MechWatch - персонализиран цифров часовник: 9 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:53

MechWatch е часовник, който съм проектирал да има предимствата на Arduino по отношение на гъвкавостта, но исках да изглежда и да се чувства възможно най -професионално направен. За тази цел тази инструкция използва доста усъвършенствана електроника за повърхностно монтиране (без открити връзки към спойка) и фрезово оборудване с ЦПУ.

Ще започна с начина, по който се чете времето, с илюстрация на втората снимка. Има два LED пръстена, единият е часовата стрелка, а другият действа като минутна стрелка, сочеща от 1-12 като на аналогов циферблат. Тъй като минутната стрелка може да се движи само на стъпки от 5 минути, има 4 отделни светодиода, които показват всяка една минута. Като пример третата снимка показва часовника, показващ 9:41.

Взаимодействието на часовника се осъществява чрез двупосочен превключвател отстрани, който се плъзга към ушите (напред/назад). За да настроите часа:

1. натиснете и задръжте превключвателя, докато светлините се изключат. Когато се освободи, времето ще мига и превключвателят може да бъде натиснат нагоре/надолу, за да смени часа

2. Натиснете и задръжте превключвателя отново, докато светлините се изключат, за да преминете към настройка на минутите по същия начин

3. Натиснете и задръжте превключвателя, докато светлините се изключат отново, за да спестите време

4. Ако чакате твърде дълго, докато настройвате часа, без да натискате бутон, часовникът просто ще заспи, без да запазва никакви промени

Тази инструкция очертава как да направите пълния часовник и предоставя всички необходими изходни файлове.

Стъпка 1: Дизайн на електрониката

Тази стъпка очертава спецификата на електрониката. Първото изображение е електрическата схема, показваща как са очертани всички части. Второто изображение показва как е подредена дъската, горната част е червена, а долната част е синя.

За всеки, който се интересува от точната сметка на материалите за всички части на електрониката, както и от мястото, където ги купувам, съм прикачил Excel файл с връзки, вместо да накарам всички да превъртат по дългия списък.

Исках да запазя горната част на платката сравнително чиста с последователна естетика на дизайна, затова поставих микроконтролера в средата и разположих RTC, кристал и резистори около него. Светодиодите обграждат външната страна и дори следите около външното огледало оформят кръговата естетика на дизайна.

За да се свържат светодиодите с микроконтролера, те могат да бъдат подредени в мрежа, изисквайки 12 цифрови I/O пина, за да ги управляват. Също така искам да използвам часовник в реално време (RTC), за да запазя времето, за да мога да вкарам микроконтролера в дълбок сън, за да спестя енергия. RTC използва значително по -малко енергия от микроконтролер, което позволява до 5 дни между зарежданията. За да комуникира с микроконтролера, RTC изисква I2C комуникация. Избрах ATMEGA328P, защото отговаря на тези изисквания и вече съм запознат с използването му (използва се и в много Arduinos).

За да взаимодейства с часовника, потребителят се нуждае от някакъв превключвател, затова открих двупосочен плъзгащ се превключвател, който се връща в центъра с помощта на пружини. Външен плъзгащ се превключвател се прикрепя към електрическия превключвател с помощта на фиксиращ винт.

Реших да използвам литиева батерия за захранване на всичко и Qi индуктивно зареждане, за да я презаредя. Исках да избегна използването на всякакъв вид съединители за презареждане на часовника, защото те имат отвори за пропускане на мръсотия и вода и вероятно ще корозират с течение на времето, тъй като са толкова близо до кожата. След като прочетох повече технически листове, отколкото някой би искал, се спрях на BQ51050BRHLT. Той има добри референтни диаграми и вградено зарядно устройство за литиеви батерии (мястото е на първо място).

Тъй като нямаше хубав начин да подредите електрониката за зареждане на Qi отгоре, трябваше да я сложа на гърба на платката с батерията. Превключвателят също се намира на гърба, но това е така, защото е по -добро място за прикачване на външен превключвател.

Стъпка 2: Сглобяване на електроника

Подредих почти всички части от електрониката на първата снимка. Изпуснах няколко от кондензаторите и резисторите, защото всички те изглеждат много сходни и лесно се смесват или губят.

За да поставя спойката върху подложките, ще използвам шаблон за спойка. Бързо направих държача на втората снимка, за да поддържам платките подравнени под шаблона, но има няколко по -лесни опции, като най -простият е лентата.

Третата снимка показва шаблона, подравнен над дъската. Четвъртата снимка показва размазването на припойната паста в отворите на шаблона. Важно е шаблонът да се повдигне направо нагоре след нанасяне на спойка. Тази снимка също разкрива импровизирания начин, по който правя това, защото никога преди не съм използвал шаблон. Следващия път не бих купил рамката. Би било по -лесно просто да залепите по -малък лист по единия ръб без рамката, да живеете и да се научите.

Сега досадна и трудна задача; поставете всяка от частите на дъската с чифт пинсети. Снимка 7 показва поставените части, а снимка 8 показва тяхното запояване.

Видеото на мястото на 6 -тата снимка показва процеса на запояване. Използвам станция за запояване с горещ въздух, настроена на 450C, за да разтопя спойката, без да нарушавам частите, като алтернативно е възможно да се използва пещ за запояване, за да се направи същото. След запояване на дъното използвайте мултицет, настроен на режим на непрекъснатост, за да проверите за късо съединение между съседните щифтове на IC. Когато се намери късо съединение, използвайте поялник, за да го издърпате от чипа и да го счупите.

При запояване по този начин е важно бавната платка да се нагрява за няколко минути преди да влезете в стопилката. В противен случай термичният удар може да разруши частите. Предлагам да разгледате по -подробни инструкции, ако не сте запознати с този метод.

След това е необходимо да свържете бобината към 2 -проводния конектор и да я задържите върху основата за зареждане. Ако всичко върви добре, зелената лампа за зареждане трябва да светне за около секунда, след което да се изключи. Ако е свързана батерия, зеленият индикатор за зареждане трябва да свети, докато не приключи зареждането.

След като зареждането работи според очакванията, процесът на запояване на горната страна на платката е същият. Бележка за светодиодите на снимка 9, има малка маркировка в долната част на светодиодите, която показва ориентацията. Страната, към която излиза малката линия, е тесният край на триъгълника в схемата на LED. Важно е да проверите това за всеки светодиод за повърхностно монтиране, който използвате, тъй като маркировките могат да варират между различните производители.

Стъпка 3: Програмиране и тестване на електроника

Използвайте AVRISP mkII, за да програмирате микроконтролера (натиснете и задръжте Shift, докато щракнете върху качване в Arduino IDE). Възможно е също така да го използвате, за да запишете зареждащото устройство както обикновено и да използвате серийната връзка на гърба на часовника с FTDI кабел. Но като заобиколите буутлоудъра и програмирате директно с AVR ISP mkII, кодът започва по-бързо при включване.

Прикачих кода и към тази стъпка. Ако някой би искал да погледне по-задълбочено, коментирах кода, за да обясня какво прави всяка част. Общата структура на кода е машина на състоянието. Всяко състояние има част от кода, който изпълнява, както и условия за преминаване към различно състояние.

Голяма част от кода, контролиращ входно -изходните щифтове, директно контролира регистрите, четенето е малко по -трудно, но може да бъде до 10 пъти по -бързо в изпълнение от цифровото.

Стъпка 4: Настройка на обработката

Настройката за обработка на корпуса на часовника е доста сложна и отнема добра подготовка.

Мелницата, която използвам, е Othermill v2 (сега наречена Bantam Tools) с комплект за закрепване на пръсти. Скобите ми позволяват да държа заготовката отстрани, която използвам за първата настройка.

Механичната обработка на часовника се извършва в три настройки. Първата настройка просто включва изходния материал към CNC леглото и мелницата изрязва вътрешната форма на часовника и премахва малко от повърхността. Настройката на софтуера за обработка може да се види на 6 -тата снимка.

Втората настройка изисква персонализирано приспособление, което да държи корпуса на часовника отвътре, така че е възможно да се изреже цялата горна външна форма на часовника. Персонализираното приспособление може да се види на първата снимка с експлозивен изглед на втората картина. Малката централна част има нарязан отвор, така че при затягане на винт тя повдига парчето и притиска двете странични части в корпуса на часовника, като го държи на място. Софтуерът за обработка за втората настройка се вижда на снимка 7.

Третата настройка изисква друго персонализирано приспособление за държане на часовника; този е малко по -прост. Приспособлението се състои от основа и парче, което влиза вътре в часовника. Парчето вътре в часовника се регистрира с два стълба на основата и винтове на място, за да държи корпуса на часовника с главата надолу.

Изработих частите на арматурата от по -големи парчета алуминий и ги оставих свързани чрез фиксатори. След като двете страни са обработени, изрязвам зъбите с циркулярен трион и ги шлифовам гладко.

Включих CAD файловете на fusion360, които използвах, за да направя всички части (включително корпуса на часовника и страничния превключвател), но използвайте собствената си преценка, ако се опитате да направите частите. Не нося отговорност, ако нещо се обърка и се счупи.

Съвет за по -точна арматура: първо обработете всяка част, която се свързва с машината и след това я поставете на последното място и след това я обработете до крайни размери. Това гарантира, че много малки грешки не се усложняват и държат корпуса на часовника на грешното място. Това знание ви донесе купчина скрап алуминий.

Стъпка 5: Обработка на кутията

Началната алуминиева заготовка може да се види на първата снимка. Използвам трион с диаметър 1-1/4 , за да премахна центъра, това спестява доста време за обработка.

Както бе споменато в предишната стъпка, има 3 настройки за обработка на корпуса. Първата настройка след обработката се вижда на снимка 2. Първо използвам 1 1/8 "крайна фреза (плоска на дъното), за да премахна по -голямата част от материала. След това превключвам на 1/32" крайна фреза, за да отрежа 4 винта дупки. За да отрежа резбите в отворите за винтове, след това използвам мелница с резба M1.6 (от инструменти на Harvey). Конкретните настройки, които използвам, се съдържат в CAD файла на Fusion360.

Снимка 3 показва втората настройка с завършена обработка, а четвъртата снимка показва третата настройка преди обработката.

Втората настройка се обработва с помощта на 1/8 "крайна мелница за бързо отстраняване на по -голямата част от материала, след което използвам 1/8" сачмена мелница (кръгъл край) за изрязване на извитите повърхности. Операциите са същите и за третата настройка.

Втората настройка изисква използването на друг специализиран инструмент, 3/4 режещ трион с модифицирана беседка, така че да може да се побере плътно с държача на калъфа на часовника. Режещият трион се върти при 16500 оборота в минута и се движи с 30 мм/мин. Тази скорост натиска на какво е способна Другата мелница, така че може да се наложи да я забавите още повече. Тази стъпка е показана във видеото по -горе.

Ако искате да научите повече за спецификата на обработката с ЦПУ, ще ви насоча към Ню Йорк CNC в YouTube, те вършат по -добра работа, отколкото някога бих могъл тук.

Само за справка за тези, които знаят какво означава, настройките, използвани на другата мелница v2 за 1/8 крайната фреза, са 16400 оборота в минута (163,5 м/мин), 300 мм/мин, 1 мм дълбочина на рязане и 1,3 мм ширина на разрез.

Тъй като другата мелница няма достатъчна височина z, за да държи часовника отстрани, трябва ръчно да пробия отворите за лентата за часовника и отвора за страничния превключвател. За да ги намеря на страничните части на часовника с неправилна форма, отпечатах 3D ръководства, видяни на снимки 5-7. За да се подпомогне точността на пробиване, важно е да прокарате свредлото възможно най -далеч в патронника; това затруднява бита да се скита.

Страничният отвор за превключване е с некръгла форма, така че се нуждае от прецизиране след започване на тренировката, която се извършва с помощта на швейцарски пили. С помощта на шублери измервам текущия отвор и го изрязвам до правилния размер. Отворът трябва да е на 4,6 мм от горната повърхност, 3,8 мм от долната повърхност и 25,8 мм от най -отдалечената точка на всяко ухо. Предлагам да гледате Clickspring в YouTube за вдъхновение, докато запълвате дупката.

Стъпка 6: Обработка на страничния превключвател

Файловете, използвани в тази стъпка, бяха включени в zip файла обратно в настройката за обработка.

Страничният превключвател е обработен много подобно на корпуса на MechWatch. Фрезова се с 1/8 "крайна фреза, използвайки същите настройки като кутията. След това използвайте 1/8" сачмена мелница върху извитите повърхности, същите настройки като преди.

Втората настройка се вижда на снимки 3-4 преди и след обработката. 1/8 "крайна мелница, 1/8" топка мелница, 1/32 "крайна мелница, след това фреза с резба M1.6 (има отвор с резба, който да я държи към превключвателя на дъската).

Аз обработвам превключвателя от по -голямо парче алуминий по две причини. Първата причина е, че мога да захвана страните и да не фрежа случайно парчето, което го държи. Второто е така, че когато го поставя в слота за третата операция, той все още може да бъде затегнат (вижте снимка 5).

Стъпка 7: Обработка на кутията обратно

Дъното на часовника е изработено от акрил, трябва да е неметално поради индуктивното зареждане. Използвам някои алуминиеви разфасовки, за да го отделя от ръба (всеки с дебелина 12,7 мм) и двустранна лента, за да го задържа на място.

Тъй като пластмасата се обработва много по -лесно от алуминия, е възможно да бъдете по -агресивни с настройките на CNC. Започвайки с 1/8 "крайна фреза, настройките са 16500 оборота в минута, 600 mm/min скорост на рязане, 1,5 mm дълбочина на рязане и 1 mm ширина на рязане. За да изрежете фините детайли, използвайте 1/32" крайна фреза с същите настройки, но дълбочина на рязане 0,25 мм и ширина на рязане 0,3 мм.

След като завъртя клечка за зъби от дневник (трябва да използвам по -тънък запас, но това е, което имам), часовникът ми е завършен. Той има изрязана електромагнитна форма, за да поддържа часовника тънък.

За да го извадя от леглото, поставям шестограмен ключ в t-слота и внимателно издърпвам, преминавайки към следващата точка, когато започне да се разхлабва.

Последната стъпка е да вземете свредло и внимателно да поставите дупките от долната страна. Правя това като завъртя бормашината на ръка. Намирам за по -лесно да държа центриран и под контрол.

Отново файловете, използвани в тази стъпка, бяха включени в zip файла обратно в настройката за обработка.

Стъпка 8: Гледайте монтажа

Това е най -възнаграждаващата стъпка, като вземете всички части и ги сглобите в последния часовник. Всички подредени части (минус лентата за часовници с ширина 24 мм и пружините с бързо освобождаване с диаметър 1,5 мм с диаметър 1,5 мм) се виждат на снимка 1.

Първата част е сложна, тъй като о-пръстените с диаметър 40 мм, които поръчах, всъщност са по-близо до 37 мм, така че те трябва да бъдат разтегнати и инсталирани бързо. Използвайте края на топка с шестограмен ключ, за да го натиснете на място, като го търкаляте по жлеба, както се вижда на снимка 2.

Когато О-пръстенът е правилно поставен здраво натиснете кристала (диаметър 40 мм с дебелина 1,5 мм) в корпуса на часовника. О-пръстенът трябва да го държи на място, докато е почти невидим.

Сега е време да инсталирате електрониката. Първо избършете вътрешността на кристала с кърпа без власинки и поставете електрониката в кутията, като обърнете внимание на ключа, за да запазите ориентацията права. Печатната платка трябва да седи здраво в кутията, но ако е разхлабена, тя може да бъде закрепена с малка капка супер лепило върху ключа, за да я задържи на място.

След като електрониката е включена, страничният превключвател преминава през отвора и над превключвателя, монтиран на печатната платка. Закрепващият винт M1.6 държи двете части заедно, както се вижда на снимка 4.

След това по -дългите кабели на бобината трябва да бъдат сгънати и прибрани така, че да не търкат никакви открити електрически контакти.

Предпоследната стъпка е да затворите всичко и да прикрепите пластмасовата кутия обратно с 4 винта M1.6. Важно е да се обърне внимание, че формата на гърба се подравнява с формата на бобината. Може да се наложи да промените разположението на проводника, така че да пасва по -добре.

Последната стъпка е да прикрепите лентата за часовници с помощта на пружинни пружини за бързо освобождаване (снимки 8-9). В зависимост от избраната лента, може да се наложи да промените лентата, за да работи с пружините. За показаната мрежеста лента за акула използвам ножове за тел, за да създам малка дупка, за да побере механизма за бързо освобождаване.

Стъпка 9: Заключителни бележки

Часовникът вече е завършен!

Само няколко бележки: страничният превключвател понякога може да стане малко лепкав, за да се поправи това, може да се наложи да се увеличи отворът или да се регулира местоположението на превключвателя, като се разхлаби фиксиращия винт, държи превключвателя близо до тялото и отново се затяга винт.

За да заредя часовника, направих персонализирана стойка за зареждане, базирана на зарядното устройство Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162), видяно на втората снимка, но това е тема за друг път.

Каквото и зарядно устройство да е избрано, важно е да се отбележи, че между бобината и зарядното устройство не може да има метал. Тъй като групата, която избрах, е метъл, тя трябва да заобиколи зарядното устройство

Благодаря, че прочетохте до края, надявам се да сте научили нещо. Щастлив съм да споделя MechWatch след месеци на създаване.

Първа награда в конкурса за часовници