VizTimer: Електронният пясъчен часовник: 28 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Когато синът ни беше на около три -четири години, започнахме да очакваме от него да върши нещата своевременно. Бих казал неща като „Трябва да тръгнем след десет минути!“Или „Играйте с този камион още пет минути и след това дайте на някой друг ред“. Проблемът беше, че (а) той не можеше да чете часовник, нито цифров, нито аналогов, и (б) той нямаше представа колко е дълга една минута. Разбрах, че се нуждае от ясен начин да види как изглеждат пет или десет минути и да може да проследи оставащото време. Затова се заех да проектирам и изградя визуален таймер. Бях виждал много варианти, включително класическия таймер за яйца, но имах чувството, че ротационната метафора не е интуитивна за много малки деца - всичко е свързано с гледане на ъгли и части от кръг. След като се спрях на по -линеен дизайн, идеята за електронен пясъчен часовник изглеждаше очевидна: тя осигурява правилната визуална метафора и бих могъл да използвам акселерометър, за да приложа ергономията на превръщането му за стартиране и спиране на таймера.

Моят окончателен дизайн, който ще ви покажа тук, е сравнително прост. Визуалната част се състои от лента от индивидуално адресируеми RGB светодиоди (например WS2812). Програмирането се осъществява с един бутон (капацитивен сензорен бутон, защото е плосък). Съвместим с Arduino микроконтролер (Adafruit Metro) изпълнява програмата и чете информация за ориентация от 3-осен аналогов акселерометър. Захранването се осигурява от акумулаторна батерия, извадена от банката за захранване на телефона (стандартен литиево -йон 18650). Хубавото на power bank е, че включва веригата за зареждане, микро-USB порт и извежда 5V, което микроконтролерът и LED лентата очакват.

В зависимост от нивото на опит, вероятно можете да направите този таймер за един или два уикенда. Ще ви трябват основни умения за запояване и свързаните с тях инструменти и консумативи. Най -голямата променлива е заграждението: Имам дървообработващи електроинструменти, които улесняват тази работа, но ще обсъдя и алтернативни начини за изграждане на корпуса без много инструменти.

Стъпка 1: Материали и инструменти

МАТЕРИАЛИ

За електрониката:

• Преносима банка за захранване на мобилен телефон (с 18650 цилиндрова батерия) - ценовият диапазон е огромен, но не плащайте повече от $ 10
• 2-пинов люлеещ се превключвател-нещо подобно:
• Терминали за превключвателя - комплект е полезен:
• AVR микроконтролер - 5V захранване с поне три аналогови входа. Adafruit Metro Mini е перфектен.
• 3-осен акселерометър-Adafruit продава пробивна платка ADXL335.
• Капацитивен бутон за докосване - Adafruit продава пълна платка с бутони.
• Малка макетна платка за прототипи (такава с релси)-дъските Adafruit Perma-proto са с добро качество
• Малък JST конектор за захранване - като този:
• Адресируема RGB LED лента (напр. WS2812) - вземете лентата 144 LED/метър:
• 3-жилен кабел Dupont с женски конектор
• Свързващ проводник (24 и 26 габарит)

За заграждението

• Дървена заготовка (с дебелина най -малко 1,25 инча) ИЛИ Шперплат с различна дебелина
• Дървена лента отгоре и отдолу (с дебелина 0,25 инча)
• Малък лист от плексиглас или акрил
• Лист от дифузионен материал - тънките пластмасови подложки за рязане са страхотни:
• #6 винтове, плоска глава и глава на тиган, 5/8 инча
• Zinsser шеллак, полиуретан за избърсване
• Лента, лепило, шкурка

ИНСТРУМЕНТИ

• Резачки и стрипери за тел
• Поялник
• Хак видя
• Триони за дърво
• Свредло, свредла, включително свредло
• Длета и пили
• Фреза за плексиглас или помощен нож

ДЪРВООБРАБОТКА

• Трион за маса
• Банциг
• Сабя видя
• Преса за свредла

Стъпка 2: Подгответе батерията

Първата стъпка е да разглобите преносимото зарядно устройство и да премахнете USB A конектора. Тези устройства са доста прости: те имат 18650 литиево -йонна батерия и малка платка, която съдържа схема за зареждане и разреждане. Обикновено има два щекера: микро-USB за зареждане на батерията (вход) и по-голям USB A за захранване на кабелите за зареждане на телефона (изход). Ще използваме изхода за захранване на таймера, така че няма нужда от USB A конектора. Използвайте комбинация от поялник и клещи, за да го премахнете.

ЗАБЕЛЕЖКА: Внимавайте да не повредите кабелите, които са останали на дъската. Ще трябва да използваме двете външни.

Стъпка 3: Добавете конекторите за захранване

Започнете, като запоите проводник 24AWG към всеки от захранващите проводници, където е USB конекторът. Използвам червено и черно, за да си спомня кое е захранване (5V) и кое е заземено. От страна на захранването добавете клема, която пасва на проводниците на превключвателя на захранването. Подгответе втори червен проводник с клема в единия край.

Ако свържете двата терминала към превключвателя, трябва да останат два края на проводника - един червен и един черен. Присъединете ги към едната страна на JST конектора. Харесвам JST конекторите за захранващи връзки, защото формата на конектора ви пречи да го включите по грешен начин и да пържите веригата си.

Подгответе червен и черен проводник от другата страна на JST конектора.

Уверете се, че проводниците ще бъдат достатъчно дълги, за да достигнат по дължината на таймера (вижте по -късните снимки). Лесно се подрязва или просто се натъпква в допълнителен проводник.

Стъпка 4: Сглобете контролния борд

Контролната платка е сравнително проста, но има няколко подробности, на които трябва да обърнете внимание. Започнете с perma-proto wide, който има същия модел на окабеляване на щифтове като стандартната платка (обърнете внимание на релсите за захранване). Подстрижете го, колкото е възможно, за да бъде възможно най -малък, оставяйки захранващите шини и достатъчно отвори за щифтове, за да можете да добавите необходимите свързващи проводници.

Запояйте микроконтролера и акселерометъра към платката, като използвате стандартни заглавки. ЗАБЕЛЕЖЕТЕ ориентацията на двете дъски:

• Уверете се, че micro-USB конекторът е обърнат към ръба на платката, така че все още да имате достъп до него за програмиране.
• Обърнете внимание на ориентацията на акселерометъра, защото този избор ще определи какво смята за "нагоре" срещу "надолу".

Стъпка 5: Захранване на жицата и акселерометър

Решете коя от релсите ще бъде 5V и коя ще бъде заземена. Добавете малки сегменти тел от захранващите релси към захранването и заземяването на двете прекъсвачи.

Добавете три проводника, за да свържете трите изхода от акселерометъра към три аналогови входни щифта на микроконтролера. На моята настройка свързах X изхода към A2, Y изхода към A1 и Z изхода към A0.

Стъпка 6: Свържете захранващия конектор

Запояйте свободната страна на съединителя JST към контролната платка. Обърнете внимание на полярността: уверете се, че червеният проводник е запоен към 5V захранващата шина, а черният към заземителната шина.

Стъпка 7: Свържете LED лентата

В тази стъпка ще решите общия размер на таймера, защото искаме LED лентата да работи по цялата дължина. Избрах LED лента с 30 светодиода при плътност 144 светодиода/метър. Общата височина е около 8 1/2 инча. Поставих всички части върху дървената заготовка, за да се уверя, че ще пасне.

Повечето от тези ленти могат да бъдат нарязани на всякаква дължина - просто се уверете, че сте отрязали в определената точка, където са изложени подложките. Запояйте три проводника върху откритите подложки във входящия край на лентата. Повечето ленти имат някакъв индикатор, като малка стрелка, показваща посоката на движение на данните. Захранването може да бъде свързано от двата края, но данните трябва да вървят в правилната посока надолу по лентата.

Уверете се, че проводниците са достатъчно дълги, така че да могат да се обвиват от предната част на таймера обратно към контролната платка. Запоявайте захранващите проводници в захранващите шини на контролната платка и запоявайте проводника за данни към един от цифровите щифтове на микроконтролера.

Стъпка 8: Добавете капацитивен бутон за докосване

Подобно на превключвателя за захранване, капацитивният сензорен бутон се нуждае от подвижен конектор поради начина, по който е прикрепен към таймера. Моята стратегия тук е да запоявам прави заглавки към бутона, след това да запоявам трижилен кабел Dupont към контролната платка. "Женският" конектор Dupont пасва идеално на разстоянието върху щифтовете на заглавката.

Запоявайте захранващите и заземяващите проводници към релсите на контролната платка, както сте направили за LED лентата. Свържете линията за данни (която ще прочете "високо", когато бутонът е натиснат) към един от цифровите входни щифтове на микроконтролера.

Пълната схема е показана на последната снимка. В този момент можете да го включите и, ако искате, да качите кода и да го тествате.

Стъпка 9: Поставете корпуса

Моят корпус е направен предимно от плоча от клен с дължина около 8 1/2 инча, ширина 2 1/2 инча и дебелина 1 1/4 инча. Използвайте LED лентата като водач за изрязване на дължината, като добавите още 1/8 инча за проводници и хлабина.

Електрониката трябва да се побира удобно на дървената плоча, с батерията и превключвателя на долната половина, а контролната платка на горната половина. Крайният таймер всъщност ще има две отделни заграждения за тези компоненти.

Стъпка 10: Алтернативни заграждения

Осъзнавам, че не всеки има необходимите инструменти, за да направи заграждението, описано в следващите няколко стъпки. Има няколко алтернативи, които все още излизат много хубави.

Една стратегия, която ще доведе до много хубав, модерно изглеждащ корпус, е да изрежете парчета шперплат в необходимите форми и да ги залепите заедно като сандвич. Този подход може да бъде осъществен само с няколко ръчни инструмента. Можете да получите малки парчета висококачествен шперплат с различна дебелина в магазините за хоби и артикули.

Стъпка 11: Нарежете отпред

В първия си прототип на този таймер пробих и изрязах пространствата за електрониката, което се оказа огромна болка и никога не можах да го накарам да изглежда напълно чист. Вместо това прерязвам дървената заготовка - тоест я нарязвам на две дъски с еднакъв размер, но с различна дебелина. Тънката част става плътният фронт, а по -дебелата част става частта, която държи електрониката.

За да се уверя, че пространствата ще бъдат достатъчно големи, използвам дебелината на батерията, за да определя къде да режа. Тази стъпка може да се направи с ръчен трион, но използването на лентов трион го прави по -лесно и по -прецизно.

СЪВЕТ: Маркирайте края на дъската с триъгълник или друга маркировка веднага след като я изрежете, по този начин лесно можете да запомните как точно двете дъски се връщат заедно.

Стъпка 12: Поставете и изрежете място за електрониката

Работейки с дебелата част, излагам грубата форма на таймера. Стените на заграждението ще бъдат с дебелина около 3/8 инча. Използвайте вашата електроника като ръководство за размерите на пространствата: батерията трябва да се побере в долното пространство, контролната платка трябва да се побере в горното пространство.

Започнете с пробиване на ъглите на пространствата. Ние ще премахнем напълно тези правоъгълници, което е бърза работа с помощта на сабя. Почистете ръбовете с помощта на пила и/или шкурка.

Сега можете да сглобите кутията на сухо и да се уверите, че електрониката наистина ще пасне!

Стъпка 13: Изрежете дупки за съединителите

Много по -лесно е да изрежете дупките за превключвателя на захранването и микро USB (за зареждане), преди да залепим монтажа заедно. Измерете с действителния превключвател и платката за зареждане и изрежете с помощта на малък трион. Почистете с файлове, за да прилепнете плътно.

Също така трябва да изрежем канал между двете камери на корпуса, за да свържем захранването. Можете да използвате всяка комбинация от длета и триони - тази част не е задължително да е красива, защото няма да се вижда. Но се уверете, че е достатъчно широк, за да позволи преминаването на JST конектора.

Стъпка 14: Залепете корпуса заедно

Залепете двете страни на кутията заедно. Погледнете внимателно вашите маркировки и дървесните зърна, за да се уверите, че ги залепвате обратно по правилния начин. Искате крайният резултат да изглежда така, сякаш изобщо никога не сте нарязали дъската!

Струваше ми се трудно да поддържам дъските подравнени, когато ги затягам, затова използвах голяма паралелна скоба отгоре и отдолу, за да не се плъзга наоколо.

Стъпка 15: Направете отгоре и отдолу

Горните и долните парчета могат да бъдат с всякакъв размер и форма и каквото дърво искате. Единственото изискване е тя да е достатъчно дебела, за да побере капацитивната платка за докосване на сензорния бутон.

Частта, която намерих за най -предизвикателна в тази стъпка, е да подредя парчетата, когато пробих отворите за винтове. Моята стратегия е първо да пробия дупките в горната и долната част, след това да ги подредя и да маркирам дупките по краищата на таймера. Уверете се, че сте направили достатъчно дълбоки отвори за винтове, така че винтовете да не стърчат - в противен случай таймерът ще се разклати, когато се опитате да го изправите.

Все пак приключих с части, които бяха леко наклонени. Можете да отстраните този проблем, като залепите клечка за зъби в старата дупка, изчакате да изсъхне, отрежете я и пробиете нова дупка.

Стъпка 16: Изрежете вдлъбнатината за капацитивен бутон за докосване

Капацитивният сензорен бутон е в края на таймера, най -близо до платката за управление. Това е краят, който ще бъде нагоре, когато настроите таймера, и надолу, когато той работи. Както при винтовете, важно е бутонът да не излиза от дървото, в противен случай таймерът ще бъде нестабилен, когато го обърнете.

Измерете и изрежете достатъчно голям отвор, за да побере щифтовете на платката и 3-жилния конектор Dupont от контролната платка. Поставете бутона на място и проследете очертанията на дъската. Използвайки комбинация от пробиване и длето, оформете вдлъбнатина, която позволява на бутона да седи достатъчно ниско, така че да не пречи на таймера да седи на едно място. Също така намерих за полезно да отрежете кабелите в горната част на дъската, за да ги направите възможно най -къси.

Стъпка 17: Пробийте дупки в края на таймера за проводници

И капацитивният сензорен бутон, и LED лентата се нуждаят от проводници, които преминават от вътрешната страна на корпуса. За да освободите място за тях, пробийте два отвора в края на таймера до вътрешността на корпуса.

Първият отвор прави място за трите проводника, които захранват LED лентата. Формата не е от решаващо значение, но трябва да издълбаете малко от предната част на таймера, така че да могат да се огъват отпред.

Второто задържане преминава от контролната платка до капацитивния сензорен бутон. Позицията и размерът на тази дупка трябва да съответстват на дупката, която сте изрязали в предишната стъпка. Подредете горната част и маркирайте дупката. Пробийте и длето, докато трижичният конектор Dupont премине чисто, за да се свърже с бутона.

Стъпка 18: Нарежете подложката от плексиглас

Задната част на таймера е от прозрачен плексиглас, който държи електрониката и ги показва! Проследете очертанията на заграждението и използвайте инструмент за точкуване или помощен нож, за да отбележите плексигласа. Изрежете десетката няколко пъти, за да я направите дълбока. Подравнете делителната линия с ръба на масата и с бързо движение надолу откъснете парчето от плексиглас. Тя трябва да се счупи чисто.

Тази техника работи само с почивки, които преминават през плексигласа, така че може да са необходими две почивки, за да получите правилния размер. Оставете защитния филм засега.

Стъпка 19: Пробийте дупки за подпиране

Подредете плексигласа обратно и го залепете здраво. Пробийте дупка на всеки ъгъл за малък винт. Използвах 5/8 винтове с глава 6 на тиган. Внимавайте да не пробиете твърде далеч в дървото. Центрирайте отворите за винтове в наличната дървесина на всеки ъгъл, за да дадете максимална сила на задържане.

Стъпка 20: Маркирайте подравняването на гърба

Един проблем, с който се сблъсках в миналото, е, че забравям как беше ориентиран плексигласът, когато пробих дупките. Малките разлики в позиционирането на винтовете обаче често означават, че той няма да се побере по друг начин. Вместо да предполагам, създавам марка, която ми казва точно как трябва да бъдат ориентирани парчетата.

Преди да премахнете лентата, използвайте пила или малък трион, за да изрежете асиметричен разрез през плексигласа и дървото. Този знак ще се подреди само когато парчетата са в правилната позиция.

Стъпка 21: Изрежете форма на пясъчен часовник

Сега, когато корпусът е по същество завършен, можем да изрежем формата на пясъчния часовник. Точните размери не са критични, но се уверете, че не отслабвате прекалено много корпуса, като го изрежете близо до вътрешните кутии.

Като държите лентата включена, разрежете дървото и плексигласа едновременно. Използвах лентов трион, но повечето ръчни триони могат да прорязват и двата материала. Почистете разрезите с пили и шкурка.

Стъпка 22: Изрежете жлеб за LED лента

Предната част на таймера има жлеб за поставяне на LED лентата, както и дифузионния материал. Подредете LED лентата и очертайте нейните очертания върху дървото. Добавете набор от паралелни линии на около 1/8 до 1/16 извън тези линии, за да маркирате кога ще тръгне дифузьорът.

Тази стъпка е най -трудната без подходящи електроинструменти. Използвах настолен трион с острие на дадо, за да изрежа дълбок канал за светодиодите (вътрешните линии). Внимавайте да не прорежете вътрешността на кутията! След това изрязах плитък канал за дифузора (външните линии). Тествайте LED лентата и се уверете, че проводниците удобно достигат до платката за управление.

В този момент сте свършили работата!

Стъпка 23: Пясък и финиш

Шлайфайте и трите дървени части с шкурка 220 или по -висока. Също така обичам да добавям малка фаска по всички ръбове под прав ъгъл, за да придам на заграждението по -изискан вид и да го направя по -приятно за държане.

Започвам с един или два слоя шеллак, който потъва в дървото и наистина подчертава зърното. Изсъхва бързо, така че няма да се налага да чакате дълго. След като изсъхне, шлайфайте леко с 320 или 400 шкурка, за да изравните повърхността. Но не прекалявайте: все пак трябва да можете да видите част от лъскавото покритие.

След това нанасям един-два слоя полиуретан за избърсване, който е здрав, но привлекателен завършек. Можете да го полирате леко със стоманена вата, след като изсъхне.

Стъпка 24: Сглобете електрониката

Започнете окончателното сглобяване, като подадете LED лентата от вътрешната страна на корпуса през канала отпред. Отлепете лепкава лента или използвайте малко количество лепило, за да залепите лентата към канала.

След това горещо залепете капацитивния сензорен бутон в вдлъбнатината в горната част. Трябва да можете да видите щифтовете, стърчащи през дъното. Уверете се, че бутонът е изравнен (или по -нисък) към повърхността на горната част, така че таймерът да не се клати.

Поставете батерията в долното отделение и прокарайте USB конектора. Използвайте малко горещо лепило, за да се уверите, че е сигурно в пространството.

Добавете контролната платка към горното отделение на кутията. Подайте JST конектора от батерията през скрития канал в центъра на таймера. Свържете го към JST конектора на контролната платка.

Прокарайте 3-жилния конектор Dupont от контролната платка през отвора в горната част и го свържете към щифтовете в долната част на капацитивния сензорен бутон.

Натиснете бутона за включване/изключване през отвора отстрани на корпуса (от външната страна), докато застане плътно на място. Прикрепете двата проводника към двата проводника на превключвателя.

Трябва да имате настройката, показана на последната снимка.

Стъпка 25: Завършете сглобяването на корпуса

Подредете плексигласа и го закрепете на място с четири винта. Завийте горните и долните части. Проверете подравняването на всичко и се уверете, че таймерът е разположен на масата от двата края.

Стъпка 26: Добавете дифузионния материал

Изрежете лента от дифузен материал, която е малко по -широка от канала около LED лентата. Това ще накара дифузора да се извие малко, като го задържи на място без лепило и ще осигури повече дифузия. Като цяло, колкото по -далеч е дифузерът от светодиода, толкова по -дифузен ги прави.

Има много подходящи материали. Използвал съм тънки пластмасови подложки за рязане (евтини в Amazon) и тази пластмасова "плакатна дъска" (която е тънка и гъвкава и изобщо не е "дъска").

Стъпка 27: Персонализирайте и качете кода

Изтеглете кода от github.com/samguyer/VizTimer. Ще ви е необходима и библиотеката FastLED, която предоставя драйвери на ниско ниво за светодиодите. Частите, които най -вероятно ще трябва да промените, са точно в горната част: петте щифта (LED щифтът, капацитивният сензорен щифт и трите щифта на акселерометъра). Може също да се наложи да зададете броя на светодиодите в лентата.

Чувствайте се свободни да изследвате и променяте кода!

Свържете контролната платка към компютъра си и качете кода. Ще трябва да премахнете подложката от плексиглас, за да стигнете до микро-USB конектора на микроконтролера.

Стъпка 28: Как да го използвате

Целта на този дизайн беше да направи настройването и пускането на таймера възможно най -лесно.

Таймерът има три режима: режим на програмиране, режим на време и режим на пауза. Режимът се определя от ориентацията на таймера: режим на програмиране, когато капацитивният сензорен бутон е отгоре, режим на таймер, когато е отдолу, и режим на пауза, когато таймерът е на неговата страна.

РЕЖИМ НА ПРОГРАМАТА

Когато го включите за първи път, ще видите мигащ жълт „курсор“в долната част на LED лентата. Докоснете капацитивния бутон, за да добавите време на стъпки от 15 секунди. На всеки 15 секунди се показва като лилава точка. Когато стигнете до 60 секунди, лилавите точки се заменят със синя точка, която представлява минута. Задръжте бутона натиснат, за да добавяте минути непрекъснато, докато бутонът се освободи. Всяка пета минута точка е оцветена в бяло, за да се види по -лесно общата сума.

РЕЖИМ НА ВРЕМЕ

Обръщането на таймера започва отброяването. Всички точки започват да светят, независимо от общото време - това беше избор на дизайн от моя страна. Можете също така да го програмирате така, че всяка точка винаги означава еднакво време.

Точките падат една по една, докато изтече времето. След това таймерът показва цветен „финал“за около 15 секунди. За да се върнете в режим на програмиране, завъртете таймера обратно. Жълтият курсор ще се покаже отново. Ако стартирате таймера отново веднага, без да го програмирате, той ще използва предишното време.

Приятно допълнение към този таймер би бил малък високоговорител за възпроизвеждане на звуци, особено звук на аларма в края.

РЕЖИМ НА ПАУЗА

По време на времевия режим можете да поставите таймера на пауза, като го завъртите на 90 градуса и го поставите отстрани. Точките за синхронизиране замръзват на място и пулсират леко, за да покажат, че таймерът чака да бъде рестартиран. Завъртете го обратно, за да продължите с времето, или по друг начин да се върнете в режим на програмиране.

Надявам се това устройство да ви хареса толкова, колкото и аз!