MechWatch - Đồng hồ kỹ thuật số tùy chỉnh: 9 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

MechWatch là chiếc đồng hồ mà tôi thiết kế để có những ưu điểm của Arduino về tính linh hoạt, nhưng tôi muốn nó có giao diện và cảm giác được làm chuyên nghiệp nhất có thể. Để đạt được điều đó, tài liệu hướng dẫn này sử dụng thiết bị điện tử gắn kết bề mặt khá tiên tiến (không có kết nối tiếp xúc với vật hàn) và thiết bị phay CNC.

Tôi sẽ bắt đầu với cách đọc thời gian, với một minh họa trong hình thứ hai. Có hai vòng LED, một vòng là kim giờ và vòng kia đóng vai trò là kim phút, chỉ từ 1-12 như trên mặt đồng hồ kim. Bởi vì kim phút chỉ có thể di chuyển trong khoảng tăng 5 phút nên có 4 đèn LED riêng biệt để hiển thị bất kỳ phút nào. Ví dụ, hình thứ ba cho thấy đồng hồ hiển thị 9:41.

Sự tương tác với đồng hồ được thực hiện thông qua một công tắc hai chiều ở mặt trượt về phía vấu (tiến / lùi). Để đặt thời gian:

1. nhấn và giữ công tắc cho đến khi đèn tắt. Khi nó được phát hành, thời gian sẽ nhấp nháy và công tắc có thể được đẩy lên / xuống để thay đổi giờ

2. Nhấn và giữ công tắc một lần nữa cho đến khi đèn tắt để chuyển sang cài đặt phút theo cách tương tự

3. Nhấn và giữ công tắc cho đến khi đèn tắt trở lại để tiết kiệm thời gian

4. Nếu bạn đợi quá lâu trong khi cài đặt thời gian mà không nhấn nút, đồng hồ sẽ chuyển sang chế độ ngủ mà không lưu bất kỳ thay đổi nào

Tài liệu hướng dẫn này phác thảo cách tạo ra chiếc đồng hồ hoàn chỉnh và cung cấp tất cả các tệp nguồn cần thiết.

Bước 1: Thiết kế Điện tử

Bước này phác thảo các chi tiết cụ thể của thiết bị điện tử. Hình ảnh đầu tiên là sơ đồ điện, cho thấy tất cả các bộ phận được phác thảo như thế nào. Hình ảnh thứ hai cho thấy bảng được sắp xếp như thế nào, trên cùng là màu đỏ và dưới cùng là màu xanh.

Đối với bất kỳ ai quan tâm đến hóa đơn vật liệu chính xác cho tất cả các bộ phận điện tử cũng như nơi tôi mua chúng, tôi đã đính kèm một tệp excel với các liên kết, thay vì bắt mọi người phải cuộn theo danh sách dài.

Tôi muốn giữ cho phần trên của bảng mạch tương đối rõ ràng với thiết kế thẩm mỹ nhất quán, vì vậy tôi đặt bộ vi điều khiển ở giữa và sắp xếp các RTC, Crystal và điện trở xung quanh nó. Các đèn LED bao quanh bên ngoài và thậm chí các dấu vết xung quanh bên ngoài phản ánh thẩm mỹ thiết kế hình tròn.

Để giao tiếp các đèn LED với bộ vi điều khiển, chúng có thể được sắp xếp theo dạng lưới, yêu cầu 12 chân I / O kỹ thuật số để điều khiển chúng. Tôi cũng muốn sử dụng đồng hồ thời gian thực (RTC) để canh thời gian để có thể đưa bộ vi điều khiển vào chế độ ngủ sâu để tiết kiệm điện. RTC sử dụng ít năng lượng hơn đáng kể so với vi điều khiển, cho phép tối đa 5 ngày giữa các lần sạc. Để giao tiếp với vi điều khiển, RTC yêu cầu giao tiếp I2C. Tôi đã chọn ATMEGA328P vì nó đáp ứng các yêu cầu này và tôi đã quen với việc sử dụng nó (nó cũng được sử dụng trong nhiều Arduinos).

Để tương tác với đồng hồ, người dùng cần một số loại công tắc, vì vậy tôi đã tìm thấy một công tắc trượt hai chiều quay về tâm sử dụng lò xo. Công tắc trượt bên ngoài gắn vào công tắc điện bằng vít định vị.

Tôi quyết định sử dụng pin lithium để cung cấp năng lượng cho mọi thứ và sạc cảm ứng Qi để sạc lại. Tôi muốn tránh sử dụng bất kỳ loại kết nối nào để sạc lại đồng hồ vì chúng có các khe hở để bụi bẩn và nước vào và có thể sẽ bị ăn mòn theo thời gian, rất gần với da. Sau khi đọc nhiều bảng dữ liệu hơn bất kỳ ai muốn, tôi quyết định sử dụng BQ51050BRHLT. Nó có sơ đồ tham chiếu tốt và bộ sạc pin lithium tích hợp (không gian ở mức cao).

Vì không có cách nào đẹp để sắp xếp các thiết bị điện tử sạc Qi ở trên cùng, tôi phải đặt nó ở mặt sau của bo mạch cùng với pin. Công tắc cũng được đặt ở mặt sau, nhưng đó là vì đó là vị trí tốt hơn để gắn công tắc bên ngoài.

Bước 2: Lắp ráp điện tử

Tôi đã sắp xếp gần như tất cả các thiết bị điện tử trong hình đầu tiên. Tôi đã loại bỏ một số tụ điện và điện trở, vì chúng trông rất giống nhau và rất dễ lẫn lộn hoặc mất mát.

Để có được chất hàn trên miếng đệm, tôi sẽ sử dụng một chiếc bút chì hàn. Tôi nhanh chóng tạo giá đỡ trong hình thứ hai để giữ các bảng mạch thẳng hàng dưới giấy nến, nhưng có một số tùy chọn dễ dàng hơn có sẵn, đơn giản nhất là băng keo.

Hình thứ ba cho thấy stencil được căn chỉnh trên bảng. Hình thứ tư cho thấy việc bôi keo hàn vào các lỗ của giấy nến. Điều quan trọng là giấy nến phải được nâng thẳng lên sau khi áp dụng chất hàn. Bức ảnh này cũng tiết lộ cách tạm thời mà tôi đang làm vì tôi chưa bao giờ sử dụng bút chì trước đây. Lần sau, tôi sẽ không mua khung. Sẽ dễ dàng hơn nếu bạn chỉ cần dán một tờ giấy nhỏ hơn dọc theo một cạnh mà không có khung, hãy sống và học hỏi.

Bây giờ là một nhiệm vụ tẻ nhạt và khó khăn; đặt từng bộ phận lên bảng bằng một cái nhíp. Hình 7 cho thấy các bộ phận được đặt và hình 8 cho thấy chúng được hàn.

Đoạn video thay cho hình thứ 6 cho thấy quá trình hàn. Tôi sử dụng một trạm hàn không khí nóng đặt ở 450C để làm chảy chất hàn mà không làm ảnh hưởng đến các bộ phận, thay thế có thể sử dụng lò hàn để làm điều tương tự. Sau khi hàn phần đáy, sử dụng đồng hồ vạn năng đặt ở chế độ liên tục để kiểm tra các điểm ngắn giữa các chân liền kề trên IC. Khi phát hiện thấy vết chập, hãy sử dụng mỏ hàn để kéo nó ra khỏi phoi và làm gãy nó.

Khi hàn như vậy, điều quan trọng là phải làm nóng bảng từ từ trong một vài phút trước khi đi vào cho tan chảy. Nếu không, cú sốc nhiệt có thể phá hủy các bộ phận. Tôi khuyên bạn nên xem hướng dẫn chi tiết hơn nếu bạn không quen với phương pháp này.

Tiếp theo, cần đấu cuộn dây vào đầu nối 2 dây và giữ qua đế sạc. Nếu mọi thứ suôn sẻ, đèn sạc màu xanh lá cây sẽ bật trong khoảng một giây rồi tắt. Nếu pin được kết nối, đèn sạc màu xanh lục sẽ sáng cho đến khi sạc xong.

Sau khi quá trình sạc hoạt động như mong đợi, quá trình hàn mặt trên của bo mạch cũng diễn ra tương tự. Một lưu ý đối với đèn LED trong hình 9, có một dấu nhỏ ở dưới cùng của đèn LED để hiển thị hướng. Phía mà đường nhỏ đi ra phía trước là phần cuối hẹp của hình tam giác trong sơ đồ đèn LED. Điều quan trọng là phải kiểm tra điều này cho từng đèn LED gắn bề mặt mà bạn sử dụng vì các dấu hiệu có thể khác nhau giữa các nhà sản xuất khác nhau.

Bước 3: Lập trình và Kiểm tra Điện tử

Sử dụng AVRISP mkII để lập trình vi điều khiển (nhấn và giữ shift trong khi nhấp vào tải lên trong Arduino IDE). Cũng có thể sử dụng nó để ghi bộ nạp khởi động như bình thường và sử dụng kết nối nối tiếp ở mặt sau của đồng hồ bằng cáp FTDI. Nhưng bằng cách phá vỡ bộ nạp khởi động và lập trình trực tiếp với AVR ISP mkII, mã bắt đầu nhanh hơn khi khởi động.

Tôi cũng đã đính kèm mã vào bước này. Nếu bất kỳ ai muốn tìm hiểu sâu hơn, tôi đã nhận xét mã để giải thích những gì mỗi phần làm. Cấu trúc chung của mã là một máy trạng thái. Mỗi trạng thái có một đoạn mã mà nó chạy cũng như các điều kiện để chuyển sang một trạng thái khác nhau.

Phần lớn mã điều khiển các chân I / O điều khiển trực tiếp các thanh ghi, nó khó đọc hơn một chút nhưng thực thi có thể nhanh hơn gấp 10 lần so với kỹ thuật số. Viết hoặc Đọc.

Bước 4: Thiết lập gia công

Việc thiết lập gia công cho vỏ đồng hồ khá phức tạp và cần một chút chuẩn bị kỹ lưỡng.

Máy nghiền mà tôi đang sử dụng là Othermill v2 (bây giờ được gọi là Bantam Tools) với một bộ kẹp ngón chân. Kẹp cho phép tôi giữ sản phẩm từ các bên, mà tôi sử dụng cho lần thiết lập đầu tiên.

Quá trình gia công đồng hồ được thực hiện trong ba lần thiết lập. Thiết lập đầu tiên chỉ có vật liệu ban đầu được kẹp vào giường CNC và nhà máy cắt hình dạng bên trong của đồng hồ và loại bỏ một chút bề mặt. Thiết lập phần mềm gia công có thể được nhìn thấy trong hình thứ 6.

Thiết lập thứ hai yêu cầu một vật cố định tùy chỉnh để giữ vỏ đồng hồ từ bên trong, vì vậy có thể cắt toàn bộ hình dạng bên ngoài trên cùng của đồng hồ. Có thể nhìn thấy vật cố định tùy chỉnh trong hình đầu tiên với chế độ xem bùng nổ trong hình thứ hai. Miếng nhỏ ở giữa có một lỗ gõ để khi vặn chặt một con vít, nó sẽ nhấc miếng ra và ép hai miếng bên vào hộp đồng hồ, giữ cố định. Phần mềm gia công cho thiết lập thứ hai được xem trong hình 7.

Thiết lập thứ ba yêu cầu một vật cố định tùy chỉnh khác để giữ đồng hồ; cái này đơn giản hơn một chút. Bộ phận cố định bao gồm một đế và một phần đi vào bên trong đồng hồ. Phần bên trong đồng hồ có hai trụ trên đế và các vít ở vị trí để giữ hộp đồng hồ lộn ngược.

Tôi gia công các mảnh cố định từ những khối nhôm lớn hơn và để chúng kết nối với nhau bằng các mấu. Sau khi cả hai mặt được gia công, tôi cắt các tab bằng cưa cuộn và chà nhám chúng cho mịn.

Tôi đã bao gồm các tệp CAD fusion360 mà tôi đã sử dụng để chế tạo tất cả các bộ phận (bao gồm cả vỏ đồng hồ và công tắc bên), nhưng hãy sử dụng phán đoán của riêng bạn nếu bạn cố gắng tạo các bộ phận. Tôi không chịu trách nhiệm nếu xảy ra sự cố và hỏng hóc.

Một gợi ý để làm cho các đồ đạc chính xác hơn: gia công bất kỳ bộ phận nào tiếp xúc với máy trước rồi đặt nó vào vị trí cuối cùng và sau đó gia công nó theo kích thước cuối cùng. Điều này đảm bảo nhiều lỗi nhỏ không ghép lại và giữ hộp đựng đồng hồ không đúng chỗ. Kiến thức này do một đống nhôm vụn mang đến cho bạn.

Bước 5: Gia công vỏ máy

Phần trống nhôm bắt đầu có thể được nhìn thấy trong hình đầu tiên. Tôi sử dụng máy cưa lỗ 1-1 / 4 để loại bỏ tâm, điều này giúp tiết kiệm kha khá thời gian gia công.

Như đã đề cập ở bước trước, có 3 thiết lập để gia công vỏ máy. Thiết lập đầu tiên sau khi gia công được nhìn thấy trong hình 2. Đầu tiên tôi sử dụng 1 máy nghiền cuối 1/8 "(phẳng ở phía dưới) để loại bỏ hầu hết vật liệu. Sau đó, tôi chuyển sang máy nghiền cuối 1/32" để cắt 4 vít. hố. Để cắt ren trong các lỗ vít, tôi sử dụng máy nghiền ren M1.6 (của Harvey tools). Các cài đặt cụ thể mà tôi sử dụng được chứa trong tệp CAD Fusion360.

Hình 3 cho thấy thiết lập thứ hai với quá trình gia công đã hoàn thành và hình thứ 4 cho thấy thiết lập thứ ba trước khi gia công.

Thiết lập thứ hai được gia công bằng máy nghiền đầu 1/8 "để loại bỏ hầu hết vật liệu một cách nhanh chóng, sau đó tôi sử dụng máy nghiền bi 1/8" (đầu tròn) để cắt các bề mặt cong. Các hoạt động cũng giống như thiết lập thứ ba.

Thiết lập thứ hai yêu cầu sử dụng một công cụ chuyên dụng khác, một máy cưa lọng 3/4 với một răng cưa đã được sửa đổi để nó có thể vừa khít với giá đỡ của đồng hồ. Máy cưa rạch quay ở tốc độ 16500 RPM và di chuyển với tốc độ 30 mm / phút. Tốc độ này đẩy những gì Othermill có khả năng, vì vậy có thể cần phải làm chậm nó hơn nữa. Bước này được hiển thị trong video ở trên.

Nếu bạn đang muốn tìm hiểu thêm về các chi tiết cụ thể về gia công CNC, tôi sẽ chỉ bạn đến NYC CNC trên YouTube, Họ làm công việc tốt hơn bao giờ hết ở đây.

Chỉ để tham khảo cho những người biết ý nghĩa của nó, các cài đặt được sử dụng trên máy chạy bộ khác v2 cho máy nghiền cuối 1/8 là 16400 RPM (163,5 m / phút), 300 mm / phút, chiều sâu cắt 1 mm và chiều rộng 1,3 mm của cắt.

Vì máy chạy bộ khác không có đủ chiều cao z để giữ đồng hồ nằm nghiêng, tôi cần phải khoan thủ công các lỗ cho dây đeo đồng hồ và lỗ cho công tắc bên. Để giúp xác định vị trí của chúng trên các mặt có hình dạng bất thường của đồng hồ, tôi đã in 3D một số hướng dẫn, xem trong hình 5-7. Để giúp khoan chính xác, điều quan trọng là phải đưa mũi khoan vào mâm cặp càng xa càng tốt; điều này làm cho bit khó đi lang thang hơn.

Lỗ chuyển đổi bên có hình dạng không phải hình tròn nên nó cần được tinh chỉnh sau khi bắt đầu với mũi khoan, được thực hiện bằng dũa Thụy Sĩ. Sử dụng thước cặp, tôi đo lỗ hiện tại và dũa nó theo đúng kích thước. Lỗ phải cách mặt trên 4,6 mm, cách mặt dưới 3,8 mm và cách điểm xa nhất của mỗi vấu 25,8 mm. Tôi khuyên bạn nên xem Clickspring trên YouTube để lấy cảm hứng trong khi khai thác lỗ hổng.

Bước 6: Gia công công tắc bên

Các tệp được sử dụng trong bước này đã được đưa vào tệp zip trong quá trình thiết lập gia công.

Công tắc bên hông được gia công rất giống với vỏ MechWatch. Nó được nghiền bằng máy nghiền cuối 1/8 "sử dụng các cài đặt tương tự như vỏ máy. Tiếp theo, sử dụng máy nghiền bi 1/8" trên các bề mặt cong, cài đặt tương tự như trước.

Thiết lập thứ hai được nhìn thấy trong hình 3-4 trước và sau khi gia công. Máy nghiền cuối 1/8 ", máy nghiền bi 1/8", máy nghiền cuối 1/32 "rồi đến máy nghiền ren M1.6. (Có một lỗ ren để giữ nó với công tắc trên bảng).

Tôi sử dụng công tắc từ một miếng nhôm lớn hơn vì hai lý do. Lý do đầu tiên là để tôi có thể kẹp các bên và không vô tình làm mảnh giữ nó. Thứ hai là khi tôi đặt nó vào khe cho thao tác thứ ba, nó vẫn có thể được kẹp lại (xem hình 5).

Bước 7: Gia công lại vỏ máy

Đáy đồng hồ được làm từ acrylic, nó phải là phi kim loại do tích điện cảm ứng. Tôi sử dụng một số vết cắt bằng nhôm để tạo khoảng trống cho nó khỏi mép (mỗi mép dày 12,7mm) và băng keo hai mặt để giữ nó ở đúng vị trí.

Bởi vì nhựa dễ gia công hơn nhiều so với nhôm nên có thể tích cực hơn với các thiết lập CNC. Bắt đầu với máy nghiền cuối 1/8 ", các cài đặt là 16500 RPM, tốc độ cắt 600 mm / phút, độ sâu cắt 1,5 mm và chiều rộng vết cắt 1 mm. Để cắt các chi tiết nhỏ, hãy sử dụng máy nghiền cuối 1/32" với cài đặt tương tự nhưng chiều sâu cắt 0,25 mm và chiều rộng vết cắt.3 mm.

Sau khi vặn tăm từ một khúc gỗ (tôi nên dùng loại mỏng hơn, nhưng đây là thứ tôi có), tôi đã hoàn thành chiếc đồng hồ trở lại. Nó có hình dạng nam châm điện được cắt vào để giữ cho đồng hồ mỏng.

Để lấy nó ra khỏi giường, tôi đặt một chiếc chìa khóa allen vào khe chữ t và nhẹ nhàng cạy lên, di chuyển đến điểm tiếp theo khi nó bắt đầu lỏng ra.

Bước cuối cùng là lấy một mũi khoan và liên kết nhẹ nhàng các lỗ ở phía dưới cùng. Tôi làm điều này quay mũi khoan bằng tay. Tôi thấy dễ dàng hơn khi tập trung và kiểm soát.

Một lần nữa các tệp được sử dụng trong bước này đã được đưa vào tệp zip trở lại trong quá trình thiết lập gia công.

Bước 8: Xem hội

Đây là bước bổ ích nhất, lấy tất cả các bộ phận và lắp ráp chúng thành một chiếc đồng hồ cuối cùng. Tất cả các bộ phận được sắp xếp (trừ dây đồng hồ rộng 24mm và thanh lò xo nhả nhanh có đường kính 1,5mm dài 24mm) được nhìn thấy trong hình 1.

Phần đầu tiên rất phức tạp vì các vòng chữ o có đường kính 40mm mà tôi đặt hàng thực sự gần hơn với 37mm, vì vậy chúng cần được kéo dài ra và lắp đặt nhanh chóng. Sử dụng phần cuối của phím Allen bi để ấn nó vào vị trí bằng cách lăn nó dọc theo rãnh như trong hình 2.

Khi vòng chữ O được đặt đúng vị trí, hãy ấn mạnh viên pha lê (đường kính 40 mm, độ dày 1,5 mm) vào vỏ đồng hồ. Vòng chữ o nên giữ nó ở vị trí trong khi gần như vô hình.

Bây giờ là lúc để cài đặt các thiết bị điện tử. Đầu tiên, lau bên trong pha lê bằng một miếng vải không xơ và đặt các thiết bị điện tử vào trong hộp, chú ý đến chìa khóa để giữ hướng thẳng. PCB phải cố định chắc chắn trong trường hợp, nhưng nếu nó bị lỏng, nó có thể được giữ chặt bằng một giọt keo siêu nhỏ trên chìa khóa để giữ nó cố định.

Khi các thiết bị điện tử đã được lắp vào, công tắc bên sẽ khớp qua lỗ và qua công tắc được gắn trên PCB. Một vít định vị M1.6 giữ hai mảnh với nhau như trong hình 4.

Tiếp theo, các dây cáp dài hơn trên cuộn dây cần được gấp lại và nhét ở nơi chúng không cọ xát với bất kỳ điểm tiếp xúc điện nào.

Bước cuối cùng là đóng tất cả và gắn vỏ nhựa trở lại bằng 4 con vít M1.6. Điều quan trọng cần chú ý là hình dạng ở phía sau thẳng hàng với hình dạng cuộn dây. Có thể cần phải điều chỉnh vị trí đặt dây để nó vừa vặn hơn.

Bước cuối cùng là gắn dây đồng hồ bằng cách sử dụng các thanh lò xo nhả nhanh (hình 8-9). Tùy thuộc vào dải được chọn, có thể cần phải sửa đổi dải để hoạt động với các thanh lò xo. Đối với dải lưới cá mập được hiển thị, tôi sử dụng máy cắt dây để tạo một lỗ nhỏ để chứa cơ cấu tháo nhanh.

Bước 9: Ghi chú cuối cùng

Đồng hồ đã hoàn thành!

Chỉ cần một vài lưu ý: công tắc bên có thể bị dính một chút, để khắc phục điều này, có thể cần phải mở rộng lỗ hoặc điều chỉnh vị trí công tắc bằng cách nới lỏng vít định vị, giữ công tắc gần thân và vặn chặt lại Đinh ốc.

Để sạc đồng hồ, tôi đã tạo một đế sạc tùy chỉnh dựa trên bộ sạc Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) được thấy trong hình thứ hai, nhưng đó là một chủ đề cho thời gian khác.

Dù chọn bộ sạc nào, điều quan trọng cần lưu ý là không thể có kim loại nào giữa cuộn dây và bộ sạc. Vì dây đeo mà tôi chọn là kim loại nên nó cần phải đi quanh bộ sạc

Cảm ơn vì đã đọc đến cuối, tôi hy vọng bạn đã học được điều gì đó. Tôi rất vui khi được chia sẻ MechWatch sau nhiều tháng được chế tạo.

Giải nhất cuộc thi đồng hồ