MechWatch - שעון דיגיטלי מותאם אישית: 9 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

MechWatch הוא שעון שעיצבתי שיהיה לו את היתרונות של Arduino מבחינת גמישות, אבל רציתי שייראה וירגיש בצורה מקצועית ככל שיכולתי. לשם כך משתמשים בהוראה זו אלקטרוניקה מתקדמת למדי על פני השטח (ללא חיבורים חשופים להלחמה) וציוד כרסום CNC.

אתחיל באיך קוראים את הזמן, עם איור בתמונה השנייה. ישנן שתי טבעות LED, האחת היא שעון השעון והשנייה פועלת כדקת דקה, ומצביעה מ -1 עד 12 כמו על שעון אנלוגי. מכיוון שיד הדקה יכולה לנוע רק במרווחים של 5 דקות, ישנם 4 נוריות LED נפרדות להראות דקות בודדות. כדוגמה התמונה השלישית מציגה את השעון המציג 9:41.

אינטראקציית השעון מתבצעת באמצעות מתג דו כיווני בצד המחליק לכיוון הזיזים (קדימה/אחורה). לקביעת השעה:

1. לחץ והחזק את המתג עד שהנורות יכבו. כשהוא ישוחרר הזמן יהבהב וניתן לדחוף את המתג למעלה/למטה כדי לשנות את השעה

2. לחץ והחזק שוב את המתג עד שהנורות יכבו כדי לעבור להגדרת הדקות באותו אופן

3. לחץ והחזק את המתג עד שהנורות יכבו שוב כדי לחסוך זמן

4. אם תחכה יותר מדי זמן תוך הגדרת השעה מבלי ללחוץ על כפתור השעון פשוט ילך לישון מבלי לשמור שינויים

מדריך זה מפרט כיצד לבצע את השעון המלא ומספק את כל קבצי המקור הדרושים.

שלב 1: עיצוב אלקטרוניקה

שלב זה מתאר את הפרטים של האלקטרוניקה. התמונה הראשונה היא סכמטי החשמל, המראה כיצד מתוארים כל החלקים. התמונה השנייה מראה כיצד הלוח מסודר, החלק העליון אדום והתחתון כחול.

לכל מי שמתעניין בשטר החומרים המדויק של כל חלקי האלקטרוניקה כמו גם המקום שבו אני קונה אותם, צירפתי קובץ אקסל עם קישורים, במקום לגרום לכולם לגלול לפי הרשימה הארוכה.

רציתי לשמור על החלק העליון של לוח המעגלים בהיר יחסית עם אסתטיקה עיצובית עקבית, אז שמתי את המיקרו -בקר באמצע והנחתי את RTC, קריסטל ונגדים סביבו. נוריות הלד מקיפות את החוץ ואפילו העקבות סביב החוץ משקפות את האסתטיקה העיצובית המעגלית.

כדי להתממשק בין נוריות ה- LED עם המיקרו -בקר ניתן לסדר אותן ברשת, הדורשות 12 סיכות קלט/פלט דיגיטליות להניע אותן. כמו כן, אני רוצה להשתמש בשעון בזמן אמת (RTC) כדי לשמור על הזמן כדי שאוכל להכניס את המיקרו -בקר לישון עמוק כדי לחסוך בחשמל. ה- RTC משתמש בהרבה פחות כוח מאשר מיקרו -בקר, ומאפשר עד 5 ימים בין הטעינה. כדי לתקשר עם המיקרו -בקר ה- RTC דורש תקשורת I2C. בחרתי ב- ATMEGA328P מכיוון שהוא עומד בדרישות אלה ואני כבר מכיר את השימוש בו (הוא משמש גם בארדואינים רבים).

כדי ליצור אינטראקציה עם השעון המשתמש צריך סוג של מתג, אז מצאתי מתג הזזה דו כיווני שחוזר למרכז באמצעות קפיצים. מתג הזזה חיצוני מתחבר למתג החשמל באמצעות בורג סט.

החלטתי להשתמש בסוללת ליתיום כדי להפעיל הכל ובטעינה אינדוקטיבית של צ'י כדי להטעין אותה. רציתי להימנע משימוש בכל סוג של מחברים להטענת השעון מכיוון שהם מציגים פתחים בכדי להכניס לכלוך ומים וכנראה יתכלו עם הזמן, היותם כה קרובים לעור. לאחר שקראתי יותר גליונות נתונים מכפי שמישהו ירצה אי פעם, התיישבתי ב- BQ51050BRHLT. יש לו דיאגרמות התייחסות טובות ומטען סוללות ליתיום מובנה (המקום יקר).

מכיוון שלא הייתה דרך טובה לסדר את האלקטרוניקה של טעינת הצ'י בחלק העליון, הייתי צריך לשים אותה על גב הלוח עם הסוללה. המתג ממוקם גם הוא מאחור, אך זה בגלל שזהו מיקום טוב יותר לחיבור מתג חיצוני.

שלב 2: הרכבה אלקטרונית

סידרתי כמעט את כל יצירות האלקטרוניקה בתמונה הראשונה. אכן השארתי כמה מהקבלים והנגדים, כי כולם נראים מאוד דומים וקל לערבב או לאבד.

כדי לקבל את הלחמה על הרפידות, אשתמש בשבלונה של הלחמה. במהירות יצרתי את המחזיק בתמונה השנייה כדי לשמור על הלוחות מיושרים מתחת לשבלונה, אך ישנן מספר אפשרויות קלות יותר, והפשוטה ביותר היא קלטת.

התמונה השלישית מראה את השבלונה מיושרת מעל הלוח. התמונה הרביעית מראה מריחת משחת הלחמה בחורי השבלונה. חשוב שהשבלונה תורם ישר למעלה לאחר החלת הלחמה. התמונה הזו גם חושפת את הדרך המאולתרת שבה אני עושה זאת מכיוון שמעולם לא השתמשתי בשבלונה. בפעם הבאה לא הייתי קונה את המסגרת. היה קל יותר להדביק דף קטן יותר לאורך קצה אחד ללא המסגרת, לחיות וללמוד.

עכשיו משימה מייגעת וקשה; מניחים כל אחד מהחלקים על הלוח בעזרת פינצטה. תמונה 7 מציגה את החלקים המוצבים ותמונה 8 מציגה אותם מולחמים.

הסרטון במקום התמונה ה -6 מציג את תהליך ההלחמה. אני משתמש בתחנת הלחמה באוויר החם המוגדרת ל -450C כדי להמיס את ההלחמה מבלי להפריע לחלקים, לסירוגין אפשר להשתמש בתנור הלחמה כדי לעשות את אותו הדבר. לאחר הלחמת החלק התחתון השתמש במולטימטר שהוגדר למצב המשכיות כדי לבדוק אם יש שורט בין סיכות צמודות ל- IC. כאשר נמצא קצר, השתמש במגהץ כדי לגרור אותו מהשבב ולשבור אותו.

בהלחמה כזו חשוב לחמם לאט את הלוח במשך מספר דקות לפני שנכנסים להמסה. אחרת ההלם התרמי עלול להרוס את החלקים. הייתי מציע לבדוק הוראות מפורטות יותר אם אינך מכיר שיטה זו.

לאחר מכן, יש צורך לחבר את הסליל למחבר 2 החוטים ולהחזיק אותו מעל בסיס הטעינה. אם הכל הלך טוב נורית הטעינה הירוקה צריכה להידלק כשנייה ואז לכבות. אם מחוברת סוללה, נורית הטעינה הירוקה צריכה להישאר דולקת עד להשלמת הטעינה.

לאחר שהטעינה פועלת כצפוי, אותו תהליך של הלחמת הצד העליון של הלוח. הערה לנוריות בתמונה 9, יש סימון קטן בתחתית הנורות להראות את הכיוון. הצד אליו יוצאת הקו הקטן הוא הקצה הצר של המשולש בסכימת ה- LED. חשוב לבדוק זאת עבור כל LED בעל הר השטח בו אתה משתמש מכיוון שהסימונים יכולים להשתנות בין יצרנים שונים.

שלב 3: תכנות ובדיקות אלקטרוניקה

השתמש ב- AVRISP mkII לתכנת הבקר (לחץ והחזק את המשמרת תוך לחיצה על העלאה ב- Arduino IDE). אפשר גם להשתמש בו פשוט לשרוף את מטען האתחול כרגיל ולהשתמש בחיבור הטורי בחלק האחורי של השעון עם כבל FTDI. אך על ידי עקיפת מטען האתחול והתכנות ישירות עם AVR ISP mkII הקוד מתחיל מהר יותר בהפעלה.

צירפתי את הקוד לשלב זה גם כן. אם מישהו ירצה להסתכל יותר לעומק, הערתי על הקוד כדי להסביר מה כל חלק עושה. המבנה הכללי של הקוד הוא מכונת מדינה. לכל מדינה יש פיסת קוד שהיא מפעילה, כמו גם תנאים לעבור למצב אחר.

חלק גדול מהקוד השולט על סיכות הקלט/פלט שולט ישירות ברשמים, זה קצת יותר קשה לקריאה אבל זה יכול להיות עד פי 10 יותר מהיר בביצוע מאשר דיגיטלי. כתיבה או קריאה.

שלב 4: התקנת עיבוד שבבי

מערך העיבוד של מארז השעון מורכב למדי ודורש הכנה טובה.

הטחנה שאני משתמש בה היא Othermill v2 (שנקראת כיום Bantam Tools) עם ערכת מהדק בהונות. המהדקים מאפשרים לי להחזיק את פיסת העבודה מהצדדים, שבהם אני משתמש בהגדרה הראשונה.

עיבוד השעון מתבצע בשלושה הגדרות. בהתקנה הראשונה יש רק את חומר ההתחלה מהודק למיטת ה- CNC והטחנה חותכת את הצורה הפנימית של השעון ומסירה מעט מהמשטח. ניתן לראות את הגדרת תוכנת העיבוד בתמונה השישית.

ההתקנה השנייה דורשת מתקן מותאם אישית בכדי להחזיק את השעון מבפנים, כך שניתן לחתוך את כל הצורה החיצונית העליונה של השעון. ניתן לראות את המתקן המותאם אישית בתמונה הראשונה עם נוף מפוצץ בתמונה השנייה. לחלק המרכזי הקטן יש חור מהודק כך שכאשר בורג מהודק הוא מרים את החלק ומכריח את שני חלקי הצד לתוך מארז השעון, ומחזיק אותו במקומו. תוכנת העיבוד לעיבוד ההתקנה השנייה נראית בתמונה 7.

ההתקנה השלישית דורשת מתקן מותאם אישית נוסף בכדי להחזיק את השעון; זה קצת יותר פשוט. המתקן מורכב מבסיס וחתיכה שנכנסת לתוך השעון. היצירה בתוך השעון נרשמת עם שני עמודים על הבסיס וברגים במקומם בכדי להחזיק את השעון הפוך.

עיבדתי את חתיכות המתקן מחתיכות אלומיניום גדולות יותר והשארתי אותן מחוברות בלשוניות. לאחר עיבוד שני הצדדים אני חותך את הלשוניות בעזרת מסור מגילה ומשייף אותן חלקות.

כללתי את קבצי CAD fusion360 בהם השתמשתי לייצר את כל החלקים (כולל מארז השעון ומתג הצד), אך השתמש בשיקול דעתך שלך אם אתה מנסה לייצר את החלקים. אני לא אחראי אם משהו משתבש ונשבר.

רמז להפוך את הגופים למדויקים יותר: מכונות כל חלק שמתממשק עם המכונה תחילה ולאחר מכן שים אותו במקום הסופי ולאחר מכן מכונה למידות סופיות. זה מבטיח ששגיאות קטנות רבות אינן מורכבות ומחזיקות את מארז השעון במקום הלא נכון. את הידע הזה מביאה לך ערימת גרוטאות אלומיניום.

שלב 5: עיבוד המארז

ניתן לראות בתמונה הראשונה את חומר האלומיניום ההתחלתי. אני משתמש במסור חור בגודל 1-1/4 אינץ 'כדי להסיר את המרכז, זה חוסך לא מעט זמן עיבוד.

כפי שצוין בשלב הקודם ישנם 3 הגדרות לעיבוד המארז. ההתקנה הראשונה לאחר העיבוד נראית בתמונה 2. תחילה אני משתמשת בטחנת קצה 1 1/8 אינץ '(שטוחה בתחתית) כדי להסיר את רוב החומר. לאחר מכן אני עוברת לטחנת קצה בגודל 1/32 כדי לחתוך את הבורג 4 חורים. כדי לחתוך את החוטים בחורי הברגים אני משתמש אחר כך בטחנת חוט M1.6 (מכלי הארווי). ההגדרות הספציפיות שבהן אני משתמשת נמצאות בקובץ ה- Fusion360 CAD.

תמונה 3 מציגה את ההתקנה השנייה עם סיום העיבוד והתמונה הרביעית מציגה את ההתקנה השלישית לפני העיבוד.

ההתקנה השנייה מעובדת באמצעות טחנת קצה בגודל 1/8 אינץ 'כדי להסיר את רוב החומר במהירות ואז אני משתמשת בטחנת כדורים בגודל 1/8 אינץ' (קצה עגול) כדי לחתוך את המשטחים המעוקלים. הפעולות זהות גם בהתקנה השלישית.

ההתקנה השנייה דורשת שימוש בכלי מיוחד נוסף, מסור חיתוך בגודל 3/4 אינץ 'עם סוכה שונה כך שהוא יכול להתאים צמוד למחזיק מארז השעון. מסור החיתוך מסתובב במהירות של 16500 סל"ד ונע במהירות של 30 מ"מ לדקה. מהירות זו. דוחף את מה שה- Othermill מסוגל, ולכן ייתכן שיהיה צורך להאט אותו עוד יותר. שלב זה מוצג בסרטון למעלה.

אם אתה מעוניין ללמוד עוד על הפרטים אודות עיבוד CNC אני אכוון אותך ל- NYC CNC ביוטיוב, הם עושים עבודה טובה יותר מכפי שיכולתי לעשות כאן.

רק לעיון למי שיודע מה זה אומר, ההגדרות המשמשות בטחנה השנייה v2 עבור טחנת הקצה בגודל 1/8 אינץ 'הן 16400 סל"ד (163.5 מ'/דקה), 300 מ"מ/דקה, עומק חיתוך 1 מ"מ ורוחב 1.3 מ"מ של גזירה.

מכיוון שלטחנה השנייה אין מספיק גובה z כדי להחזיק את השעון בצד שלו, אני צריך לקדוח את החורים ידנית עבור רצועת השעון ואת החור למתג הצד. כדי לעזור לאתר אותם בצדדים המעוצבים בצורה לא סדירה הדפסתי בתלת מימד כמה מדריכים, הנראים בתמונות 5-7. כדי לסייע לדיוק הקידוח חשוב להכניס את המקדח כמה שיותר רחוק לתוך הצ'אק; זה מקשה על הקטע לנדוד.

חור מתג הצד הוא צורה לא מעגלית ולכן הוא זקוק לחידוד לאחר תחילת העבודה עם המקדחה, הנעשית באמצעות קבצים שוויצריים. בעזרת קליפים אני מודד את החור הנוכחי ומתעד אותו למימד הנכון. החור צריך להיות 4.6 מ"מ מהמשטח העליון, 3.8 מ"מ מהמשטח התחתון ו -25.8 מ"מ מהנקודה הרחוקה ביותר של כל זיוף. אני מציע לצפות בקליקספרינג ביוטיוב להשראה תוך הגשת החור.

שלב 6: עיבוד מתג הצד

הקבצים המשמשים בשלב זה נכללו בקובץ ה- zip בחזרה בהתקנת העיבוד.

מתג הצד במכונה דומה מאוד למארז MechWatch. הוא נטחן עם טחנת קצה בגודל 1/8 אינץ 'באמצעות אותן הגדרות כמו במקרה. לאחר מכן השתמש בטחנת כדור בגודל 1/8 אינץ' על המשטחים המעוקלים, אותן הגדרות כמו קודם.

ההתקנה השנייה נראית בתמונות 3-4 לפני העיבוד ואחריו. טחנת קצה 1/8 אינץ ', טחנת כדורים בגודל 1/8 אינץ', טחנת קצה 1/32 אינץ 'ואז טחנת חוט M1.6. (יש חור משורשר שיחזיק אותו למתג שעל הלוח).

אני מכבד את המתג מחתיכת אלומיניום גדולה יותר משתי סיבות. הסיבה הראשונה היא כדי שאוכל להדק את הצדדים ולא לטחון בטעות את היצירה המחזיקה אותה. השני הוא כך שכשאני מניח אותו בחריץ לצורך הפעולה השלישית עדיין ניתן להדק אותו (ראו תמונה 5).

שלב 7: עיבוד חזרה של המארז

תחתית השעון עשויה אקריליק, היא חייבת להיות לא מתכתית בשל הטעינה האינדוקטיבית. אני משתמש בכמה חיתוכים מאלומיניום כדי להרחיק אותו מהקצה (כל אחד בעובי 12.7 מ מ) וקלטת דו צדדית כדי להחזיק אותו במקום.

מכיוון שהפלסטיק הרבה יותר קל לעיבוד מאלומיניום אפשר להיות אגרסיבי יותר עם הגדרות ה- CNC. החל מטחנת קצה בגודל 1/8 אינץ 'ההגדרות הן 16500 סל"ד, קצב חיתוך של 600 מ"מ/דקה, עומק חיתוך של 1.5 מ"מ ורוחב של 1 מ"מ. לחיתוך הפרטים הקטנים יש להשתמש בטחנת קצה בגודל 1/32 "עם אותן הגדרות אך 0.25 מ"מ עומק חיתוך ו -3.3 מ"מ רוחב חיתוך.

לאחר שהפכתי קיסם מתוך עץ (אני צריך להשתמש במלאי דק יותר, אבל זה מה שיש לי) סיימתי את השעון בחזרה. יש לו את צורת האלקטרומגנט לחתוך לתוכו כדי לשמור על השעון דק.

כדי להסיר אותו מהמיטה הכנסתי מפתח אלן לחריץ t וחרטתי בעדינות, ועבר לנקודה הבאה כשהוא מתחיל להשתחרר.

השלב האחרון הוא לקחת מקדחה ולצמצם בעדינות את החורים בצד התחתון. אני עושה את זה מסובב את המקדח ביד. קל לי יותר להישאר במרכז ובשליטה.

שוב הקבצים המשמשים בשלב זה נכללו בקובץ ה- zip בחזרה בהתקנת העיבוד.

שלב 8: צפה בהרכבה

זהו השלב המתגמל ביותר, לקיחת כל החלקים והרכבתם לשעון האחרון. כל החלקים המסודרים (מינוס רצועת השעון ברוחב 24 מ"מ ואורכי הקפיץ באורך 24 מ"מ בקוטר 1.5 מ"מ) נראים בתמונה 1.

החלק הראשון מסובך מכיוון שטבעות ה- O בקוטר 40 מ"מ שהזמנתי למעשה קרובות יותר ל -37 מ"מ, כך שצריך למתוח אותן ולהתקין אותן במהירות. השתמש בקצה של מפתח אלן בכדור כדי ללחוץ אותו למקומו על ידי גלגולו לאורך החריץ כפי שניתן לראות בתמונה 2.

כאשר טבעת ה- O מושבתת היטב, לחץ היטב על הגביש (קוטר 40 מ"מ עובי 1.5 מ"מ) לתוך מארז השעון. טבעת ה- O צריכה להחזיק אותה במקומה כשהיא כמעט בלתי נראית.

עכשיו הגיע הזמן להתקין את האלקטרוניקה. ראשית, נגב את החלק הפנימי של הגביש בעזרת מטלית נטולת מוך והנח את האלקטרוניקה במקרה, תוך שימת לב למפתח כדי לשמור על הכיוון ישר. ה- PCB אמור לשבת היטב במארז, אך אם הוא רופף ניתן לאבטחו בעזרת טיפה קטנה של דבק סופר על המפתח כדי להחזיק אותו במקומו.

ברגע שהאלקטרוניקה נכנסת, מתג הצד נכנס דרך החור ומעבר למתג המותקן על הלוח. בורג סט M1.6 מחזיק את שתי החלקים יחד כפי שניתן לראות בתמונה 4.

לאחר מכן, יש לקפל את הכבלים הארוכים יותר על הסליל ולהכניס אותם למקום שבו הם לא ישפשפו מגעים חשמליים חשופים.

השלב הלפני אחרון הוא לסגור את הכל ולחבר את מארז הפלסטיק בחזרה עם 4 הברגים M1.6. חשוב לשים לב שהצורה בגב מסתדרת עם צורת הסליל. ייתכן שיהיה צורך לשנות את מיקום החוט כך שיתאים יותר.

השלב האחרון הוא לצרף את רצועת השעון באמצעות מוטות הקפיצים לשחרור מהיר (תמונות 8-9). בהתאם ללהקה שנבחרה, ייתכן שיהיה צורך לשנות את הלהקה לעבודה עם מוטות הקפיץ. עבור רצועת רשת הכרישים המוצגת, אני משתמש בחותכי תיל ליצירת חור קטן שיכיל את מנגנון השחרור המהיר.

שלב 9: הערות אחרונות

השעון הסתיים כעת!

רק כמה הערות: מתג הצד יכול לפעמים להיות מעט דביק, כדי לתקן זאת ייתכן שיהיה צורך להגדיל את החור או להתאים את מיקום המתג על ידי שחרור בורג הסט, החזקת המתג קרוב לגוף והידוק מחדש של לִדפּוֹק.

כדי להטעין את השעון הכנתי עמדת טעינה מותאמת אישית המבוססת על מטען ה- Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) שנראה בתמונה השנייה, אבל זה נושא לפעם אחרת.

לא משנה מה המטען שנבחר, חשוב לציין כי לא יכולה להיות מתכת בין הסליל למטען. מכיוון שהלהקה שבחרתי היא מתכת, היא צריכה להסתובב במטען

תודה שקראתם עד הסוף, מקווה שלמדתם משהו. אני שמח לשתף את MechWatch לאחר חודשים.

פרס ראשון בתחרות השעונים