„MechWatch“- pasirinktinis skaitmeninis laikrodis: 9 žingsniai (su paveikslėliais)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:48

„MechWatch“yra mano sukurtas laikrodis, turintis „Arduino“pranašumų lankstumo požiūriu, tačiau norėjau, kad jis atrodytų ir jaustųsi kuo profesionaliau. Šiuo tikslu šioje instrukcijoje naudojama gana pažangi paviršiaus tvirtinimo elektronika (be atvirų jungčių prie lydmetalio) ir CNC frezavimo įranga.

Pradėsiu nuo to, kaip skaitomas laikas, antroje iliustracijoje. Yra du šviesos diodų žiedai, vienas yra valandinė rodyklė, o kitas veikia kaip minutinė rodyklė, rodanti nuo 1 iki 12 kaip analoginis laikrodžio rodyklė. Kadangi minutės rodyklė gali judėti tik 5 minučių intervalu, yra 4 atskiri šviesos diodai, rodantys bet kokias minutes. Pavyzdžiui, trečioje nuotraukoje rodomas laikrodis, rodantis 9:41.

Laikrodžio sąveika atliekama per dvipusį jungiklį toje pusėje, kuri slenka link kilpų (pirmyn/atgal). Norėdami nustatyti laiką:

1. paspauskite ir palaikykite jungiklį, kol lemputės užges. Kai jis atleidžiamas, laikas mirksi ir jungiklį galima stumti aukštyn/žemyn, kad pakeistumėte valandas

2. Dar kartą paspauskite ir palaikykite jungiklį, kol lemputės užges, kad perjungtumėte į minučių nustatymą tokiu pačiu būdu

3. Norėdami sutaupyti laiko, paspauskite ir palaikykite jungiklį, kol lemputės vėl išsijungs

4. Jei nustatydami laiką laukiate per ilgai nespausdami mygtuko, laikrodis tiesiog užmigs, neišsaugodamas jokių pakeitimų

Šioje instrukcijoje aprašoma, kaip padaryti visą laikrodį, ir pateikiami visi reikalingi šaltinio failai.

1 žingsnis: Elektronikos projektavimas

Šis žingsnis apibūdina elektronikos specifiką. Pirmasis vaizdas yra elektros schema, kurioje parodyta, kaip išdėstytos visos dalys. Antrame paveikslėlyje parodyta, kaip lenta yra išdėstyta, viršuje yra raudona, o apačioje - mėlyna.

Tiems, kurie domisi tikslia visų elektronikos dalių medžiagų sąrašu ir tuo, kur jas perku, pridėjau „Excel“failą su nuorodomis, o ne priversti visus slinkti ilgu sąrašu.

Norėjau, kad plokštės viršutinė dalis būtų santykinai aiški, išlaikant nuoseklią dizaino estetiką, todėl įdėjau mikrovaldiklį į vidurį ir surikiavau aplink jį RTC, kristalus ir rezistorius. Šviesos diodai supa išorę ir net pėdsakai aplink išorę atspindi apskrito dizaino estetiką.

Norint sujungti šviesos diodus su mikrovaldikliu, jie gali būti išdėstyti tinklelyje, norint juos valdyti 12 skaitmeninių įvesties/išvesties kaiščių. Taip pat noriu naudoti realaus laiko laikrodį (RTC), kad išlaikyčiau laiką, kad galėčiau užmigdyti mikrovaldiklį, kad sutaupytų energijos. RTC naudoja žymiai mažiau energijos nei mikrovaldiklis, todėl tarp įkrovimų gali praeiti iki 5 dienų. Norint bendrauti su mikrovaldikliu, RTC reikalingas I2C ryšys. Aš pasirinkau ATMEGA328P, nes jis atitinka šiuos reikalavimus ir aš jau esu susipažinęs su jo naudojimu (jis taip pat naudojamas daugelyje „Arduinos“).

Norint sąveikauti su laikrodžiu, vartotojui reikia kažkokio jungiklio, todėl radau dvipusį slankiojantį jungiklį, kuris grįžta į centrą naudojant spyruokles. Išorinis slankiojantis jungiklis pritvirtinamas prie elektros jungiklio naudojant varžtą.

Aš nusprendžiau naudoti ličio bateriją, kad galėčiau maitinti viską, ir Qi indukcinį įkrovimą, kad jį įkrautumėte. Norėjau vengti naudoti bet kokias jungtis laikrodžiui įkrauti, nes jos turi angas, leidžiančias patekti nešvarumams ir vandeniui, ir tikriausiai laikui bėgant korozuos, būdamos taip arti odos. Perskaičiusi daugiau duomenų lapų, nei kas nors kada nors norėtų, nusprendžiau naudotis „BQ51050BRHLT“. Jame yra geros orientacinės diagramos ir įmontuotas ličio akumuliatoriaus įkroviklis (vietos yra už papildomą mokestį).

Kadangi nebuvo gražaus būdo sutvarkyti „Qi“įkrovimo elektroniką viršuje, turėjau ją įdėti į plokštės galą su baterija. Jungiklis taip pat yra gale, tačiau taip yra todėl, kad tai yra geresnė vieta prijungti išorinį jungiklį.

2 žingsnis: elektronikos surinkimas

Aš sutvarkiau beveik visus pirmoje nuotraukoje esančius elektronikos elementus. Aš palikau keletą kondensatorių ir rezistorių, nes jie visi atrodo labai panašūs ir juos lengva sumaišyti ar pamesti.

Norėdami uždėti lydmetalį ant trinkelių, naudoju litavimo trafaretą. Greitai padariau laikiklį antrame paveikslėlyje, kad plokštės būtų suderintos po trafaretu, tačiau yra keletas paprastesnių variantų, paprasčiausia yra juosta.

Trečioje nuotraukoje pavaizduotas trafaretas, išlygintas virš lentos. Ketvirtame paveikslėlyje parodyta, kad litavimo pasta tepama į trafareto skyles. Svarbu, kad po litavimo trafaretas būtų pakeltas tiesiai į viršų. Ši nuotrauka taip pat atskleidžia, kaip aš tai darau, nes niekada anksčiau nenaudojau trafareto. Kitą kartą rėmo nepirkčiau. Lengviau būtų buvę tiesiog užklijuoti mažesnį lapą išilgai vieno krašto be rėmo, gyventi ir mokytis.

Dabar varginanti ir sunki užduotis; padėkite kiekvieną dalį ant lentos pincetu. 7 paveiksle pavaizduotos įdėtos dalys, o 8 paveiksle - lituotos.

Vaizdo įrašas vietoje 6 paveikslo rodo litavimo procesą. Aš naudoju karšto oro litavimo stotį, nustatytą 450 ° C temperatūroje, kad lydmetalis ištirptų, netrikdant dalių, pakaitomis galima naudoti litavimo krosnį tą patį padaryti. Lituodami dugną, naudokite multimetrą, nustatytą tęstinumo režimu, kad patikrintumėte, ar nėra trumpų jungčių tarp gretimų IC kaiščių. Radus trumpąjį, lituokliu nuvilkite jį nuo lusto ir sulaužykite.

Lituodami taip, svarbu lėtai pakaitinti plokštę porą minučių prieš einant į lydymosi vietą. Priešingu atveju terminis šokas gali sunaikinti dalis. Jei nesate susipažinę su šiuo metodu, siūlau pažvelgti į detalesnes instrukcijas.

Tada reikia prijungti ritę prie 2 laidų jungties ir laikyti ją virš įkrovimo pagrindo. Jei viskas klostėsi gerai, žalia įkrovos lemputė turėtų užsidegti maždaug sekundei, tada išsijungti. Jei prijungtas akumuliatorius, žalia įkrovimo lemputė turi degti tol, kol baigsis įkrovimas.

Kai įkrovimas veikia taip, kaip tikėtasi, tas pats procesas yra lituoti viršutinę plokštės pusę. Pastaba apie 9 paveikslėlyje esančius šviesos diodus, šviesos diodų apačioje yra nedidelis ženklas, rodantis orientaciją. Pusė, į kurią išeina maža linija, yra siauras trikampio galas LED schemoje. Svarbu tai patikrinti kiekvienam naudojamam ant paviršiaus montuojamam šviesos diodui, nes skirtingų gamintojų ženklai gali skirtis.

3 žingsnis: Elektronikos programavimas ir testavimas

Naudokite AVRISP mkII, kad užprogramuotumėte mikrovaldiklį (paspauskite ir laikykite nuspaudę „Shift“, kol spustelėsite „Arduino IDE“įkėlimą). Taip pat galima jį naudoti kaip įprastą įkrovos įkroviklį ir naudoti laikrodžio gale esantį nuoseklųjį ryšį su FTDI kabeliu. Tačiau apeinant įkrovos įkėlimo programą ir programuojant tiesiogiai naudojant AVR ISP mkII, įjungus kodas pradedamas greičiau.

Prie šio žingsnio pridėjau ir kodą. Jei kas nors norėtų pažvelgti išsamiau, aš pakomentavau kodą, kad paaiškintų, ką daro kiekviena dalis. Bendra kodo struktūra yra būsenos mašina. Kiekviena būsena turi savo vykdomą kodą ir sąlygas pereiti į kitą būseną.

Dauguma kodo, valdančio įvesties/išvesties kaiščius, tiesiogiai valdo registrus, jį šiek tiek sunkiau skaityti, tačiau jis gali būti vykdomas iki 10 kartų greičiau nei skaitmeninis. Rašykite arba skaitykite.

4 žingsnis: apdirbimo sąranka

Laikrodžio korpuso apdirbimo sąranka yra gana sudėtinga ir reikalauja nemažai pasiruošimo.

Mano naudojamas malūnas yra „Othermill v2“(dabar vadinamas „Bantam Tools“) su pirštų spaustuko rinkiniu. Spaustukai leidžia man laikyti ruošinį iš šonų, kurį naudoju pirmajai sąrankai.

Laikrodis apdirbamas trimis nustatymais. Pirmoje sąrankoje tik pradinė medžiaga pritvirtinama prie CNC lovos, o malūnas iškirpia laikrodžio vidinę formą ir šiek tiek pašalina paviršių. Apdirbimo programinės įrangos sąranką galima pamatyti 6 paveiksle.

Antroji sąranka reikalauja pasirinktinio laikiklio laikiklio laikymui iš vidaus, todėl galima iškirpti visą viršutinę išorinę laikrodžio formą. Pasirinktinį armatūrą galima pamatyti pirmoje nuotraukoje, o antroje - sprogus vaizdas. Mažoje centrinėje dalyje yra skylė, kurią užverčia, todėl, kai priveržiamas varžtas, ji pakelia gabalą ir priverčia dvi šonines dalis į laikrodžio dėklą, laikydama jį vietoje. Antrosios sąrankos apdirbimo programinė įranga parodyta 7 paveiksle.

Trečiajai sąrankai reikia kito pasirinktinio laikiklio laikymo laikiklio; šis yra šiek tiek paprastesnis. Šviestuvą sudaro pagrindas ir gabalas, kuris patenka į laikrodžio vidų. Laikrodžio viduje esanti dalis registruojama su dviem stulpais ant pagrindo ir varžtais, kad laikrodžio korpusas būtų apverstas aukštyn kojomis.

Aš apdorojau armatūros detales iš didesnių aliuminio gabalų ir palikau jas sujungtas skirtukais. Po to, kai abi pusės yra apdirbtos, slinkties pjūkleliu supjaustau skirtukus ir lygiai nušlifuoju.

Įtraukiau „fusion360“CAD failus, kuriuos naudoju visoms dalims gaminti (įskaitant laikrodžio dėklą ir šoninį jungiklį), tačiau bandydami gaminti dalis, naudokite savo sprendimą. Aš nesu atsakingas, jei kažkas negerai ir sugenda.

Patarimas, kaip padaryti armatūrą tikslesnę: pirmiausia apdirbkite bet kokią su mašina susijungiančią dalį, tada padėkite ją į galutinę vietą, o tada apdirbkite iki galutinių matmenų. Tai užtikrina, kad daugelis mažų klaidų nesudarys ir laikys laikrodžio dėklo netinkamoje vietoje. Šias žinias jums suteikė aliuminio laužo krūva.

5 žingsnis: korpuso apdirbimas

Pradinis aliuminio ruošinys matomas pirmoje nuotraukoje. Aš naudoju 1-1/4 skylių pjūklą, kad pašalinčiau centrą, tai sutaupo nemažai apdirbimo laiko.

Kaip minėta ankstesniame žingsnyje, korpuso apdirbimui yra 3 sąrankos. Pirmasis nustatymas po apdirbimo matomas 2 paveiksle. Pirmiausia naudoju 1 1/8 colio galinį frezą (plokščią apačioje), kad pašalinčiau didžiąją medžiagos dalį. Tada perjungiu į 1/32 colio galinį malūną, kad pjaustyčiau 4 varžtus skylės. Norėdami iškirpti sriegius varžtų skylėse, naudoju M1.6 sriegimo malūną (iš „Harvey“įrankių). Konkretūs mano naudojami nustatymai yra „Fusion360“CAD faile.

3 paveiksle parodyta antroji sąranka, kai apdirbimas baigtas, o 4 paveiksle parodyta trečioji sąranka prieš apdirbimą.

Antroji sąranka apdirbama naudojant 1/8 colio galinį frezą, kad būtų greitai pašalinta dauguma medžiagos, tada aš naudoju 1/8 colio rutulinį malūną (apvalus galas), kad pjaustyčiau išlenktus paviršius. Operacijos yra vienodos ir trečiajai sąrankai.

Antrajai sąrankai reikia naudoti kitą specializuotą įrankį - 3/4 colio pjovimo pjūklą su modifikuotu paviršiumi, kad jis galėtų glaudžiai priglusti prie laikrodžio dėklo laikiklio. Pjovimo pjūklas sukasi 16500 aps./min ir juda 30 mm/min. stumia tai, ką gali kitas malūnas, todėl gali tekti jį dar labiau sulėtinti. Šis žingsnis parodytas aukščiau esančiame vaizdo įraše.

Jei norite sužinoti daugiau apie CNC apdirbimo specifiką, nurodysiu jus į „NYC CNC“„YouTube“, jie čia atlieka geresnį darbą nei aš kada nors galėjau.

Tik nuoroda tiems, kurie žino, ką tai reiškia, kito malūno v2 nustatymai, naudojami 1/8 colio galiniam malūnui, yra 16400 aps/min (163,5 m/min), 300 mm/min., 1 mm pjovimo gylis ir 1,3 mm pločio supjaustyti.

Kadangi kito malūno nepakanka z aukščio laikrodžiui laikyti šone, man reikia rankiniu būdu išgręžti laikrodžio juostos ir šoninio jungiklio skyles. Norėdami padėti juos rasti netaisyklingos formos laikrodžio šonuose, 3D atspausdinau kai kuriuos vadovus, matomus 5-7 paveikslėliuose. Siekiant pagerinti gręžimo tikslumą, svarbu grąžtą įkišti į griebtuvą; tai apsunkina klaidą klajoti.

Šoninio jungiklio anga yra ne apskrito formos, todėl ją reikia patobulinti pradėjus gręžti, o tai daroma naudojant šveicariškus failus. Naudodamasi apkabais, aš išmatuoju esamą skylę ir paduodu reikiamą matmenį. Skylė turi būti 4,6 mm nuo viršutinio paviršiaus, 3,8 mm nuo apatinio paviršiaus ir 25,8 mm nuo tolimiausio kiekvieno kilpos taško. Siūlau žiūrėti „Clickspring“„YouTube“įkvėpimui pildant skylę.

6 žingsnis: šoninio jungiklio apdirbimas

Šiame etape naudojami failai buvo įtraukti į ZIP failą, esantį apdorojimo sąrankoje.

Šoninis jungiklis yra apdirbtas labai panašiai kaip „MechWatch“dėklas. Jis frezuojamas 1/8 colio galiniu frezavimu, naudojant tuos pačius nustatymus, kaip ir korpusas. Toliau naudokite 1/8 colio rutulinį malūną ant išlenktų paviršių, tuos pačius nustatymus kaip ir anksčiau.

Antrasis nustatymas matomas 3-4 paveikslėliuose prieš ir po apdirbimo. 1/8 colio galinis malūnas, 1/8 colio rutulinis malūnas, 1/32 colio galinis malūnas, tada M1,6 sriegio malūnas (yra srieginė skylė, skirta laikyti jį prie plokštės jungiklio).

Aš gaminu jungiklį iš didesnio aliuminio gabalo dėl dviejų priežasčių. Pirmoji priežastis yra ta, kad galiu užspausti šonus ir neatsitiktinai frezuoti jį laikantį gabalą. Antrasis yra toks, kai jį įdedu į angą trečiajai operacijai, jis vis tiek gali būti užfiksuotas (žr. 5 pav.).

7 žingsnis: dėklo apdirbimas atgal

Laikrodžio apačia pagaminta iš akrilo, dėl indukcinio įkrovimo jis turi būti nemetalinis. Aš naudoju keletą aliuminio atraižų, kad atskirtų jį nuo krašto (kiekvienas 12,7 mm storio), ir dvipusę juostą, kad ją laikyčiau.

Kadangi plastiką yra daug lengviau apdirbti nei aliuminį, CNC nustatymai gali būti agresyvesni. Pradedant nuo 1/8 colio galinio frezavimo, nustatymai yra 16500 aps./min., 600 mm/min pjovimo greitis, 1,5 mm pjovimo gylis ir 1 mm pjovimo plotis. Smulkioms detalėms pjauti naudokite 1/32 colio galinį frezą su tie patys nustatymai, bet 0,25 mm pjovimo gylis ir 0,3 mm pjovimo plotis.

Pasukus dantų krapštuką iš rąsto (turėčiau naudoti plonesnę atsargą, bet tokį turiu), laikrodis baigtas. Jis turi elektromagneto formą, kad laikrodis būtų plonas.

Norėdami jį išimti iš lovos, aš įdėjau šešiabriaunį raktą į t plyšį ir švelniai pakėliau, pereidamas prie kito taško, kai jis pradeda atsilaisvinti.

Paskutinis žingsnis yra paimti grąžtą ir švelniai įmerkti skylutes apatinėje pusėje. Aš tai darau sukdamas grąžtą rankomis. Man lengviau išlaikyti centrą ir kontroliuoti.

Šiame etape naudojami failai vėl buvo įtraukti į zip failą, atliekant apdorojimą.

8 žingsnis: stebėkite surinkimą

Tai yra naudingiausias žingsnis, paimant visas dalis ir surinkus jas į paskutinį laikrodį. Visos išdėstytos dalys (atėmus 24 mm pločio laikrodžio juostą ir 24 mm ilgio 1,5 mm skersmens greito atleidimo spyruoklines juostas) matomos 1 paveiksle.

Pirmoji dalis yra sudėtinga, nes mano užsakyti 40 mm skersmens žiedai iš tikrųjų yra arčiau 37 mm, todėl juos reikia greitai ištempti ir sumontuoti. Naudodami rutulinį šešiakampį raktą, paspauskite jį į vietą, sukdami griovelį, kaip parodyta 2 paveiksle.

Kai sandarinimo žiedas tinkamai pritvirtintas, tvirtai paspauskite kristalą (40 mm skersmens 1,5 mm storio) į laikrodžio korpusą. O žiedas turėtų jį laikyti vietoje, kol yra beveik nematomas.

Dabar atėjo laikas įdiegti elektroniką. Pirmiausia nuvalykite kristalo vidų šluoste be pūkelių ir padėkite elektroniką į dėklą, atkreipdami dėmesį į raktą, kad orientacija būtų tiesi. PCB turi būti tvirtai pritvirtintas prie dėklo, tačiau jei jis yra laisvas, jį galima pritvirtinti nedideliu lašeliu superklijų ant rakto, kad jis laikytųsi vietoje.

Kai elektronika yra įjungta, šoninis jungiklis tinka per skylę ir virš jungiklio, sumontuoto ant PCB. M1.6 varžtas laiko abi dalis kartu, kaip parodyta 4 paveiksle.

Toliau ilgesnius ritės laidus reikia sulankstyti ir sukišti ten, kur jie netrins jokių atvirų elektros kontaktų.

Priešpaskutinis žingsnis yra uždaryti viską ir pritvirtinti plastikinį dėklą atgal 4 M1.6 varžtais. Svarbu atkreipti dėmesį, kad nugaros forma sutaptų su ritės forma. Gali prireikti pakoreguoti vielos vietą, kad ji geriau tilptų.

Paskutinis žingsnis-pritvirtinti laikrodžio juostą naudojant greito atleidimo spyruokles (8-9 pav.). Priklausomai nuo pasirinktos juostos, gali tekti modifikuoti juostą, kad ji veiktų su spyruokliniais strypais. Parodytoje ryklių tinklelio juostelėje aš naudoju vielos pjaustytuvus, kad sukurtų nedidelę skylę, kurioje būtų greito atleidimo mechanizmas.

9 žingsnis: paskutinės pastabos

Laikrodis dabar baigtas!

Tik pora pastabų: šoninis jungiklis kartais gali tapti šiek tiek lipnus, norint tai išspręsti, gali tekti padidinti skylę arba pakoreguoti jungiklio vietą, atsukant varžtą, laikant jungiklį prie korpuso ir vėl priveržus varžtas.

Norėdami įkrauti laikrodį, sukūriau individualų įkrovimo stovą, pagrįstą „Adafruit Qi“įkrovikliu (https://www.adafruit.com/product/2162), matomu antroje nuotraukoje, tačiau tai tema kitam kartui.

Kad ir koks įkroviklis būtų pasirinktas, svarbu atkreipti dėmesį, kad tarp ritės ir įkroviklio negali būti metalo. Kadangi pasirinkta grupė yra metalinė, ji turi apeiti įkroviklį

Ačiū, kad perskaitėte iki galo, tikiuosi, kad kažką išmokote. Džiaugiuosi galėdamas pasidalinti „MechWatch“po kelių mėnesių.

Pirmasis prizas laikrodžių konkurse