MechWatch - pielāgots digitālais pulkstenis: 9 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

MechWatch ir pulkstenis, kuru es izstrādāju tā, lai tam būtu Arduino priekšrocības elastības ziņā, taču es vēlējos, lai tas izskatās un jūtas pēc iespējas profesionāli izgatavots. Šim nolūkam šajā pamācībā tiek izmantota diezgan uzlabota virsmas montāžas elektronika (bez atklātiem savienojumiem ar lodmetālu) un CNC frēzēšanas iekārtas.

Sākšu ar to, kā tiek lasīts laiks, ar ilustrāciju otrajā attēlā. Ir divi LED gredzeni, viens ir stundas rādītājs, bet otrs darbojas kā minūtes rādītājs, norādot no 1 līdz 12 uz analogo pulksteņa rādītāju. Tā kā minūtes rādītājs var pārvietoties tikai ar 5 minūšu soli, ir 4 atsevišķas gaismas diodes, kas parāda visas minūtes. Piemēram, trešajā attēlā ir redzams pulkstenis ar 9:41.

Pulksteņa mijiedarbība tiek veikta, izmantojot divvirzienu slēdzi sānos, kas slīd uz cilpām (uz priekšu/atpakaļ). Lai iestatītu laiku:

1. nospiediet un turiet slēdzi, līdz gaismas izslēdzas. Kad tas ir atbrīvots, laiks mirgos, un slēdzi var nospiest uz augšu/uz leju, lai mainītu stundu

2. Vēlreiz nospiediet un turiet slēdzi, līdz gaismas izslēdzas, lai tādā pašā veidā pārslēgtos uz minūšu iestatīšanu

3. Lai ietaupītu laiku, nospiediet un turiet slēdzi, līdz gaismas atkal izslēdzas

4. Ja, iestatot laiku, gaidot pārāk ilgi, nenospiežot pogu, pulkstenis vienkārši pāries gulēt, nesaglabājot izmaiņas

Šajā pamācībā ir izklāstīts, kā izveidot pilnu pulksteni, un ir sniegti visi nepieciešamie avota faili.

1. solis: elektronikas projektēšana

Šis solis iezīmē elektronikas specifiku. Pirmais attēls ir elektriskā shēma, kas parāda, kā visas detaļas ir iezīmētas. Otrais attēls parāda, kā tāfele ir sakārtota, augšdaļa ir sarkana un apakšdaļa ir zila.

Ikvienam, kuru interesē precīzs materiālu saraksts visām elektronikas detaļām, kā arī to iegādes vieta, es esmu pievienojis Excel failu ar saitēm, nevis liekot visiem ritināt garo sarakstu.

Es gribēju, lai shēmas plates augšdaļa būtu samērā skaidra ar konsekventu dizaina estētiku, tāpēc es novietoju mikrokontrolleru vidū un ap to sakopoju RTC, kristālu un rezistorus. Gaismas diodes ieskauj ārpusi un pat pēdas ap ārpusi atspoguļo apļveida dizaina estētiku.

Lai savienotu gaismas diodes ar mikrokontrolleri, tās var sakārtot režģī, lai tās darbinātu 12 digitālās I/O tapas. Tāpat es vēlos izmantot reālā laika pulksteni (RTC), lai saglabātu laiku, lai varētu ietaupīt elektroenerģiju dziļā miegā. RTC izmanto ievērojami mazāk enerģijas nekā mikrokontrolleris, kas ļauj uzlādēt līdz 5 dienām. Lai sazinātos ar mikrokontrolleri, RTC ir nepieciešama I2C komunikācija. Es izvēlējos ATMEGA328P, jo tas atbilst šīm prasībām, un es jau esmu iepazinies ar tā izmantošanu (tas tiek izmantots arī daudzos Arduinos).

Lai mijiedarbotos ar pulksteni, lietotājam ir nepieciešams kaut kāds slēdzis, tāpēc es atradu divvirzienu bīdāmu slēdzi, kas atgriežas centrā, izmantojot atsperes. Ārējais bīdāmais slēdzis piestiprinās pie elektriskā slēdža, izmantojot skrūvi.

Es nolēmu visu darbināt ar litija akumulatoru un Qi induktīvo uzlādi, lai to uzlādētu. Es gribēju izvairīties no jebkāda veida savienotāju izmantošanas pulksteņa uzlādēšanai, jo tie atver atveres, lai ļautu iekļūt netīrumiem un ūdenim, un, iespējams, laika gaitā korodēs, būdami tik tuvu ādai. Izlasījis vairāk datu lapu, nekā kāds jebkad vēlētos, es izšķīros par BQ51050BRHLT. Tam ir labas atsauces diagrammas un iebūvēts litija akumulatora lādētājs (vieta ir par piemaksu).

Tā kā nebija jauks veids, kā augšpusē sakārtot Qi uzlādes elektroniku, man tas ar akumulatoru bija jānovieto tāfeles aizmugurē. Slēdzis atrodas arī aizmugurē, bet tas ir tāpēc, ka tā ir labāka vieta ārējā slēdža pievienošanai.

2. solis: elektronikas montāža

Esmu sakārtojis gandrīz visas elektronikas detaļas pirmajā attēlā. Es izlaidu vairākus kondensatorus un rezistorus, jo tie visi izskatās ļoti līdzīgi un tos ir viegli sajaukt vai pazaudēt.

Lai lodētu uz spilventiņiem, es izmantošu lodēšanas trafaretu. Es ātri izveidoju turētāju otrajā attēlā, lai shēmas plates būtu izlīdzinātas zem trafareta, taču ir pieejamas vairākas vienkāršākas iespējas, no kurām vienkāršākā ir lente.

Trešajā attēlā redzams trafarets, kas izlīdzināts virs tāfeles. Ceturtajā attēlā ir redzama lodēšanas pastas iesmērēšana trafareta caurumos. Pēc lodēšanas ir svarīgi, lai trafarets tiktu pacelts taisni uz augšu. Šī fotogrāfija arī atklāj pagaidu veidu, kā es to daru, jo nekad iepriekš neesmu izmantojis trafaretu. Nākamreiz rāmi nepirktu. Vienkāršāk būtu vienkārši salīmēt mazāku lapu pa vienu malu bez rāmja, dzīvot un mācīties.

Tagad garlaicīgs un grūts uzdevums; novietojiet katru daļu uz tāfeles ar pinceti. 7. attēlā redzamas novietotās detaļas, bet 8. attēlā - pielodētas.

Video 6. attēla vietā parāda lodēšanas procesu. Es izmantoju karstā gaisa lodēšanas staciju, kas iestatīta uz 450C, lai izkausētu lodmetālu, netraucējot detaļas, pārmaiņus ir iespējams izmantot lodēšanas krāsni, lai veiktu to pašu. Pēc apakšas lodēšanas izmantojiet multimetru, kas ir iestatīts nepārtrauktības režīmā, lai pārbaudītu, vai starp īssavienojumiem starp blakus esošajām tapām uz IC nav. Kad tiek atrasts īssavienojums, izmantojiet lodāmuru, lai to aizvilktu no mikroshēmas un salauztu.

Lodējot šādi, ir svarīgi lēnām sildīt dēli pāris minūtes, pirms ieiet kausēšanai. Pretējā gadījumā termiskais trieciens var iznīcināt detaļas. Es ieteiktu apskatīt detalizētākus norādījumus, ja šī metode jums nav pazīstama.

Tālāk ir nepieciešams savienot spoli ar 2 vadu savienotāju un turēt to virs uzlādes pamatnes. Ja viss noritēja labi, zaļajai uzlādes gaismai vajadzētu iedegties apmēram uz sekundi un pēc tam izslēgties. Ja ir pievienots akumulators, zaļajai uzlādes gaismai jāiedegas, līdz tā tiek uzlādēta.

Pēc tam, kad uzlāde darbojas, kā paredzēts, plāksnes augšējās puses lodēšana ir tāda pati. Piezīme par 9. attēlā redzamajām gaismas diodēm, gaismas diodes apakšā ir neliels marķējums, kas parāda orientāciju. Tā puse, uz kuru iziet mazā līnija, ir LED shēmas trijstūra šaurais gals. Ir svarīgi to pārbaudīt katrai izmantotajai virsmas stiprinājuma gaismas diodei, jo dažādu ražotāju marķējumi var atšķirties.

3. darbība: elektronikas programmēšana un testēšana

Izmantojiet AVRISP mkII, lai ieprogrammētu mikrokontrolleru (nospiediet un turiet pārslēgšanas taustiņu, vienlaikus noklikšķinot uz augšupielādes Arduino IDE). To var arī izmantot, lai vienkārši ierakstītu sāknēšanas ielādētāju un izmantotu sērijas savienojumu pulksteņa aizmugurē ar FTDI kabeli. Bet, apejot sāknēšanas ielādētāju un programmēšanu tieši ar AVR ISP mkII, kods ieslēdzas ātrāk, kad tas tiek ieslēgts.

Šim solim esmu pievienojis arī kodu. Ja kāds vēlas izskatīt padziļinātāk, es esmu komentējis kodu, lai paskaidrotu, ko katra daļa dara. Koda vispārējā struktūra ir stāvokļa mašīna. Katrā štatā ir palaists koda gabals, kā arī nosacījumi, lai pārietu uz citu stāvokli.

Liela daļa kodu, kas kontrolē I/O tapas, tieši kontrolē reģistrus, to ir nedaudz grūtāk nolasīt, taču izpilde var būt līdz pat 10 reizēm ātrāka nekā digitālā. Rakstīt vai lasīt.

4. solis: apstrādes iestatīšana

Pulksteņa korpusa apstrādes iestatīšana ir diezgan sarežģīta un prasa labu sagatavošanos.

Dzirnavas, kuras es izmantoju, ir Othermill v2 (tagad sauktas par Bantam Tools) ar pirkstu skavu komplektu. Skavas ļauj man turēt sagatavi no sāniem, ko es izmantoju pirmajai uzstādīšanai.

Pulksteņu apstrāde tiek veikta trīs iestatījumos. Pirmajā iestatījumā sākuma materiāls ir piestiprināts pie CNC gultas, un dzirnavas izgriež pulksteņa iekšējo formu un noņem daļu no virsmas. Apstrādes programmatūras iestatījumus var redzēt 6. attēlā.

Otrajai uzstādīšanai nepieciešams pielāgots stiprinājums, lai turētu pulksteņa korpusu no iekšpuses, tāpēc ir iespējams sagriezt visu pulksteņa ārējo ārējo formu. Pielāgotu stiprinājumu var redzēt pirmajā attēlā ar eksplodēto skatu otrajā attēlā. Mazajam centrālajam gabalam ir caurums ar izgriezumu, tāpēc, kad skrūve ir pievilkta, tas paceļ gabalu un piespiež abas sānu detaļas pulksteņa korpusā, turot to vietā. Otrās iestatīšanas apstrādes programmatūra ir redzama 7. attēlā.

Trešā iestatīšana prasa citu pielāgotu stiprinājumu pulksteņa turēšanai; šis ir nedaudz vienkāršāks. Armatūra sastāv no pamatnes un gabala, kas iet pulkstenī. Pulksteņa iekšpusē esošais gabals reģistrējas ar diviem stabiem uz pamatnes un skrūvēm, lai turētu pulksteņa korpusu otrādi.

Es apstrādāju armatūras gabalus no lielākiem alumīnija gabaliem un atstāju tos savienotus ar cilnēm. Pēc tam, kad abas puses ir apstrādātas, es ar ritināšanas zāģi nogriezu cilnes un gludu tās.

Esmu iekļāvis fusion360 CAD failus, kurus izmantoju visu detaļu izgatavošanai (ieskaitot pulksteņa korpusu un sānu slēdzi), taču, mēģinot izgatavot detaļas, izmantojiet savu spriedumu. Es neesmu atbildīgs, ja kaut kas noiet greizi un sabojājas.

Ieteikums, lai stiprinājumus padarītu precīzākus: vispirms apstrādājiet jebkuru detaļu, kas saskarē ar mašīnu, un pēc tam ievietojiet to galīgajā vietā un pēc tam apstrādājiet to līdz galīgajiem izmēriem. Tas nodrošina, ka daudzas nelielas kļūdas nesaliek kopā un nesatur pulksteņa korpusu nepareizā vietā. Šīs zināšanas jums sniedza alumīnija lūžņu kaudze.

5. solis: lietas apstrāde

Sākuma alumīnija sagatavi var redzēt pirmajā attēlā. Centra noņemšanai es izmantoju 1-1/4 collu caurumu zāģi, tas ietaupa diezgan daudz apstrādes laika.

Kā minēts iepriekšējā solī, korpusa apstrādei ir 3 iestatījumi. Pirmā iestatīšana pēc apstrādes ir redzama 2. attēlā. Es vispirms izmantoju 1 1/8 "gala frēzmašīnu (plakana apakšā), lai noņemtu lielāko daļu materiāla. Pēc tam pārslēdzos uz 1/32" gala frēzēm, lai sagrieztu 4 skrūves caurumi. Lai sagrieztu diegus skrūvju caurumos, es izmantoju M1.6 vītņu dzirnavas (no Harvey instrumentiem). Manis izmantotie īpašie iestatījumi ir iekļauti Fusion360 CAD failā.

3. attēlā redzama otrā iestatīšana, kad apstrāde ir pabeigta, un 4. attēlā redzama trešā iestatīšana pirms apstrādes.

Otro iestatījumu apstrādā, izmantojot 1/8 collu gala frēzi, lai ātri noņemtu lielāko daļu materiāla, tad es izmantoju 1/8 collu lodveida dzirnaviņas (apaļais gals), lai sagrieztu izliektās virsmas. Darbības ir vienādas arī trešajā iestatījumā.

Otrajai uzstādīšanai nepieciešams izmantot citu specializētu instrumentu, 3/4 collu zāģēšanas zāģi ar modificētu lapeni, lai tas varētu cieši pieguļot pulksteņa korpusa turētājam. Griešanas zāģis griežas ar ātrumu 16500 apgr./min un pārvietojas ar ātrumu 30 mm/min. Šis ātrums nospiež to, ko Citas dzirnavas spēj, tāpēc, iespējams, būs nepieciešams to vēl vairāk palēnināt. Šis solis ir parādīts iepriekš redzamajā videoklipā.

Ja vēlaties uzzināt vairāk par CNC apstrādes specifiku, es jums norādīšu uz NYC CNC vietnē YouTube, viņi šeit veic labāku darbu, nekā es jebkad varētu.

Tikai atsaucei tiem, kas zina, ko tas nozīmē, otrās dzirnavas v2 iestatījumi 1/8 collu gala dzirnavām ir 16400 apgr./min (163,5 m/min), 300 mm/min, 1 mm griezuma dziļums un 1,3 mm platums griezt.

Tā kā otrai dzirnaviņai nav pietiekami daudz z augstuma, lai pulksteni turētu pie sāniem, man manuāli jāizurbj pulksteņa joslas caurumi un sānu slēdža caurums. Lai palīdzētu tos atrast pulksteņa neregulārās formas sānos, es 3D izdrukāju dažus ceļvežus, kas redzami 5.-7. Lai uzlabotu urbšanas precizitāti, ir svarīgi urbi pēc iespējas ievietot patronā; tas mazulim apgrūtina klejošanu.

Sānu slēdža caurums ir neapaļš, tāpēc pēc urbja sākuma tas ir jāpilnveido, kas tiek darīts, izmantojot Šveices failus. Izmantojot suportus, es izmērīju pašreizējo caurumu un sakārtoju to pareizajā izmērā. Caurumam jābūt 4,6 mm attālumā no augšējās virsmas, 3,8 mm no apakšējās virsmas un 25,8 mm no katras cilpas vistālākā punkta. Iesaku skatīties vietnē Clickspring iedvesmai, aizpildot caurumu.

6. darbība: sānu slēdža apstrāde

Šajā solī izmantotie faili tika atkal iekļauti zip failā apstrādes iestatījumos.

Sānu slēdzis ir apstrādāts ļoti līdzīgi MechWatch korpusam. Tas ir frēzēts ar 1/8 "gala frēzmašīnu, izmantojot tādus pašus iestatījumus kā korpusā. Tālāk izmantojiet 1/8" lodveida dzirnavas uz izliektajām virsmām, tādi paši iestatījumi kā iepriekš.

Otrais iestatījums ir redzams 3-4. Attēlā pirms un pēc apstrādes. 1/8 "gala dzirnavas, 1/8" lodveida dzirnavas, 1/32 "gala dzirnavas, pēc tam M1.6 vītņu dzirnavas. (Tur ir vītņots caurums, lai to turētu pie paneļa slēdža).

Es apstrādāju slēdzi no lielāka alumīnija gabala divu iemeslu dēļ. Pirmais iemesls ir tāds, ka es varu saspiest sānu malas un nejauši nefreesēt to saturošo gabalu. Otrais ir tāds, ka, ievietojot to slotā trešajai darbībai, to joprojām var saspiest (sk. 5. attēlu).

7. solis: lietas apstrāde atpakaļ

Pulksteņa apakšdaļa ir izgatavota no akrila, induktīvās uzlādes dēļ tai jābūt nemetāliskai. Es izmantoju dažus alumīnija griezumus, lai to novietotu no malas (katrs 12,7 mm biezs), un divpusēju lenti, lai to noturētu vietā.

Tā kā plastmasu ir daudz vieglāk apstrādāt nekā alumīniju, ar CNC iestatījumiem ir iespējams būt agresīvākam. Sākot ar 1/8 collu gala frēzēm, iestatījumi ir 16500 apgr./min, griešanas ātrums 600 mm/min, griezuma dziļums 1,5 mm un griezuma platums 1 mm. Lai sagrieztu smalkas detaļas, izmantojiet 1/32 collu gala frēzi ar tie paši iestatījumi, bet 0,25 mm griezuma dziļums un 0,3 mm griezuma platums.

Pēc zobu bakstāmā pagriešanas no baļķa (man vajadzētu izmantot plānāku krājumu, bet tas ir tas, kas man ir), pulkstenis ir pabeigts. Tam ir iegriezta elektromagnēta forma, lai pulkstenis būtu plāns.

Lai to izņemtu no gultas, es ievietoju sešstūra atslēgu t-spraugā un viegli pacēlu uz augšu, pārejot uz nākamo punktu, kad tas sāk atslābt.

Pēdējais solis ir urbjmašīnas paņemšana un maigie caurumi apakšējā pusē. Es to daru, pagriežot urbi ar rokām. Man ir vieglāk noturēties centrā un kontrolēt.

Šajā solī izmantotie faili atkal tika iekļauti zip failā apstrādes iestatījumos.

8. solis: pulksteņa montāža

Tas ir visizdevīgākais solis, ņemot visas detaļas un saliekot tās pēdējā pulkstenī. Visas sakārtotās detaļas (atskaitot 24 mm platu pulksteņa joslu un 24 mm garus 1,5 mm diametra ātrās atsperu stieņus) ir redzamas 1. attēlā.

Pirmā daļa ir sarežģīta, jo 40 mm diametra O-gredzeni, kurus es pasūtīju, patiesībā ir tuvāk 37 mm, tāpēc tie ir jāizstiepj un ātri jāuzstāda. Izmantojiet lodīšu sešstūra atslēgas galu, lai to nospiestu vietā, ritinot to pa rievu, kā redzams 2. attēlā.

Kad O-gredzens ir pareizi ievietots, stingri nospiediet kristālu (40 mm diametrs, 1,5 mm biezums) pulksteņa korpusā. O-gredzenam vajadzētu turēt to vietā, vienlaikus esot gandrīz neredzamam.

Tagad ir pienācis laiks uzstādīt elektroniku. Vispirms noslaukiet kristāla iekšpusi ar drāniņu bez plūksnām un ievietojiet elektroniku korpusā, pievēršot uzmanību atslēgai, lai orientācija būtu taisna. PCB vajadzētu stingri sēdēt korpusā, bet, ja tas ir vaļīgs, to var nostiprināt ar nelielu pilienu superlīmes uz atslēgas, lai to noturētu vietā.

Kad elektronika ir ievietota, sānu slēdzis iederas caur caurumu un virs PCB uzstādītā slēdža. M1.6 skrūve tur abus gabalus kopā, kā redzams 4. attēlā.

Tālāk spoles garākie kabeļi ir jāsaliek uz augšu un jāievelk tur, kur tie neberzē atklātos elektriskos kontaktus.

Priekšpēdējais solis ir to visu aizvērt un plastmasas korpusu piestiprināt atpakaļ ar 4 M1.6 skrūvēm. Ir svarīgi pievērst uzmanību tam, lai forma aizmugurē sakristu ar spoles formu. Var būt nepieciešams pielāgot stieples novietojumu, lai tas labāk iederētos.

Pēdējais solis ir piestiprināt pulksteņa joslu, izmantojot ātrās atlaišanas atsperes (8-9. Attēls). Atkarībā no izvēlētās joslas var būt nepieciešams pārveidot joslu, lai tā darbotos ar atsperes stieņiem. Parādītajai haizivju sietu joslai es izmantoju stieples griezējus, lai izveidotu nelielu caurumu, lai ievietotu ātrās atbrīvošanas mehānismu.

9. darbība. Noslēguma piezīmes

Pulkstenis tagad ir pabeigts!

Tikai dažas piezīmes: sānu slēdzis dažkārt var kļūt nedaudz lipīgs, lai to novērstu, var būt nepieciešams palielināt caurumu vai pielāgot slēdža atrašanās vietu, atskrūvējot regulēšanas skrūvi, turot slēdzi tuvu korpusam un vēlreiz pievelkot skrūve.

Lai uzlādētu pulksteni, es izveidoju pielāgotu uzlādes statīvu, kas balstīts uz Adafruit Qi lādētāja (https://www.adafruit.com/product/2162), kas redzams otrajā attēlā, bet tas ir tēma citai reizei.

Neatkarīgi no izvēlētā lādētāja ir svarīgi ņemt vērā, ka starp spoli un lādētāju nedrīkst atrasties metāls. Tā kā grupa, kuru izvēlējos, ir metāls, tai ir jāiet apkārt lādētājam

Paldies, ka izlasījāt līdz galam, es ceru, ka jūs kaut ko uzzinājāt. Es priecājos dalīties ar MechWatch pēc vairākiem mēnešiem.

Pirmā balva pulksteņu konkursā