Propojené noční hodiny pro děti: 12 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:23

Podle těchto pokynů budete moci postavit hodiny, které se aktivují pohybem a budou ukazovat datum, čas a příslušnou událost dne. Ukáže noční režim, když je čas spát, a když se děti probudí, rychle si zapamatují, co bude hlavní činností dne: škola, dovolená, narozeninová párty přítele, ragby nebo volejbal atd.

Automaticky se také upraví na letní čas a shromažďuje informace o svátcích z prázdninového kalendáře.

Není to budík (v dětství mě zvykli budit rodiče a pokusím se udělat to samé pro své děti a ukázat jim, že se o ně někdo stará od chvíle, kdy ráno otevřou oči).

Zařízení bude shromažďovat informace z kalendáře Google (nebo jakékoli služby, která může poskytovat kalendáře ve formátu ICS) a bude se synchronizovat s internetovým časem, čímž odpadne potřeba ručního nastavení.

Schéma, software a 3D design skříně jsou otevřené a dostupné v odkazech. Neváhejte přispět jakýmikoli nápady nebo vylepšeními zde nebo na githubu.

Zařízení je založeno na modulu ESP-32, lze jej snadno přizpůsobit různým platformám založeným na ESP-23 a pravděpodobně také ESP8266 a dalším zařízením kompatibilním s Arduino, která mohou poskytovat konektivitu.

Krok 1: Součásti

Moje děti spí na palandě a nemají noční stolek, takže jsou hodiny navrženy tak, aby se daly připevnit na dřevěnou konstrukci postele. Možná budete chtít přepracovat tak, aby lépe vyhovoval vašim potřebám (klidně to udělejte a sdílejte výsledky!), Proto jsem rozdělil seznam mezi elektronické součásti (vždy potřebné) a montážní díly (specifické pro tento design).

Elektronické komponenty:

• Modul na bázi ESP-32. Můžete použít Adafruit Huzzah-32 nebo jakýkoli modul ESP-32, který podporuje programovací prostředí Arduino. Použil jsem modul od do-it, který je k dispozici na Amazon.it za velmi rozumnou cenu (bohužel distribuce Adafruit v Itálii není příliš dobrá).
• PIR senzor (zde je on e, který jsem použil, ale můžete je snadno najít na webu nebo v místních obchodech pro výrobce). Můj snímač vyžaduje napájení 5 V a generuje 3,3 V výstupní signál, který je kompatibilní také s 5 V zařízeními. Zkontrolujte, zda vaše vlastní senzory mají stejné specifikace, nebo tomu přizpůsobte design.
• I2C oled displej. Použil jsem monochromatický displej s rozlišením 128 x 64 pixelů a je kompatibilní s vlastním modelem společnosti Adafruit, který k provozu vyžaduje méně připojení (ve výchozím nastavení je konfigurován na rozhraní I2C). Pokud používáte jiný displej, možná budete muset změnit software, ale grafika byla implementována pomocí vynikající knihovny GFX společnosti Adafruit, takže portování na kompatibilní displej by nemělo být příliš obtížné.
• Propojovací kabely (jsem velmi špatný v pájení, takže raději nepájím přímo na piny).
• Napájení 5V. Typ konektoru není důležitý, protože jej rozřízneme a použijeme přímo vodiče. Pokud chcete modul ESP-32 napájet pouze bez magnetického upevnění, můžete použít napájecí adaptér USB-micro.

Montážní prvky:

• 3D tištěné pouzdro (odkaz na design najdete v tutoriálu, klidně mi napište, pokud chcete odkaz na původní design na thinkercad upravit)
• Magnety. Používají se k udržení zařízení připevněného k montážní desce a také k napájení. Vybral jsem toto řešení, abych měl něco, co mohu snadno odstranit z důvodu údržby (a opravy chyb) a co lze snadno restartovat odpojením a opětovným připojením ke zdi.
• Šrouby do dřeva/zdi

Nástroje:

• Páječka
• Šroubovák
• Počítač s nainstalovaným Arduino IDE a vývojovým prostředím ESP-32 Arduino Core nakonfigurovaným tak, jak je popsáno na této stránce.

Krok 2: Nastavení Kalendáře Google

Zde ukážu, jak pomocí Kalendáře Google vytvořit kalendář, který bude používat vaše zařízení, můžete použít libovolnou službu kalendáře, která vám umožní přístup ke kalendáři ve formátu iCal. Názvy polí a nastavení se budou samozřejmě lišit, ale pokud budete moci svůj kalendář exportovat ve formátu iCal s pevnou adresou https, měl by fungovat s vašimi hodinami.

K přístupu do Kalendáře Google potřebujete účet Google.

Poté můžete navštívit calendar.google.com.

Pokyny je třeba dodržovat pomocí prohlížeče na vašem PC/Mac. Stejné operace byste měli být schopni provádět také z vlastní mobilní aplikace Google.

V Kalendáři Google budete muset vytvořit nový kalendář výběrem ikony „+“vedle „Přidat kalendář přítele“(ne tak intuitivní) a poté z rozbalovací nabídky („intuitivnější“) vybrat „Nový kalendář“.

Svému kalendáři můžete přiřadit název (užitečné, když do něj budete muset přidat události ke konfiguraci hodin) a v poli s popisem můžete nastavit výchozí časy buzení a „jít spát“.

Chcete-li nakonfigurovat časy, musíte vložit písmeno: „W“pro výchozí čas buzení, „H“pro čas probuzení na konci víkendu a o prázdninách a „B“pro čas na spaní, pak středník a čas ve formátu 24 HR (Omlouvám se za své americké přátele). Na samostatné řádky je třeba přidat více parametrů.

Například:

Ž: 08:00

H: 08:30

B: 22:00

To znamená, že doba probuzení je obvykle 8:00 a 8:30 ráno pro WE/svátky a doba spánku je 10:00.

V tomto okamžiku můžete kliknout na „vytvořit kalendář“a přidat jej do seznamu kalendářů spravovaných Kalendářem Google.

Budete muset získat adresu URL, kterou lze použít ke stažení ve formátu iCal. Chcete -li to provést, musíte kliknout na svislé tečky, které se zobrazují napravo od názvu kalendáře, když na něj najedete myší (ne intuitivní), a poté kliknete na „Nastavení a sdílení“.

Budete muset posunout stránku nastavení dolů (alespoň pokud nemáte 4k displej) a hledat pole „Tajná adresa ve formátu iCal“. Zkopírujte a uložte text (na mém snímku obrazovky je rozmazaný), protože jej budete potřebovat ke konfiguraci zařízení.

Pokud ke svému účtu nemáte připojený kalendář svátků, je na čase ho přidat.

Vyberte znovu ikonu „+“vedle „Přidat kalendář přítele“a tentokrát vyberte „procházet zajímavé kalendáře“.

Zobrazí se seznam více kalendářů, včetně místních svátků, vyberte ten, který chcete použít, a zobrazí se v seznamu vedle vašeho aktuálního kalendáře.

Otevřete stránku „nastavení“pomocí nabídky svislých teček, jak bylo popsáno dříve pro běžný kalendář, a tentokrát zkopírujte a uložte adresu URL pod „Veřejná adresa ve formátu iCal“.

Pokud nemůžete najít vhodný sváteční kalendář, pravděpodobně vám hledání na webu Google pomůže najít webovou stránku, která poskytuje kalendář iCal pro vaše konkrétní místo.

V tomto okamžiku budete mít informace, které potřebujete k tomu, aby si zařízení mohlo stáhnout vaše kalendáře:

• URL vašeho hlavního hodinového kalendáře
• URL prázdninového kalendáře

Krok 3: Shromážděte informace o časovém pásmu

Hodiny se mohou synchronizovat s internetovými službami, ale budou muset vědět, ve kterém časovém pásmu se nacházíte, aby jim mohly přizpůsobit svůj aktuální čas a časy událostí.

Časová pásma lze vyjádřit pomocí znakového řetězce popisujícího jeho posun od GMT (greenwichského času) a pravidel, která se používají k přepínání mezi letním a normálním časem. Sestavení tohoto řetězce není snadné, ale naštěstí pane. Pavel Gurenko implementoval pěkný nástroj, který nám umožňuje generovat tento řetězec pouhým poskytnutím názvu našeho časového pásma, které najdete na https://www.pavelgurenko.com/2017/05/getting-posix-tz-strings-from- olson.html

Názvy časových pásem závisí na kontinentu/zemi/městě, kde se nacházíte. V Evropě obvykle stačí zadat Evropu/, pro země s více časovými pásmy to může být trochu komplikovanější, ale tato stránka wikipedie https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_tz_database_time_zones vám pomůže najít tu správnou.

Jakmile najdete název časového pásma, můžete jej zadat do formuláře na Mr. Gurenkův blog a stisknutím tlačítka Odeslat získáte správný řetězec (jak vidíte na obrázcích).

Například řetězec pro mé časové pásmo (Evropa/Řím) je: Evropa/Řím (CET-1CEST, M3.5.0, M10.5.0/3)

Zkopírujte a uložte tyto informace, protože je budete muset poskytnout při konfiguraci zařízení.

Krok 4: Konfigurujte a přidejte vlastní obrázky pro své události

Protože budeme mít k našim hodinám připojený grafický displej, můžeme do našich akcí přidat nějakou grafiku, aby děti mohly okamžitě pochopit, co je hlavní činností dne. Do kódu jsou vloženy standardní ikony pro školní dny, WE/prázdniny a dobu spánku (pokyny k jejich přizpůsobení najdete v repo githubu), ale můžete přidat obrázky pro konkrétní události.

Displej je bohužel poměrně malý a monochromatický, takže to trochu omezí složitost vašich obrázků.

Zařízení podporuje černobílé bitmapy 48 x 48 pixelů. Je možné je stáhnout z jednotky Google, ale budete muset poskytnout indexový soubor, který je bude shodovat se slovy v popisu vaší události.

Vytvářejte vlastní obrázky

Nejprve musíte vytvořit bitmapy, můžete použít libovolnou grafickou aplikaci, kterou chcete, pokud ji uložíte jako nekomprimovaný soubor Windows Bitmap (BMP). Velikost souboru by měla být 446 bajtů.

Pokud používáte MS-Paint, můžete vytvořit nový obrázek a změnit jeho velikost na 48 x 48 pixelů (viz první snímek obrazovky).

Poté můžete nakreslit obrázek, můžete použít pouze černobílou fotografii a pixel bude na obrazovce obrácen (bílé pixely budou bílé a naopak).

Až budete s výsledky spokojeni (druhý snímek obrazovky), můžete vybrat „uložit jako…“a vybrat formát obrázku jako monochromatický bitmapový soubor Windows (třetí snímek obrazovky).

Nahrajte obrázky na Disk Google a sbírejte odkazy

Jakmile vytvoříte všechny potřebné obrázky, můžete je nahrát na disk Google. Doporučuji za tímto účelem vytvořit složku.

Jakmile nahrajete své obrázky, měli byste pro ně získat přímé odkazy ke stažení pomocí této metody:

www.labnol.org/internet/direct-links-for-g…

nebo tuto stránku pro převod odkazů na sdílení na přímé stahování:

sites.google.com/site/gdocs2direct/

Každý odkaz na obrázek musíte spojit s mnemotechnickým názvem. Chcete -li to provést, vytvořte nový textový soubor (na počítači se systémem Windows můžete použít poznámkový blok) a přidejte obrázek na řádek v následujícím formátu:

:

seznam byste měli ukončit klíčovým slovem „end“na novém řádku (příklad viz obrázek čtyři).

Nahrát soubor indexu

Jakmile budete hotovi, můžete nahrát indexový soubor a shromáždit jeho vlastní URL pro stažení, budete jej muset zadat při konfiguraci zařízení.

Disk Google vám bohužel neumožní stáhnout soubor, pokud jste jej změnili pomocí editoru Dokumentů Google, takže textový soubor v počítači musíte upravit a nahrát na disk Google pokaždé, když budete chtít přidat nové obrázky nebo něco změnit.

Krok 5: Instalace softwaru

Chcete -li do zařízení nainstalovat software, musíte jej vytvořit ze zdrojového kódu.

Nastavte podporu Arduino IDE a ESP-32

Musíte si nainstalovat Arduino IDE, které si můžete stáhnout z oficiálních webových stránek Arduino.

Poté je třeba nainstalovat podporu ESP-32 podle pokynů na github.

V tomto okamžiku byste měli před sestavením kódu specifického pro projekt otestovat, zda je možné vzorky sestavit a stáhnout do vašeho zařízení.

Stáhněte si knihovny a kód

Potřebujete přidat knihovny potřebné pro projekt pomocí správce knihoven Arduino.

V hlavní nabídce Arduino IDE vyberte „Sketch / Include Library / Manage Libraries…“(viz první snímek obrazovky).

Chcete -li vytvořit kód, musíte vyhledat a nainstalovat:

• Knihovna Adafruit GFX
• Adafruit SSD1306
• RootCertificates

Chcete -li nainstalovat knihovnu, jednoduše zadejte její název do vyhledávacího pole, stiskněte klávesu Enter, vyberte správnou knihovnu ze seznamu, nejnovější verzi ze seznamu verzí a vyberte „nainstalovat“(viz druhý snímek obrazovky).

Stáhněte si kód

Jakmile nainstalujete požadované knihovny, můžete si stáhnout zdrojový kód z mého úložiště github.

Můžete jej jednoduše rozbalit nebo naklonovat do složky, kam jsou uloženy vaše skici Arduina.

Software je stále nedokončený, takže pokud máte problémy, neváhejte otevřít problémy na githubu a sledovat je pro budoucí aktualizace.

Krok 6: Nastavení softwaru

Aby se vaše hodiny mohly připojit k jeho vlastnímu kalendáři a shromažďovat další informace (sváteční kalendář, vlastní ikony atd.), Musíte nejprve spustit konfigurační skicu.

Spusťte konfigurační skicu

V Arduino IDE můžete vybrat „Soubor / Otevřít…“a přejít do složky, kam uložíte kód stažený z github.

Poté můžete přesunout složku „KidsClockConfig“a otevřít skicu „KidsClockConfig.ino“(viz první snímek obrazovky).

Desku ESP-32 musíte připojit pomocí kabelu USB, tím se také zapne.

Váš počítač mu přiřadí sériový port, musíte jej vybrat na správném portu v podnabídce „tools / ports“v Arduino IDE.

Poté můžete na panelu nástrojů Arduino vybrat tlačítko „nahrát“(šipka směřující doprava) a vytvořit a stáhnout kód do vašeho modulu.

Poslední zpráva ve výstupním okně (spodní část Arduino IDE) by měla být:

Tvrdé resetování pomocí kolíku RTS…

Pokud se proces úspěšně dokončí, můžete otevřít okno terminálu a vložit konfigurační data.

Chcete -li otevřít terminál, vyberte v hlavní nabídce Arduino IDE „tools / serial monitor…“, otevře se vám nové okno, které vám umožní komunikovat se zařízením přes sériový port (pomocí stejného kabelu USB, jaký jste použili ke stažení kódu).

Nakonfigurujte sériovou rychlost na 115 200 baudů (viz přiložený snímek obrazovky) a stiskněte tlačítko „odeslat“.

Zařízení se vás zeptá na SSID (název vaší wi-fi sítě). Nastavení jsou uložena uvnitř zařízení EEPROM (trvalé úložiště), pokud je něco již uloženo, stačí stisknout odeslat, aby to zůstalo tak, jak je, jinak jednoduše zkopírujte nebo zadejte informace do textového pole a stiskněte Odeslat.

Budete požádáni o:

• SSID (viz snímek obrazovky)
• klíč wi-fi (heslo)
• veřejná adresa URL kalendáře používaného pro události (ten, který jste vytvořili v kroku 2)
• URL prázdninového kalendáře (pro vaši zemi/místo, shromážděno v kroku 2)
• Časové pásmo ve formátu získaném v kroku 3 (například časové pásmo pro Itálii je vloženo „CET-1CEST, M3.5.0, M10.5.0/3“bez uvozovek)
• URL indexového souboru (vytvořeného v kroku 4)

Po vložení posledních informací byste měli vidět:

Nastavení uloženo.

Vytištěno na sériové konzole.

Vaše zařízení je nyní připraveno ke spuštění finální skici a bude použito jako noční hodiny.

Spustit finální skicu

V tuto chvíli můžete otevřít skicu s názvem „KidsClock“a stáhnout ji do zařízení.

Načte konfiguraci a přenese některé informace na sériový port a stáhne informace ze sítě.

Zkontrolujte, zda tam nejsou hlášeny žádné chyby, a odpojte zařízení od počítače, jste připraveni připojit další hardwarové komponenty a používat jej.

Krok 7: Základní deska a napájecí zdroj

Moje děti spí na palandě, takže jsem potřeboval navrhnout hodiny, které by se daly připevnit na dřevěnou konstrukci postele. Také jsem chtěl mít snadný přístup dovnitř (k vyřešení problémů) a snadný způsob, jak vypnout a vrátit hodiny, pokud se něco pokazí na straně softwaru.

Rozhodl jsem se použít magnety, abych nechal své hodiny připevněné k malé opěrné desce připevněné k posteli. Protože magnety také vedou elektřinu, rozhodl jsem se je připojit k napájecímu zdroji. Tímto způsobem odpojení a opětovné připojení hodin k desce také resetuje. 3D design pouzdra hodin najdete na Thinkercad.

První komponentou, kterou potřebujete zapojit, je základní deska. Měli byste být schopni vložit magnet do otvorů. To bude vyžadovat určitý tlak, ale jejich zajištění na místě je nutné k tomu, aby nezůstaly připojeny k hlavnímu pouzdru, když odpojíte hodiny.

Pájel jsem vodiče z 5V zdroje přímo k magnetům. Nejprve můžete umístit magnety a poté pájet dráty ze zadní strany. Zahřívání magnetů také trochu roztaví PLA kolem nich, což zajistí, že nebudou snadno odstraněny z desky.

Spotřeba energie zařízení je poměrně nízká, takže by stačilo napájení 500mA. Dávejte si pozor na to, jaký magnet připojíte k kladnému a zápornému vodiči napájecího zdroje (je dobré napsat značku „+“a „-“značkou, aby nedošlo k jejich záměně).

Krok 8: Hlavní případ

Musíte připojit dva další magnety a použít je k přenosu energie na desku, na displej a na pohybový senzor.

Pro zjednodušení jsem přestřihl některé propojovací kabely (deska a další komponenty mají kolíky 2,54 mm) a vytvořil dva kabely s více výstupy (viz první obrázek). Jeden se 3 výstupy pro napájení 5 V a jeden se 4 pro uzemnění.

Měli byste vzít vodič bez propojovacího konektoru a připájet jej k magnetu, ale nejprve musíte udělat dvě věci:

• zkontrolujte, jaká strana magnetu odpovídá polaritě magnetu, který jste vložili do základní desky. Dva magnety, které chcete použít, můžete jednoduše připevnit na ty, které jsou již na základní desce.
• zasuňte vodič do pravého otvoru v pouzdře, v tomto kroku budete muset nejprve připájet vodič k magnetu a poté jej zapojit na místo, jak je znázorněno na obrázcích.

Znovu zkontrolujte, zda červené a černé vodiče odpovídají polaritám na základně, nesprávným zapojením může dojít k poškození vašich součástí.

Krok 9: Montáž součástí do pouzdra

3D potištěné pouzdro má dva montážní otvory, jeden (nahoře) pro PIR senzor a jeden ve spodní části displeje.

Nejprve byste měli namontovat displej. Jemně jej zatlačte dovnitř montážního místa (sklo není příliš odolné, alespoň na displeji, který jsem použil, takže buďte opatrní) a zajistěte jej na místě jednou z malých obdélníkových částí. To by mělo stačit, aby bylo zajištěno na místě, takže kolíky budou přístupné pro zapojení.

Nyní byste měli namontovat PIR senzor, ale nejprve byste měli trochu snížit jeho citlivost, abyste se vyhnuli tomu, že může být spuštěn pohyby během spánku. Použil jsem nějakou lepicí pásku k maskování přední čočky, ponechal jsem pouze otvor blízko horní části senzoru, takže budete muset mávat rukou nad hodinami, abyste jej aktivovali. Šrouby jsem také použil ke kalibraci citlivosti na nízkou úroveň, takže ji aktivuje pouze ruka blízko senzoru. Zkontrolujte dokumentaci svého PIR senzoru, abyste pochopili, jak nakonfigurovat jeho citlivost (pokud je to samozřejmě možné).

Jakmile maskujete a nakonfigurujete senzor, můžete objektiv uzamknout na místě a zasunout senzor do montážního otvoru a upevnit jej obdélníkovým blokem, jako jste to udělali pro displej.

Krok 10: Zapojení a testování

Nyní je čas propojit součásti dohromady a zkontrolovat, zda hodiny fungují.

Schéma můžete vidět stažením souboru PDF připojeného k tomuto kroku.

Nejprve byste měli k displeji připojit piny I2C (SCL a SDA) desky ESP-32.

Na desce doit jsou to piny označené GPIO21 a GPIO22, pozice a štítky se mohou na jiných deskách založených na ESP-32 měnit, ale měli byste snadno najít SCL a SDA uvedené v dokumentaci.

Poté musíte připojit výstupní pin PIR (prostřední pin pro můj senzor, ale znovu zkontrolujte dokumentaci, pokud používáte jiný) k GPIO12.

V tomto okamžiku budete muset připojit 5V napájecí zdroj (červený kabel) k pinům VIN desky, PIR a displeji a zemnicímu kabelu (černý) ke 2 zemnicím pinům desky (jeden by měl stačit, ale já jsem raději použijte obojí, aby byla deska pevněji spojena uvnitř pouzdra), PIR a displej

Věci mohou vypadat trochu nepořádně, ale měli byste být schopni zasunout vše dovnitř pouzdra, ponechat modul ESP32 nahoře a poté připevnit pouzdro k základní desce.

Displej by se měl zapnout za méně než jednu sekundu a zobrazit zprávu: „Připojování k“a vaše SSID.

Po několika sekundách by měl zobrazit aktuální čas a podle něj poté upravit obrázky.

Krok 11: Přidání položek do kalendáře

Nyní můžete do kalendáře přidávat nové položky.

Můžete použít webovou stránku kalendáře nebo aplikaci pro telefon.

Stiskněte velkou ikonu „+“a nakonfigurujte svou událost.

Důležité věci (viz snímek obrazovky) jsou:

- ujistěte se, že jste vybrali správný kalendář, Google používá váš hlavní kalendář jako výchozí, budete jej muset změnit

- čas začátku události je také čas probuzení, tedy čas, kdy se displej přepne z nočního režimu na událost

- zařízení podporuje pouze jednotlivé události, žádné opakované/periodické

- Pod ikonou se zobrazí text v poli předmětu (až 32 znaků)

- Do pole popisu můžete přidat název jednoho z obrázků, které jste nakonfigurovali v kroku 4, nebo ponechat pole prázdné a použít výchozí ikonu.

Aplikace stáhne kalendář každých 10 minut, takže se vaše událost nemusí zobrazit okamžitě, pokud jste ji nakonfigurovali pro aktuální den.

Je dobré odstranit staré záznamy z kalendáře, aby se množství dat, které si bude muset zařízení stáhnout, aby aktualizovalo svůj vlastní plán, časem nezvyšovalo.

Krok 12: Závěr

Doufám, že se pokusíte sestrojit a upravit toto malé zařízení a využít jej jako způsob, jak se seznámit s mikrokontroléry, konektivitou atd. A také udělat ráno probuzení pro vaše děti trochu zábavnější.

Plánuji to brzy zdokumentovat na svém blogu a přidat nějaké další technické detaily ve srovnání s tímto návodem na sestavení.

Pokud máte problémy s jeho stavbou, můžete zde použít komentáře. Pokud máte problémy se softwarem, použijte github repo.

Toto samozřejmě není hotový výrobek. Je to jen zábavný experiment, který ukazuje, jak můžete přenášet data z internetové služby na fyzické vyhrazené zařízení. Je to pro mě stále nedokončená práce a přijímám návrhy od dětí, jak to lze zlepšit. Neváhejte se také podělit o svůj názor a návrhy!