Ceas de mână OLED imprimat 3D MIC: 6 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Bună, îți place să îți construiești propriul ceas de mână?

Este cu siguranță o provocare să construiești un mic ceas de mână DIY ca acesta. Beneficiul este plăcerea de a-ți face propria idee reală și de a fi mândru că ai atins acest nivel de abilități …

Motivul pentru care mi-am făcut propriul ceas a fost că ceasul meu inteligent ieftin - declarat că este rezistent la apă - a renunțat la săraca sa fantomă odată cufundată într-o piscină …: (Așa că m-am supărat să cumpăr ceasuri (un alt „solar” scump) „-ceasul a renunțat și - bateria sa de dimensiuni mici proprietare nu a avut nicio șansă să fie înlocuită …).

Pe de altă parte, proiectele DIY-Watch existente pentru gustul meu erau în mare parte prea grele sau prea rustice - așa că am decis să-mi construiesc propriul ceas, având astfel posibilitatea de a include caracteristicile mele preferate!

Dacă doriți, puteți modifica software-ul, pentru a vă realiza propriile idei: am comentat fiecare linie (în funcție de programul ales între 700-800 de linii …) - Dar fi avertizat: Acest proiect este cu adevărat provocator și cu siguranță nu pentru începători ! Forma mică și ușoară (30 x 30 x 10 mm) necesită o manipulare precisă a carcasei imprimate 3D și lipirea atentă a plăcii pe 2 fețe: deși există opțiunea pentru comanda PCB a plăcii (fișierele Eagle și Gerber inclus) aici am realizat-o cu metoda mea specializată Toner-Direct - instrucțiunea este inclusă și aici).

Proprietățile ceasului:

- Afișajul OLED de 128x64px prezintă un ceas digital și analogic, activat cu butonul din dreapta, afișând data, ora, nivelul bateriei și temperatura încheieturii mâinii. Alternativ (dacă doriți) poate include o alarmă sau un temporizator.

- Se afișează un calendar lunar complet apăsând butonul din stânga mai mult de 0.6s, evidențiind ziua săptămânii reale.

- Apăsarea scurtă a butonului stâng selectează un meniu simplu pentru a alege data, ora (și alarma sau temporizatorul, dacă se alege să fie incluse în program), valorile de setat cu butonul dreapta.

- Apăsând de două ori butonul Dreapta se activează un LED mic - „Torch” -Lumina, (bun pentru nopțile negre).

- Între orele 22:00 și 7:00, afișajul OLED este estompat automat (vezi acolo, cu funcția specială de estompare inclusă), astfel încât să nu orbească noaptea.

- Bateria Li-Ion durează aproape 2 ani, presupunând că afișajul + electronic consumă aproximativ 25mA cu o durată de 5 secunde aprins, afișând ceasul de aproximativ 10 ori pe zi.

Pasul 1: Lista pieselor

Instrumente necesare:

Dacă vă place să experimentați cu hard-software-ul, aveți nevoie de:

• Panou de 8,2 x 5,5 cm AliExpress

• Sursă de alimentare reglată 3, 3V, ca aceasta pe schema de mai sus sau una similară, sursă f.ex. de la un conector 5V-USB (500mA). ⇒ AMS1117-Adj ⇒ ebay

• Adaptor SMD SOIC-8 la DIP-8 pin pentru RTC-Chip ebay

• Programator ISM Atmel, cum ar fi „USBTiny” - AliExpress

• Arduino Pro Mini AliExpress

• Breadboard Jumper-Wires Banggood

(Electronic-) Piese necesare:

• ⇒ vezi fișierul Html-BOM pentru piese electronice (Descărcare).

• Placa cu 2 fețe pentru ceas în sine: ⇒ vezi Pasul „Cum se realizează o placă pe 2 fețe cu metoda Toner-Direct”.

• 1x - Baterie ø24 x 3mm - Baterie litiu 3, 2V (buton) - CR2430 - AliExpress

• Bandă Kapton / Polimidă de 25 mm pentru izolarea între placă / baterie și placă OLED

• 1x curea de mână 20mm - recomand o „curea de ceas de mână din oțel inoxidabil Milanaise” - eBay

• Carcasă imprimată 3D: ⇒ consultați fișierul de descărcare cu instrucțiuni (pas).

O placă din două?

În cazul în care doriți să faceți o placă din două (uC, RTC, altfel părți ȘI placa de direcție OLED într-una), puteți utiliza circuitul meu + dispunerea plăcii pentru afișajul SSD1306-I2C (consultați Descărcare: OLED-Display_SSD1306-I2C-Circuit.zip). Folosind cele 2 straturi întregi și izolează-le de afișaj și baterie cu Kapton Tape, astfel încât ceasul să aibă încă aproximativ 1,5 mm mai plat.

Pasul 2: Circuit electronic

În primul rând trebuie să cunoaștem elementele de bază:

Acest ceas OLED este realizat cu un cip DS3231 RTC (ceas în timp real într-o formă SMD SO-8 mai mică), vrăjitoarea este condusă de către cunoscutul ATMega328P- (Arduino) -µController și - spre deosebire de softul utilizat în mod normal -StandBy (al controlerului µ) - acest ceas este prevăzut cu o oprire electrică completă după 5 secunde, în afară de RTC. Am făcut această oprire cu doi tranzistoare MOSFET, care acționează ca un „comutator de comutare” împreună cu uC și butonul din dreapta (D8).

Două butoane mici de pe ambele părți ale carcasei (D6 și D8) acționează ca intrări, vrăjitoarea gestionează meniul și setările ceasului.

Ceasul are un afișaj dată + oră, (afișare alarmă - dacă este inclus în program), o lanternă și un calendar al lunii + zilei efective. În al 2-lea. versiunea I a inclus o alarmă, poate fi înlocuită și cu un temporizator.

Afișajul este estompat între 23:00 și 7:00 AM (23: 00h și 07: 00h) noaptea.

Funcția celor 2 butoane (pe partea stângă și pe partea dreaptă):

• Buton CHANGE D8, (partea dreaptă), apăsând:

1x = activarea uC / Afișaj, astfel afișând ora + data, etc. timp de aproximativ 5 secunde înainte de oprire (= afișaj întunecat).

2x = aprindeți lanterna / lanterna.

3x = revenire la modul Normal (= Mod-0).

• Butonul SELECT D6 (partea stângă):

Apăsând o dată pe D6 se selectează MODE, se rulează Modurile de la 1 la 10, pentru a schimba Data / Ora, etc.

Butonul-D8 din dreapta ridică valorile MODE selectate, setate și salvate selectând următorul MOD (cu butonul din stânga-D6) …

Pentru a schimba secundele, setați ceasul +1 minut, apoi apăsați butonul din dreapta (D8) la 59 de secunde pentru a sincroniza cu o oră externă.

Sincronizarea orei / datei este, de asemenea, posibilă descărcarea timpului PC-ului pentru fiecare fișier batch: Serial-Connection la un Arduino extern - de acolo la cei patru pini I2C ai Clock-OLED. (UC-ul ceasului rămâne dezactivat în acest timp, în acest scop am inclus 2 R-uri de 4.7kΩ, R7 și R8 - puneți-le în paragină dacă nu sunt utilizate!) …

• Calendar lunar / dată:

Dacă butonul din stânga (D6) este apăsat mai mult de 0,6 secunde, este afișat un calendar lunar real. Fără auto-dezactivare! Dacă unul dintre cele două Butoane este apăsat din nou, Calendarul este lăsat.

• ALARMĂ: (dacă este inclus în programul software + furnizat cu un tweeter hardware sau un micro-piezo-beeper)

Poate fi setat să emită un semnal sonor la fiecare zi la aceeași oră (24h, 60m). Un asterix din partea dreaptă sus a afișajului indică dacă alarma este „Activată” sau nu. O alternativă utilă la programul de alarmă poate fi un cronometru … (de făcut).

• Baterie:

Bateria este o baterie litiu CR2430 (ø24x3mm) cu o putere de aproximativ 300mA. Simbolul bateriei indică nivelul (analogic) al bateriei (3, 25V = plin, 2, 75V = gol). Ceasul funcționează cu tensiuni de la +5, 0V până la +2, 0V (implicit: 3, 0V). Doar LED-ul Flash funcționează de la max. +4, 0V până la +2, 7V. Atenție: Nu-l activați cu 5V! - acest lucru este prea mare pentru LED - expiră în câteva secunde, deși este prevăzut cu o rezistență de 33Ω. Tensiunea maximă absolută pentru procesor și RTC este de 5, 25V (+ 5V USB pentru a programa uC direct pe ISP, fără bootloader!).

• Temperatura:

RTC are un senzor de temperatură încorporat (pentru a corecta deviația de temperatură a cristalului încorporat), așa că îl putem folosi pentru a afișa temperatura (încheietura mâinii).

• Bliț-LED:

Dacă butonul CHANGE (D8) este apăsat de două ori, o lumină relativ puternică „strălucește în întuneric”. Att.: Fără auto-dezactivare! Dacă apăsați din nou acest buton din dreapta, dezactivați din nou acest LED, afișând afișajul normal timp de aproximativ 5 secunde.

• Pin de resetare soft: un pin de resetare (D7) resetează toate datele stocate dacă este împământat (carcasă deschisă: partea de jos-dreapta). Folosit la timpul de programare, pe scurt pentru o „resetare soft” a tuturor valorilor de intrare …

Circuitul:

Dacă ne uităm la schemă, în stânga există controlerul „Arduino” µ gol (ATMega328-P), activat cu butonul din dreapta (D8) la intrarea D12: Butonul-D8 trage Poarta lui P-Mosfet în jos prin Rezistența R5 și dioda D1, deci P-Mosfet merge „pe” și conectează VBAT cu VCC: µController + Display devine curent!

Pentru a vedea „Toggle-Principle of the two Mosfets” am încărcat acest „Flip-Flop with two Mosfets” (Eagle-files).

După 5 secunde, µC se oprește automat prin Output-D5, care dezactivează ambele Mosfets, trăgând Poarta N-Mosfet în jos, așa că R5 (și Poarta lui P-Mosfet) se „ridică” și P-Mosfet reduce curentul µC și al afișajului OLED. VCC în jos ține Poarta lui N-Mosfet prin R3 și R6 (sub pragul său de tensiune), astfel încât circuitul rămâne Oprit.

În partea stângă sus vedem tensiunea VBAT „mărită” printr-un LED alb simplu cu aproximativ 2,5V, redus cu 100k de la VBAT (aproximativ 3, 2V) la aproximativ 1, 1V (max), care este folosit ca Intrare analogică internă pentru a măsura tensiunea reală a bateriei.

µController, RTC și OLED-Display comunică prin I²C, o comunicație simplă și eficientă pe 2 fire, implementată pe bibliotecă.

Pentru lipirea pieselor SMD este util să folosiți o pensetă mică cu capete țepoase, astfel încât să lipiți piesele SMD mici ar fi mai ușor de manevrat (poziționat) și lipiți apoi cu un vârf fin de lipit, lipind mai întâi o parte a SMD -Parte, preîncălzirea punctului de lipit la aproximativ 330 ° C înainte de a adăuga fir de staniu cu topire scăzută și fină (ø 0,5 mm) la punctul de lipire.

Descărcați schema Circuit + Board:

Pasul 3: Hardware: Cum se realizează o placă pe două fețe cu metoda Toner-Direct

Dacă doriți să cumpărați placa cu două fețe, aici sunt furnizate fișierele Eagle + (necesare) Gerber (Descărcare).

Dacă vă place să creați singură placa, vă arăt o metodă precisă de realizare a unei plăci față-verso pe „TonerDirect”.

1. Imprimați fișierul "OLED-Clock-2-nl_TonerDirect.pdf" pe "Toner Transfer Paper", 2. Decupați cele 2 dungi de hârtie, o dungă pentru fiecare parte a tablei, 3. cu ace de ø 0,5 mm înțeapă exact cele 4 colțuri ale plăcii (utilizați o lupă cu lumină puternică - este foarte important să intepați acele cu cea mai bună precizie posibilă în mijlocul celor 4 colțuri-via!).

4. Imprimați (pe o hârtie goală normală) fișierul „OLED-Clock-2-nl_Frame.pdf” și legați rezultatul pe o placă de circuite din cupru pe 2 fețe (0,5-0,8 mm grosime). Fierăstrarea plăcii cu o toleranță de aproximativ 2-3 mm mai mare (aici aproximativ 35 x 35 mm), apoi găuriți cele 4 găuri exact pe colțuri cu un burghiu de 0,6 mm. După acest pas, îndepărtați hârtia cu acetonă și măcinați cele două fețe de cupru ale plăcii cu hârtie de măcinat fină (min. 400). După acest pas nu mai atingeți placa cu degetele goale! Permisul este de a-l apuca lateral (cu degetele curate).

5. Marcați direcția congruentă a hârtiei Toner-Tranfer pe cele 2 fețe neimprimate!

6. Înțepați acele prin hârtie, apoi prin tablă și, în cele din urmă, înțepați-le prin hârtia oppsite.

7. După ce cele trei „straturi” sunt exact congruente, înlocuiți acele cu 4 bucăți de sârmă de cupru de 0,5 mm, îndoite pe un capăt la 90 °, astfel încât să nu curgă. După acest pas, îndoiți firele de cealaltă parte la 90 ° și tăiați capetele scurt.

8. Așa de pregătită, această piesă poate trece de 3 ori printr-un laminator (modificat) de toner, încălzit până la 200 °!

9. Tăiați bucățile mici de sârmă de 0,5 mm și îndepărtați resturile de sârmă. Apoi scoateți cele două hârtii și voilá: tonerul se lipeste ferm de cupru.

10. Controlați liniile curate: dacă o linie este ruptă, o putem repara cu un stilou permanent rezistent la apă. În majoritatea cazurilor, numai suprafețele mai mari trebuie să închidă câteva găuri mici. În caz contrar (dacă rezultatul este nesatisfăcător), îndepărtați tonerul cu hârtie de bucătărie și acetonă și repetați pașii 1-9.

11. Gravură curată: Îmi gravez plăcile de cupru DIY cu o soluție de persulfat de sodiu (una-două lingurițe) cu un nivel de aproximativ 5 mm apă într-un vas clasic Pyrex (1-1, 5L), această soluție încălzită până la aproximativ 80 ° C (știu, această temperatură relativ ridicată distruge persulfatul, dar gravează mult mai repede ca la temperaturi mai mici și face margini ascuțite și curate în câteva minute). Am lăsat persulfatul rămas să se amortizeze după uscare completă și am zgâriat cristalele, adunându-le într-un borcan vechi pentru reciclare!

11. Controlați liniile de cupru și suprafețele cu o lupă.

12. Îndepărtați marginile ieșite cu un șlefuitor vertical (ca în primul meu instructable) și controlați dimensiunile cu un etrier vernier: cele două laturi ale butonului trebuie să fie paralele, având o distanță de 27,4 mm, dar aveți grijă să nu scoateți cele 2 contacte-buton!

Pasul 4: Software și intermitent

Programarea plăcii:

Programul este scris în C ++, deci îl putem modifica cu un ASCII-Editor simplu, și este necesar, citiți explicațiile la sfârșitul fiecărei linii …

Important: Nu putem folosi intermitentul serial Arduino pentru a programa µC, deoarece bootloader-ul are nevoie de prea mult timp între „Start” (apăsând butonul D8) și „Display-On”. Deci, trebuie să-l blițăm fără bootloader (utilizat în mod normal pe toate plăcile Arduino). Deci, ne programăm placa pentru fiecare (Atmel) ISP-Connector + Programator. Conectorul ISP fabricat aici (la bord) este realizat cu 6 mini-conectori de priză rupți dintr-un rând și lipiți în interiorul din partea dreaptă a plăcii, apoi conectați cu o bară (mică!) Cu 6 pini (2,54 mm) grilă), ca pe ultima fotografie din pasul anterior.

Aveți nevoie nu numai de Arduino-GUI, ci și de câteva biblioteci (pentru a descărca) pentru a compila programul:

- Biblioteca Wire (conținută în Arduino-Program) - pentru comunicare pe I²C între. Afișaj µC, RTC și OLED

- Biblioteca EEPROM (conținută și în Arduino-Program) - pentru a stoca mai multe valori pe µController

- "Adafruit_GFX" + "Adafruit_SSD1306" - ambele biblioteci pentru a direcționa afișajul OLED

- EnableInterrupt - pentru a lucra cu Arduino's Port / Pin-Interrupts (⇒ Buton-Inputs)

-DS3231-RTC-chip: nu am nevoie de o bibliotecă, am scris funcțiile mai multor biblioteci găsite pe Internet și fiind mai simplu de utilizat. Acestea sunt incluse la sfârșitul programului principal („OLED-Clock-2-nl.ino”).

Atenție: biblioteca Adafruit nu are (până acum) o manipulare eficientă pentru a diminua cipul OLED, așa că am copiat un șir de pe Internet și l-am lipit la sfârșitul bibliotecii „Adafruit_SSD1306”, cu vrăjitoarea care poate fi redusă afișaj, ceva mai util… (⇒ a se vedea descărcarea suplimentului „Cum se setează luminozitatea pe display-ul OLED.zip”, aici, la final).

Lucrul cu 3, 2V - deci folosind 8Mhz intern (fără 16Mhz-Crystal):

ΜC aici este suficient de rapid pentru a funcționa fără un cristal de 16 MHz, deci (cu 3,2 V de la baterie) putem folosi intern 8MHz pre-programat (o parte mai puțin pentru a lipi:-).

După încărcarea și compilarea programului furnizat „OLED-Clock-2-nl.ino” în Arduino-GUI (descărcare), copiați.hex-result în folderul avrdude.

(fișierul.hex compilat se găsește în folderul temporar al computerului, acolo într-un sub-folder, cum ar fi:

„C: / Tmp / arduino_build_646711 / xyz.ino” - în acesta puteți găsi fișierul compilat-hex dorit, în acest caz „OLED-Clock-2-nl.ino.hex”.

Fișierul hexagonal acum poate fi intermitent (aici „manual” pe avrdude pe o linie de comandă) printr-un conector ISP, dar aveți nevoie de un programator precum USBTiny sau un AVRISP2 cu un conector ISP cu 6 pini (conectorul meu ISP este DIY-out dintr-un mic conector cu 6 pini-rând, așa cum se arată în ultima mea fotografie, astfel încât să puteți reprograma placa oricând, dacă este necesar).

Acum conectați programatorul cu 6 pini la placă (presupun experiență cunoscută cu plăcile Arduino) …

Conectat, pe o fereastră de comandă (în Windows treceți la folderul avrdude, apoi tastați cmd) - lipiți următoarea linie:

avrdude.exe -C avrdude.conf -v -V -p m328p -c usbtiny -e -D -U flash: w: OLED-Clock-2-nl.ino.ino.hex: i

După terminarea intermitentului µController, trebuie setate „siguranțele” adecvate (ale µController):

avrdude -p atmega328p -c usbtiny -U lfuse: w: 0xFF: m -U hfuse: w: 0xD7: m -U efuse: w: 0xFF: m -U lock: w: 0x3F: m

Dacă doriți să modificați una dintre aceste setări, puteți afla mai multe despre acest Fuse-Calculator online.

Pasul 5: Cazul

Nu numai că realizarea plăcii electronice este o provocare, dar nu mai puțin este o carcasă mică și ușoară pentru această placă!

Aici, pentru a descărca Carcasa propusă, cu un adaptor de baterie CR2032 pssible, pentru a introduce o baterie uzată mai obișnuită. Placa electronică și bateria trebuie izolate complet una de cealaltă cu o bandă Kapton-Polimid sau o alternativă puternică. Nu utilizați o bandă adezivă simplă, este prea slabă pentru a se izola puternic și poate provoca pantaloni scurți ai bateriei!

Am experimentat cu multe aspecte (pentru PLA tipărite 3D) și am încheiat cu o grosime a peretelui de aproximativ 1,3 mm. În această formă, forțele provenite de la cureaua de încheietură sunt ținute eficient prin ambele părți ale carcasei, în conjuncție cu capacul de fixare. Celelalte fețe pot fi mai subțiri, aproximativ 1,0 mm …

Deci, modificarea înălțimii carcasei (în cazul modificării plăcii …?) Nu va fi o mare problemă.

De asemenea, dacă doriți să aveți o alarmă sau un temporizator în interior, aveți nevoie de o altă carcasă, așa că am făcut o propunere despre cum să introduceți un mic tweeter piezo (sau f.ex. acest micro-difuzor: CUI-15062S) … (Vezi Cazul 2).

După imprimarea carcasei (cu o înălțime recomandată a stratului de 0,1 mm și umplutură de aproximativ 50% cu „suprapunere pe perete”), trebuie să frecați șirurile laterale depășind, așezând marginile suficient de rotunde, dar nu prea mult … A ceva mai provocator este să arhivați cele 4 mici fixări ale capacului într-un unghi dreapta de ~ 100-120 °, astfel încât să se fixeze în carcasă suficient de puternic, dar fără a se dilata sau rupe - și nici rezultatul nu este prea mic a rămâne fix …

Gaura pătrată pentru OLED trebuie, de asemenea, să fie depusă cu atenție, potrivindu-se exact conturului sticlei OLED, fără a o rupe în timp ce testați să introduceți placa + OLED-Display (acum împreună). Așadar, fiți atenți la depunerea și încercați în mod repetat să vedeți dacă toate piesele se potrivesc.

Coșurile rezultate sunt cel mai bine scoase cu un cuțit tăietor ascuțit.

Acum puteți introduce curea pentru încheietura mâinii cu o bucată de sârmă de alamă (ø1mm, lungime: 28,5mm). Pentru aceasta, cele 2 găuri ale suporturilor carcasei trebuie să fie plictisite în așa fel încât să treacă firul, dar apoi să se fixeze ferm în suporturi.

Înainte de a înarma carcasa cu benzi electronice și curele - este posibil să o smălțiți cu vopsea (vă recomandăm spray-ul pentru diluant auto - se usucă mai repede, lipind mai puțin praf pe suprafețe!). Vă recomand, de asemenea, să-l tratați mai întâi cu un spray de împământare (mai subțire), care apoi poate fi șlefuit până la o suprafață fină netedă, fără linii imprimate și defecte. Eu însumi prefer un finisaj auriu sau argintiu sau, de asemenea, un finisaj din lemn ar fi frumos - acest lucru este la alegerea ta …

Pasul 6: Concluzii

Considerații privind bateria:

Bateria Li-Ion CR2432 are o capacitate de aproximativ 300mAh, deci are o durată de aproximativ 2 ani, dacă afișează ceasul de aproximativ 10 ori (fiecare 5 secunde) pe zi. Așadar, îl puteți schimba cu un acumulator Li-Ion CR2032 mai comun (dar mai mic), care deține aproximativ 1, 4 ani cu 210mA.

Am căutat și o celulă cu buton de litiu reîncărcabilă precum CR2430 (comun) și am găsit: "LIR-2430". Această baterie are doar aproximativ 50mA capacitate, dar este reîncărcabilă f.ex. printr-un transfer de energie fără fir … În acest scop am făcut o sondă și puteți vedea rezultatul în schema + aspectul inclus. Transferul de energie în sine face treaba foarte frumos. Pentru gravarea unei bobine plate cu aproximativ 30 de rotații peste un capac plat de epoxi, rămâne un ToDo … Pentru a încărca bateria, am propus un circuit simplu de încărcare cu un LED alb și 2 diode Schottky pentru a limita tensiunea de încărcare finală. pentru aceasta se reîncarcă până la maxim 3,6V …

În cele din urmă - Foarte important:

!!! NU INCARCAȚI NICIODATĂ O BATERIE LI-ION NERECARCABILĂ !!! - poate exploda și lua foc!

Curios, am experimentat cu o celulă cu butoane Li-Ion (nereîncărcabilă) CR2430, ca măsură de precauție, într-un borcan închis … După aproximativ o oră, încărcându-se cu 3.3V constant, am observat o mică deformare convexă a carcasei … și deși Tensiunea acestei baterii a crescut de la 2,8 la 3,2 V, capacitatea la final a fost redusă masiv! - deci o reîncărcare nu are sens: aceste butoane-celule sunt într-adevăr NU reîncărcabile.

Rememorarea de făcut:

• o funcție Timer (bazată pe software) + (hardware + carcasă) -Tweeter sau Vibrator-Motor

• un circuit de reîncărcare fără fir

• Finisaj metalic sau lemn lucios.