MechWatch - vlastní digitální hodinky: 9 kroků (s obrázky)

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

MechWatch jsou hodinky, které jsem navrhl tak, aby měly výhody Arduina, pokud jde o flexibilitu, ale chtěl jsem, aby vypadal a cítil se tak profesionálně, jak jsem uměl. Za tímto účelem tento instruktáž využívá poměrně pokročilou elektroniku pro povrchovou montáž (žádné odkryté spojení s pájkou) a CNC frézovací zařízení.

Začnu tím, jak se čte čas, ilustrací na druhém obrázku. K dispozici jsou dva prsteny LED, jeden je hodinová ručka a druhý funguje jako minutová ručička ukazující od 1 do 12 jako na analogový ciferník. Protože se minutová ručička může pohybovat pouze v 5minutových krocích, jsou k dispozici 4 samostatné LED diody, které ukazují jednotlivé minuty. Třetí obrázek například ukazuje hodinky zobrazující 9:41.

Interakce hodinek se provádí pomocí obousměrného přepínače na straně, která se posouvá směrem k výstupkům (dopředu/dozadu). Nastavení času:

1. Stiskněte a podržte spínač, dokud světla nezhasnou. Po uvolnění bude čas blikat a přepnutím hodiny nahoru/dolů lze změnit hodinu

2. Opětovným stisknutím a podržením spínače, dokud se světla nevypnou, přepnete na nastavení minut stejným způsobem

3. Chcete -li ušetřit čas, stiskněte a podržte spínač, dokud se světla znovu nevypnou

4. Pokud čekáte příliš dlouho při nastavování času bez stisknutí tlačítka, hodinky se přepnou do režimu spánku bez uložení jakýchkoli změn

Tento návod uvádí, jak vytvořit úplné hodinky, a poskytuje všechny potřebné zdrojové soubory.

Krok 1: Design elektroniky

Tento krok nastiňuje specifika elektroniky. První obrázek je elektrické schéma ukazující, jak jsou nastíněny všechny části. Druhý obrázek ukazuje, jak je deska uspořádána, nahoře je červená a dole je modrá.

Pro kohokoli, koho zajímá přesný kusovník všech elektronických součástek a také místo, kde je kupuji, jsem připojil soubor aplikace Excel s odkazy, než aby se každý procházel dlouhým seznamem.

Chtěl jsem zachovat horní část desky plošných spojů relativně čistou s konzistentní estetikou designu, a tak jsem umístil mikrokontrolér doprostřed a uspořádal kolem něj RTC, Crystal a odpory. LED diody obklopují zvenčí a dokonce i stopy kolem vnějšku odrážejí estetiku kruhového designu.

Pro propojení LED s mikrokontrolérem mohou být uspořádány v mřížce a k jejich ovládání je zapotřebí 12 digitálních I/O pinů. Také chci použít hodiny v reálném čase (RTC), abych udržel čas, abych mohl mikrořadič uvést do hlubokého spánku, abych šetřil energii. RTC využívá výrazně méně energie než mikrokontrolér, což umožňuje až 5 dní mezi nabitími. Ke komunikaci s mikrokontrolérem vyžaduje RTC komunikaci I2C. Vybral jsem si ATMEGA328P, protože splňuje tyto požadavky a jeho používání již znám (používá se také v mnoha Arduinech).

K interakci s hodinkami uživatel potřebuje nějaký přepínač, a tak jsem našel obousměrný posuvný přepínač, který se vrací do středu pomocí pružin. K elektrickému spínači se pomocí stavěcího šroubu připevňuje externí posuvný spínač.

Rozhodl jsem se použít lithiovou baterii k napájení všeho a indukční nabíjení Qi k dobití. Chtěl jsem se vyvarovat používání jakéhokoli druhu konektorů k dobíjení hodinek, protože mají otvory, do kterých dovnitř pronikají nečistoty a voda, a pravděpodobně budou časem korodovat, protože jsou tak blízko pokožky. Poté, co jsem si přečetl více datových listů, než by kdokoli kdy chtěl, jsem se rozhodl pro BQ51050BRHLT. Má dobré referenční diagramy a vestavěnou nabíječku lithiových baterií (místo je na prémii).

Protože neexistoval žádný pěkný způsob, jak uspořádat nabíjecí elektroniku Qi nahoře, musel jsem ji dát na zadní stranu desky s baterií. Přepínač je také umístěn na zadní straně, ale to je proto, že je to lepší místo pro připojení externího přepínače.

Krok 2: Sestavení elektroniky

Uspořádal jsem téměř všechny kusy elektroniky na prvním obrázku. Vynechal jsem několik kondenzátorů a odporů, protože všechny vypadají velmi podobně a snadno se mísí nebo ztrácejí.

Abych pájku dostal na podložky, použiji pájecí šablonu. Rychle jsem vytvořil držák na druhém obrázku, aby byly desky plošných spojů zarovnány pod šablonou, ale je k dispozici několik jednodušších možností, nejjednodušší je páska.

Třetí obrázek ukazuje šablonu zarovnanou nad deskou. Čtvrtý obrázek ukazuje rozmazání pájecí pasty do otvorů šablony. Je důležité, aby se šablona po nanesení pájky zvedla přímo nahoru. Tato fotografie také odhaluje provizorní způsob, jakým to dělám, protože jsem nikdy předtím nepoužil šablonu. Příště bych rám nekoupil. Bylo by jednodušší jednoduše nalepit menší list podél jednoho okraje bez rámu, žít a učit se.

Nyní únavný a obtížný úkol; položte každou část na desku pinzetou. Obrázek 7 ukazuje umístěné části a obrázek 8 je pájené.

Video na místě 6. obrázku ukazuje proces pájení. K roztavení pájky bez narušení částí používám horkovzdušnou pájecí stanici nastavenou na 450C, alternativně je možné použít to samé pomocí pájecí pece. Po pájení dna pomocí multimetru nastaveného na režim spojitosti zkontrolujte zkraty mezi sousedními piny na IC. Když je nalezen zkrat, pomocí páječky jej odtáhněte od čipu a rozlomte.

Při tomto pájení je důležité desku pomalu zahřívat několik minut, než se pustíte do taveniny. V opačném případě může teplotní šok zničit součásti. Pokud tuto metodu neznáte, doporučuji se podívat na podrobnější pokyny.

Dále je nutné připojit cívku ke 2vodičovému konektoru a držet ji přes nabíjecí základnu. Pokud vše proběhlo dobře, zelená kontrolka nabíjení by se měla rozsvítit asi na sekundu a poté zhasnout. Pokud je připojena baterie, zelená kontrolka nabíjení by měla svítit, dokud se nabíjení nedokončí.

Poté, co nabíjení funguje podle očekávání, je stejný proces pájení horní strany desky. Poznámka k LED diodám na obrázku 9 ukazuje na spodní straně LED malé označení orientace. Strana, k níž malá čára vychází, je úzký konec trojúhelníku ve schématu LED. Je důležité to zkontrolovat u každé LED diody pro povrchovou montáž, kterou používáte, protože označení se u různých výrobců může lišit.

Krok 3: Programování a testování elektroniky

Pomocí AVRISP mkII naprogramujte mikrokontrolér (stiskněte a podržte shift a klikejte na nahrát v Arduino IDE). Je také možné jej použít k normálnímu vypálení bootloaderu a použití sériového připojení na zadní straně hodinek pomocí kabelu FTDI. Ale obcházením zavaděče a programováním přímo pomocí AVR ISP mkII začíná kód rychleji při zapnutí.

K tomuto kroku jsem také připojil kód. Pokud by se někdo chtěl podívat hlouběji, komentoval jsem kód, abych vysvětlil, co každá část dělá. Obecná struktura kódu je stavový stroj. Každý stav má kus kódu, který spouští, a také podmínky pro přesun do jiného stavu.

Velká část kódu ovládající I/O piny přímo ovládá registry, je trochu těžší na čtení, ale může být až 10x rychlejší při provádění než digital. Write nebo Read.

Krok 4: Nastavení obrábění

Nastavení obrábění pouzdra hodinek je poměrně složité a vyžaduje dobrou přípravu.

Mlýn, který používám, je Othermill v2 (nyní nazývaný Bantam Tools) se sadou upínacích špiček. Svorky mi umožňují držet obrobek ze stran, což používám při prvním nastavení.

Hodinové obrábění probíhá ve třech nastaveních. První nastavení má pouze počáteční materiál upnutý na CNC loži a mlýn vyřízne vnitřní tvar hodinek a odstraní kousek povrchu. Nastavení softwaru pro obrábění je vidět na 6. obrázku.

Druhé nastavení vyžaduje vlastní příslušenství, které drží pouzdro hodinek zevnitř, takže je možné oříznout celý horní vnější tvar hodinek. Vlastní zařízení lze vidět na prvním obrázku s rozloženým pohledem na druhém obrázku. Malý středový díl má závitový otvor, takže když je šroub utažen, zvedne kus a zatlačí dva boční díly do pouzdra hodinek a drží ho na svém místě. Obráběcí software pro druhé nastavení je vidět na obrázku 7.

Třetí nastavení vyžaduje další vlastní zařízení pro držení hodinek; tento je o něco jednodušší. Svítidlo se skládá ze základny a dílu, který se nachází uvnitř hodinek. Kus uvnitř hodinek se registruje se dvěma sloupky na základně a šrouby na místě, které drží pouzdro hodinek vzhůru nohama.

Obrobil jsem upínací kusy z větších kusů hliníku a nechal je spojit záložkami. Poté, co jsou obrobeny obě strany, jsem ořízl jazýčky pilovou pilou a vybrousil je hladce.

Zahrnul jsem soubory fusion360 CAD, které jsem použil k výrobě všech dílů (včetně pouzdra hodinek a bočního spínače), ale pokud se tyto součásti pokusíte vyrobit, použijte svůj vlastní úsudek. Nejsem zodpovědný, pokud se něco pokazí a zlomí.

Nápověda ke zpřesnění svítidel: nejprve obrobte jakoukoli součást, která je v kontaktu se strojem, a poté ji vložte na konečné místo a poté ji obrobte do konečných rozměrů. Tím je zajištěno, že se mnoho malých chyb neslučuje a drží pouzdro hodinek na špatném místě. Tyto znalosti vám přinesla hromada šrotu hliníku.

Krok 5: Obrábění pouzdra

Počáteční hliníkový polotovar je vidět na prvním obrázku. K odstranění středu používám děrovku 1-1/4 , což ušetří docela dost času na obrábění.

Jak již bylo zmíněno v předchozím kroku, k opracování pouzdra existují 3 nastavení. První nastavení po obrábění je vidět na obrázku 2. Nejprve odstraním většinu materiálu čelní frézou 1 1/8 "(plochá na spodní straně). Poté přepnu na čelní frézu 1/32", abych odřízl 4 šrouby otvory. K řezání závitů v otvorech pro šrouby pak používám závitový mlýn M1.6 (od nástrojů Harvey). Konkrétní nastavení, která používám, jsou obsažena v souboru CAD Fusion360.

Obrázek 3 ukazuje druhé nastavení s dokončeným obráběním a 4. obrázek ukazuje třetí nastavení před obráběním.

Druhé nastavení je obrobeno pomocí 1/8 "čelní frézy pro rychlé odstranění většiny materiálu, poté použiji 1/8" kulový mlýn (kulatý konec) k řezání zakřivených ploch. Operace jsou stejné i pro třetí nastavení.

Druhé nastavení vyžaduje použití jiného specializovaného nástroje, rozřezávací pily 3/4 s upraveným trnem, aby se mohl těsně hodit do držáku pouzdra hodinek. Rozřezávací pila se otáčí rychlostí 1 600 otáček za minutu a pohybuje se rychlostí 30 mm/min. Tato rychlost tlačí to, čeho je Othermill schopen, takže bude možná nutné to ještě více zpomalit. Tento krok je uveden na videu výše.

Pokud se chcete dozvědět více o specifikách CNC obrábění, upozorním vás na NYC CNC na YouTube, zde dělají lepší práci, než jsem kdy mohl.

Jen pro informaci pro ty, kteří vědí, co to znamená, nastavení použitá na druhém mlýnu v2 pro 1/8 stopkovou frézu je 16 400 ot/min (163,5 m/min), 300 mm/min, hloubka řezu 1 mm a šířka 1,3 mm střih.

Protože druhý mlýn nemá dostatečnou výšku Z, aby udržel hodinky na boku, musím ručně vyvrtat otvory pro pásek hodinek a otvor pro boční spínač. Abych je našel na nepravidelně tvarovaných stranách hodinek, vytiskl jsem 3D průvodce, jak je vidět na obrázcích 5-7. Aby byla zajištěna přesnost vrtání, je důležité dostat vrták co nejdále do sklíčidla; díky tomu je bit obtížnější se toulat.

Boční přepínací otvor má nekruhový tvar, takže po zahájení vrtáku, který se provádí pomocí švýcarských pilníků, potřebuje vylepšení. Pomocí třmenů změřím aktuální otvor a uložím jej do správného rozměru. Otvor by měl být 4,6 mm od horního povrchu, 3,8 mm od spodního povrchu a 25,8 mm od nejvzdálenějšího bodu každého oka. Doporučuji sledovat Clickspring na YouTube pro inspiraci při vyplňování otvoru.

Krok 6: Obrácení bočního spínače

Soubory použité v tomto kroku byly zahrnuty do souboru zip zpět v nastavení obrábění.

Boční spínač je opracován velmi podobně jako pouzdro MechWatch. Frézuje se s čelní frézou 1/8 "se stejným nastavením jako v případě. Dále použijte na zakřivené povrchy kuličkový mlýn 1/8", stejné nastavení jako dříve.

Druhé nastavení je vidět na obrázcích 3-4 před a po obrábění. Čelní fréza 1/8 ", kulová fréza 1/8", čelní fréza 1/32 ", pak závitová fréza M1.6 (je zde závitový otvor, který ji drží na spínači na desce).

Přepínač obrobím z většího kusu hliníku ze dvou důvodů. Prvním důvodem je, abych mohl upnout boky a nechtěně vyfrézovat kus, který ho drží. Druhá je taková, že když ji umístím do štěrbiny pro třetí operaci, dá se ještě upnout (viz obrázek 5).

Krok 7: Obrábění pouzdra zpět

Spodní část hodinek je vyrobena z akrylu, díky indukčnímu nabíjení musí být nekovová. Použil jsem nějaké hliníkové odřezky, abych jej oddělil od okraje (každý o tloušťce 12,7 mm), a oboustrannou pásku, aby držel na svém místě.

Vzhledem k tomu, že plast je mnohem jednodušší na obrábění než hliník, je možné při nastavení CNC být agresivnější. Počínaje stopkovou frézou 1/8 "je nastavení 1 600 ot/min, řezná rychlost 600 mm/min, hloubka řezu 1,5 mm a šířka řezu 1 mm. K ořezání jemných detailů použijte stopkovou frézu 1/32" stejné nastavení, ale hloubka řezu 0,25 mm a šířka řezu 0,3 mm.

Po otočení párátka z klády (měl bych použít tenčí pažbu, ale tohle mám) mám zadní část hodinek hotovou. Má do sebe vyřezaný tvar elektromagnetu, aby hodinky byly tenké.

Abych ho sundal z postele, vložil jsem imbusový klíč do T-drážky a jemně jej vypáčil a přesunul se do dalšího bodu, když se začne uvolňovat.

Posledním krokem je vrtání a jemné zahloubení otvorů na spodní straně. Dělám to otáčením vrtáku ručně. Je pro mě snazší udržet se ve středu a pod kontrolou.

Soubory použité v tomto kroku byly opět zahrnuty do souboru zip zpět v nastavení obrábění.

Krok 8: Sledujte montáž

Toto je nejpřínosnější krok, vzít všechny díly a sestavit je do finálních hodinek. Všechny uspořádané části (minus 24 mm široký pásek hodinek a 24 mm dlouhé pružinové tyče o průměru 1,5 mm) jsou vidět na obrázku 1.

První část je složitá, protože objednané o-kroužky o průměru 40 mm jsou ve skutečnosti blíže 37 mm, takže je třeba je rychle natáhnout a nainstalovat. Pomocí konce imbusového klíče zatlačte na místo jeho zatažením podél drážky, jak je vidět na obrázku 2.

Když je O-kroužek správně usazen, pevně zatlačte krystal (průměr 40 mm, tloušťka 1,5 mm) do pouzdra hodinek. O-kroužek by měl držet na místě a přitom být téměř neviditelný.

Nyní je čas nainstalovat elektroniku. Nejprve otřete vnitřek krystalu hadříkem, který nepouští vlákna, a usaďte elektroniku do pouzdra, přičemž dávejte pozor na klíč, aby byla orientace rovná. Deska plošných spojů by měla v pouzdře pevně sedět, ale pokud je uvolněná, lze ji zajistit malou kapkou super lepidla na klíči, aby držela na svém místě.

Jakmile je elektronika uvnitř, boční spínač se vejde otvorem a přes spínač namontovaný na desce plošných spojů. Nastavovací šroub M1.6 drží dva kusy pohromadě, jak je vidět na obrázku 4.

Dále je třeba delší kabely na cívce sklopit a zastrčit tam, kde nebudou otírat žádné odkryté elektrické kontakty.

Předposledním krokem je zavřít vše a připevnit plastové pouzdro zpět pomocí 4 šroubů M1.6. Je důležité věnovat pozornost tomu, aby tvar v zádech odpovídal tvaru cívky. Může být nutné upravit umístění drátu, aby lépe sedělo.

Posledním krokem je připevnění hodinového pásku pomocí pružinových tyčí s rychlým uvolněním (obrázky 8-9). V závislosti na zvoleném pásmu může být nutné upravit pásmo tak, aby fungovalo s pružinovými tyčemi. Pro ukázaný pás žraločí sítě používám řezačky drátu k vytvoření malého otvoru pro mechanismus rychlého uvolnění.

Krok 9: Závěrečné poznámky

Hodinky jsou nyní hotové!

Jen pár poznámek: boční spínač může být občas trochu lepkavý, pro opravu může být nutné zvětšit otvor nebo upravit umístění spínače povolením stavěcího šroubu, přidržením spínače blízko těla a opětovným utažením šroub.

K nabíjení hodinek jsem vytvořil vlastní nabíjecí stojan založený na nabíječce Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162), který je vidět na druhém obrázku, ale to je téma na jindy.

Ať už je vybrána jakákoli nabíječka, je důležité si uvědomit, že mezi cívkou a nabíječkou nemůže být žádný kov. Protože pásmo, které jsem si vybral, je kovové, musí obejít nabíječku

Děkuji, že jste dočetli až do konce, doufám, že jste se něco naučili. Jsem rád, že mohu sdílet MechWatch po měsících tvorby.

První cena v soutěži Hodiny