The Nerd Watch: 10 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Đồng hồ Nerd hiển thị thời gian ở dạng nhị phân khi nút được nhấn và được tạo ra bởi Sam DeRose trong một kỳ thực tập mùa hè tại trụ sở của chúng tôi. Đồng hồ hiển thị giờ và phút bằng cách nhấp nháy hai đèn LED theo thứ tự để biểu thị hai số nhị phân 4 bit (ở định dạng big-endian). Đây là một mô tả tuyệt vời về cách đọc số nhị phân.

Hướng dẫn này (do Sam DeRose viết) chỉ cho bạn cách chế tạo một chiếc Đồng hồ Nerd từ đầu với một vài linh kiện điện tử và Máy phay PCB để bàn Bantam Tools. Có lẽ rằng bạn đã có kinh nghiệm làm việc với các linh kiện điện tử gắn trên bề mặt trước đây và bạn không lạ gì với đồng hồ vạn năng và vật hàn. Cũng hữu ích khi thu thập một chút thông tin về cách Arduino hoạt động.

Bước 1: Một vài lưu ý trước khi chúng ta bắt đầu

Cách cho biết thời gian: Số đầu tiên đại diện cho giờ và số thứ hai đại diện cho số mà kim phút sẽ trỏ đến nếu nó là đồng hồ kim. Ví dụ: nếu đồng hồ nhấp nháy 0010 - 0110, điều này tương ứng với 2 - 6, có nghĩa là giờ là 2 và kim phút chỉ vào số 6, làm cho nó là 2:30. (Kiểm tra hình ảnh bên trên để biết mô tả bằng hình ảnh!) Không có dấu hiệu nào về sáng hay chiều, nhưng hy vọng có thể rõ ràng liệu đó có phải là 2:30 sáng hay không.

Chiếc đồng hồ này dựa trên một dự án mà Tony DeRose thực hiện cho Maker Faire. Nó sử dụng cùng một mã và sơ đồ, nhưng giờ đây bo mạch được bố trí trông giống một chiếc đồng hồ hơn và các thành phần gắn kết bề mặt (SMD) kiểu dáng đẹp hơn được sử dụng để làm cho nó có cấu hình thấp hơn.

Lưu ý: Sam đã thực hiện nhiều lần lặp lại đồng hồ này - bạn sẽ thấy số phiên bản trong ảnh. Do đó, các hình ảnh tiến trình trong bài đăng này thường xuyên bị bỏ qua giữa các phiên bản khác nhau. Tuy nhiên, quy trình chung cho mọi phiên bản là hoàn toàn giống nhau, vì vậy đừng lo lắng nếu đồng hồ của bạn trông không chính xác như hình.

Một lưu ý khác: Phần chính của hướng dẫn này bao gồm cách xây dựng phiên bản 2.5, phiên bản mới nhất sử dụng chip ATtiny thông thường. Tuy nhiên, Bước 9 cho thấy một biến thể, phiên bản 3.1, sử dụng ATtiny gắn trên bề mặt và một cổng mini-USB để lập trình nó. Phiên bản này khó xây dựng và lập trình hơn đáng kể, vì vậy tôi khuyên bạn nên bắt đầu với phiên bản 2.5 và chỉ dùng thử phiên bản 3.1 nếu bạn cảm thấy thực sự tham vọng (hoặc có kinh nghiệm với việc hàn các thành phần SMD).

Bước 2: Cách thức hoạt động

Chip ATtiny (chip IC 8 chân màu đen) là trái tim của đồng hồ. Con chip này về cơ bản là một phiên bản nhỏ của cùng một con chip bên trong Arduino, và do đó nó có thể được lập trình để thực hiện các chức năng khác nhau. Trong trường hợp này, chip có một chương trình chờ một lần nhấn nút và khi cảm nhận được một nút bấm, nó sẽ căn cứ vào một số chân của nó để dòng điện có thể chạy từ +3 volt qua các đèn LED, chiếu sáng chúng. ATtiny có một đồng hồ bên trong, vì vậy các đèn LED được lập trình để nhấp nháy để hiển thị thời gian.

Bước 3: Công cụ, Vật liệu và Tệp

CÔNG CỤ

• Công cụ Bantam Máy phay PCB để bàn
• Đã cài đặt phần mềm Computer với phần mềm Bantam Tools
• Khung căn chỉnh và phần cứng gắn kết đi kèm với máy phay
• Hàn sắt
• Máy nghiền đầu phẳng, 1/64 ", 1/32" và 1/16 "(tùy chọn nhưng được khuyến nghị, để loại bỏ đồng dư thừa)

VẬT LIỆU

• PCB trống, FR-1, hai mặt
• Băng keo hai mặt
• Hàn
• Hàn dán
• Kim khâu
• Chỉ, màu đen
• Dây đai khóa dán, 3/4 ", màu đen hoặc một dạng dây đeo đồng hồ khác

LINH KIỆN ĐIỆN TỬ

• Ổ cắm IC, 8 chân
• Atmel ATtiny chip Chúng tôi đã sử dụng ATtiny85.
• Đèn LED, SMD (2) SMD = thiết bị gắn trên bề mặt
• Điện trở, ~ 50 ohms, SMD (2) Giá trị chính xác không quan trọng.
• Nút tạm thời, hình vuông, SMD Chúng tôi đã sử dụng những nút này, nhưng những nút khác cũng sẽ phù hợp.
• Pin đồng xu, CR2032, 3-volt
• Hộp đựng pin đồng xu

CÁC TẬP TIN

• Tệp bảng EAGLE NerdWatchV2.5.brd cho đồng hồ
• Bản phác thảo Arduino NerdWatch.ino để tham gia ATTiny. Tệp.zip có ở đây có bản phác thảo, cũng như các thư viện bạn sẽ cần cài đặt để bản phác thảo hoạt động bình thường.

Tệp EAGLE cho ATtiny Programmer TinyProgShield.brd (tùy chọn)

• LƯU Ý: Hãy nhớ cài đặt các thư viện trong Arduino trước khi bạn cố gắng biên dịch bản phác thảo. Đây là cách thực hiện:

  • Tải xuống và cài đặt Arduino nếu bạn chưa có. Bạn có thể lấy nó từ trang Arduino.
  • Tải xuống tệp NerdWatch.zip và ghi nhớ nơi bạn đã lưu nó.
  • Khởi chạy Arduino. Đi tới Sketch> Import Library> Add Library và điều hướng đến nơi bạn đã lưu NerdWatch.zip.
  • Chọn toàn bộ tệp.zip và để Arduino tự động cài đặt các thư viện.
  • Khởi động lại Arduino để kích hoạt các thư viện. Lưu ý: Nếu bạn có bất kỳ vấn đề nào, Diễn đàn Arduino là một nơi tuyệt vời để đặt câu hỏi, dành cho người dùng nâng cao cũng như các lập trình viên mới.
  • Sử dụng Arduino để mở NerdWatch.ino và biên dịch mã của bạn.

Đối với Phiên bản 3.1, bạn sẽ cần các tệp sau:

• Tệp EAGLE NerdWatchV3.1.brd
• NerdWatch.zip cùng một tệp như cho v2.5
• Tệp EAGLE SMDtinyProgrammer.brd cho bảng lập trình viên SMD ATtiny

Bước 4: Thiết lập phần mềm máy phay công cụ Bantam

Khởi động phần mềm Bantam Tools. Sau đó, kết nối máy phay của bạn với máy tính và bật nguồn.

Nhập tệp EAGLE vào phần mềm Bantam Tools và thực hiện các bước sau để thiết lập cắt:

• Sử dụng nút Thiết lập Fixturing để hướng dẫn bạn cách lắp đặt và vị trí của khung căn chỉnh.
• Sau khi giá đỡ được lắp đặt, hãy đặt vật liệu của bạn thành bảng FR1 hai mặt bằng cách sử dụng nút Thiết lập Vật liệu.
• Trong cuộc đối thoại này, hãy đảm bảo căn chỉnh nguồn gốc của vật liệu vào dấu ngoặc.
• Sử dụng máy nghiền phẳng 1/32 "và 1/64" cho mặt trước của bảng và 1/32 "cho mặt sau của bảng. (Mặt sau cũng là nơi bạn có thể thêm máy nghiền 1/16" tùy chọn của mình.)

Cài đặt mặc định cho bảng FR-1 của bạn hoạt động tốt cho dự án này. Nếu bạn muốn thử nghiệm với nhiều khả năng xóa dấu vết hơn, bạn có thể bật Chế độ BitBreaker (Tùy chọn> nhấp vào hộp BitBreaker) và thử nghiệm với cài đặt độ sâu và khoảng trống (điều này dành cho người dùng biết cách của họ xung quanh nhà máy).

Nếu bạn cần nâng cao cách sử dụng Máy phay PCB trên máy tính để bàn Bantam Tools và thiết lập phần mềm, hãy xem hướng dẫn Bắt đầu này.

Bước 5: Cắt bỏ đồng hồ

Tải PCB trống của bạn:

• Sử dụng nút Đang tải để đưa bàn gia công về phía trước.
• Che một mặt của FR-1 hai mặt bằng băng dính hai mặt và khớp bảng với góc bên trái của khung căn chỉnh.
• Nhấn mạnh bo mạch xuống rồi nhấn nút Home.

Cắt bảng của bạn:

Đầu tiên cắt các dấu vết và lỗ cho phần trên cùng. Thực hiện việc này bằng cách nhấp vào Dấu vết và Lỗ trong cửa sổ tệp kế hoạch

• Khi đã xong, hãy lật bảng trong phần mềm Bantam Tools bằng cách nhấp vào nút Dưới cùng.
• Đồng thời lật bảng thực tế trong máy để mặt chưa cắt hướng lên trên. Đảm bảo rằng mặt dưới của bảng bằng phẳng với góc bên phải của đồ gá căn chỉnh.
• Nhấp vào Dấu vết và Đường viền trong cửa sổ tệp kế hoạch.

Máy xay sẽ cắt bỏ các dấu vết và lỗ còn lại, và bạn sẽ có một tấm ván thành phẩm!

Bước 6: Hàn trên thiết bị điện tử

Bây giờ đến phần tẻ nhạt: hàn các thành phần vào đồng hồ. Nếu bạn chưa quen với hàn gắn trên bề mặt hoặc hàn nói chung, hãy đọc phần mô tả bên dưới. Bạn cũng có thể tìm thấy một số mẹo trong dự án Vòng cổ PCB Light-Up.

Đối với quy trình này, chúng tôi sử dụng lò nướng bánh mì để hàn lại các thành phần SMD nhỏ hơn như đèn LED và điện trở. Sau đó, chúng tôi sử dụng một mỏ hàn thông thường để gắn các thành phần lớn hơn như ổ cắm IC, nút và giá đỡ pin.

Thực hiện theo các bước chung sau để thêm các thành phần:

Thành phần SMD

• Chấm thuốc hàn lên 8 miếng đệm, chúng sẽ gắn 2 đèn LED và 2 điện trở. Kiểm tra các bức ảnh ở trên để biết các vị trí sắp xếp.
• Kiểm tra để đảm bảo rằng bạn biết cực của đèn LED. Để làm điều này, bạn có thể sử dụng đồng hồ vạn năng trong cài đặt "tính liên tục" của nó hoặc bạn có thể nhìn vào đèn LED và tìm dấu tích hoặc (các) đường màu xanh lá cây, đánh dấu mặt đất.
• Sử dụng nhíp, đặt các đèn LED và điện trở lên miếng đệm có dán chất hàn. Đảm bảo lấy đúng cực! Đối với cả hai đèn LED, mặt đất gần đáy đồng hồ hơn.
• Sử dụng bếp điện, lò nướng bánh mì hoặc chỉ một bàn ủi thông thường để làm chảy keo hàn và gắn các linh kiện vào.

Ổ cắm IC

• Uốn phẳng các dây dẫn của ổ cắm IC xuyên lỗ để nó trông giống như một thành phần SMD thay vì một thành phần xuyên lỗ.
• Các miếng đệm trên đồng hồ sẽ đủ dài để chứa các dây dẫn được uốn cong của ổ cắm. Đặt ổ cắm và đảm bảo bạn hiểu cách nó gắn vào đồng hồ.
• Tháo ổ cắm và chấm thuốc hàn lên ít nhất một miếng đệm trên mỗi mặt của ổ cắm. Tôi thường làm một góc và sau đó là góc đối diện.
• Đặt lại ổ cắm trên các tấm đệm với dấu căn chỉnh hướng lên trên. Điều này không bắt buộc, nhưng nó sẽ giúp bạn nhớ ATtiny đi theo cách nào.
• Ấn xuống ổ cắm sao cho nó hoàn toàn nằm trên bo mạch và dùng mỏ hàn để gắn các dây dẫn với keo hàn vào bo mạch.
• Hoàn tất việc hàn phần còn lại của dây dẫn vào miếng đệm bằng mỏ hàn và ống chỉ của thuốc hàn thông thường.

Cái nút

• Tùy thuộc vào nút nào bạn nhận được, bạn có thể phải uốn cong các dây dẫn xuống để chúng tiếp xúc với các miếng đệm tốt hơn.
• Đặt nút trên bảng và đảm bảo rằng 2 dây dẫn thường mở nằm ở miếng đệm phía dưới bên trái và phía trên bên trái. (Khi nhấn nút, 2 tấm đệm bên trái sẽ được kết nối.)
• Sử dụng kỹ thuật hàn tương tự được giải thích trong phần ổ cắm IC ở trên để hàn nút trên.

Vias

• Đối với vias, bạn có thể sử dụng một dây dẫn được cắt bớt từ đèn LED hoặc điện trở hoặc bạn có thể dải chiều dài của dây hookup lõi rắn 22 thước.
• Luồn dây qua lỗ và dùng mỏ hàn để hàn dây vào các miếng đệm ở cả hai mặt của bảng.
• Kẹp phần dây thừa bằng kềm cắt dây.

Giá đỡ pin

• Dùng băng dính để giữ cố định giá đỡ pin CR2032 gắn trên bề mặt trong khi hàn. (Nó rất nóng nên bạn không muốn giữ nó bằng ngón tay!)
• Gắn giá đỡ vào mặt sau của bảng bằng cách hàn các chân ở cả hai mặt vào miếng đệm hình vuông.

Bước 7: Thêm dây đeo

Phần này thực sự tùy thuộc vào bạn. Cách dễ nhất để thêm dây đeo là may một số dải khóa dán giá rẻ mà bạn có thể tìm thấy ở bất kỳ cửa hàng thủ công / vải nào như Michael's hoặc Jo-Ann Fabrics. Cuối cùng, chúng tôi muốn làm dây đeo bằng vật liệu đẹp hơn như da và thêm một khóa để thắt chặt nó, nhưng điều này vẫn hoạt động trong thời gian chờ đợi.

Vui lòng cho chúng tôi biết nếu bạn nghĩ ra bất kỳ cách thú vị nào để gắn đồng hồ vào cổ tay của mình!

Bước 8: Lập trình ATtiny

Bây giờ đồng hồ đã hoàn thiện về mặt vật lý, nhưng chip ATtiny vẫn chưa biết cách điều khiển đèn LED. Đó là lý do tại sao chúng ta phải lập trình nó.

Có một số tùy chọn khi nói đến lập trình ATtiny. Bạn có thể tạo một mạch breadboard nhanh chóng, sử dụng một bảng lập trình ATtiny đặc biệt hoặc bạn có thể tạo một lá chắn Arduino tiện lợi, giống như chúng tôi đã làm, vì vậy bạn có thể dễ dàng lập trình các chip này từ bây giờ.

Nếu bạn là một nhà sản xuất lá chắn Arduino có kinh nghiệm và bạn muốn chọn phương pháp này, tệp bảng dành cho lập trình viên (TinyProgShield.brd) có sẵn ở bước này. Đơn giản chỉ cần cắt nó ra, hàn các thành phần và ghép nối nó với Arduino của bạn.

Tệp.ino ở đây và trong bước giới thiệu là tệp mà bạn sẽ lập trình ATtiny85 của mình. Thay đổi thời gian trong mã thành thời gian hiện tại. Đảm bảo tải tệp lên ATtiny của bạn trong vòng một hoặc hai phút để đồng hồ được đồng bộ hóa với thời gian chính xác.

Bước 9: Các biến thể khác

Như đã đề cập ở bước đầu tiên, Sam đã tạo ra một phiên bản đồng hồ SMD hoàn toàn, hoàn chỉnh với ATtiny gắn trên bề mặt. Vì bạn không thể rút ATtiny ra để lập trình, anh ấy đã phải thêm một cổng mini-USB kết nối với các chân cần thiết để ATtiny có thể được lập trình bên ngoài.

Sau đó, anh ấy tạo một tấm chắn cho đầu kia của cáp USB để tất cả những gì bạn cần làm là móc đồng hồ vào tấm chắn và sau đó lập trình ATtiny như thể nó nằm trên tấm chắn.

Bước 10: Sử dụng nó

Đặt Nerd Watch của bạn vào và kiểm tra nó bằng cách nhấn nút.

Bạn có thể đọc thời gian không? Nếu bạn có thể biết thời gian bằng cách xem chuỗi chỉ một lần, thì xin chúc mừng, bạn là một con mọt sách! Nếu bạn phải mất hai hoặc ba lần để xem giờ, thì bạn vẫn là một con mọt sách vì bạn đang đeo chiếc đồng hồ siêu mọt sách này.

Có bất kỳ câu hỏi hoặc bình luận? Gửi email cho chúng tôi theo địa chỉ [email protected].