubleshooten.

Testen, testen en nog eens testen.

Inmiddels is de voorkant van de klok in het frame geschoven en zijn de knoppen op de elektronica aangesloten. Tot nu toe gaat alles goed 

Bijna klaar! De ATmega328-microprocessor (midden) en de DS3231 RTC (rechts) zijn nu ook bevestigd en aangesloten. Wederom is alles beplakt met blauwe tape om kortsluiting te voorkomen en daarnaast is de elektronica ook met dezelfde tape aan het hout bevestigd omdat ik geen betere manier kon verzinnen.

Close-up van de aansluitpunten van de knoppen. Alles geïsoleerd met heatshrink tube.

Hier zie je de achterkant van de klok. Ik heb er een aansluiting in gemaakt voor een standaard DC-jack die je vaak ziet op 12V-adapters. Zo kan de klok ook rondgesjouwd worden zonder dat de kabel overal mee naartoe moet.

Daar gaat ‘ie dan. Overigens zie je hier ook dat er een 1000 uF condensator op de 5V-ingang van de controller zit. Wel zo verstandig om schade te voorkomen bij spanningspieken.

Je ziet hier de onderkant van de klok. Het vierde stuk van het frame maakt de klok compleet en wordt met twee schroeven vastgezet. Alvast een gaatje geboord om te voorkomen dat het hout gaat splijten als de schroef erin gaat.

Aangezien deze schroeven aan de onderkant zitten is het ook van belang dat de schroeven vlak met hout komen te zitten, dus moeten ze enigszins in het hout verzonken worden. Dat kan met het hierboven afgebeelde ding (geen idee hoe het heet…)

Zoals te zien is, is het frame een klein beetje scheef, maar dit is geen enorme ramp. Je ziet het nauwelijks.

En toen was ‘ie af!

Bedankt voor het lezen! Vragen, opmerkingen of feedback kun je hier sturen. Ik zal proberen om alles zo snel mogelijk te beantwoorden!

Je kunt hier de designbestanden (Illustrator) downloaden.

One thought on “Birthday Word Clock”

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.