Reloj de precisión, 8 x 7 segmentos LED

Construcción de un reloj de precisión, con 8 dígitos LED de 7 segmentos. Este display se configura desde un teléfono móvil vía WiFi. La información de la fecha y hora se sincroniza a través de un servidor NTP, convirtiéndolo así en un reloj muy preciso. Este display está construido con el módulo ESP32 y 8 dígitos LED de 7 segmentos, pudiendo conectar también un segundo display OLED de 64×48 pixel (0,66 pulgadas).

 

8 dígitos de 7 segmentos con MAX7219

Hace unos meses monté un reloj de precisión, sincronizado desde un servidor NTP. Hice dos versiones distintas, y en ambas utilicé 4 matrices LED de 8×8 pixel.

Reloj de precisión, configurado por WiFi

El primer reloj tenía un display adicional de tipo OLED, y en el segundo sólo instalé las 4 matrices LED con el fin de reducir el tamaño de la caja.

Reloj y Texto en display LED, con ESP32

Ahora voy a montar otro reloj todavía más pequeño y barato, utilizando 8 dígitos LED de 7 segmentos.

8 dígitos LED de 7 segmentos

Este reloj tendrá la misma precisión y funcionalidades que los anteriores, sincronizando la fecha y hora a través de un servidor NTP, y controlando sus funciones mediante un interface Web, a través de una conexión WiFi.

Esquema de montaje

El montaje de este reloj es muy rápido y sencillo,  sólo hay que conectar 5 hilos entre un lateral del PCB de 8 dígitos y el módulo ESP32.

Esquema de montaje del reloj de 7 segmentos

Configuración con interface WEB

Este reloj LED se configura a través de su propio interface Web, tecleando la dirección IP que le asigna el Router WiFi, en la ventana de cualquier navegador de Internet que esté conectado a la misma red. Todos los cambios se guardan en la memoria EEPROM del módulo ESP32.

Configuración del reloj por WiFi

De esta forma el reloj siempre arrancará con los parámetros que tenía programados la última vez que se desconectó su alimentación.

Firmware

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el repositorio GitHub:

Precision_Clock_ESP32_7Segment

Y también desde Dropbox:

ESP32_Time_8BCD_JR.rar

Caja 3D (Reloj de 7 segmentos)

 

Caja 3D, para el PCB de 8 dígitos LED de 7 segmentos

El fichero .stl que necesitas para fabricar la caja de este reloj LED de 7 segmentos, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: Precision clock on 7 segment LED display, configured by WiFi

¿Necesitas fabricar un circuito impreso?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos (PCB), pero no en todas podemos conseguir pequeñas tiradas a buen precio. Por suerte, ahora disponemos de Internet y es mucho más fácil que antes. Podemos buscar empresas en cualquier parte del mundo, y es más fácil encontrar un fabricante que haga nuestros prototipos (PCB) a buen precio. Una de las empresas más grandes del sector es PCBWay.

PCB de prototipo gratis y con plazo de entrega rápido: https://www.pcbway.es/

Logo: PCBWay

 

 

Caja a medida con CNC

Diseño y fabricación de una caja a medida, cortando las piezas con la ayuda de una fresadora digital (CNC). El diseño de las piezas lo hice con el software SketchUp. Tuve que corregir el archivo que genera SketchUp para poder utilizarlo en la CNC. Para comprobar el código ‘G’ y corregir el archivo, utilicé el simulador por software CAMotics

Con el fin de controlar los display’s de 7 segmentos SMD que tengo, he mandado fabricar otro circuito impreso para montar la CPU.

PCB de la CPU

Esta CPU está basada en el micro-controlador AT89S52 de ATMEL. Como este micro-controlador se puede programar sin desmontarlo del circuito impreso, a través de su interface ICSP, he elegido el encapsulado de tipo SMD. El circuito impreso tiene una altura muy parecida a la del  display de 7 segmentos, y la idea es la de fabricar una caja de madera a medida, para construir un display con 4 dígitos.

SketchUP

Para cortar las piezas de madera con precisión, he utilizado una fresadora digital (CNC). Para dibujar las piezas a medida y poder exportar los datos a la CNC, he utilizado el software SketchUp.

Software SketchUp

A pesar de que este software funciona muy bien, he encontrado un problema a la hora de generar los archivos de código ‘G’. Los archivos contienen una serie de instrucciones adicionales que dañan las piezas a fabricar. Para localizar el lugar exacto donde se encuentran estas instrucciones para eliminarlos, he utilizado otro software que emula el funcionamiento de la CNC.

CAMotics 

El software CAMotics permite la ejecución del código ‘G’ de forma visual, y esto facilita la localización de las instrucciones que se deben eliminar.

Software CAMotics

El software permite la edición de los archivos y su posterior visualización, para comprobar que los cortes que hará la CNC sean los correctos.

Construcción de la caja

Después de la fase de diseño de la caja y conversión de sus datos en código ‘G’, el trabajo de corte y fresado de todas las piezas lo realiza la CNC. Si queremos obtener un buen acabado y precisión, es importante que los cortes se realicen en capas, no en una sola pasada.

Fresado de la caja

También es importante incluir unas pequeñas zonas en cada cara de las piezas, en las que la fresadora no realice el corte por completo. Estos pequeños puntos de sujeción evitarán que se muevan las piezas de su estructura durante el corte, evitando su desplazamiento y marcado por la fresa.

Montaje de la caja

Una vez cortadas todas las piezas que componen le caja, incluido su frontal de metacrilato, la pegamos con cola blanca (dejando la tapa lateral derecha sin pegar). La tapa lateral derecha irá sujeta con 2 tornillos, y es la que nos dará el  acceso al montaje y desmontaje de todos sus componentes en el interior. Para obtener un buen acabado, se sellan las juntas de todas las uniones que van pegadas, con cola blanca y serrín de la misma caja, suavizando todas las aristas con una lija especial para madera.

Ajuste de los PCB's en la caja

Para terminar se pinta la caja en color negro mate, con pintura en spray, y se comprueban los soportes colocando los circuitos impresos en su lugar y cerrando la caja.

 

BINGO de pared #2

Construcción de un Bingo electrónico de grandes dimensiones, para colgarlo en la pared de un salón social. El panel tiene unas dimensiones de 1 metro de ancho por 80 centímetros de alto, y está construido con la tapa de madera de un cajón de embalaje. En esta segunda parte, se finaliza el montaje del Bingo y se realizan pruebas de funcionamiento.

Rotulación

Para rotular los 90 números en el panel he construido una plantilla para centrar los números en cada cuadro, y otra para los números. El primer paso es rotular todos los números en la madera.

Rotular números

Una vez rotulados todos los números, con la ayuda de un pincel de punta fina, especial para la rotulación, se pinta el interior de los números. Yo utilicé esmalte metálico de color verde.

Pintar números

Mecanizado

A continuación se taladran los 90 agujeros para montar los diodos LED. Aunque el diodo es de 10 mm, es conveniente hacer el agujero a 9 mm y ajustar el hueco con la ayuda de una lima, o utilizando una pequeña fresa y un taladro de mano.

Mecanizado LED

Los diodos LED se colocan por la parte trasera del mural,  y se fijan con adhesivo termo fundible.

Pegado LED

Conexiones

Para cablear la matriz, hay que conectar los ánodos de los diodos LED de las 9 líneas (sus resistencias limitadoras), y los cátodos de las 10 columnas. Al final se conecta un cable de cinta plana para los cátodos (10 hilos) y otro para los ánodos (9 hilos). Es importante identificar la primera línea y la primera columna, conectando el hilo que lleva la marca roja en esta posición.

Matriz LED

Por finalizar, se monta un anclaje para la CPU y se fija el display y el pulsador en el mural. El conexionado es muy rápido, porque todas las conexiones se hacen con terminales y no es necesario utilizar el soldador.

Montaje CPU

Funcionamiento

Al conectar el panel aparece un texto en el display, mostrando la versión del firmware, y se iluminan los 90 diodos LED del panel durante unos segundos.

Bingo de pared

En el siguiente video se muestran todos los detalles de montaje y funcionamiento de este Bingo electrónico.

BINGO de pared #1

Construcción de un Bingo electrónico de grandes dimensiones, para colgarlo en la pared de un salón social. El panel tiene unas dimensiones de 1 metro de ancho por 80 centímetros de alto, y está construido con la tapa de madera de un cajón de embalaje. Este panel tendrá el mismo diseño y electrónica que el Bingo portátil, pero utilizando la matriz doble de 7 segmentos que se montó anteriormente, y utilizando para los números del panel diodos LED de 10 mm.

Mural de madera

Al realizar este montaje sobre un panel de madera de embalaje, lo primero que hay que hacer es lijar, reparar los desperfectos y barnizar todo el panel. Antes de rotular y mecanizar el tablero, es muy importante replantear el diseño y tamaño de todos los componentes que se van a montar. Para mostrar los 90 números del Bingo en el panel, tenemos que rotular los 90 marcos. Si se hace con pintura, la mejor manera de hacerlo sería delimitando las zonas a pintar, tapando el resto con papel y cinta de enmascarar (cinta de carrocero /cinta adhesiva de papel).

Marco para los números

LED para el panel

En cada uno de los 90 marcos del mural tendremos que rotular un número y montar un diodo LED. Es importante que el diodo LED que se monte sea de alta luminosidad y de gran tamaño, pero también es importante que no deslumbre. Los diodos LED de 10 mm son una buena elección, pero lo difícil es conseguir un diodo LED de alto brillo y luz difusa. Para evitar el deslumbramiento frontal, podemos eliminar la lente de los diodos LED (frontal del encapsulado) con la ayuda de una piedra esmeril. La luminosidad la podemos comprobar visualmente, comprobando su brillo con otro diodo LED de referencia… pero lo mejor sería medir la luminosidad con un luxómetro.

Medida de luminosidad

CPU para el Bingo

Este Bingo de mural lleva los mismos componentes que el Bingo más pequeño que montamos anteriormente.

Esquema BINGO

En este caso, decidí montar su propio sistema de alimentación, integrando el módulo ‘Step-Up’ de la batería Li-ion en la placa del circuito impreso.

Fuente de alimentación

El módulo de carga de la batería lo monté en el soporte de la batería. La placa de control (CPU) dispone de 2 entradas de alimentación, una de 5V y la otra de 3,7V. Si conectamos la batería a la toma de 3,7V, la toma de 5V quedaría libre, y podríamos utilizarla como salida de 5V para alimentar algún adorno  auxiliar o indicador cuando el  panel está encendido.

Circuito impreso (PCB)

Para obtener el fotolito del circuito impreso a escala, sólo tienes que imprimir en una hoja de film transparente de tamaño A4, especial para impresoras láser, la imagen siguiente (descargar del tamaño real).

Bingo PCB

A continuación se muestra la disposición de todos los componentes montados en la placa del circuito impreso (PCB).

CPU del Bingo montada

Firmware: J_RPM_v3_BINGO.HEX

Puedes ver todos los detalles de este montaje en el siguiente video: