MechWatch - un ceas digital personalizat: 9 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:45

MechWatch este un ceas pe care l-am proiectat pentru a avea avantajele Arduino din punct de vedere al flexibilității, dar am vrut să arate și să se simtă cât mai profesional posibil. În acest scop, acest instructabil folosește echipamente electronice de montare la suprafață destul de avansate (fără conexiuni expuse la lipire) și echipamente de frezare CNC.

Voi începe cu modul în care este citit timpul, cu o ilustrație în a doua imagine. Există două inele cu LED-uri, unul este acul orei, iar celălalt acționează ca un indicator minut, indicând de la 1-12 ca pe un cadru analogic. Deoarece indicatorul minutelor se poate mișca numai în trepte de 5 minute, există 4 LED-uri separate pentru a afișa orice minute. Ca exemplu, a treia imagine arată ceasul care afișează 9:41.

Interacțiunea ceasului se face printr-un comutator bidirecțional pe partea care alunecă spre urechi (înainte / înapoi). Pentru a seta ora:

1. apăsați și țineți apăsat comutatorul până când luminile se sting. Când este eliberat, ora va clipi și comutatorul poate fi apăsat în sus / în jos pentru a schimba ora

2. Apăsați și țineți apăsat din nou comutatorul până când luminile se sting pentru a comuta la setarea minutelor în același mod

3. Apăsați și țineți apăsat comutatorul până când luminile se sting din nou pentru a economisi timpul

4. Dacă așteptați prea mult în timp ce setați timpul fără să apăsați un buton, ceasul va merge doar la culcare, fără a salva nicio modificare

Această instrucțiune prezintă modul de realizare a ceasului complet și oferă toate fișierele sursă necesare.

Pasul 1: Proiectare electronică

Acest pas prezintă specificul componentelor electronice. Prima imagine este schema electrică, care arată cum sunt conturate toate părțile. A doua imagine arată cum este aranjată placa, partea de sus este roșie și partea de jos este albastră.

Pentru oricine este interesat de lista exactă a materialelor pentru toate piesele electronice, precum și de unde le cumpăr, am atașat un fișier Excel cu link-uri, mai degrabă decât să-i fac pe toți să deruleze pe lista lungă.

Am vrut să păstrez partea superioară a plăcii de circuite relativ clare cu o estetică de proiectare consistentă, așa că am pus microcontrolerul în mijloc și am setat RTC, Crystal și rezistențele în jurul său. LED-urile înconjoară exteriorul și chiar urmele din exterior reflectă estetica designului circular.

Pentru a interfața LED-urile cu microcontrolerul, acestea pot fi aranjate într-o rețea, necesitând 12 pini I / O digitale pentru a le conduce. De asemenea, vreau să folosesc un ceas în timp real (RTC) pentru a menține timpul, astfel încât să pot pune microcontrolerul într-un somn profund pentru a economisi energie. RTC utilizează mult mai puțină energie decât un microcontroler, permițând până la 5 zile între încărcări. Pentru a comunica cu microcontrolerul, RTC necesită comunicare I2C. Am ales ATMEGA328P pentru că îndeplinește aceste cerințe și sunt deja familiarizat cu utilizarea acestuia (este folosit și în multe Arduinos).

Pentru a interacționa cu ceasul, utilizatorul are nevoie de un fel de comutator, așa că am găsit un comutator glisant cu două căi care revine în centru folosind arcuri. Un întrerupător glisant extern se atașează la întrerupătorul electric cu ajutorul unui șurub de reglare.

Am decis să folosesc o baterie litiu pentru a alimenta totul și o încărcare inductivă Qi pentru a o reîncărca. Am vrut să evit să folosesc orice fel de conectori pentru a reîncărca ceasul, deoarece acestea prezintă deschideri pentru a permite pătrunderea murdăriei și a apei și probabil că se vor coroda în timp, fiind atât de aproape de piele. După ce am citit mai multe foi de date decât ar dori vreodată cineva, m-am stabilit pe BQ51050BRHLT. Are diagrame de referință bune și un încărcător de baterii cu litiu încorporat (spațiul este la un preț premium).

Deoarece nu exista o modalitate frumoasă de a aranja electronica de încărcare Qi în partea de sus, a trebuit să o pun pe partea din spate a plăcii cu bateria. Comutatorul este, de asemenea, situat pe spate, dar asta pentru că este o locație mai bună pentru a atașa un comutator extern.

Pasul 2: Asamblare electronică

Am aranjat aproape toate piesele electronice din prima imagine. Am lăsat deoparte mai multe condensatoare și rezistențe, pentru că toate arată foarte asemănător și sunt ușor de amestecat sau pierdut.

Pentru a obține lipirea pe tampoane, voi folosi un șablon de lipit. Am făcut rapid suportul din a doua imagine pentru a menține plăcile de circuit aliniate sub șablon, dar există mai multe opțiuni mai ușoare disponibile, cea mai simplă fiind banda.

A treia imagine prezintă șablonul aliniat peste tablă. A patra imagine prezintă pătrunderea pastei de lipit în găurile șablonului. Este important ca șablonul să fie ridicat direct în sus după aplicarea lipirii. Această fotografie dezvăluie, de asemenea, felul improvizat de a face acest lucru, deoarece nu am mai folosit niciodată un șablon. Data viitoare nu aș mai cumpăra cadrul. Ar fi fost mai ușor să lipiți doar o foaie mai mică de-a lungul unei margini fără cadru, să trăiți și să învățați.

Acum o sarcină plictisitoare și dificilă; așezați fiecare dintre părți pe tablă cu o pereche de pensete. Imaginea 7 prezintă piesele plasate, iar imaginea 8 le arată lipite.

Videoclipul în locul celei de-a 6-a imagini arată procesul de lipire. Folosesc o stație de lipit cu aer cald setată la 450C pentru a topi lipirea fără a deranja piesele, alternativ este posibil să folosiți un cuptor de lipit pentru a face același lucru. După lipire, utilizați un multimetru setat în modul continuitate pentru a verifica dacă există scurți între pinii adiacenți pe IC. Când se găsește un scurtcircuit, folosiți un fier de lipit pentru al trage departe de cip și a-l rupe.

Când lipiți astfel, este important să încălziți încet placa timp de câteva minute înainte de a intra în topitură. În caz contrar, șocul termic poate distruge piesele. Aș sugera să consultați instrucțiuni mai detaliate dacă nu sunteți familiarizați cu această metodă.

Apoi, este necesar să conectați bobina la conectorul cu 2 fire și să o țineți peste baza de încărcare. Dacă totul a mers bine, indicatorul luminos verde de încărcare ar trebui să se aprindă aproximativ o secundă, apoi să se stingă. Dacă o baterie este conectată, lampa verde de încărcare ar trebui să rămână aprinsă până când se termină încărcarea.

După ce încărcarea funcționează conform așteptărilor, este același proces să lipiți partea superioară a plăcii. O notă pentru LED-urile din imaginea 9, există un mic marcaj în partea de jos a LED-urilor pentru a arăta orientarea. Partea spre care iese linia mică este capătul îngust al triunghiului din schema LED. Este important să verificați acest lucru pentru fiecare LED de montare pe suprafață pe care îl utilizați, deoarece marcajele pot varia între diferiți producători.

Pasul 3: Programare și testare electronică

Utilizați un AVRISP mkII pentru a programa microcontrolerul (apăsați și țineți apăsat butonul în timp ce faceți clic pe încărcare în IDE Arduino). De asemenea, este posibil să-l utilizați pentru a arde încărcătorul de încărcare în mod normal și pentru a utiliza conexiunea serială din spatele ceasului cu un cablu FTDI. Dar, ocolind bootloaderul și programând direct cu AVR ISP mkII, codul pornește mai repede la pornire.

Am atașat codul și la acest pas. Dacă cineva ar dori să arate mai în profunzime, am comentat codul pentru a explica ce face fiecare parte. Structura generală a codului este o mașină de stare. Fiecare stat are o bucată de cod pe care o rulează, precum și condiții pentru a trece la o stare diferită.

O mare parte din codul care controlează pinii I / O controlează direct registrele, este puțin mai greu de citit, dar poate fi de până la 10x mai rapid în execuție decât digital. Scrie sau Citește.

Pasul 4: Configurarea prelucrării

Setarea de prelucrare pentru carcasa ceasului este destul de complexă și necesită un pic de pregătire.

Moara pe care o folosesc este un Othermill v2 (numit acum Bantam Tools) cu un kit de fixare a degetelor. Clemele îmi permit să țin piesa de lucru din lateral, pe care o folosesc pentru prima configurare.

Prelucrarea ceasului se face în trei setări. Prima configurare are doar materialul de pornire prins de patul CNC, iar moara decupează forma interioară a ceasului și îndepărtează puțin suprafața. Configurarea software-ului de prelucrare poate fi văzută în imaginea a 6-a.

A doua configurare necesită un dispozitiv personalizat pentru a ține carcasa ceasului din interior, astfel încât este posibilă tăierea întregii forme exterioare superioare a ceasului. Dispozitivul personalizat poate fi văzut în prima imagine cu o vedere explodată în a doua imagine. Piesa centrală mică are o gaură filetată, astfel încât atunci când un șurub este strâns, ridică piesa și forțează cele două piese laterale în carcasa ceasului, ținându-l în poziție. Software-ul de prelucrare pentru a doua configurare este văzut în imaginea 7.

A treia configurație necesită un alt dispozitiv personalizat pentru a ține ceasul; acesta este puțin mai simplu. Dispozitivul este format dintr-o bază și o piesă care intră în ceas. Piesa din interiorul ceasului se înregistrează cu două stâlpi pe bază și șuruburi în poziție pentru a ține carcasa ceasului cu capul în jos.

Am prelucrat piesele de fixare din bucăți mai mari de aluminiu și le-am lăsat conectate prin file. După ce ambele părți sunt prelucrate, am tăiat filele cu un ferăstrău și le șlefuiesc netede.

Am inclus fișierele fusion360 CAD pe care le-am folosit pentru a face toate piesele (inclusiv carcasa ceasului și comutatorul lateral), dar folosiți-vă propria judecată dacă încercați să realizați piesele. Nu sunt responsabil dacă ceva nu merge bine și se sparge.

Un indiciu pentru a face corpurile mai precise: prelucrați orice piesă care se conectează mai întâi cu mașina, apoi puneți-o în locul final și apoi prelucrați-o la dimensiunile finale. Acest lucru asigură faptul că multe erori mici nu se compun și mențin carcasa ceasului într-un loc greșit. Aceste cunoștințe vă sunt aduse de o grămadă de resturi de aluminiu.

Pasul 5: Prelucrarea carcasei

Semifabricatul de aluminiu de pornire poate fi văzut în prima imagine. Folosesc un ferăstrău cu găuri de 1-1 / 4 pentru a îndepărta centrul, ceea ce economisește destul timp de prelucrare.

După cum sa menționat în pasul anterior, există 3 setări pentru prelucrarea carcasei. Prima configurare după prelucrare este văzută în imaginea 2. Folosesc mai întâi o moară de capăt de 1 1/8 "(plată pe partea de jos) pentru a îndepărta cea mai mare parte a materialului. Apoi trec la o moară de capăt de 1/32" pentru a tăia cele 4 șuruburi. găuri. Pentru a tăia firele din găurile șuruburilor, folosesc apoi o moară de filet M1.6 (de la uneltele Harvey). Setările specifice pe care le folosesc sunt conținute în fișierul Fusion360 CAD.

Imaginea 3 arată cea de-a doua configurare cu prelucrarea terminată, iar a patra imagine prezintă a treia configurație înainte de prelucrare.

A doua configurație este prelucrată folosind o moară de capăt de 1/8 "pentru a îndepărta rapid cea mai mare parte a materialului, apoi folosesc o moară cu bile de 1/8" (capăt rotund) pentru a tăia suprafețele curbate. Operațiile sunt aceleași și pentru cea de-a treia configurare.

A doua configurare necesită utilizarea unui alt instrument specializat, un ferăstrău de tăiere de 3/4 , cu arboră modificată, astfel încât să se potrivească îndeaproape cu suportul carcasei ceasului. Ferăstrăul tăietor se rotește la 16500 RPM și se mișcă la 30 mm / min. Această viteză împinge ceea ce este capabil de Othermill, deci ar putea fi necesar să-l încetini și mai mult. Acest pas este prezentat în videoclipul de mai sus.

Dacă doriți să aflați mai multe despre detaliile legate de prelucrarea CNC, vă voi indica NYC CNC pe YouTube. Ei fac o treabă mai bună decât aș fi putut vreodată aici.

Doar ca referință pentru cei care știu ce înseamnă, setările utilizate pe othermill v2 pentru moara de capăt de 1/8 sunt 16400 RPM (163,5 m / min), 300 mm / min, adâncimea de tăiere de 1 mm și lățimea de 1,3 mm a tăia.

Deoarece cealaltă moară nu are suficientă înălțime z pentru a ține ceasul pe o parte, trebuie să găuresc manual găurile pentru banda de ceas și gaura pentru comutatorul lateral. Pentru a le ajuta să le localizez pe laturile neregulate ale ceasului, am imprimat 3D câteva ghidaje, văzute în imaginile 5-7. Pentru a ajuta la precizia găuririi, este important să introduceți burghiul cât mai departe posibil în mandrina; acest lucru îngreunează rătăcirea bitului.

Orificiul lateral al comutatorului are o formă necirculară, deci are nevoie de rafinare după ce ați început cu burghiul, care se face folosind fișiere elvețiene. Folosind etriere măsoară orificiul curent și îl depun la dimensiunea corectă. Gaura ar trebui să fie la 4,6 mm de suprafața superioară, la 3,8 mm de la suprafața inferioară și la 25,8 mm de cel mai îndepărtat punct al fiecărei urechi. Vă sugerez să vizionați Clickspring pe YouTube pentru inspirație în timp ce filmați gaura.

Pasul 6: Prelucrarea comutatorului lateral

Fișierele utilizate în acest pas au fost incluse în fișierul zip înapoi în configurația de prelucrare.

Comutatorul lateral este prelucrat foarte asemănător cu carcasa MechWatch. Se frezează cu o moară de capăt de 1/8 ", utilizând aceleași setări ca și carcasa. În continuare, utilizați o moară cu bile de 1/8" pe suprafețele curbate, aceleași setări ca înainte.

A doua configurare este văzută în imaginile 3-4 înainte și după prelucrare. Moară de capăt de 1/8 ", moară de bile de 1/8", moară de capăt de 1/32 ", apoi moară cu filet M1.6. (Există o gaură filetată pentru ao ține la comutatorul de pe tablă).

Eu folosesc comutatorul dintr-o bucată mai mare de aluminiu din două motive. Primul motiv este pentru a putea prinde părțile laterale și a nu mori accidental piesa care o ține. Al doilea este așa că, atunci când îl plasez în slot pentru a treia operație, acesta poate fi încă prins (a se vedea imaginea 5).

Pasul 7: Prelucrarea carcasei înapoi

Fundul ceasului este realizat din acril, trebuie să fie nemetalic datorită încărcării inductive. Folosesc niște tăieturi de aluminiu pentru a-l distanța de margine (fiecare 12,7 mm grosime) și bandă dublă pentru a o menține în poziție.

Deoarece plasticul este mult mai ușor de prelucrat decât aluminiul, este posibil să fii mai agresiv cu setările CNC. Începând cu o moară de capăt de 1/8 ", setările sunt 16500 RPM, viteza de tăiere de 600 mm / min, adâncimea de tăiere de 1,5 mm și lățimea de tăiere de 1 mm. Pentru a tăia detaliile fine, utilizați o moară de capăt de 1/32" cu aceleași setări, dar adâncimea de tăiere de 0,25 mm și lățimea de tăiere de.3 mm.

După ce întorc o scobitoare dintr-un buștean (ar trebui să folosesc un stoc mai subțire, dar asta am) am ceasul înapoi terminat. Are forma electromagnetului tăiată pentru a menține ceasul subțire.

Pentru a-l scoate din pat, am pus o cheie Allen în slotul t și ridic ușor, trecând la punctul următor când începe să se slăbească.

Ultimul pas este preluarea unui burghiu și contracurarea ușoară a găurilor din partea de jos. Fac asta întorcând burghiul cu mâna. Mi se pare mai ușor să fiu centrat și sub control.

Din nou fișierele utilizate în acest pas au fost incluse în fișierul zip înapoi în configurarea de prelucrare.

Pasul 8: Urmăriți asamblarea

Acesta este cel mai satisfăcător pas, luând toate piesele și asamblându-le în ceasul final. Toate părțile aranjate (minus banda de ceas de 24 mm lățime și bare de arc cu eliberare rapidă de 24 mm lungime cu diametrul de 1,5 mm) sunt văzute în imaginea 1.

Prima parte este dificilă, deoarece inelele cu diametru de 40 mm pe care le-am comandat sunt de fapt mai apropiate de 37 mm, deci trebuie să fie întinse și instalate rapid. Utilizați capătul unei taste Allen cu bilă pentru a o apăsa în poziție, rulând-o de-a lungul canelurii, așa cum se vede în imaginea 2.

Când inelul O este așezat corect, apăsați ferm cristalul (40 mm diametru 1,5 mm grosime) în carcasa ceasului. Inelul O trebuie să-l țină în poziție, fiind aproape invizibil.

Acum este timpul să instalați electronica. În primul rând, ștergeți interiorul cristalului cu o cârpă fără scame și așezați electronica în carcasă, acordând atenție cheii pentru a menține orientarea dreaptă. PCB ar trebui să fie așezat ferm în carcasă, dar dacă este slăbit, poate fi fixat cu o mică picătură de super-adeziv pe cheie pentru ao ține în poziție.

Odată ce dispozitivele electronice sunt introduse, comutatorul lateral se potrivește prin gaură și peste comutatorul montat pe PCB. Un șurub de fixare M1.6 ține cele două piese împreună așa cum se vede în imaginea 4.

Apoi, cablurile mai lungi de pe bobină trebuie să fie îndoite și înfășurate acolo unde nu vor freca contactele electrice expuse.

Penultimul pas este să închideți totul și să atașați carcasa din plastic înapoi cu cele 4 șuruburi M1.6. Este important să acordați atenție faptului că forma din spate se aliniază cu forma bobinei. Poate fi necesară modificarea plasării firului, astfel încât să se potrivească mai bine.

Ultimul pas este să atașați banda de ceas folosind bare de arc cu eliberare rapidă (imagini 8-9). În funcție de banda aleasă, poate fi necesară modificarea benzii pentru a lucra cu bare de arc. Pentru banda cu rețea de rechin prezentată, folosesc tăietori de sârmă pentru a crea o mică gaură pentru a găzdui mecanismul de eliberare rapidă.

Pasul 9: Note finale

Ceasul este terminat!

Doar câteva note: întrerupătorul lateral poate deveni uneori puțin lipicios, pentru a remedia problema, poate fi necesar să măriți orificiul sau să reglați locația comutatorului slăbind șurubul stabilit, ținând comutatorul aproape de corp și strângând din nou şurub.

Pentru a încărca ceasul, am realizat un suport de încărcare personalizat bazat în jurul încărcătorului Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) văzut în a doua imagine, dar că acesta este un subiect pentru altă dată.

Indiferent de încărcătorul ales, este important să rețineți că niciun metal nu poate fi între bobină și încărcător. Deoarece trupa pe care am ales-o este metalică, trebuie să înconjoare încărcătorul

Mulțumesc că ai citit până la capăt, sper că ai învățat ceva. Mă bucur să vă împărtășesc MechWatch-ul după câteva luni de producție.

Premiul I la Concursul de ceasuri