Go to English


Inleiding


Mijn zoon Marc en schoonzoon Maarten zijn fanaten op het gebied van electronica en software. Zij wonen wel op 80 km van elkaar maar confereren toch vaak met elkaar over het een of ander hobbymatig project. Zo hebben zij onlangs een plan opgevat om een zogenaamde "Woordklok" te gaan maken.
De actuele tijd wordt daarop niet weergegeven met cijfers en/of met ronddraaiende wijzers maar met woorden zoals bijvoorbeeld: TIEN OVER HALF ZEVEN

Zie ook de demo video die Maarten maakte op een testopstelling: klik hier.

De transparante letters van deze woorden staan op een paneel dat voor het overig gedeelte niet transparant is. Achter iedere letter bevindt zich een LED lampje dat deze letter kan laten oplichten op commando van een softwareprogramma in een microprocessor. Met het kiezen van de juiste lettercombinaties komt zodoende de aanduiding van het actuele tijdstip op het paneel tot stand met een vrij te kiezen interval van bijvoorbeeld 5 minuten.
Dit soort woordklokken zijn ook wel te koop maar ze kosten minimaal circa 100 tot soms wel enkele duizenden Euro's! Behalve dat is het natuurlijk ook veel leuker om zelf zo'n klokje te maken waarbij je ook zelf de functionaliteiten kunt bepalen en dat voor minder dan 10 Euro voor een 8x8 LED matrix en een microprocessor zoals die bij AliExpress te koop zijn.
Maarten en Marc hebben ieder voor zich besloten om zo'n klokje te maken. Maarten maakt daarbij gebruik van de hiervoor zeer geschikte 3D printtechniek. Marc beschikt niet over zo'n 3D printer en koos daarom voor een wat meer ambachtelijke versie waarvoor hij mij als modelbouwer heeft ingeschakeld.
Omdat mijn deskundigheid omtrent de details van de hard- en software behoorlijk beperkt is kan ik daarvoor beter verwijzen naar de "Github" website van Maarten Pennings; klik hier. Dit geldt ook voor de bijzonderheden omtrent het 3D printen van de behuizing.
Ik zal mij hier dus verder beperken tot meer globale beschrijvingen van het project en meer in het bijzonder tot de fysieke opbouw van het klokje met o.a. een houten behuizing zoals ik die voor Marc gemaakt heb in mijn werkplaats met de machines en gereedschappen waarover ik beschik.


Het ontwerp.


1. De keuze voor het tijdsinterval.
Voor het interval tussen twee tijdaanduidingen is 5 minuten gekozen omdat een interval van bijvoorbeeld 1 minuut praktisch gezien moeilijk "behapbaar" is, het zou ook vrij zeker leiden tot een tamelijk onrustig weergave gedrag van de klok. Om een goed idee van de actuele tijd te krijgen is een nauwkeurigheid van +/- 5 minuten normaliter ook eigenlijk wel voldoende. Het is ook niet de opzet van deze hobbymatige woordklok om ieder horloge of radiografisch gestuurde wandklok te evernaren voor wat betreft de nauwkeurigheid van de tijdsaanduiding.
Voor het weergeven van de tijden met een interval van 5 minuten zijn 18 woorden nodig, namelijk:
- de 12 woorden: "een" t/m "twaalf"
- de 4 woorden: "kwart", "over", "voor" en "half"
- twee extra woorden "vijf" en "tien" om bv. "vijf voor vijf" of "tien over tien" te kunnen weergeven.
Het was overigens nog best een aardige puzzel om de letters zodanig op het platte scherm te rangschikken dat het met een 8x8 matrix mogelijk is om alle tijdstippen van de dag ermee weer te kunnen geven. Marc heeft daarvoor een computer algoritme gemaakt om deze speciale rangschikking van de letters te bepalen. Er moest wel één consessie worden geaccepteerd en wel dat twee van de woorden diagonaal worden weergegeven, namelijk de "zes" en de "zeven"; de rest van de woorden staan allemaal horizontaal.
Spaties tussen de woorden kunnen met deze 8x8 matrix ook niet als zodanig worden weergegeven. De functie van het spatiëren wordt hier gerealiseerd door elk van de woorden een verschillende en kontrastrijke kleur mee te geven.

2. De LED matrix.
De LED matrix voor deze klok is de "8x8 LED matrix WS2812B" die bij Aliexpress te koop is voor 3,36 Euro; klik hier.
De zogenaamde NeoPixels bevatten ieder een rode, groene en blauwe RGB LED en ook een super kleine micro chip waarmee de LED's op aansturing van de software op de microprocessor eigenlijk iedere gewenste kleur kunnen aannemen.
De bedrading van de 64 leds is zodaning op het printed board geimplementeerd dat de aansluiting ervan op de mocroprocessor betrekkelijk eenvoudig is, althans voor eenieder die met deze materie min of meer vertrouwd is. Ook hiervoor kan ik verwijzen naar de Github website van Maarten.

3. De microprocessor.
Ook de microprocessor "NODEMCU ESP8266" is te koop bij Aliexpress (1,85 Euro + 0.49 verzendkosten); klik hier.
Met deze processor zijn een veelheid van functies uitvoerbaar zoals o.a. het aansturen van de leds en het comuniceren met internet servers middels een ingebouwde wifi systeem. Daarmee wordt de actuele en exacte tijd voordurend binnengehaald via internet met de NTP server (radiografisch gestuurde klokken worden op soortgelijke wijze aangestuurd maar dan met DCF van een radiozender die in Duitsland staat). De afleesresolutie van 5 minuten mag dan beperkt zijn maar door het synchroniseren met atoomklokken loopt deze WordClock altijd gelijk binnen een maatje van 0,1 seconde waarbij zelfs rekening gehouden wordt met de zomer- en wintertijd.
Voor technische details omtent deze electronische hardware en de software verwijs ik ook hier weer naar de Github website van Maarten.

4. De fysieke opbouw.
Hoe men de klok ook opbouwt, er zal altijd aan de voorwaarde voldaan moeten worden dat de letters lichtdoorlatend zijn en de omgeving daarvan juist niet. Ook moet voorkomen worden dat er een lichtlek ontstaat tussen letters die elkaars buren zijn, een zogenaamde "bleed".
Het is Maarten gelukt om het geheel van kunststof te maken met een 3D printer. Hij gebruikte daarvoor een printer met twee printkoppen waarvan er een de zwarte en ondoorzichtige kunststof printte en de andere een transparante lichtdoorlatende kunststof voor de letters. Een waar kunststukje als je het mij vraagt, maar het is hem prima gelukt, zie ook hier weer zijn Github website.
Bij de wat meer ambachtelijke versie van de opbouw die ik voor Marc maakte moest anders te werk gegaan worden al was het alleen maar omdat ik nu eenmaal geen vierkante gaten kan boren om het licht van de vierkante leds op de letters te laten schijnen.
Ik besloot om een 6mm dikke aluminium plaat te maken met daarin 64 ronde gaten met een maximaal mogelijke diameter van 6,2 mm die op precies dezelfde steek staan als de leds op het printed board, zowel in de horizontale als de verticale richting die in de praktijk van de Chinese printplaat wel ietwat verschillend bleken te zijn.
Het aluminum frame ligt op de leds en daarop ligt weer een zwart papieren vel met transparante letters dat ik maakte met Excel. Het geheel wordt opgeloten tussen opstaande randen in de houten behuizing en een perspex plaatje dat aan de voorkant is vastgeschroefd met 4 kleine schroefjes.
Aldus ontstaan er cirkelvormige lichtbundeltjes met een diameter van 6,2 mm die de letters met een omschreven cirkel van ca 5,5 mm doorschijnen. Omdat de zwarte inkt op een enkel papiervel het licht nog ietwat door laat heb ik twee identieke lettervellen precies op elkaar gelegd waarmee deze lichtbleed wordt voorkomen.
Op het rechter frame van deze pagina staan afbeeldingen van de diverse onderdelen en de manier waarop die op elkaar zijn gestapeld. Hieronder twee CAD doorsneden zoals die deel uitmaken van het tekeningpakket dat ik van deze versie heb gemaakt:

 

Voor het aanvragen van dit tekeningpakket klik hier.

Logboek

15-03-2020
De WordClock van Maarten is zo goed als klaar, zie de onderste afbeelding op het rechter frame van deze pagina. Hij werkt nog wat aan optimalisaties en het eventueel toevoegingen van enkele extra fucties zoals animaties bij de overgangen van de tijdweergaven. Zijn voortgang is te volgen op zijn Github website. Hieronder een video van een van zijn animaties:

 

De versie van Marc verkeert ook in het eindstadium. De houten behuizing met de fysieke onderdelen daarin, waarvan de afbeeldingen hier op het rechter frame staan, is ook klaar. Marc gaat dezelfde microprocessor en de software gebruiken zoals ook Maarten dat gedaan heeft. Rest nog het monteren van de electronische onderdelen in de houten behuizing en het aan elkaar koppelen van de microprocessor en de LED matrix en het uittesten van de software. Ook Marc heeft nog wat plannen om wat extra functies toe te voegen.

23-07-2020
Het klokje van Marc is nu ook klaar en het werkt voortreffelijk. Ik ben nu bezig om voor mijzelf eenzelfde exemplaar te maken. De houten behuizing is al klaar en het is nu wachten op de LED matrix en de microprocessor die Marc voor mij besteld heeft bij Aliexpress. Zoals gewoonlijk is wel even wachten voor de levering uit China.

Hieronder een YouTube constructie filmpje dat ik vandaag gemaakt heb:

 

 

 

 

 

 

Printed circuit board
met 8x8 NeoPixels

 

Aluminium gatenframe

 

Papieren lettervel

 

Houten behuizing

 

Printed circuit board
met 8x8 NeoPixels

 

Met Alu gatenframe


Komplete samenstelling
versie "Marc"

 


3D geprinte Woordklok "Maarten"