word clock

Go to English

1. De Woordklok

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:

Alles werkt perfect, zie onderstaand filmpje:

Voor het aanvragen van dit tekeningpakket klik hier.

***********************************************************

2. De Display Cijferklok

Inleiding.

Na het succes van de woordklok vatte mijn zoon Marc het idee op om ook nog een klokje te maken met het meer bekende cijferdislay dat men op diverse apparatuur aantreft.Hij vroeg mij weer om daarvoor ook een intwerp te maken. Daar voldeed ik graag aan en onderstaande foto toont het resultaat:

Display klok Marc:

De electronica voor het aansturen van het display is in de houten voet ingebouwd. Ook bij dit klokje wordt de actuele en exacte tijd voordurend binnengehaald van de NTP server via internet met WiFi. Een lichtcel op de voet meet de lichtsterkte van de omgeving aan de hand waarvan de helderheid van het display automatisch wordt aangepast. Behalve dat denkt Marc nog een of andere animatie aan te brengen bij de weergave van de tijd op het display.

Ook hier heb ik weer voor mijzelf een afwijkende versie van gemaakt, zie onderstaande afbeeldingen:

Display klok "Jan"

Ik heb de cilindervormige behuizing van aluminium gemaakt evenals het haar, de oren en de twee voetsteunen van het "manneke". Voor de montage van het display en de electronica die de actuele tijd via WiFi binnen haalt en het display aanstuurt heb ik een samenstel gemaakt van drie plexiglas plaatjes dat van achteruit in de aluminium cilinder geschoven kan worden en vastgezet.
De USB bus voor de 5 volt adapter voeding is door een uitsparing in de achterse plexiglas plaat bereikbaar.

De electronica elementen komen van Aliexpress en de software wordt door Marc gemaakt. Op dit moment (20 december 2020) is nog niet alle electronika geleverd waardoor de afwerking nog even op zich laat wachten.
Met onderstaand logboek zal ik de voortgang van dit project weergeven.

Logboek

24 December 2020
Het display van Aliexpress is vandaag door Marc ontvangen zodat ik het nu goed passend kan gaan monteren en daarna gaat het terug naar Marc. Hij wacht nog op een ander onderdeel en als dat binnen is kan hij het helemaal klaarmaken en ook de software installeren; kan nog wel even duren dus.

26 December 2020
Op voorstel van Marc en in afwachting van de nog te ontvangen electronica heb alvast eens nagedacht over een of andere animatie met de bedoeling om het weergeven van de tijd wat op te vrolijken. De vier cijfers van het display hebben ieder 7 segmenten die afzonderlijk aan te sturen zijn zodat daardoor allerlei animaties mogelijk zijn. Ik denk daarbij aan het opwekken van de sugestie dat het manneke knipoogt met een of met beide ogen op het moment van iedere minuut wisseling. Hieronder een voorbeeldje dat ik maakte met een eenvoudig animatie programma:

Op deze (loop)animatie herhaalt de cyclus zich voortdurend maar in de praktrijk moet de cyclus steeds maar 1 keer optreden en wel bij iedere nieuwe minuut overgang.
Zoals gezegd zijn er talloze animatie varianten denkbaar en wellicht heeft Marc of Maarten een beter idee, we zien wel.

24 Maart 20210
Omdat de ruimte in het aluminium huis wel erg krap blijkt om alle elektronica onderdelen er in te monteren heeft Maarten een print getekend en die door een Chinees bedrijf laten maken.

De sporen daarop vervangen een groot deel van de losse bedradingen waardoor er een veel compacter geheel is ontstaan die wel net in het aluminium huis past.

27 Maart 2021

Maarten heeft het printplaatje gemonteerd op de perspex plaatjes en de elektronika componenten aangebracht en bedraad. Het was nog een heel klusje maar alles lijkt nu ook nog te werken ook, knap werk!

Als Marc zijn auto weer eens even uitlaat haalt hij het klokje op in Waalre en brengt het terug naar Roosendaal. Hij zal wellicht nog de laatste hand leggen aan de software waarna ik het klokje in bezit krijg en er een filmpje van zal maken.

29 Maart 2021

Marc heeft het klokje bij Maarten opgehaald en het bij mij afgeleverd.Hij heeft het aan mijn WiFi gekoppeld en het werkte meteen voortreffelijk zoals te zien is op het onderstaand YouTube filmpje dat ik ervan gemaakt heb:

Hiermee is het project succesvol afgerond met dank aan Marc en Maarten.