Un maker ha realizzato un orologio da polso completamente funzionale utilizzando 72 LED SMD disposti in configurazione circolare, creando un’elegante fusione tra design analogico classico e tecnologia moderna. Il progetto, chiamato LumiDial, combina una PCB personalizzata con una cassa in acciaio inossidabile, dimostrando come l’elettronica fai-da-te possa raggiungere risultati di livello professionale.
Il progetto è stato realizzato da ‘taifur‘ ed è possibile trovare il tutorial completo su Instructables.
Concept e design del circuito
Il cuore di LumiDial è un microcontrollore ATmega328P che gestisce il controllo preciso di 72 LED SMD disposti in due anelli concentrici: 60 LED rossi nell’anello esterno indicano minuti e secondi, mentre 12 LED blu nell’anello interno marcano le ore. Per mantenere un’accuratezza temporale elevata, il sistema integra un modulo RTC DS3231MZ+ che comunica con il microcontrollore tramite protocollo I²C.
La disposizione dei LED sul LumiDial utilizza una configurazione a matrice per ottimizzare l’uso dei pin disponibili. Gli anodi comuni sono raggruppati in 9 linee collegate ai pin digitali D0-D8 del microcontrollore, ciascuna attraverso un resistore di limitazione della corrente da 470Ω, mentre i catodi comuni sono organizzati in 8 linee connesse ai pin D9-D16. Questa architettura permette al microcontrollore di controllare tutti i LED tramite multiplexing, riducendo significativamente il numero di pin necessari.
Il circuito include anche un cristallo SMD da 16 MHz con due condensatori di carico da 20 pF per garantire la precisione del clock, oltre a tre condensatori di disaccoppiamento per stabilizzare l’alimentazione. L’intero sistema è alimentato direttamente da una batteria Li-ion da 3,7V e 150 mAh, che fornisce autonomia sufficiente per oltre un giorno di funzionamento continuo.
Realizzazione della PCB
La progettazione della PCB è stata eseguita con particolare attenzione all’estetica oltre che alla funzionalità. Il microcontrollore ATmega328P è posizionato esattamente al centro della scheda, circondato dai due anelli di LED che creano un effetto visivo simile a un quadrante analogico tradizionale. Per enfatizzare l’aspetto premium del progetto, sulla serigrafia sono stati aggiunti marcatori delle ore con finitura dorata ENIG.
Tutti i componenti di supporto, inclusi l’RTC DS3231MZ+, il cristallo, i condensatori e il pulsante SMD, sono stati posizionati sul lato inferiore della PCB per mantenere pulita e simmetrica la superficie superiore destinata alla visualizzazione. Gli otto resistori da 470Ω sono disposti in un pattern quadrato attorno al MCU centrale, contribuendo all’armonia geometrica complessiva del design.
Per la programmazione diretta del microcontrollore sulla scheda, è stata inclusa un’interfaccia a 6 pad dorati placcati sul lato inferiore della PCB, con spaziatura standard da 2,54 mm. Questi pad supportano il collegamento tramite clip a molla pogo, permettendo caricamenti rapidi del firmware senza necessità di connettori ingombranti che comprometterebbero il fattore di forma compatto dell’orologio.
Assemblaggio e programmazione
Per velocizzare il processo di assemblaggio e garantire risultati professionali, il creatore ha utilizzato il servizio di assemblaggio SMT di JLCPCB. Tutti i componenti SMD sono stati montati automaticamente con precisione industriale, lasciando solo pochi elementi da saldare manualmente: la batteria Li-ion e il connettore magnetico a 2 pin per la ricarica.
La programmazione dell’ATmega328P è stata effettuata utilizzando Arduino IDE con il pacchetto MiniCore, che offre controllo completo sulle impostazioni dei fuse e sulle opzioni del bootloader. Il caricamento del firmware è avvenuto tramite un Arduino UNO configurato come programmatore ISP, collegato ai pad dorati della PCB attraverso una clip pogo. Questo approccio elimina la necessità di un’interfaccia USB dedicata mantenendo comunque piena flessibilità nella programmazione.
Il firmware implementa il controllo del multiplexing LED e la comunicazione I²C con l’RTC, gestendo anche l’input utente tramite un singolo pulsante SMD collegato al pin INT1. Una successiva ottimizzazione del codice ha permesso di ridurre la frequenza del clock da 16 MHz esterni a 2 MHz interni, disabilitando periferiche non utilizzate come ADC, UART e timer aggiuntivi. Questa modifica ha drasticamente ridotto il consumo energetico estendendo significativamente l’autonomia della batteria.
Integrazione nella cassa e ricarica magnetica
Invece di optare per un involucro stampato in 3D, il progetto utilizza una cassa da orologio in acciaio inossidabile già pronta con diametro interno di 40 mm, perfettamente calibrato per ospitare la PCB circolare. Questa scelta conferisce a LumiDial un aspetto premium e durevole simile a uno smartwatch commerciale.
Sul retro della cassa è stato ricavato con taglio laser un’apertura precisa per il connettore magnetico a 2 pin utilizzato per la ricarica. Questo connettore è stato fissato saldamente nell’apertura e collegato ai pad della batteria sulla PCB, permettendo di ricaricare l’orologio semplicemente avvicinando magneticamente il cavo di ricarica al retro della cassa, senza necessità di aprirla o scollegare la batteria.
Per completare il sistema di ricarica, è stato progettato e stampato in 3D un piccolo case protettivo che ospita i pin pogo magnetici collegati a un modulo di ricarica TP4056. Questa soluzione mantiene i pin perfettamente allineati con i pad di ricarica sull’orologio e protegge le saldature da piegamenti o cortocircuiti.
Risultati e considerazioni finali
Il risultato finale è un orologio da polso completamente funzionale che combina precisione elettronica, design estetico e artigianato indossabile in un unico dispositivo compatto. Quando acceso, i LED formano un layout circolare pulito con transizioni fluide che imitano il movimento delle lancette di un orologio tradizionale, ma in una forma vibrante e moderna.
L’accuratezza temporale è eccellente grazie all’RTC DS3231MZ+, con una deriva inferiore a un secondo al mese. L’autonomia della batteria, dopo le ottimizzazioni firmware, permette diversi giorni di funzionamento continuo. Il singolo pulsante SMD rende l’regolazione dell’ora semplice e intuitiva, mentre i LED SMD brillanti restano visibili anche in condizioni di luce moderata.
Un commentatore ha suggerito ulteriori miglioramenti per estendere l’autonomia fino a un anno: ridurre ulteriormente la frequenza del clock a 1 MHz con il fuse bit /8, aumentare i resistori di pull-up I²C a 10-22kΩ, ridurre la velocità del bus I²C a 25-50 kHz, e soprattutto utilizzare l’interrupt SQW del DS3231 a 1 Hz per leggere l’ora solo una volta al secondo invece di continuamente. Queste ottimizzazioni potrebbero trasformare LumiDial in un orologio con autonomia annuale implementando anche una modalità sleep attivabile tramite pressione del pulsante.
LumiDial dimostra come la democratizzazione tecnologica degli ultimi anni abbia reso possibile a singoli maker realizzare progetti che fino a poco tempo fa sarebbero stati quasi impossibili. La combinazione di strumenti di progettazione accessibili, servizi di fabbricazione PCB professionali e componenti elettronici facilmente reperibili permette oggi di creare dispositivi indossabili di qualità professionale partendo da zero.
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Simone Candido
Simone Candido è un ragazzo appassionato del mondo tech nella sua totalità. Simone ama immedesimarsi in nuove esperienze, la sua filosofia si basa sulla irrefrenabile voglia di ampliare a 360° le sue conoscenze abbracciando tutti i campi del sapere, in quanto ritiene che il sapere umano sia il connubio perfetto tra cultura umanistica e scientifica.