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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.

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.

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.

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)

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/

Transmisor DCF77 con ESP32

Construcción de un pequeño transmisor de 77,5 KHz, para poder poner en hora los relojes DCF77 que no reciban correctamente la señal del transmisor de Alemania. Este transmisor es portátil, funciona con una batería de 3,7V y es muy preciso, ya que toma la información de la fecha y hora sincronizando previamente su reloj a través de un servidor NTP. Este transmisor está construído a partir del módulo ESP32, acoplando un pequeño display OLED de 64×48 pixel y 0,66 pulgadas.

Sistemas de sincronización horaria

Actualmente existen muchos métodos para mantener la hora exacta en cualquier dispositivo electrónico, ya sea través de un receptor GPS, o la recepción de la señales horarias en onda larga que se emiten desde diferentes países: 77,5 kHz desde Frankfurt en Alemania, 40 y 60 kHz desde Japón, 60 KHz desde Colorado en EE.UU, 66,66 kHz desde Taldom en Rusia, 68,5 kHz desde Lington en China, 60 kHz desde Anthorn en Reino Unido, o 162 kHz desde Allouis en Francia.

La mayoría de los relojes sincronizados por radio que se venden en Europa, utilizan la recepción de las señales horarias que envía el transmisor DCF77 desde Frankfurt, en Alemania. Como sucede con cualquier transmisión por radio en Onda Larga, su cobertura varía en función de la distancia, climatología y el umbral de ruido electromagnético existente en el punto de recepción.

Con el fin de poder utilizar algunos relojes DCF77 que no disponen de ajuste de hora manual, hace algo más de un año publiqué una información para construir un pequeño transmisor que simulara la emisión DCF77. Este transmisor constaba de dos partes: una hardware construida con Arduino, junto con un software que funcionaba bajo Windows, encargado de suministrar los códigos de tiempo al transmisor.

Transmisor experimental DCF77

Tiempo UNIX

Tiempo Unix se define como la cantidad de segundos transcurridos desde la medianoche UTC del 1 de enero de 1970, sin contar segundos intercalares. El tiempo que representa es UTC, pero no tiene forma de representar segundos bisiestos de UTC (por ejemplo, 1998-12-31 23:59:60).

Cualquier dispositivo que disponga de una conexión a Internet, podría sincronizar su fecha y hora con gran precisión en cuestión de segundos. Sólo es necesario conectarse a un servidor NTP para recibir el código de tiempo, y luego introducir los comandos en una librería para que nos entregue la fecha y hora local en la zona que queramos .

D1 mini ESP32

Para hacer este nuevo transmisor DCF77, he utilizado una placa ESP32 y un pequeño display OLED de 64×48 pixel, 0,66 pulgadas. El módulo ESP32 dispone de todo lo se necesita para hacer un transmisor DCF77 completo.

Procesador de 32 bit, que permite generar la frecuencia de 77,5 kHz con mucha más precisión que Arduino.
Reloj en tiempo real (RTC) para gestionar el envío de los códigos de tiempo DCF77
Interface WiFi, para conectar a un servidor NTP y sincronizar la fecha y hora con gran precisión.

LIVE D1 mini ESP32

El módulo ESP32 es capaz de sincronizar cualquier reloj DCF77 por si solo, incluso se podría prescindir del display. Sólo sería necesario conectar un trozo de cable en el pin IO25 (antena) y acercarlo al reloj, aunque su alcance sería muy limitado.

HW-699 0.66″ OLED display (64×48)

Con este display, además de mostrar la fecha y hora, es posible saber qué está haciendo el transmisor DCF77 en cada momento. El display HW-699 se comunica con el módulo ESP32 mediante su interface I2C, y es posible configurarlo con dos direcciones diferentes (0x3C / 0x3D). Por defecto utiliza la dirección 0x3C, y así es como lo he utilizado para hacer este montaje.

Módulo ESP32, dentro del transmisor DCF77

Aprovechando que ya tenía un transmisor DCF77 con Arduino, he montado dentro de su caja el módulo ESP32, junto con el display OLED. De esta manera aprovecho además de la caja su fuente de alimentación (batería 3,7V + StepUp 5V + módulo de carga), los indicaciones LED y el amplificador de potencia junto con su bobina de antena.

Firmware:

Repositorio GitHub:
https://github.com/J-RPM/DCF77-Transmitter

El archivo que necesitas para programar el ATmega328P, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: TX_DCF77.rar

El archivo que necesitas para programar el ESP32, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace: DFC77_ESP32_JR.rar

Soporte 3D (ESP32+Display)

El fichero .stl que necesitas para fabricar esta soporte, lo puedes descargar desde el siguiente enlace: DCF77 transmitter with ESP32

¿Necesitas fabricar un circuito impreso?

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Interruptor inteligente

Diseño y construcción de un interruptor inteligente, capaz de cortar la alimentación de todos los dispositivos conectados en una regleta de enchufes. El circuito detecta el consumo en una toma de red (Master), y desconecta todo (incluido el propio controlador) cuando se apaga el dispositivo conectado a la toma ‘Master’. Así en reposo (Standby), el consumo total de todo el conjunto será nulo.

Regletas de RED inteligentes

Buscando un poco por Internet, podemos encontrar regletas de alimentación inteligentes. La mayoría de ellas nos permiten conectar y desconectar la alimentación de todos los enchufes desde un dispositivo móvil, programar la hora de encendido y apagado, incluso medir el consumo y calcular su coste.

El uso de regletas inteligentes podría suponer un gran ahorro energético, pero hay que tener en cuenta que estas regletas de por sí ya incorporan un consumo extra… y su circuito de control consume energía las 24 horas del día.

Interruptor inteligente

La idea de este montaje, es la de conseguir el apagado automático de una serie de dispositivos, al detectar el apagado del equipo principal (Master). Por ejemplo, si conectamos a la toma principal de este circuito la CPU de nuestro PC, y el resto de dispositivos (monitor, impresora, escáner, etc) a la toma auxiliar; al desconectar la CPU se desconectaría la alimentación de todo el conjunto… incluso la del propio circuito de control. De esta manera no quedaría ningún equipo consumiendo en modo ‘Standby’, y el consumo total sería nulo.

A continuación se muestra el esquema del circuito de control, encargado de cortar la alimentación en todas las tomas de red, cuando detecte un caída de consumo en la toma ‘Master’.

Las tensiones que obtendremos como muestra en la entrada del ATtiny cambiarán dependiendo de la inductancia y características del transformador que utilicemos (filtro EMI), además del tipo de carga que conectemos en la toma ‘Master’ (carga reactiva o lineal).

Principio de funcionamiento

El circuito está basado en la transferencia de tensión que aporta una de los dos bobinas de un filtro EMI, al paso de la corriente de RED por el otro devanado. Este montaje funciona como un transformador de corriente, entregando una tensión en el devanado secundario, proporcional a la corriente que circule por el primario. En este caso, la transferencia de tensión no es lineal con la potencia, pues dependerá del tipo de carga que conectemos en la toma ‘Master’. Si la carga se comporta como una resistencia pura, la transferencia de tensión será menor que si tuviera una componente reactiva.

El circuito detector de umbral está construido con Arduino, utilizando un ATtiny 85. Este pequeño micro controlador tiene sólo 8 pines y puede funcionar con un oscilador interno, lo que permite hacer uso de casi todos sus terminales.

Calibración y ajuste de los umbrales

En este montaje se han dedicado dos pines del ATtiny para poder configurar hasta 4 umbrales distintos de funcionamiento. Así podemos elegir el umbral de detección más adecuado al equipo que vayamos a conectar en la toma ‘Master’. Como es lógico suponer, los 4 umbrales los podremos calibrar y modificar con Arduino, antes de programar el ATtiny.

Para facilitar el ajuste de los umbrales y la calibración de la escala, podemos cargar el código ‘Regleta_TEST.ino’ que se adjunta en la descarga, y utilizar la placa de desarrollo Arduino UNO. Para realizar este ajuste, colocamos un potenciómetro de 10K entre el positivo y negativo de la fuente de 5V, y conectamos el cursor del potenciómetro con la entrada A2 de Arduino UNO. El proceso a seguir para la calibración de la escala y fijación de los umbrales. se explica en el video final.

Los archivos que necesitas para programar el Arduino UNO y el ATtiny, lo puedes descargar de forma gratuita desde el siguiente enlace:

Interruptor_I.rar

¿Dónde fabricar el PCB?

Actualmente hay muchas empresas que se dedican a fabricar circuitos impresos, 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.

https://www.pcbway.es/

Acceso a los GERBER de este PCB

Link of my shared project

Descarga del ficheros 3D:

Intelligent switch

Reproductor Bluetooth – ICStation

Montaje de un reproductor de audio Bluetooth, lector MicroSD/USB de 3+3 vatios estéreo, con receptor de radio FM y mando a distancia. Se monta el módulo CT10E-BT de ICStation, como sustitución del módulo CT14. El reproductor se alimenta con una batería de Li-ion de alta capacidad. Para cargar la batería se monta el módulo de carga con protección TP4056, y se utilizan un par de altavoces reciclados. Se monta todo el conjunto en una caja de madera hecha a medida. También se construye una carcasa fabricada con PLA, para montar el reproductor en la parte superior de la caja de madera.

Módulo CT10E-BT

El módulo CT10E-BT permite la reproducción de archivos de audio desde un dispositivo remoto, mediante una conexión Bluetooth. También puede reproducir el audio de una memoria externa, conectada en alguno de sus dos conectores MicroUSB/USB.

Otra característica de este pequeño módulo reproductor, es que incorpora un sintonizador de radio FM, un amplificador estéreo de 3+3 vatios y se puede controlar todo mediante su pequeño mando a distancia IR.

Amplificador de audio

El reproductor CT10E-BT utiliza dos pequeños amplificadores de audio de reducidas dimensiones y gran rendimiento. Utiliza dos circuitos integrados NS8002, que pueden funcionar con una batería de 3,7V y proporcionar una potencia de sonido más que aceptable, en cuanto a potencia y distorsión.

El circuito integrado NS8002 dispone de un pin de control (SD), para deshabilitar su funcionamiento y reducir el consumo al mínimo <1uA.

Control remoto

El reproductor CT10E-BT se puede controlar a través de sus cuatro pulsadores que tiene en el frontal, o mediante un mando a distancia IR. El control con el mando a distancia es más completo, porque dispone de teclado numérico para acceder directamente a la pista de audio o memoria que se quiera reproducir (hasta 99), silenciar el audio (Mute), controlar el ecualizador de audio (6 preset definidos) o apagar/encender el módulo. Es importante destacar que la función de apagado no es muy aconsejable, porque su consumo en reposo es alto (50mA aprox.) y en caso de que la alimentación sea con batería, se podría descargar por completo en pocas horas.

El funcionamiento de un mando a distancia IR se puede comprobar con una cámara de fotos o video. Apuntando el diodo LED del control remoto hacia la óptica de la cámara y pulsando alguno de sus botones, se tiene que apreciar el parpadeo rápido del diodo IR.

Descargar fichero .stl >>> Bluetooth audio+FM player

Descuento ICStation

Módulo CT10E-BT

Código del cupón de descuento: raics
15% de descuento
Uso máximo: 1 (uno por usuario)
Límite: 300 usuarios

Amplificador Bluetooth – ICStation

Montaje de un amplificador de audio Bluetooth de 5+5 vatios estéreo. Partiendo del módulo CT14 de ICStation, se construye un amplificador estéreo inalámbrico. El amplificador se alimenta con una batería de Li-ion de alta capacidad. Para cargar la batería se monta el módulo de carga con protección TP4056, y se utilizan un par de altavoces reciclados. Se monta todo el conjunto en una caja de madera hecha a medida. También se construye un soporte fabricado con PLA, para montar en el interior de la caja los dos circuitos impresos y la batería.

Módulo CT14

Este amplificador está construido a partir del módulo CT14, el cuál incorpora el circuito de control inalámbrico Bluetooth y dos amplificadores de audio de 5W.

Los amplificadores de audio son dos circuitos integrados NS4165, de reducido tamaño pero con grandes prestaciones.

Montaje

Para alimentar este amplificador se utiliza una batería de Li-ion de alta capacidad (la capacidad que muestra la batería que utilicé es falsa). A pesar de que el módulo CT14 dispone de una toma Micro-USB para cargar la batería, he utilizado un circuito de carga independiente; es el módulo TP4056 con protección. Como el circuito de carga que incluye el módulo CT14 no dispone de ningún control, se podría acortar la vida útil de la batería en caso de que se utilizara para este fin.

Para utilizar este amplificador sin batería, se puede alimentar el módulo CT14 a través de su conector Micro-USB, utilizando cualquier cargador de 5VDC. En este caso, no sería necesario montar el circuito de protección y carga TP4056.

Mecanizado

Para ensamblar los 2 PCB’s y la batería, he construido un soporte con la impresora 3D. Descargar fichero .stl >>> Bluetooth stereo amplifier

El conjunto de los dos altavoces y la electrónica de control lo he montado en una caja de madera (DM de 10mm) hecha a medida. Todos los detalles de montaje y configuración del dispositivo móvil con este amplificador, los puedes ver en el siguiente video:

Soporte de lectura 3D

Diseño y construcción de un soporte de lectura regulable, para montar en una bicicleta estática. Este soporte es muy robusto, y puede soportar sin problemas el peso de una tableta gráfica. El soporte se fabrica con una impresora 3D, no se necesita ninguna pieza adicional, y está diseñado para adaptarlo al tubo de un manillar de bicicleta. Se puede montar en todo tipo de manillares, ya sean rectos o con curvas. El diámetro máximo del tubo del manillar es de 32 mm.

Impresora Anet A6

Diseño del soporte

Para realizar el diseño de este soporte he utilizado el programa SketchUp

Este diseño es bastante robusto y el ajuste es regulable. Todas las piezas están construidas con PLA, no se necesitan piezas adicionales ni tornillos para el montaje.

Fichero .gcode

Para generar el fichero .gcode he utilizado el software Ultimaker Cura, el cuál me dio un problema a la hora de generar el fichero en una de las piezas del soporte.

El fichero .gcode del atril se creó hasta la capa 330, de las 880 que tenía. La pieza quedó a medio hacer, pero tuve la suerte de que el punto de interrupción permite realizar el resto de la pieza y unirlas, para así aprovechar el material utilizado.

El conjunto de este soporte está compuesto por 5 piezas, y se ajusta todo sin tornillos. Se montan los dos soportes de apoyo en el tubo del manillar de la bicicleta, aumentando la sección del tubo con cinta adhesiva de caucho, para que ajusten ambas piezas a presión.

Luego se colocan encima las dos piezas móviles, que permiten orientar los ajustes del atril con el manillar de la bicicleta.

El soporte permite colocar cualquier objeto mientras realizamos el ejercicio: un libro de lectura, un teléfono móvil… incluso una Tablet para navegar por Internet o ver alguna película.

Descargar los ficheros .stl

Los ficheros necesarios para fabricar este soporte, los puedes descargar desde el siguiente enlace: Reading holder for static bicycle

Mini Linterna RECARGABLE

Construcción de una mini linterna LED, con batería de Li-ion (3,7V) y su circuito de carga USB. Debido al reducido tamaño de esta linterna, es muy cómoda de llevar en el bolsillo y puede ser muy útil para iluminar huecos de pequeñas dimensiones. La carcasa de la linterna se fabrica a medida con una impresora 3D.

Impresora Anet A6

Montaje de la linterna

La construcción de esta linterna es muy sencilla, consiste en un diodo LED de 1W junto con su resistencia limitadora en serie. La alimentación es de 3,7V, utilizando una batería recargable de Li-ion de 150 mAh. Se incluye también el módulo de control y carga de la batería TP4056. En este caso, como el diodo LED empieza a conducir por encima de los 2,5V, tensión mínima de seguridad de la batería, no es necesario utilizar un módulo de carga con protección.

La resistencia limitadora es de 10 ohmios. Así la corriente máxima del LED no supera los 150 mA. De esta manera se aumenta la autonomía de la batería, se evita el calentamiento del diodo LED y se obtiene un nivel de luminosidad muy bueno.

Caja de la linterna

Esta linterna se podría utilizar sin caja, protegiendo todo el conjunto con cinta Kapton, pero queda mucho mejor si construye una caja a medida. La caja y el botón los he fabricado con la ayuda de una impresora 3D, utilizando PLA de color negro para la caja y rojo para el botón del pulsador. La caja se cierra con una tapa deslizante, la cuál hay que abrir para acceder al conector Mini-USB y cargar la batería.

Una vez cargada la batería, se cierra la tapa y queda oculto el conector de carga, quedando así protegido de la humedad y el polvo.

Descargar fichero .stl

Fichero necesario para fabricar la caja de esta linterna:

Mini rechargeable LED flashlight

Centrado guía para filamento 3D

Sujeción y guía de centrado, para el soporte de filamento de la impresora Anet A6. Fabricación de las piezas y montaje. Los ficheros de las piezas se pueden descargar desde la página Web: Thingiverse.com

Impresora Anet A6

El kit de la impresora Anet A6 incluye un soporte para el carrete del filamento, pero es muy básico y podría provocar la rotura del filamento. El carrete queda suspendido en su eje mediante una varilla roscada de métrica 8, y como no existe una sujeción lateral, el carrete oscila cuando la impresora tira del filamento. Como tampoco existe una guía para el hilo, al tirar del filamento se crea una presión entre las espiras, y es fácil que se llegue a prensar el filamento dentro del carrete.

Para solucionar este problema, con la propia impresora he fabricado las siguientes piezas:

2 – Adaptador lateral para el carrete, con agujero central de 56 mm.
2 – Tubos laterales para albergar las tuercas de sujeción del carrete
2 – Tapas para las tuercas laterales
1 – Soporte de la varilla-guía del filamento
1 – Varilla-guía del filamento

Las 4 tuercas de métrica 8 hay que insertarlas a presión en sus respectivas piezas.

Una vez fijado el carrete en la varilla roscada, si lo tuviéramos que cambiar por otro, sólo sería necesario soltar las 2 tuercas de un lateral.

El soporte de la guía del hilo va sujeto a un lateral del soporte del carrete mediante sus dos solapas laterales. La varilla-guía es desmontable, con el fin de facilitar el cambio del carrete. Si queremos separar el soporte del carrete cuando el filamento está montado en la impresora, se podría sacar del orificio de la guía mediante la pequeña ranura que tiene en un lateral.

Puedes descargar los ficheros para imprimir estas piezas desde el siguiente link:

Centering support and fix for reel of filament

En el siguiente video puedes ver todo el proceso de fabricación y montaje: