Planetārais pārnesumu pulkstenis: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:52

(Vecie) mehāniskie pulksteņa mehānismi ir neticami interesanti un patīkami skatīties, bet diemžēl tos gandrīz nav iespējams uzbūvēt. Mehāniskajiem pulksteņiem trūkst arī šodien pieejamās precīzās digitālās tehnoloģijas neuzmanības. Šī pamācība parāda veidu, kā apvienot labāko no abām pasaulēm; vadot mehāniskā pulksteņa rādītājus caur planētu pārnesumkārbu ar pakāpju motoru un Arduino!

Piegādes

Vispārīgās sastāvdaļas:

• 5 mm koka un akrila loksne
• M5 skrūves (iegremdētas), paplāksnes un uzgriežņi
• PCB atkāpes
• M3 skrūves soļu motoram

Elektriskie komponenti:

• Stepper draiveris (es izmantoju L293d)
• Jebkura veida Arduino
• Reālā laika pulkstenis (es izmantoju DS3231)
• Halles efekta sensors (es izmantoju A3144)
• 5 mm neodija magnēts
• Pogas lietotāja ievadīšanai
• 10K rezistors
• 100uf 25V kondensators
• DC ligzda
• 5V 2A līdzstrāvas barošanas avots
• RTC akumulators (manā gadījumā cr2032)

Mehāniskās sastāvdaļas:

• Jebkura veida 1,8 grādu/pakāpju pakāpju motors ar 5 mm asi
• GT2 400 mm zobsiksna
• GT2 60 zobu 5 mm ass skriemelis
• GT2 20 zobu 5 mm ass skriemelis
• 5x16x5 mm gultnis (3x)
• 5x16x5 mm atloku gultnis (2x)
• M5x50 vītņots stienis

1. solis: zobratu projektēšana un izgatavošana

Viens no šī projekta mērķiem bija viens motors, kas darbina visu pulksteni, līdzīgi kā īsts mehāniskais pulkstenis, kur viens evakuācijas mehānisms virza visu pulksteni. Tomēr minūtes rādītājam ir jāveic 12 apgriezieni laikā, kad stundas rādītājs veic 1 rotāciju. Tas nozīmē, ka 1:12 reduktora pārnesumkārba ir nepieciešama, lai vadītu abas rokas ar vienu motoru. Es nolēmu to darīt ar planētu pārnesumkārbu, pievienotajā video skaisti paskaidrots, kā darbojas šāda veida pārnesumkārba.

Nākamais solis man bija noteikt zobu skaitu dažādiem pārnesumiem, lai izveidotu attiecību 1:12. Šī vietne bija ļoti noderīga un satur visas nepieciešamās formulas. Es piestiprināju saules zobratu pie minūtes rādītāja un planētas nesēju pie stundas rādītāja, atstājot gredzena pārnesumu nekustīgu. Darīsim nedaudz matemātikas!

• S = saules zobrata zobu skaits
• R = zobu skaits uz gredzena pārnesuma
• P = zobu skaits uz planētas zobrata

Pārnesumu attiecību (i) nosaka:

i = S/R+S

Ņemiet vērā, ka zobu skaitam uz planētas zobrata šajā gadījumā nav nozīmes pārnesumu attiecībai, tomēr mums ir jāievēro vispārējie ierobežojumi:

P = (R - S)/2

Pēc dažām neizpratnēm es izmantoju šādus skaitļus: S = 10; R = 110; P = 50; Šķiet, ka tie atrodas pie iespējamās robežas, jo starp planētas zobratiem ir ļoti maz atstarpes, taču tas darbojas!

Jūs varat zīmēt zobratus savā iecienītākajā CAD programmā, lielākajai daļai no tiem ir īpaši pārnesumu spraudņi. Varat arī vienkārši izmantot šai instrukcijai pievienotos failus. protams. Ņemiet vērā, ka visiem pārnesumiem, lai arī tie atšķiras pēc izmēra, ir vienāds zobu solis.

Es domāju, ka būtu lieliski izgatavot šos pārnesumus no 5 mm alumīnija, un sazinājos ar vietējo veikalu ar ūdens strūklu, ja viņi varētu man sagriezt šos zobratus. Parasti jūs nekad neizgatavotu pārnesumus ar ūdens griezējiem, taču tie ir ļoti zemas veiktspējas pārnesumi. Pārsteidzoši, viņi piekrita mēģināt, taču šis plāns briesmīgi izgāzās. Daļas ūdens strūklai bija vienkārši par mazu un griešanas laikā sāka kustēties.

Šī neveiksme nozīmēja, ka ir pienācis laiks plānam B, tāpēc es nopirku 5 mm melnu dūmu akrilu un atradu vietu ar lāzera griezēju, kam nebija problēmu griezt zobratus. Ja jums nav pieejams lāzera griezējs, iespējams, šiem pārnesumiem varat izmantot arī 3D printeri, es iekļāvu STL failus (gredzena pārnesums, iespējams, būs jāsadala 3 daļās).

Pēc griešanas es nospiedu planētas zobratos uzstādītos gultņus. Lai iegūtu pareizo formu, es izveidoju akrila testa gabalu ar vairākiem caurumiem, kuriem katram bija nedaudz lielāks diametrs (0,05 mm pakāpieni). Pēc tam, kad atradu iestatījumu ar pareizo piemērotību, es mainīju caurumu izmēru planētas pārnesumos uz šo iestatījumu. Tas atšķiras no materiāla un mašīnas veida, tāpēc jums tas vienmēr jādara pašam.

2. solis: zobratu sistēmas montāža

Lai saliktu pārnesumus, ir nepieciešams pulksteņa rāmis. Tagad šī ir tā daļa, kurā varat ļauties radošumam, jo rāmja forma ir salīdzinoši nesvarīga, ja vien visi skrūvju caurumi ir pareizajā vietā. I Izvēlējos izveidot daudz caurumu ciparnīcā un aizmugurējā plāksnē, lai uzsvērtu pārnesuma mehānismu. Tas ir arī iemesls, kāpēc planētas nesēji un minūtes roka ir caurspīdīgi, taču tas arī izskatās vienkārši forši!

Šo detaļu izgatavošanai es vēlreiz izmantoju lāzera griezēju, un, tā kā akrila detaļas bija 5 mm biezas, es arī padarīju koka detaļas 5 mm biezas. Visi caurumi diska plāksnē un planētas nesējā bija iegrimti, lai ievietotu atbilstošās skrūves.

Pulksteņa centrālā ass darbojas divos gultņos planētas nesēju iekšpusē. Tā kā es izgatavoju šo asi no 5 mm stieņa, tas ir ļoti cieši pieguļošs gultņiem, un es vairs nevarēju izjaukt šīs sastāvdaļas. Būtu daudz vieglāk vienkārši izmantot M5 pavediena gabalu, jo arī jums vairs nebūtu jāgriež savs pavediens (ja vien es to iepriekš saprastu …..). Lai neļautu saules zobratam griezties ap asi, tam ir D veida caurums, tāpēc arī ass ir jāievada šajā D formā. Kad saules zobrats ir ap asi, jūs varat salikt asi, neaizmirstiet planētu nesējus, ja izmantojat gultņus ar atlokiem! Montāžas instrukcijas skatiet detalizētajā skatā.

Kad centrālā ass ir uzstādīta, ir pienācis laiks planētas zobratiem. Tiem, tāpat kā centrālajai asij, ir vajadzīgas arī mazās paplāksnes, lai pārliecinātos, ka pārnesumi darbojas vienmērīgi. Kad viss ir uzstādīts uz planētas nesējiem, pārbaudiet, vai planētas pārnesumi un saules pārnesumi darbojas nevainojami.

Tagad centrālo daļu var uzstādīt pulksteņa rāmī. Tas ir garlaicīgs darbs, taču skrūvju izbīdīšana caur priekšējo plāksni un salīmēšana vietā palīdz daudz. Var būt arī noderīgi pacelt priekšējo plāksni, lai radītu vietu minūtes rokai. Fotogrāfijās redzams, ka es ievietoju sešus mazus papīra gabaliņus starp zobrata gredzenu un aizmugurējo plāksni, lai sniegtu nelielu atstarpi pārnesumiem. Ievietojot planētas nesēju, pārliecinieties, vai ciparnīcas ir vērstas uz saprātīgu vietu (ja pulksteņa rādītāja rādītājs norāda uz 12, stundas rādītājs nedrīkst būt starp divām parauga stundām)

3. solis: pakāpiena un sensora pievienošana

Tagad, kad mums ir pārnesumu mehānisms, kas pareizi virza rokas, mums joprojām ir pareizi jāpārvadā pārnesumu mehānisms. Var izmantot dažāda veida elektromotorus, es izvēlējos soļu motoru, jo tas var veikt precīzas kustības bez pastāvīgiem leņķa atgriezeniskās saites sensoriem. Stepper motors var radīt arī īstu "Click" skaņu, kas ir lieliski piemērota pusmehāniskajam pulkstenim!

Parasts soļu motors var veikt 200 soļus vienā apgriezienā, kas nozīmē 200 soļus stundā, ja mēs to savienojam ar minūtes rādītāju. Tas nozīmētu 18 sekunžu intervālu solī, kas vēl neizklausās pēc tikšķoša pulksteņa. Tāpēc es izmantoju 1: 3 pārnesumkārbu starp soļu motoru un minūšu rādītājiem, tāpēc pakāpju motoram ir jāveic 600 soļi stundā. Izmantojot pussoļu režīmu, to var palielināt līdz 1200 soļiem stundā, kas ir vienāds ar vienu soli 3 sekundēs. Izklausās labāk!

Viena no pakāpju motoru problēmām ir tā, ka, ieslēdzot Arduino, jūs nekad nezināt, kur tie atrodas. Tāpēc visiem 3D printeriem ir gala pieturas, lai jūs varētu pārvietot printeri zināmā vietā un pēc tam turpināt no šī punkta. Tas ir vajadzīgs arī pulkstenim, tikai beigu apstāšanās nedarbosies, jo pulkstenim vajadzētu nepārtraukti griezties. Lai realizētu šo pozīcijas noteikšanu, es izmantoju A3144 Halles efekta sensoru, kas uztver magnētu (pārbaudiet polaritāti!…), Kas piestiprināts planētas nesējam. To izmanto, lai iedarbināšanas laikā rokas pārvietotu noteiktā stāvoklī, pēc tam tās var pāriet uz vajadzīgo laiku.

Montāža ir ļoti vienkārša; Piestipriniet pakāpju motoru pie aizmugurējās plāksnes, atstājot skrūves nedaudz vaļīgas. Tad jūs varat uzstādīt mazo skriemeli uz pakāpiena motora ass un pārbaudīt, vai zobsiksna iet taisni. Tagad jūs varat bīdīt pakāpju motoru, lai pielāgotu zobsiksnas spriegojumu. Zobsiksnai ir nepieciešama neliela spēle, lai pārliecinātos, ka zobrati netiek pakļauti nekādam stresam. Spēlējiet ar šo iestatījumu, līdz esat apmierināts, pēc tam pilnībā pievelciet pakāpju motora skrūves.

Zāles efekta sensors ir pielīmēts vietā. Vislabāk ir vispirms pievadīt pie sensora trīs vadus, pārliecinoties, ka ap katru sensora kāju ir saraušanās, lai tie nevarētu saīsināt viens otru. Pēc lodēšanas sensoru var pielīmēt vietā. Nav īsti svarīgi, kura puse ir uz augšu, ja vien vēl neesat piestiprinājis magnētu. Pēc sensora pielīmēšanas pievienojiet to Arduino vai nelielai LED ķēdei, lai pārbaudītu, vai tas darbojas. (PIEZĪME: zāles efekta sensors darbojas tikai tad, ja magnētiskā lauka līnijas virzās pareizajā virzienā). Izmantojot šo testa shēmu, pārbaudiet, kā magnēts jāpielīmē. Kad esat pilnīgi pārliecināts, kurai magnēta pusei jābūt vērstai pret sensoru, pielīmējiet magnētu vietā.

4. solis: elektronika, kas padara pulksteņa atzīmi

Jūs varētu izmantot ļoti vienkāršu Arduino kodu, kas ar motoru veic pusi soļa un pēc tam aizkavē 3000 milisekundes līdz nākamajam solim. Tas darbotos, taču tas nav ļoti precīzs, jo iekšējais Arduino pulkstenis nav īpaši precīzs. Otrkārt, Arduino aizmirstu laiku katru reizi, kad zaudē spēku.

Tāpēc, lai sekotu līdzi laikam, vislabāk ir izmantot reāllaika pulksteni. Šīs lietas ir speciāli izstrādātas mikroshēmas ar rezerves akumulatoru, kas precīzi izseko laiku. Šim projektam es izvēlējos DS3231 RTC, kas var sazināties ar Arduino, izmantojot i2c, atvieglojot elektroinstalāciju. Kad esat pareizi iestatījis laiku viņa mikroshēmā, tas nekad neaizmirsīs, cik ir pulkstenis (ja vien akumulatoram cr2032 ir palikusi nedaudz sulas). Apskatiet šo vietni, lai iegūtu sīkāku informāciju par šo moduli.

Stepper motoru vada ar L293d motora draiveri. Daži progresīvāki pakāpju motoru draiveri izmanto PWM signālu mikrolīmenim un strāvas ierobežošanai. Šis PWM signāls var radīt kaitinošus skaņas signālus, kas ir zināmi ikvienam ražotājam (īpaši, ja jums pieder 3D printeris). Tā kā šim pulkstenim vajadzētu kļūt par jūsu interjera sastāvdaļu, nepatīkami trokšņi nav vēlami. Tāpēc es nolēmu izmantot zemo tehnoloģiju l293d motora draiveri, lai pārliecinātos, ka mans pulkstenis ir kluss (bez soļiem ik pēc 3 sekundēm, bet tas tiešām ir patīkami!). Apskatiet šo vietni, lai iegūtu detalizētu mikroshēmas l293d aprakstu. Ņemiet vērā, ka es izmantoju savu pakāpju motoru pie 5 V, kas samazina soļu motora enerģijas patēriņu un temperatūru.

Kā minēts iepriekš, es izmantoju Halles efekta sensoru, lai noteiktu magnētu, kas pielīmēts planētas nesējam. Sensora darbības princips ir ļoti vienkāršs, tas maina stāvokli, kad magnēts ir pietiekami tuvu. Tādā veidā jūsu Arduino var noteikt augstu vai zemu digitālo līmeni un tādējādi noteikt, vai magnēts ir tuvu. Apskatiet šo vietni, kurā parādīts, kā savienot sensoru, un parādīts vienkāršais kods, ko izmanto magnēta noteikšanai.

Visbeidzot, es PCB pievienoju 4 pogas lietotāja ievadīšanai. Elektroinstalācijas vienkāršošanai viņi izmanto Arduino iekšējos pievilkšanas rezistorus. Manam PCB ir arī galvenes Uno konfigurācijā, lai es varētu pievienot Arduino vairogus iespējamai paplašināšanai (es to līdz šim neesmu darījis).

Vispirms es pārbaudīju visu savā maizes dēļā, un pēc tam šim projektam izstrādāju un pasūtīju pielāgotu PCB, jo tas izskatās lieliski! Jūs varat arī uzstādīt PCB pulksteņa aizmugurē, ja nevēlaties to apskatīt.

PCB Gerber failus var lejupielādēt no mana diska, Instructables kaut kādu iemeslu dēļ neļauj man tos augšupielādēt. Izmantojiet šo saiti uz manu Google disku.

5. solis: Arduino programmēšana

Arduino pamata kods patiesībā ir ļoti vienkāršs. Es pievienoju shēmu, kas vizualizē to, kas notiek Arduino iekšienē un kā Arduino mijiedarbojas ar citām ierīcēm. Es izmantoju vairākas bibliotēkas, lai vienkāršotu kodēšanu.

• Accelstepper -> apstrādā pakāpiena motora soļu secību, ļauj sniegt tādas intuitīvas komandas kā: Stepper.runSpeed () vai Stepper.move (), kas ļauj pārvietoties ar noteiktu ātrumu vai attiecīgi noteiktā pozīcijā.
• Vads -> tas ir nepieciešams i2c komunikācijai, pat ja izmantojat RTClib
• RTClib -> apstrādā saziņu starp Arduino un RTC, ļauj sniegt intuitīvas komandas, piemēram, rtc.now (), kas atgriež pašreizējo laiku.
• OneButton -> apstrādā pogu ievadi, nosaka nospiešanu un pēc tam palaiž iepriekš norādītu tukšumu, lai kaut ko darītu. Var noteikt vienu, divkāršu vai garu nospiešanu.

Rakstot pulksteņa kodu, ir ļoti svarīgi izvairīties no mainīgo palielināšanās. Tā kā Arduino kods darbosies visu diennakti, šie mainīgie ātri kļūs arvien lielāki un galu galā izraisīs pārplūdi. Piemēram, soļu motoram nekad nav pavēlēts pāriet noteiktā stāvoklī, jo šī pozīcija laika gaitā tikai palielināsies. Tā vietā soļu motoram tiek pavēlēts pārvietot noteiktu soļu skaitu noteiktā virzienā. Tādā veidā nav pozīcijas mainīgā, kas laika gaitā palielinās.

Kad pirmo reizi pievienojat RTC, jums ir jāiestata mikroshēmas laiks, varat atsaukt koda gabalu, kas nosaka RTC laiku, kas vienāds ar datora laiku (laiks, kad apkopojat kodu). Ņemiet vērā, ka, atstājot šo komentāru, RTC laiks katru reizi tiks atiestatīts uz laiku, kurā apkopojāt kodu. Tāpēc noņemiet komentāru, palaidiet to vienu reizi un pēc tam komentējiet vēlreiz.

Es pievienoju savu kodu šai instrukcijai, es to rūpīgi komentēju. Jūs varat augšupielādēt to bez izmaiņām vai pārbaudīt to un redzēt, ko jūs domājat!

6. darbība. Izbaudiet pulksteņa tikšķēšanas skaņu pirmo reizi

Pēc visas elektronikas pievienošanas un koda augšupielādes tas ir rezultāts!

Šī pulksteņa pamata dizains ir ļoti vienkāršs, un to var izgatavot dažādās formās un izmēros. Tā kā uz kuģa ir Arduino, varat arī viegli pievienot papildu funkcijas. Iestatot modinātāju, lieciet pulkstenim ieslēgt kafijas automātu noteiktā laikā, interneta savienojumu, atdzistus demonstrācijas režīmus, kas izceļ mehānisko kustību, lai parādītu savu dizainu citiem, un vēl daudz ko citu!

Kā jūs, iespējams, pamanījāt visā šajā pamācībā, man bija jāizjauc pulkstenis, lai uzrakstītu šo pamācību. Lai gan tas ir žēl par šo Instructable, es varu vismaz garantēt, ka dizains ilgtermiņā darbojas ļoti labi, jo šis pulkstenis manā viesistabā bez problēmām tikšķ jau vairāk nekā 3 gadus!

Lūdzu, dariet man zināmu komentāros, vai jums patika šī pamācība, tā ir pirmā reize, kad rakstu. Arī tad, ja jums ir kādi padomi vai jautājumi, vienkārši nosūtiet man ziņu. Un ceru, ka es kādu iedvesmoju kādu dienu arī uzbūvēt pusmehānisku pulksteni!

Pirmā balva pulksteņu konkursā