VizTimer: elektronické přesýpací hodiny: 28 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Když byly našemu synovi asi tři nebo čtyři roky, začali jsme očekávat, že věci udělá včas. Řekl bych věci jako „Musíme jít za deset minut!“Nebo „Hrajte si s tím náklaďákem ještě pět minut a pak dejte přednost někomu jinému“. Problém byl (a) nemohl číst hodiny, digitální ani analogové, a (b) neměl pocit, jak dlouhá je minuta. Uvědomil jsem si, že potřebuje jasný způsob, jak vidět, jak vypadá pět nebo deset minut, a umět sledovat zbývající čas. Pustil jsem se tedy do návrhu a výroby vizuálního časovače. Viděl jsem mnoho variací, včetně klasického časovače vajec, ale cítil jsem, že metafora otáčení není pro velmi malé děti intuitivní - je to všechno o pohledu na úhly a zlomky kruhu. Jakmile jsem se usadil na lineárnějším designu, myšlenka elektronických přesýpacích hodin se zdála zřejmá: poskytuje správnou vizuální metaforu a já bych mohl použít akcelerometr k implementaci ergonomie jeho převrácení pro spuštění a zastavení časovače.

Můj konečný návrh, který vám zde ukážu, je poměrně jednoduchý. Vizuální část se skládá z pruhu jednotlivě adresovatelných RGB LED diod (např. WS2812). Programování se provádí jediným tlačítkem (kapacitní dotykové tlačítko, protože je ploché). Program spouští mikrokontrolér kompatibilní s Arduino (Adafruit Metro) a čte informace o orientaci z 3osého analogového akcelerometru. Napájení zajišťuje dobíjecí baterie vyjmutá z powerbanky telefonu (standardní lithium -iontová baterie 18650). Na powerbance je hezké, že obsahuje nabíjecí obvod, port micro-USB a má výstup 5V, což mikrokontrolér a LED pásek očekávají.

V závislosti na vaší úrovni zkušeností můžete tento časovač pravděpodobně vyrobit za víkend nebo dva. Budete potřebovat základní pájecí dovednosti a související nástroje a zásoby. Největší proměnnou je rozvaděč: Mám dřevozpracující elektrické nářadí, které tuto práci usnadňuje, ale také budu diskutovat o alternativních způsobech, jak stavět rozvaděč bez spousty nástrojů.

Krok 1: Materiály a nástroje

MATERIÁLY

Pro elektroniku:

• Přenosná powerbanka pro mobilní telefon (s 18650 válcovou baterií) - cenové rozpětí je obrovské, ale neplatíte více než 10 $
• 2kolíkový kolébkový přepínač-něco takového:
• Terminály pro přepínač - užitečná je sada:
• Mikrokontrolér AVR - napájení 5 V s nejméně třemi analogovými vstupy. Adafruit Metro Mini je perfektní.
• 3osý akcelerometr-Adafruit prodává rozbíjecí desku ADXL335.
• Kapacitní dotykové tlačítko - Adafruit prodává kompletní tlačítkovou desku.
• Malé prototypovací prkénko (jedno s napájecími lištami)-desky Adafruit Perma-proto jsou kvalitní
• Malý napájecí konektor JST - takto:
• Adresovatelný RGB LED pás (např. WS2812) - získejte pás 144 LED/metr:
• 3vodičový kabel Dupont se zásuvkou
• Propojovací vodič (měřidlo 24 a 26)

Pro ohradu

• Dřevěný polotovar (alespoň 1,25 palce tlustý) NEBO překližka různé tloušťky
• Dřevěná lišta nahoře a dole (tloušťka 0,25 palce)
• Malý list plexiskla nebo akrylu
• List difuzního materiálu - tenké plastové řezací podložky jsou skvělé:
• Šrouby č. 6, plochá hlava a válcová hlava, 5/8 palce
• Zinsser šelak, otíratelný polyuretan
• Páska, lepidlo, smirkový papír

NÁSTROJE

• Nůžky na drát a odizolovače
• Páječka
• Hack viděl
• Pily na dřevo
• Vrták, vrtáky, včetně zahloubení
• Dláta a pilníky
• Nůž na plexisklo nebo nůž

DŘEVĚNÁ PRÁCE

• Stolní pila
• Pásová pila
• Sabre viděl
• Vrtačka

Krok 2: Připravte baterii

Prvním krokem je odpojení přenosné nabíječky a odpojení konektoru USB A. Tato zařízení jsou velmi jednoduchá: mají lithium -iontovou baterii 18650 a malou desku, která obsahuje nabíjecí a vybíjecí obvody. Typicky existují dva konektory: micro-USB pro nabíjení baterie (vstup) a větší USB A pro napájení kabelů pro nabíjení telefonu (výstup). Výstup využijeme k napájení časovače, takže konektor USB A není potřeba. K jeho odstranění použijte kombinaci páječky a kleští.

POZNÁMKA: Dávejte pozor, abyste nepoškodili vodiče, které zůstaly na desce. Budeme muset použít dva vnější.

Krok 3: Přidejte napájecí konektory

Začněte připájením 24AWG vodiče na každý napájecí kabel, kde byl konektor USB A. Používám červenou a černou, abych si pomohl zapamatovat si, který z nich je napájecí (5 V) a který uzemněný. Na straně napájení přidejte svorku, která odpovídá vodičům na vypínači. Připravte si druhý červený vodič s koncovkou na jednom konci.

Pokud připojíte dva terminály k přepínači, měli byste mít dva konce vodičů vlevo - jeden červený a jeden černý. Připojte je k jedné straně konektoru JST. Líbí se mi konektory JST pro připojení napájení, protože tvar konektoru vám brání ve špatném zapojení a smažení vašeho obvodu.

Připravte si červený a černý vodič s druhou stranou konektoru JST.

Ujistěte se, že dráty budou dostatečně dlouhé, aby dosáhly po délce časovače (viz pozdější fotografie). Je snadné jej oříznout nebo jen nacpat další drát.

Krok 4: Sestavte řídicí desku

Ovládací panel je poměrně jednoduchý, ale je zde několik detailů, na které je třeba dávat pozor. Začněte s perma-proto širokým, který má stejný vzor zapojení pinů jako standardní prkénko (všimněte si napájecích lišt). Ořízněte jej tak, aby byl co nejmenší, ponechte napájecí lišty a dostatek otvorů pro kolíky, abyste mohli přidat potřebné propojovací vodiče.

Připojte mikrokontrolér a akcelerometr k desce pomocí standardních hlaviček. POZOR na orientaci dvou desek:

• Ujistěte se, že konektor micro-USB směřuje k okraji desky, abyste k němu měli stále přístup pro programování.
• Všimněte si orientace akcelerometru, protože tato volba určí, co považuje za „nahoru“vs. „dolů“.

Krok 5: Drátový výkon a akcelerometr

Rozhodněte, která z napájecích kolejnic bude 5V a která bude uzemněna. Přidejte malé segmenty drátu z napájecích kolejnic k napájení a uzemnění na obou odlamovacích deskách.

Přidejte tři vodiče pro připojení tří výstupů z akcelerometru ke třem analogovým vstupním pinům na mikrokontroléru. Při svém nastavení jsem připojil výstup X na A2, výstup Y na A1 a výstup Z na A0.

Krok 6: Připojte napájecí konektor

Připájejte volnou stranu sestavy konektoru JST k řídicí desce. Dávejte pozor na polaritu: ujistěte se, že červený vodič je připájen k napájecí liště 5 V a černý k uzemňovací liště.

Krok 7: Připojte LED pásek

V tomto kroku určíte celkovou velikost časovače, protože chceme, aby LED pás běžel po celé délce. Vybral jsem LED pásek s 30 LED diodami o hustotě 144 LED/metr. Celková výška je asi 8 1/2 palce. Položil jsem všechny díly na dřevěný polotovar, abych se ujistil, že se vejde.

Většinu těchto pásů lze zkrátit na libovolnou délku - stačí se ujistit, že stříháte v určeném místě, kde jsou podložky odhaleny. Připájejte tři dráty na odkryté podložky na vstupním konci pásu. Většina proužků má nějaký indikátor, jako malou šipku, ukazující směr přenosu dat. Napájení lze připojit na obou koncích, ale data musí jít správným směrem dolů po pásu.

Ujistěte se, že jsou vodiče dostatečně dlouhé, aby se mohly omotat z přední části časovače zpět na ovládací desku. Zapájejte napájecí vodiče do napájecích kolejnic na řídicí desce a datový vodič připájejte k jednomu z digitálních kolíků na mikrokontroléru.

Krok 8: Přidejte kapacitní dotykové tlačítko

Stejně jako vypínač, kapacitní dotykové tlačítko potřebuje odnímatelný konektor, protože je připojeno k časovači. Moje strategie zde je připájet přímé záhlaví na tlačítko a poté připájet třívodičový kabel Dupont k řídicí desce. „Samičí“konektor Dupont dokonale vyhovuje rozteči na kolících záhlaví.

Pájejte napájecí a zemnící vodiče na kolejnice na řídicí desce, jako jste to udělali pro LED pásek. Datovou linku (která bude po stisknutí tlačítka ukazovat „vysoko“) připojte k jednomu z digitálních vstupních kolíků na mikrokontroléru.

Celý obvod je uveden na závěrečné fotografii. V tuto chvíli ho můžete zapnout a pokud chcete, nahrajte kód a otestujte ho.

Krok 9: Rozložte skříň

Moje ohrada je vyrobena především z desky javoru o délce 8 1/2 palce, šířce 2 1/2 palce a tloušťce 1 1/4 palce. Použijte LED pásek jako vodítko pro zkrácení délky, přidejte navíc 1/8 palce pro dráty a vůli.

Elektronika by se měla pohodlně vejít na dřevěnou desku, s baterií a spínačem na spodní polovině a ovládací deskou na horní polovině. Konečný časovač bude mít ve skutečnosti dva oddělené prostory skříně pro tyto komponenty.

Krok 10: Alternativní přílohy

Uvědomuji si, že ne každý má nástroje potřebné k výrobě krytu popsaného v následujících několika krocích. Existuje několik alternativ, které stále vypadají velmi pěkně.

Jednou ze strategií, která vyústí ve velmi pěkný, moderně vypadající kryt, je nařezat kousky překližky do potřebných tvarů a slepit je dohromady jako sendvič. Tento přístup lze provést pomocí několika ručních nástrojů. V obchodech s hobby a uměleckými potřebami můžete získat malé kousky vysoce kvalitní překližky v různých tloušťkách.

Krok 11: Odřízněte přední část

Ve svém prvním prototypu tohoto časovače jsem vyvrtal a vytesal prostory pro elektroniku, což se ukázalo jako obrovská bolest, a nikdy jsem nemohl dosáhnout toho, aby to vypadalo úplně čisté. Místo toho jsem znovu rozřezal dřevěný polotovar - to znamená, že jsem ho rozřezal na dvě desky, které jsou stejně velké, ale různé tloušťky. Z tenké části se stane pevná přední část, ze silnější části část, která drží elektroniku.

Abych se ujistil, že mezery budou dostatečně velké, používám tloušťku baterie k určení, kde řezat. Tento krok lze provést ruční pilou, ale použití pásové pily to usnadňuje a zpřesňuje.

TIP: Označte konec desky trojúhelníkem nebo jinou značkou hned poté, co jste ji rozřízli, tak si snadno zapamatujete, jak přesně se obě desky spojují.

Krok 12: Rozložení a zmenšení prostoru pro elektroniku

Při práci se silnou částí jsem rozložil hrubý tvar časovače. Stěny skříně budou silné asi 3/8 palce. Použijte svou elektroniku jako vodítko pro velikosti prostorů: baterie se musí vejít do spodního prostoru, řídicí deska se musí vejít do horního prostoru.

Začněte vyvrtáním rohů mezer. Tyto obdélníky zcela odstraníme, což je rychlá práce pomocí šavlové pily. Očistěte okraje pilníkem nebo brusným papírem.

Nyní můžete skříň sestavit nasucho a ujistit se, že se elektronika skutečně vejde!

Krok 13: Vyřízněte otvory pro konektory

Je mnohem jednodušší vyříznout otvory pro vypínač a mikro USB (pro nabíjení), než slepíme sestavu dohromady. Měřte pomocí skutečného spínače a nabíjecí desky a řezejte pomocí malé pily. Vyčistěte soubory, aby vám dobře sedly.

Abychom mohli připojit napájení, musíme také proříznout kanál mezi dvěma komorami skříně. Můžete použít libovolnou kombinaci dlát a pil - tato část nemusí být hezká, protože nebude viditelná. Ale ujistěte se, že je dostatečně široký, aby umožňoval průchod konektoru JST.

Krok 14: Slepte kryt dohromady

Přilepte obě strany skříně k sobě. Pečlivě se podívejte na svá označení a na zrno dřeva, abyste se ujistili, že je slepujete správným způsobem. Chcete, aby konečný výsledek vypadal, jako byste desku nikdy nepřekrojili!

Přišlo mi složité udržovat desky při upínání zarovnané, a tak jsem použil velkou rovnoběžnou svorku nahoře a dole, aby vše neklouzlo.

Krok 15: Vytvořte horní a dolní část

Horní a spodní kusy mohou mít jakoukoli velikost a tvar a jakékoli dřevo, které se vám líbí. Jediným požadavkem je, aby byl dostatečně tlustý, aby pojal kapacitní rozpojovací desku s dotykovým tlačítkem.

Část, kterou jsem na tomto kroku považoval za nejnáročnější, je získání seřazení kusů při vrtání otvorů pro šrouby. Mojí strategií je nejprve vyvrtat otvory v horním a dolním dílu, poté je seřadit a označit otvory na koncích časovače. Ujistěte se, že otvory pro šrouby zahloubíte natolik, aby šrouby nevyčnívaly - v opačném případě se při pokusu postavit časovač zakolísá.

Stále jsem skončil s částmi, které byly mírně nakřivo. Tento problém můžete vyřešit tak, že do staré díry nalepíte párátko, počkáte, až zaschne, odříznete a vyvrtáte novou díru.

Krok 16: Vyjmutí výřezu pro kapacitní dotykové tlačítko

Kapacitní dotykové tlačítko je na konci časovače nejblíže k řídicí desce. Toto je konec, který nastane, když nastavíte časovač, a dolů, když běží. Stejně jako u šroubů je důležité, aby tlačítko nevyčnívalo ze dřeva, jinak bude časovač nestabilní, když ho otočíte.

Změřte a vyřízněte dostatečně velký otvor, aby se do něj vešly kolíky desky a 3vodičový konektor Dupont z řídicí desky. Umístěte tlačítko na místo a obkreslete obrys desky. Pomocí kombinace vrtání a sekání vytvořte vybrání, které umožní knoflíku dostatečně nízko sedět, aby nerušilo časovač sedící naplocho. Také mi přišlo užitečné oříznout svody v horní části desky, aby byly co nejkratší.

Krok 17: Vyvrtejte otvory na konci časovače pro dráty

Kapacitní dotykové tlačítko i LED pásek vyžadují vodiče, které vedou zevnitř skříně. Chcete -li jim uvolnit místo, vyvrtejte na konci časovače dva otvory dovnitř skříně.

První otvor uvolní místo pro tři vodiče, které napájí LED pásek. Tvar není rozhodující, ale musíte trochu vyřezat přední část časovače, aby se mohly ohnout dopředu.

Druhé podržení probíhá z ovládací desky na kapacitní dotykové tlačítko. Poloha a velikost tohoto otvoru by měla odpovídat otvoru, který jste vyřízli v předchozím kroku. Zarovnejte horní část a označte otvor. Vrtejte a dláťte, dokud třívodičový konektor Dupont neprojde čistě a nepřipojí se k tlačítku.

Krok 18: Odřízněte podložku z plexiskla

Na zadní straně časovače je čiré plexisklo, které drží elektroniku a ukazuje ji! Nakreslete obrys skříně a pomocí bodovacího nástroje nebo nože nařízněte plexisklo. Několikrát prořízněte dělící čáru, aby byla hluboká. Zarovnejte dělící čáru s hranou stolu a rychlým pohybem dolů odlomte kus plexiskla. Mělo by se to čistě zlomit.

Tato technika funguje pouze s přestávkami, které probíhají celou cestu plexisklem, takže pro získání správné velikosti může vyžadovat dvě přestávky. Ochrannou fólii zatím nechte zapnutou.

Krok 19: Vyvrtejte otvory pro podložku

Zarovnejte plexisklo zpět a bezpečně jej zalepte páskou. V každém rohu vyvrtejte otvor pro malý šroub. Použil jsem 5/8 šrouby s válcovou hlavou číslo 6. Dávejte pozor, abyste nevyvrtávali příliš daleko do dřeva. Vycentrujte otvory pro šrouby v dostupném dřevě v každém rohu, aby byla zajištěna maximální přídržná síla.

Krok 20: Označte zadní zarovnání

Jeden problém, se kterým jsem se v minulosti setkal, je ten, že při vrtání otvorů zapomínám, jak bylo orientováno plexisklo. Malé rozdíly v umístění šroubů však často znamenají, že se nehodí jiným způsobem. Spíše než hádat, vytvářím značku, která mi přesně říká, jak by měly být kousky orientovány.

Než pásku odstraníte, pilníkem nebo malou pilkou prořízněte asymetrický divot přes plexisklo a dřevo. Tato značka se zarovná pouze tehdy, když jsou figurky ve správné poloze.

Krok 21: Vyrežte tvar přesýpacích hodin

Nyní, když je skříň v podstatě hotová, můžeme tvar přesýpacích hodin snížit. Přesné rozměry nejsou rozhodující, ale ujistěte se, že kryt příliš neoslabujete řezáním blízko vnitřních boxů.

Udržujte pásku na sobě, prořízněte dřevo a plexisklo současně. Použil jsem pásovou pilu, ale většina ručních pil dokáže prořezat oba materiály. Řezy vyčistěte pilníky a smirkovým papírem.

Krok 22: Vyřízněte drážku pro LED pásek

Na přední straně časovače je drážka pro umístění LED pásku a difuzního materiálu. Zarovnejte LED pásek a sledujte jeho obrys na dřevě. Přidejte sadu rovnoběžných čar asi 1/8 až 1/16 mimo tyto čáry a označte, kdy difuzor půjde.

Tento krok je nejobtížnější bez řádného elektrického nářadí. Stolní pilou s ostřím dado jsem vyřízl hluboký kanál pro LED diody (vnitřní čáry). Dávejte pozor, abyste neprorazili dovnitř skříně! Dále jsem vyřízl mělký kanál pro difuzor (vnější linie). Vyzkoušejte, zda pasuje LED pásek, a ujistěte se, že se vodiče pohodlně dostanou kolem ovládací desky.

V tuto chvíli jste téměř hotovi!

Krok 23: Pískujte a dokončete

Brouste všechny tři dřevěné části brusným papírem 220 nebo vyšším. Rád bych také přidal malé zkosení podél všech hran pravých úhlů, aby měl kryt jemnější vzhled a příjemněji se držel.

Začínám jednou nebo dvěma vrstvami šelaku, který se zaboří do dřeva a opravdu zvýrazní zrno. Rychle schne, takže nebudete muset dlouho čekat. Po zaschnutí lehce přebruste brusným papírem 320 nebo 400, aby se povrch vyrovnal. Ale nepřehánějte to: stále byste měli vidět nějaký lesklý povrch.

Dále nanesu vrstvu nebo dva otíratelného polyuretanu, což je tvrdý, ale atraktivní povrch. Jakmile je suchý, můžete jej lehce obrousit ocelovou vlnou.

Krok 24: Sestavte elektroniku

Začněte finální montáž přivedením pásky LED zevnitř skříně do kanálu na přední straně. Odlepte lepivou pásku nebo pomocí malého množství lepidla připevněte pás k kanálu.

Poté zalepte kapacitní dotykové tlačítko horkým způsobem do vybrání v horní části. Měli byste vidět kolíky trčící skrz dno. Ujistěte se, že je tlačítko zarovnáno (nebo níže) s povrchem horní části, aby se časovač nehýbal.

Vložte baterii do spodního prostoru a protáhněte konektor USB. Použijte horké lepidlo, abyste se ujistili, že je v prostoru bezpečně.

Přidejte ovládací desku do horního oddílu skříně. Protáhněte konektor JST z baterie skrytým kanálem uprostřed časovače. Připojte jej ke konektoru JST na řídicí desce.

Protáhněte 3vodičový konektor Dupont z řídicí desky otvorem v horní části a připojte jej ke kolíkům ve spodní části kapacitního dotykového tlačítka.

Zatlačte tlačítko zapnuto/vypnuto skrz otvor v boční části skříně (zvenčí), dokud nezapadne na místo. Připojte dvě drátové svorky ke dvěma vodičům na spínači.

Měli byste mít nastavení zobrazené na poslední fotografii.

Krok 25: Dokončete montáž skříně

Zarovnejte plexisklo a zajistěte jej na místě čtyřmi šrouby. Našroubujte horní a spodní díl. Zkontrolujte zarovnání všeho a ujistěte se, že časovač sedí na stole na obou koncích.

Krok 26: Přidejte difúzní materiál

Ořízněte proužek difuzního materiálu, který je o něco širší než kanál kolem pásu LED. To způsobí, že se difuzor trochu vykloní, drží na místě bez lepidla a poskytuje větší difúzi. Obecně platí, že čím dále je difuzor od LED, tím více je rozptyluje.

Existuje mnoho vhodných materiálů. Použil jsem tenké plastové řezací podložky (na Amazonu levné) a tuto plastovou „plakátovou desku“(která je tenká a disketová, a už vůbec ne „desková“).

Krok 27: Přizpůsobte a nahrajte kód

Stáhněte si kód z github.com/samguyer/VizTimer. Budete také potřebovat knihovnu FastLED, která poskytuje ovladače nízké úrovně pro LED diody. Části, které budete pravděpodobně muset změnit, jsou přímo nahoře: pět pinů (kolík LED, kapacitní dotykový kolík a tři kolíky akcelerometru). Možná budete muset také nastavit počet LED diod v pásku.

Neváhejte prozkoumat a upravit kód!

Připojte řídicí desku k počítači a nahrajte kód. Abyste se dostali ke konektoru micro-USB na mikrokontroléru, budete muset odstranit podložku z plexiskla.

Krok 28: Jak jej používat

Cílem tohoto návrhu bylo co nejjednodušší nastavení a spuštění časovače.

Časovač má tři režimy: režim programu, režim časování a režim pozastavení. Režim je určen orientací časovače: režim programu, když je kapacitní dotykové tlačítko nahoře, režim časovače, když je dole, a režim pozastavení, když je časovač na boku.

REŽIM PROGRAMU

Při prvním zapnutí uvidíte ve spodní části LED pásky blikající žlutý „kurzor“. Stisknutím kapacitního tlačítka přidáte čas v krocích po 15 sekundách. Každých 15 sekund je zobrazeno jako fialová tečka. Když se dostanete na 60 sekund, fialové tečky jsou nahrazeny modrou tečkou, která představuje minutu. Podržením tlačítka přidáváte minuty nepřetržitě, dokud tlačítko neuvolníte. Každá pátá minutová tečka je zbarvena bíle, aby bylo lépe vidět celkový součet.

REŽIM ČASOVÁNÍ

Otočením časovače se spustí odpočítávání. Všechny body začínají svítit, bez ohledu na celkový čas - to byla z mé strany designová volba. Můžete to také naprogramovat tak, aby každý bod vždy znamenal stejnou dobu.

Tečky padají jeden po druhém, dokud neuplyne čas. Poté časovač asi na 15 sekund zobrazí barevné „finále“. Chcete -li se vrátit do režimu programu, otočte časovač zpět. Znovu se zobrazí žlutý kurzor. Pokud časovač znovu spustíte okamžitě, aniž byste ho naprogramovali, použije předchozí čas.

Pěkným doplňkem tohoto časovače by byl malý reproduktor pro přehrávání zvuků, zejména zvuku alarmu na konci.

REŽIM PAUZY

Během režimu časování můžete časovač pozastavit otočením o 90 stupňů a opřením o bok. Časovací body zamrzají na místě a jemně pulzují, což znamená, že časovač čeká na restart. Otočením zpět pokračujete v načasování, nebo jiným způsobem se vrátíte do programovacího režimu.

Doufám, že si toto zařízení užijete stejně jako já!