MechWatch - vlastné digitálne hodinky: 9 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

MechWatch sú hodinky, ktoré som navrhol tak, aby mali výhody Arduina, pokiaľ ide o flexibilitu, ale chcel som, aby vyzeral a cítil sa tak profesionálne, ako som len mohol. Na tento účel tento návod používa pomerne pokročilú elektroniku pre povrchovú montáž (žiadne odkryté spoje so spájkou) a CNC frézovacie zariadenie.

Začnem s čítaním času, ilustráciou na druhom obrázku. K dispozícii sú dva LED krúžky, jeden je hodinová ručička a druhý funguje ako minútová ručička, ukazujúci od 1 do 12 ako na analógovom ciferníku. Pretože sa minútová ručička môže pohybovať iba v 5 -minútových krokoch, existujú 4 samostatné diódy LED, ktoré zobrazujú jednotlivé minúty. Na treťom obrázku sú napríklad hodinky zobrazené na displeji 9:41.

Interakcia s hodinkami sa vykonáva pomocou obojsmerného prepínača na boku, ktorý sa posúva smerom k očkám (dopredu/dozadu). Ak chcete nastaviť čas:

1. stlačte a podržte vypínač, kým sa svetlá nevypnú. Keď ho pustíte, čas bude blikať a hodinu môžete zmeniť stlačením vypínača nahor/nadol

2. Opätovným stlačením a podržaním vypínača, kým sa svetlá nevypnú, prepnete na nastavenie minút rovnakým spôsobom

3. Šetrite čas stlačením a podržaním vypínača, kým sa svetlá opäť nevypnú

4. Ak budete čakať príliš dlho na nastavovanie času bez stlačenia tlačidla, hodinky sa prepnú do režimu spánku bez uloženia akýchkoľvek zmien

Tento návod popisuje, ako vytvoriť úplné hodinky, a poskytuje všetky potrebné zdrojové súbory.

Krok 1: Návrh elektroniky

Tento krok načrtáva špecifiká elektroniky. Prvý obrázok je elektrická schéma, ktorá ukazuje, ako sú načrtnuté všetky časti. Druhý obrázok ukazuje, ako je doska usporiadaná, horná časť je červená a spodná je modrá.

Pre kohokoľvek, koho zaujíma presný zoznam materiálov pre všetky súčiastky elektroniky a miesto, kde ich kupujem, prikladám súbor programu Excel s odkazmi, a nie aby každý listoval dlhým zoznamom.

Chcel som, aby horná časť dosky plošných spojov bola relatívne čistá s konzistentnou estetikou dizajnu, a tak som vložil mikrokontrolér do stredu a okolo neho usporiadal RTC, Crystal a odpory. LED diódy obklopujú vonkajšok a dokonca aj stopy okolo nich odrážajú estetický kruhový dizajn.

Na prepojenie LED s mikrokontrolérom môžu byť usporiadané v mriežke, ktorá vyžaduje 12 digitálnych I/O pinov. Tiež chcem použiť hodiny v reálnom čase (RTC) na udržanie času, aby som mohol mikrokontrolér uviesť do hlbokého spánku, aby som šetril energiu. RTC používa výrazne menej energie ako mikrokontrolér, čo umožňuje až 5 dní medzi nabíjaniami. Na komunikáciu s mikrokontrolérom vyžaduje RTC komunikáciu I2C. Vybral som si ATMEGA328P, pretože spĺňa tieto požiadavky a už som s jeho používaním oboznámený (používa sa aj v mnohých Arduinoch).

Na interakciu s hodinkami potrebuje používateľ nejaký druh prepínača, takže som našiel obojsmerný posuvný spínač, ktorý sa pomocou pružín vracia do stredu. K elektrickému spínaču sa pomocou nastavovacej skrutky pripevňuje externý posuvný spínač.

Rozhodol som sa použiť lítiovú batériu na napájanie všetkého a indukčné nabíjanie Qi na jej dobitie. Chcel som sa vyhnúť používaniu akéhokoľvek druhu konektorov na dobíjanie hodiniek, pretože majú otvory, do ktorých vnikajú nečistoty a voda, a pravdepodobne budú časom korodovať, pretože budú tak blízko pokožky. Po prečítaní väčšieho počtu dátových listov, ako by ktokoľvek kedy chcel, som sa rozhodol pre BQ51050BRHLT. Má dobré referenčné schémy a vstavanú nabíjačku lítiových batérií (priestor je drahý).

Pretože neexistoval žiadny pekný spôsob, ako usporiadať nabíjaciu elektroniku Qi na vrchu, musel som ju dať na zadnú stranu dosky s batériou. Vypínač je umiestnený aj na zadnej strane, ale je to preto, že je to lepšie miesto na pripojenie externého vypínača.

Krok 2: Zostavenie elektroniky

Na prvom obrázku som usporiadal takmer všetky kusy elektroniky. Vynechal som niekoľko kondenzátorov a odporov, pretože všetky vyzerajú veľmi podobne a dajú sa ľahko zamiešať alebo stratiť.

Aby sa spájka dostala na podložky, použijem spájkovaciu šablónu. Na druhom obrázku som rýchlo urobil držiak, aby boli dosky s plošnými spojmi zarovnané pod šablónou, ale je k dispozícii niekoľko jednoduchších možností, pričom tou najjednoduchšou je páska.

Tretí obrázok ukazuje šablónu zarovnanú nad tabuľou. Štvrtý obrázok ukazuje rozmazanie spájkovacej pasty do otvorov šablóny. Je dôležité, aby sa šablóna po nanesení spájky zdvihla priamo hore. Táto fotografia tiež odhaľuje provizórny spôsob, akým to robím, pretože som nikdy predtým nepoužil šablónu. Nabudúce by som rám nekúpil. Bolo by jednoduchšie jednoducho nalepiť menší hárok pozdĺž jedného okraja bez rámu, žiť a učiť sa.

Teraz únavná a ťažká úloha; každú z dielov položte na dosku pinzetou. Na obrázku 7 sú umiestnené časti a na obrázku 8 sú spájkované.

Video na mieste 6. obrázku ukazuje proces spájkovania. Na tavenie spájky bez narušenia súčiastok používam teplovzdušnú spájkovaciu stanicu nastavenú na 450C, alternatívne je možné na to isté použiť aj spájkovaciu rúru. Po spájkovaní dna pomocou multimetra nastaveného na režim spojitosti skontrolujte, či nie sú skraty medzi susednými kolíkmi na integrovanom obvode. Akonáhle je nájdený skrat, pomocou spájkovačky ho odtiahnite od čipu a zlomte ho.

Pri spájkovaní týmto spôsobom je dôležité dosku roztaviť na niekoľko minút pomaly zahriať. V opačnom prípade môže teplotný šok zničiť diely. Ak nie ste s touto metódou oboznámení, navrhujem pozrieť sa na podrobnejšie pokyny.

Ďalej je potrebné cievku pripojiť k 2 -vodičovému konektoru a držať ju cez nabíjaciu základňu. Ak všetko prebehlo dobre, zelená kontrolka nabíjania by sa mala asi na sekundu rozsvietiť a potom zhasnúť. Ak je batéria pripojená, zelená kontrolka nabíjania by mala svietiť, kým sa nabíjanie nedokončí.

Potom, čo nabíjanie funguje podľa očakávania, je rovnaký postup ako pri spájkovaní hornej strany dosky. Poznámka k LED diódam na obrázku 9 ukazuje malú orientáciu v spodnej časti LED diód. Strana, ku ktorej vedie malá čiara, je úzky koniec trojuholníka v schéme LED. Je dôležité to skontrolovať pre každú LED diódu na povrchovú montáž, ktorú použijete, pretože označenia sa môžu líšiť u rôznych výrobcov.

Krok 3: Programovanie a testovanie elektroniky

Na naprogramovanie mikrokontroléra použite AVRISP mkII (stlačením a podržaním klávesu Shift a kliknutím na nahrať v Arduino IDE). Je možné ho použiť aj na normálne napaľovanie bootloadera a použiť sériové pripojenie na zadnej strane hodiniek pomocou kábla FTDI. Ale obídením bootloadera a programovaním priamo s AVR ISP mkII sa kód spustí rýchlejšie pri zapnutí.

K tomuto kroku som priložil aj kód. Ak by sa niekto chcel pozrieť podrobnejšie, komentoval som kód, aby som vysvetlil, čo jednotlivé časti robia. Všeobecná štruktúra kódu je stavový stroj. Každý štát má kus kódu, ktorý beží, ako aj podmienky na presun do iného stavu.

Väčšina kódu ovládajúceho vstupno -výstupné piny priamo riadi registre, je o niečo ťažšie čítať, ale môže byť až 10 -krát rýchlejšie ako digitálne. Napíšte alebo čítajte.

Krok 4: Nastavenie obrábania

Nastavenie obrábania pre puzdro hodiniek je pomerne zložité a vyžaduje si dobrú prípravu.

Mlyn, ktorý používam, je Othermill v2 (teraz nazývaný Bantam Tools) so sadou upínacích špičiek. Svorky mi umožňujú držať obrobok zo strán, ktoré používam pri prvom nastavení.

Obrábanie hodiniek prebieha v troch zostavách. Prvé nastavenie má počiatočný materiál upnutý na lôžku CNC a mlyn vyreže vnútorný tvar hodiniek a odstráni kúsok povrchu. Nastavenie softvéru obrábania je možné vidieť na 6. obrázku.

Druhé nastavenie vyžaduje vlastné upnutie na puzdro hodiniek zvnútra, takže je možné vystrihnúť celý vrchný vonkajší tvar hodiniek. Vlastné zariadenie je možné vidieť na prvom obrázku s rozloženým pohľadom na druhom obrázku. Malý stredový kus má závitový otvor, takže keď je skrutka utiahnutá, zdvihne kus a zatlačí dva bočné diely do puzdra hodiniek, pričom ho drží na svojom mieste. Obrábací softvér pre druhé nastavenie je znázornený na obrázku 7.

Tretie nastavenie vyžaduje ďalšie vlastné zariadenie na držanie hodiniek; tento je o niečo jednoduchší. Svietidlo sa skladá zo základne a dielu, ktorý sa nachádza vo vnútri hodiniek. Kus vo vnútri hodiniek sa registruje s dvoma stĺpikmi na základni a skrutkami, ktoré držia puzdro hodiniek hore nohami.

Opracoval som upínacie kusy z väčších kúskov hliníka a nechal som ich spojiť záložkami. Potom, čo sú obe strany opracované, odrezal som záložky špirálovou pílou a vybrúsil som ich hladko.

Zahrnul som súbory CAD fusion360, ktoré som použil na výrobu všetkých dielov (vrátane puzdra na hodinky a bočného spínača), ale pri pokuse o výrobu dielov sa rozhodnite podľa vlastného úsudku. Nezodpovedám za to, ak sa niečo pokazí a pokazí.

Tip na spresnenie upínadiel: najskôr obráťte akúkoľvek časť, ktorá je v styku so strojom, a potom ju umiestnite na konečné miesto a potom obráťte na konečné rozmery. To zaistí, aby sa mnohé drobné chyby nezlúčili a držali puzdro hodiniek na zlom mieste. Tieto znalosti vám prináša hromada šrotu hliníka.

Krok 5: Obrábanie puzdra

Počiatočný hliníkový polotovar je možné vidieť na prvom obrázku. Na odstránenie stredu používam dierovú pílu 1-1/4 , čo šetrí dosť času na obrábanie.

Ako bolo uvedené v predchádzajúcom kroku, na opracovanie puzdra sú 3 nastavenia. Prvé nastavenie po obrábaní je na obrázku 2. Na odstránenie väčšiny materiálu najskôr použijem stopkovú frézu 1 1/8 "(plochú na dne). Potom prejdem na stopkovú frézu 1/32", aby som odrezal 4 skrutky diery. Na rezanie závitov v otvoroch pre skrutky potom použijem závitovkovú frézu M1.6 (od nástrojov Harvey). Špecifické nastavenia, ktoré používam, sú obsiahnuté v súbore Fusion360 CAD.

Obrázok 3 ukazuje druhé nastavenie s dokončeným obrábaním a štvrtý obrázok ukazuje tretie nastavenie pred obrábaním.

Druhé nastavenie je opracované pomocou 1/8 "čelnej frézy na rýchle odstránenie väčšiny materiálu a potom na rezanie zakrivených plôch použijem 1/8" guľový mlyn (okrúhly koniec). Operácie sú rovnaké aj pre tretie nastavenie.

Druhé nastavenie vyžaduje použitie iného špecializovaného nástroja, deliacej píly 3/4 s upraveným tŕňom, aby sa mohol tesne hodiť na držiak puzdra hodiniek. Rezacia píla sa otáča pri 1 600 ot./min a pohybuje sa rýchlosťou 30 mm/min. Táto rýchlosť tlačí to, čo je Othermill schopný, takže bude možno potrebné ešte viac spomaliť. Tento krok je zobrazený na videu vyššie.

Ak sa chcete dozvedieť viac o špecifikách CNC obrábania, ukážem vám NYC CNC na YouTube, robia tu lepšiu prácu, ako som kedy mohol.

Len pre referenciu pre tých, ktorí vedia, čo to znamená, nastavenia použité na druhom mlyne v2 pre 1/8 stopkovú frézu sú 16 400 ot/min (163,5 m/min), 300 mm/min, 1 mm hĺbka rezu a 1,3 mm šírka rezať.

Pretože druhý mlyn nemá dostatočnú výšku z na to, aby držal hodinky na boku, musím ručne vyvŕtať otvory pre remienok na hodinky a otvor pre bočný spínač. Aby som im pomohol nájsť ich na nepravidelne tvarovaných stranách hodiniek, 3D som vytlačil niekoľko sprievodcov, ktoré sú vidieť na obrázkoch 5-7. Na zaistenie presnosti vŕtania je dôležité dostať vrták čo najďalej do skľučovadla; kvôli tomu je bit trochu ťažšie putovať.

Bočný otvor prepínača má nekruhový tvar, takže je potrebné ho vylepšiť po začatí vŕtačky, ktorá sa vykonáva pomocou švajčiarskych pilníkov. Pomocou posuvných meradiel odmeriam aktuálny otvor a zapilujem ho do správneho rozmeru. Otvor by mal byť 4,6 mm od horného povrchu, 3,8 mm od spodného povrchu a 25,8 mm od najvzdialenejšieho bodu každého očka. Odporúčam sledovať Clickspring na YouTube, aby ste sa pri vkladaní diery inšpirovali.

Krok 6: Obrábanie bočného spínača

Súbory použité v tomto kroku boli zahrnuté do súboru zip späť v nastavení obrábania.

Bočný spínač je opracovaný veľmi podobne ako puzdro MechWatch. Frézuje sa s 1/8 "stopkovou frézou s použitím rovnakých nastavení ako v prípade. Ďalej na zaoblené povrchy použite guľový mlyn s 1/8", rovnaké nastavenia ako predtým.

Druhé nastavenie je zobrazené na obrázkoch 3-4 pred a po obrábaní. Stopková fréza 1/8 ", guľová fréza 1/8", koncová fréza 1/32 "a potom závitová fréza M1.6. (Na doske je k otvoru pripevnený závitový otvor).

Prepínač obrábam z väčšieho kusu hliníka z dvoch dôvodov. Prvým dôvodom je, aby som mohol upnúť boky a nie náhodou vyfrézovať kus, ktorý ho drží. Druhý je taký, že keď ho umiestnim do otvoru pre tretiu operáciu, dá sa ešte upnúť (pozri obrázok 5).

Krok 7: Opracovanie zadnej časti puzdra

Spodok hodiniek je vyrobený z akrylátu, kvôli indukčnému nabíjaniu musí byť nekovový. Na oddelenie od okraja používam niekoľko hliníkových odrezkov (každý s hrúbkou 12,7 mm) a obojstrannú pásku, aby držal na svojom mieste.

Pretože sa plast opracováva oveľa jednoduchšie ako hliník, je možné, že budete pri nastaveniach CNC agresívnejší. Počnúc stopkovou frézou 1/8 "sú nastavenia 1 600 ot/min, rýchlosť rezania 600 mm/min, hĺbka rezu 1,5 mm a šírka rezu 1 mm. Na rezanie jemných detailov použite stopkovú frézu 1/32" s rovnaké nastavenia, ale hĺbka rezu 0,25 mm a šírka rezu 0,3 mm.

Po otočení špáradla z guľatiny (mal by som použiť tenšiu pažbu, ale toto mám) mám zadnú časť hodiniek hotovú. Majú tvar elektromagnetu, aby boli hodinky tenké.

Aby som ho vybral z postele, vložím imbusový kľúč do drážky v t a jemne ho vypáčim, pričom sa presuniem k ďalšiemu bodu, keď sa začne uvoľňovať.

Posledným krokom je vŕtanie a jemné zahĺbenie otvorov na spodnej strane. Robím to otáčaním vrtáka ručne. Je pre mňa jednoduchšie udržať sa v strede a pod kontrolou.

Súbory použité v tomto kroku boli opäť zahrnuté do súboru zip späť v nastavení obrábania.

Krok 8: Sledujte montáž

Toto je najvďačnejší krok, keď vezmete všetky diely a zostavíte ich do konečných hodiniek. Všetky usporiadané časti (mínus 24 mm široký remienok na hodinky a 24 mm dlhé pružinové tyče s priemerom 1,5 mm s rýchlym uvoľnením) sú zobrazené na obrázku 1.

Prvá časť je náročná, pretože objednané o-krúžky s priemerom 40 mm sú v skutočnosti bližšie k 37 mm, takže ich treba rýchlo roztiahnuť a nainštalovať. Koniec imbusového kľúča zatlačte na miesto tak, že ho zatočíte pozdĺž drážky, ako je to znázornené na obrázku 2.

Keď je O-krúžok správne usadený, pevne zatlačte kryštál (priemer 40 mm, hrúbka 1,5 mm) do puzdra hodiniek. O-krúžok by mal držať na mieste a byť takmer neviditeľný.

Teraz je čas nainštalovať elektroniku. Najprv utrite vnútro kryštálu handričkou, ktorá nepúšťa vlákna, a usaďte elektroniku do puzdra, pričom dávajte pozor na kľúč, aby bola orientácia rovná. DPS by mala v puzdre pevne sedieť, ale ak je uvoľnená, môže byť zaistená malou kvapkou super lepidla na kľúči, aby držala na svojom mieste.

Akonáhle je elektronika zapojená, bočný spínač prejde otvorom a cez spínač namontovaný na doske plošných spojov. Nastavovacia skrutka M1.6 drží dva kusy pohromade, ako je vidieť na obrázku 4.

Ďalej je potrebné dlhšie káble na cievke zložiť a zastrčiť tam, kde nebudú trieť žiadne odhalené elektrické kontakty.

Predposledným krokom je zatvoriť všetko a pripevniť plastové puzdro späť pomocou 4 skrutiek M1.6. Je dôležité dbať na to, aby tvar v zadnej časti zodpovedal tvaru cievky. Možno bude potrebné vyladiť umiestnenie drôtu, aby lepšie sedel.

Posledným krokom je pripevnenie remienka na hodinky pomocou rýchloupínacích pružinových tyčí (obrázky 8-9). V závislosti od zvoleného pásma môže byť potrebné pásmo upraviť tak, aby fungovalo s pružinovými tyčami. Pre znázornený pás žraločej siete používam nožnice na drôt, aby som vytvoril malý otvor na umiestnenie mechanizmu rýchleho uvoľnenia.

Krok 9: Záverečné poznámky

Hodinky sú teraz hotové!

Len pár poznámok: bočný spínač môže byť občas trochu lepkavý, na vyriešenie tohto problému bude možno potrebné zväčšiť otvor alebo upraviť umiestnenie prepínača uvoľnením nastavovacej skrutky, podržaním spínača v tesnej blízkosti tela a opätovným dotiahnutím skrutka.

Na nabíjanie hodiniek som vyrobil vlastný nabíjací stojan založený na nabíjačke Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) videný na druhom obrázku, ale to je téma na inokedy.

Nech už je zvolená akákoľvek nabíjačka, je dôležité si uvedomiť, že medzi cievkou a nabíjačkou nemôže byť žiadny kov. Pretože pásmo, ktoré som si vybral, je kovové, musí ísť okolo nabíjačky

Ďakujem za prečítanie až do konca, dúfam, že ste sa niečo naučili. Som šťastný, že môžem zdieľať MechWatch po niekoľkých mesiacoch výroby.

Prvá cena v súťaži o hodiny