아두이노 DCF77 아날라이저 클럭 MK2 - 60개 LED 링으로 시각 코드 표시하는 정밀 시계

부품 및 소모품

아두이노 나노 R3 (또는 ATmega328 IC)

1개

ATmega328 IC를 사용했으나 나노나 우노도 가능. 슈퍼필터용 나노/우노에는 리조네이터가 아닌 쿼츠 크리스탈이 장착된 보드 필요.

프로젝트 개요

상세 내용은 내 사이트 참조.

아두이노 DCF77 아날라이저 클럭 MK2 - 60개 LED 링으로 시각 코드 표시하는 정밀 시계

이 시계는 지름 12인치(305mm) 다이얼에 60개 LED 2개 링으로 DCF77 시각 코드를 표시합니다. 내부 링은 수신 중인 다음 분의 실시간 코드를, 외부 링은 이전 분이 오류 없이 수신되었을 때 현재 시각을 보여줍니다.

추가 24개 LED로 디코더 상태와 시각 정보 표시. 디코딩된 시각과 날짜는 대형 8자리 7세그먼트 디스플레이 2개에, DCF77 펄스 타이밍과 비트 정보는 소형 8자리 7세그먼트 2개에 표시됩니다.

ATmega328 마이크로프로세서 2개 사용(아두이노 우노급): 하나는 DCF77 아날라이저, 다른 하나는 우도 클라인(Udo Klein)의 슈퍼 필터 제어. 슈퍼 필터는 고급 DCF77 신호 처리와 아두이노 쿼츠 크리스탈 튜닝을 수행. 10개 상태 LED로 수신 상태와 출력 품질 표시. 시계는 2개 JQ6500 사운드 모듈로 정시, 15분, 초 단위 차임과 똑딱 소리 재생.

대부분 전자 회로는 다이얼 후면에 장착되어 다양한 케이스 스타일에 적용 가능. 레트로 스타일(구형 다이얼 시계 케이스)과 모던 스타일(블랙 액자 프레임) 케이스 설계 포함.

1단계: 크레딧

에릭 드 루이터(Erik de Ruiter)의 DCF77 아날라이저 클럭을 기반으로 하며 내 MK1 버전의 업데이트판입니다.

에릭은 GitHub에 전체 세부 사항 공개. 내 시계와의 주요 차이점:

아두이노 우노 2개를 베로보드에 직접 구현 (우노+메가 대신)
중국산 저가 7세그먼트/닷 매트릭스 모듈 사용, 코드 수정
아다프루트 사운드 보드 대신 JQ6500 모듈 2개 사용 (소프트웨어 제어 보드 포함)
아두이노 우노 핀 부족으로 디코더 LED용 3번째 닷 매트릭스 모듈 사용
슈퍼 필터에 추가 상태 LED 장착, 밝기는 DCF77 디코더 우노가 PWM으로 제어
슈퍼 필터에도 LED 테스트 기능 추가
3mm LED만 사용, 밝기 매칭으로 균일도 확보
단일 LDR 읽기값으로 링/상태 LED, 대형/소형 7세그먼트, 슈퍼 필터 LED 4개 그룹별 밝기 레벨 4단계 제어
온도/주차 표시 제거, 코드 수정
슈퍼 필터 모니터 LED 추가로 합성/비합성 출력만 선택 가능 (에릭 버전의 모드 전환 기능 제거)
DCF77 사운드 수정: 1 수신 시 200ms보다 약간 긴 소리로 0/1 구분 용이

2단계: 영상

영상 1: 똑딱 소리와 정시/15분 차임 시연, 다이얼 레이아웃 및 디스플레이 읽는 법
영상 2: 전원 온, 디스플레이 테스트, 시각/날짜 디코딩
영상 3: 우도 클라인 슈퍼 필터 작동 원리
영상 4: 액자 프레임 버전 시연
영상 5: DCF77 신호 디스플레이 및 디코딩 (소리 끄고 라이브 신호만)

3단계: 제어 스위치

7개 스위치가 금속 막대에 장착되어 힌지 달린 도어 안쪽에 접이식으로 설치.

스위치 기능:

틱 사운드 On/Off: 째깍 소리 켜기/끄기 (JQ6500 전원 차단)
틱 볼륨 (비잠금): 볼륨 업/다운 (틱 사운드 On 시 작동)
차임 제어: Off / 24시간 / 타이머(설정 시간만, 예: 야간 끄기)
차임 볼륨 (비잠금): 업/다운, 누를 때마다 테스트 차임 재생
DCF77 사운드: On 시 수신 신호 비프음으로 재생 (0=100ms, 1=500ms로 구분 용이)
리셋 (비잠금): 필터 리셋(슈퍼 필터 재동기화) / 아날라이저 리셋(디스플레이 테스트 후 재동기화, RTC 시간 표시)
DCF77 소스: Off(신호 차단) / 아날라이저(필터링 없음) / 필터(슈퍼 필터 합성 신호)

4단계: 회로도

메인 보드, 닷 매트릭스 모듈, 7세그먼트 디스플레이 모듈 3개 회로도.

5단계: ATmega 핀 연결

커스텀 베로보드에 ATmega328 IC 2개 사용. 아날라이저는 일반 우노 가능, 슈퍼 필터는 쿼츠 크리스탈 장착 우노 필수. 쿼츠 크리스탈 장착 방법 참조.

6단계: 베로보드 레이아웃

모듈 대부분은 기성품이라 꽂기만 하면 되지만, 아두이노/사운드 모듈/3번째 LED 매트릭스용 메인 보드는 베로보드에 직접 제작. 모든 외부 연결은 PCB 헤더 커넥터로, 스위치 패널만 직접 배선(탈착 가능).

주의: 슈퍼 필터 아두이노는 쿼츠 크리스탈 필수 (리조네이터 불가).

7단계: 기성 모듈

LM2596 레귤레이터: 5V 강하, 10K 프셋으로 조정 (역극성 다이오드 D4 후 측정). 아두이노 장착 전 조정. 최대 450mA (LED 최대 밝기), 디스플레이 끄면 80mA. 7-12V 1A 어댑터 권장.
RTC DS3231 I2C: 디코딩된 DCF77 시간 저장, 온도 보상, 배터리 백업. 충전식 배터리 장착되어 있으나 비충전식으로 개조 필요 (R5 저항 제거).
MAX7219 닷 매트릭스 모듈: 내부/외부 LED 링 구동용 2개, 기타 LED용 1개. 매트릭스 LED 제거 후 PCB 헤더 납땜.
RCWL-0516 도플러 레이더 / PIR 모듈: 점유 감지로 디스플레이 자동 온/오프. 레이더는 유리 뒤에서도 동작, PIR은 유리 뒤 불가.
MAX7219 7세그먼트 0.56": 시각/날짜 표시용. 표시 오류 방지 수정 필요 (24단계 참조).
MAX7219 7세그먼트 0.39": 비트/오류/펄스 표시용. 헤더 핀 미납땜 또는 후면 납땜 버전 구매. 동일 수정 필요.
JQ6500 16핀 모듈: 2개 사용 (틱톡/차임 분리). 2M 메모리 저가형으로 충분. 3W 8Ω 스피커 각 1개 구동. PC(맥 불가)에서 USB로 사운드 파일 업로드.
DCF77 수신기: PV Electronics 모듈 (현재 구매 어려움, 아마존 확인). 핀아웃: VDD, TCON, PON, GND, NC. 반전 출력(로우에서 1초마다 하이). PON-VDD 연결로 저전력 대기, PON-GND로 정상 동작. TV/모니터 등 노이즈源에서 멀리 설치, 송신기 방향 향하게.

8단계: 배선 순서

약 400개 배선으로 계획 필요. 다이얼 후면에 모든 보드 고정 후 배선 하네스 경로 확보. 순서:

슈퍼 필터 LED 배선 후 다이얼 장착
DCF77 상태 LED 배선 후 장착
3번째 닷 매트릭스 LED 배선, 소형 베로보드 거쳐 메인 보드 연결
외부 LED 링 배선, 모듈 재장착 후 터미네이션
내부 LED 링 동일 작업
헤더 케이블 제작 및 모든 보드 연결
메인 베로보드 장착 후 스위치 패널 배선 (LDR은 힌지 도어에 장착되어 동시 배선)
스피커 장착 및 JQ6500 연결

정확한 구멍 크기로 드릴링했다면 LED는 접착제 없이 마찰력으로 고정 가능. 페인트/바니시 단계에서 LED 구멍 내연에 도장해 마찰력 향상.

9단계: MAX7219 닷 매트릭스 모듈 개조

닷 매트릭스 LED 제거. 기존 LED 매트릭스 커넥터 하단에 90도 핀 헤더 2세트(8핀씩) 납땜. 이 지점에서 메인 보드 LED 매트릭스로 배선 연장.

10단계: 배선 지그 제작

LED 간격 유지하며 배선하기 위한 지그. 다이얼 도면을 역방향 인쇄해 나무/멜라민에 붙이고 센터 펀칭 후 3mm 드릴로 구멍 뚫기. LED 지름에 맞춰 테스트 후 본작업.

11단계: 내부/외부 LED 링 배선

8개 LED씩 섹션으로 작업: 애노드 공통 연결 후 솔더, 캐소드는 절연 슬리브 씌워 15mm 지점에서 벤딩, 5mm 커트 후 다음 섹션까지 전선 연결. 8개 섹션 각각 독립 애노드 라인(총 8선), 캐소드 체인 연결. 마지막 8번째 섹션은 4개 LED만.

지그에서 링 분리 후 다이얼 구멍에 삽입, 매트릭스 모듈 고정, 16선(애노드 8 + 캐소드 8) 연결. 내부 링도 동일.

사용 LED: 비쉐이 TLH44 시리즈 고효율 3mm 틴티드 디퓨즈드 패키지. 넓은 시야각, 높은 온오프 대비. 휘도 그룹별 분류로 균일 외관 가능.

12단계: 3번째 닷 매트릭스 모듈 배선

64개 중 24개 LED만 사용:

1번째 8개: 요일 LED (7개 연결)
2번째 8개: CEST, CET, 윤년, RTC 오류, 동기화, 오류 주기, 오류 펄스 폭 (7개)
3번째 8개: 버퍼 풀, 패리티 3~1 패스/페일, 버퍼 오버플로 (8개)
4번째 8개: 분 마커, DCF77 상태 (2개)

지그에서 배선 후 소형 베로보드에서 매트릭스 와이어와 연결 (이 보드는 RTC 마운트 겸용).

13단계: 스위치 패널 배선

스위치 패널은 시계 하단 도어 뒤에 접이식 장착. 메인 보드에 직접 납땜, LDR 배선 포함.

14단계: JQ6500 차임 및 틱톡 사운드

틱톡: 하드웨어 제어 (ADKey 핀). 차임: 소프트웨어 제어 (시리얼 핀 13, 14).

차임 회로: 3위치 락킹 스위치(SW7). Off=전원 차단+풀업, 24/7=항상 차임, Timed=05:15~23:00만 (코드 설정). 볼륨은 아두이노 소프트웨어 제어.
틱톡 회로: SW6으로 전원 On/Off, SW8(3위치 중앙 락킹)로 ADKey 통해 볼륨 조절. 아두이노에서 2초마다 재생 명령, 사운드 파일 2초 미만이어야 함. D15 다이오드로 아두이노 출력과 ADKey 절연.

15-16단계: 스피커 및 사운드 파일 로드

양측에 3W 8Ω 스피커 장착 (아마존에서 쌍 판매). 그릴 커버 설치. JQ6500에 사운드 파일 로드: 윈도우용 English MusicDownload.exe v1.2a 사용. 파일명 규칙: 1-12=정시 차임, 13-16=15분 차임, 17=테스트 차임. 틱톡은 1개 파일.

17단계: JQ6500 라이브러리 수정

JQ6500_Serial.cpp 263줄 이후에 if(!responseBuffer && !bufferLength) return; 추가. 응답 대기 시간 단축으로 클럭 동기화 문제 해결.

18단계: RTC 모듈 개조

DS3231 모듈의 충전식 배터리용 저항 R5 제거 후 비충전식 배터리 장착.

19-22단계: 다이얼 제작

약 700개 드릴링/커팅 필요. 1.5mm 알루미늄 시트 사용. 템플릿 인쇄 → 센터 펀칭 → 드릴링(1→2→3mm) → 컷아웃 → 프라이밍/페인팅/무광 바니시. 워터 슬라이드 데칼 전사지로 다이얼 그래픽 전사 후 바니시 마감. PCB/베로보드 마운트는 나무 블록에 임팩트 접착제로 고정.

23단계: 케이스 복원 (레트로)

이베이 구매 케이스 복원: 오크 다이얼 서라운드 바니시/오염 제거 → 페인트 스트리퍼 → 우드 블리치 → 무광 아크릴 바니시. 백 박스 파손 수리 후 무광 블랙 도장.

24-25단계: MAX7219 7세그먼트 표시 오류 수정 & 대비 향상

0.39": 10μF 커패시터 추가 (D1 위 구멍), 다이오드 D1 제거 후 와이어 점퍼로 교체 (데이지 체인 시 전압 강하 방지)
0.56": 동일하게 10μF 추가, 1N4148 다이오드 와이어 링크로 교체. 3번째/6번째 디지트 검은 테이프로 콜론 표시
대비 향상: 중성 밀도 필터(ND 0.9) 아세테이트 시트로 미점등 세그먼트 숨김 및 대비 개선. 모든 LED 색상 호환, 저렴함.

26단계: RTC 시간 디스플레이 콜론 표시 개조

코드에서 디지트 3, 6을 소문자 'o'로 고정 출력, 검은 테이프로 대부분 가리고 작은 부분만 노출시켜 콜론처럼 보이게 함.

27-28단계: 다이얼 및 케이스 조립 (레트로/모던)

브라스 베젤로 다이얼 커버, 힌지 모양 차이로 끌/목재로 수정. 모던 버전은 대형 액자 프레임 + 사각 백 박스, 포토마운트 카드/얇은 합판으로 다이얼 고정, 힌지 방식으로 개폐 가능.

29단계: DCF77 슈퍼 필터 상세

우도 클라인 슈퍼 필터: 수신 신호 샘플링 후 예측하여 오류 검출, 합성 보정 신호 출력. 신호 없어도 합성 신호 생성. 수신 신호로 아두이노 크리스탈 주파수 지속 보정. 필터 On LED, 합성 신호, 원본 신호, 차이, 동기화/락/싱크 로스트/더티/배드 상태 LED로 모니터링.