El rellotge nerd: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

El Nerd Watch mostra l’hora en binari quan es prem el botó i va ser creat per Sam DeRose durant les pràctiques d’estiu al nostre quarter general. El rellotge mostra l’hora i els minuts intermitent entre dos LEDs en seqüència per representar dos números binaris de 4 bits (en format big-endian). Aquí teniu una descripció fantàstica de com llegir nombres binaris.

Aquest tutorial (escrit per Sam DeRose) us mostra com construir un rellotge Nerd des de zero amb alguns components electrònics i una fresadora de PCB d’escriptori Bantam Tools. Presumeix que teniu experiència prèvia treballant amb components electrònics de muntatge superficial i que no us és aliè al multímetre i a la soldadura. També és útil recollir una mica d’informació sobre el funcionament d’Arduino.

Pas 1: poques notes abans de començar

Com es pot indicar l’hora: el primer número representa l’hora i el segon representa el número que apuntaria l’agulla dels minuts si es tractés d’un rellotge analògic. Per exemple, si el rellotge parpelleja 0010 - 0110, això correspon a 2 - 6, el que significa que l’hora és 2 i l’agulla dels minuts apunta al 6, cosa que fa que sigui les 2:30. (Mireu la imatge de sobre per obtenir una descripció gràfica!) No hi ha indicacions de la matinada o de la tarda, però espero que estigui clar si són les 2:30 del matí o no.

El rellotge es basa en un projecte realitzat per Tony DeRose per a Maker Faire. Utilitza el mateix codi i esquema, però ara el tauler està dissenyat per semblar més a un rellotge i s’utilitzen components de muntatge superficial més elegants (SMD) per fer-ne un perfil més baix.

Nota: Sam va fer moltes iteracions d’aquest rellotge: veureu els números de versió a les fotos. A causa d’això, les imatges de progrés d’aquest post salten entre diferents versions amb força freqüència. Tot i que el procés general de cada versió és exactament el mateix, no us preocupeu si el rellotge no s’assembla exactament a la imatge.

Una altra nota: la part principal d’aquestes instruccions tracta sobre com es construeix la versió 2.5, la versió més actual que utilitza un xip ATtiny normal. Tot i això, el pas 9 mostra una variant, la versió 3.1, que utilitza un ATtiny de muntatge superficial i un port mini-USB per programar-lo. Aquesta versió és significativament més difícil de construir i programar, així que us recomanaria començar amb la versió 2.5 i provar-la només si us sentiu realment ambiciós (o teniu experiència en soldar components SMD).

Pas 2: Com funciona

El xip ATtiny (el xip IC negre de 8 pins) és el cor del rellotge. Aquest xip és bàsicament una versió petita del mateix xip que hi ha dins d’un Arduino i, per tant, es pot programar per realitzar diferents funcions. En aquest cas, el xip té un programa que espera que es premi un botó i, quan en detecta un, posa a terra diversos pins perquè el corrent pugui fluir a partir de +3 volts a través dels LED, il·luminant-los. L'ATtiny té un rellotge intern, de manera que els LED estan programats per parpellejar per mostrar l'hora.

Pas 3: eines, materials i fitxers

EINES

• Fresadora de PCB d'escriptori Bantam Tools
• Instal·lat l’ordinador amb el programari Bantam Tools
• Suport d'alineació i maquinari de muntatge inclosos amb la fresadora
• Soldador
• Molins de punta plana, 1/64 ", 1/32" i 1/16 "(opcional però recomanable, per eliminar l'excés de coure)

MATERIALS

• PCB en blanc, FR-1, a doble cara
• Cinta de doble cara
• Soldar
• Pasta de soldar
• Agulla de cosir
• Fil, negre
• Corretges de velcro, 3/4 ", negre o una altra forma de corretja de rellotge

COMPONENTS ELECTRÒNICS

• Presa IC, de 8 pins
• Xip Atmel ATtiny Hem utilitzat l'ATtiny85.
• LEDs, SMD (2) SMD = dispositiu de muntatge superficial
• Resistències, ~ 50 ohms, SMD (2) El valor exacte no és important.
• Botó momentani, quadrat, SMD Els hem utilitzat, però també hi cabran d'altres.
• Bateria mòbil, CR2032, de 3 volts
• Porta bateries de cèl·lules

FITXERS

• Arxiu del tauler EAGLE NerdWatchV2.5.brd per al rellotge
• Esbós d'Arduino NerdWatch.ino per anar a ATTiny. El fitxer.zip inclòs aquí inclou l'esbós, així com les biblioteques que haureu d'instal·lar per fer que l'esbós funcioni correctament.

Fitxer EAGLE per a ATtiny Programmer TinyProgShield.brd (opcional)

• NOTA: Recordeu d’instal·lar les biblioteques a Arduino abans d’intentar compilar l’esbós. A continuació s’explica:

  • Descarregueu i instal·leu Arduino si encara no ho heu fet. Podeu obtenir-lo des del lloc Arduino.
  • Baixeu-vos el fitxer NerdWatch.zip i recordeu on l’heu desat.
  • Inicieu Arduino. Aneu a Esbós> Importa biblioteca> Afegeix biblioteca i aneu a on heu desat NerdWatch.zip.
  • Seleccioneu tot el fitxer.zip i deixeu que Arduino instal·li les biblioteques automàticament.
  • Reinicieu Arduino per activar les biblioteques. Nota: Si teniu algun problema, els fòrums Arduino són un lloc espectacular per fer preguntes, tant per a usuaris avançats com per a programadors nous.
  • Utilitzeu Arduino per obrir NerdWatch.ino i compilar el vostre codi.

Per a la versió 3.1 necessitareu aquests fitxers:

• Fitxer EAGLE NerdWatchV3.1.brd
• NerdWatch.zip mateix fitxer que per a la v2.5
• Fitxer EAGLE SMDtinyProgrammer.brd per a la placa del programador SMD ATtiny

Pas 4: configureu el programari de la màquina fresadora Bantam Tools

Engegueu el programari Bantam Tools. A continuació, connecteu la fresadora a l'ordinador i engegueu-la.

Importeu el fitxer EAGLE al programari Bantam Tools i realitzeu els passos següents per configurar el tall:

• Utilitzeu el botó Configuració de fixació per guiar-vos per la instal·lació i la ubicació del suport d’alineació.
• Un cop instal·lat el suport, configureu el material a la placa FR1 de doble cara mitjançant el botó Configuració del material.
• En aquest diàleg, assegureu-vos d’alinear l’origen del material al claudàtor.
• Utilitzeu un molí final de 1/32 "i 1/64" per a la part frontal del tauler i un 1/32 "per a la part posterior del tauler. (A la part posterior també podeu afegir el vostre molí final de 1/16").)

La configuració predeterminada per a la vostra placa FR-1 funciona bé per a aquest projecte. Si voleu experimentar amb més neteja de traces, podeu activar el mode BitBreaker (Preferències> feu clic al quadre BitBreaker) i experimentar amb la configuració de profunditat i neteja (això és per a l'usuari que coneix el seu camí al voltant d'un molí).

Si necessiteu actualitzar l’ús de la fresadora de PCB Bantam Tools Desktop i configurar el programari, consulteu aquesta guia d’inici.

Pas 5: Retalleu el rellotge

Carregueu el PCB en blanc:

• Utilitzeu el botó de càrrega per avançar el llit de mecanitzat.
• Cobriu un costat d’un FR-1 de doble cara amb cinta de doble cara i feu coincidir el tauler amb l’angle esquerre del suport d’alineació.
• Premeu fermament el tauler i premeu el botó Inici.

Tallar el tauler:

Primer talleu els rastres i els forats de la part superior. Feu-ho fent clic a Traça i forats a la finestra del fitxer del pla

• Quan hàgiu acabat, gireu la pissarra al programari Bantam Tools fent clic al botó inferior.
• També gireu el tauler real a la màquina de manera que el costat sense tallar quedi cap amunt. Assegureu-vos que la part inferior del tauler estigui a l’alçada de la cantonada dreta de la plantilla d’alineació.
• Feu clic a Traços i esquema a la finestra del fitxer del pla.

El molí retallarà les restes i forats restants i tindreu un tauler acabat.

Pas 6: Soldeu l'electrònica

Ara arriba la part tediosa: soldar els components al rellotge. Si no coneixeu la soldadura de muntatge superficial o la soldadura en general, llegiu la descripció següent. També podeu trobar alguns consells al projecte Light-Up PCB Necklace.

Per a aquest procés, hem utilitzat un forn de torradora per tornar a soldar els components SMD més petits, com ara els LED i les resistències. A continuació, hem utilitzat un soldador normal per connectar els components més grans, com ara el sòcol IC, el botó i el suport de la bateria.

Seguiu aquests passos generals per afegir els components:

Components SMD

• Dab pasta de soldadura als 8 coixinets, que muntarà els 2 LED i 2 resistències. Mireu les fotos anteriors per obtenir les ubicacions de la ubicació.
• Comproveu que coneixeu la polaritat dels LED. Per fer-ho, podeu utilitzar un multímetre en la seva configuració de "continuïtat", o bé mirar el LED i trobar la marca o les línies verdes que marquen el costat del terra.
• Amb les pinces, col·loqueu els LED i les resistències als coixinets amb la pasta de soldar. Assegureu-vos que la polaritat sigui correcta. Per als dos LED, la terra està més a prop de la part inferior del rellotge.
• Utilitzeu un forn, una torradora o només un soldador normal per fondre la pasta de soldadura i fixar els components.

Socket IC

• Doblegueu els cables de la presa IC del forat passant de manera que sembli un component SMD en lloc d’un component del forat passant.
• Els coixinets del rellotge seran prou llargs per adaptar-se als cables doblats del sòcol. Col·loqueu el sòcol i assegureu-vos que enteneu com es munta al rellotge.
• Traieu el sòcol i enganxeu la pasta de soldadura en almenys un coixinet a cada costat del sòcol. Normalment faig una cantonada i després la cantonada oposada.
• Col·loqueu el sòcol de nou als coixinets amb la marca d'alineació cap amunt. Això no és necessari, però us ajudarà a recordar cap a on entra ATtiny.
• Premeu el sòcol perquè quedi tot a la taula i utilitzeu un soldador per fixar els cables amb la pasta de soldadura al tauler.
• Acabeu de soldar la resta de cables als coixinets amb un soldador i un carret de soldadura normal.

Botó

• Depenent del botó que obtingueu, és possible que hagueu de doblegar els cables per tal que entrin en contacte millor amb els coixinets.
• Col·loqueu el botó al tauler i assegureu-vos que els 2 cables que normalment estan oberts es trobin a la part inferior esquerra i superior esquerra. (Quan es prem el botó, es connecten els 2 coixinets esquerres.)
• Utilitzeu la mateixa tècnica d’adherència que s’explica a la secció de sòcol IC superior per soldar el botó.

Vias

• Per a les vies, podeu utilitzar un cable retallat d'un LED o una resistència, o bé podeu treure una longitud de cable de connexió de nucli sòlid de calibre 22.
• Introduïu el cable pel forat i utilitzeu un soldador per soldar el cable als coixinets dels dos costats del tauler.
• Retalleu l'excés de filferro amb franctiradors de filferro.

Suport de bateria

• Feu servir cinta per mantenir el suport de la bateria CR2032 de muntatge superficial al seu lloc mentre el soldeu. (Fa molta calor, de manera que no voleu agafar-lo amb els dits!)
• Connecteu el suport a la part posterior del tauler soldant els peus dels dos costats als coixinets quadrats.

Pas 7: afegiu la corretja

Aquesta part és cosa vostra. La forma més senzilla d’afegir una corretja és cosint unes tires de velcro barates que podeu trobar a qualsevol botiga d’artesania / tela com Michael's o Jo-Ann Fabrics. Finalment, voldríem fer la corretja amb un material més bonic com el cuir i afegir una sivella per subjectar-la, però mentrestant això funciona.

Si us plau, feu-nos-ho saber si teniu alguna manera divertida de fixar el rellotge al canell.

Pas 8: programa ATtiny

Ara el rellotge està completament físic, però el xip ATtiny encara no sap com controlar els LED. Per això l’hem de programar.

Hi ha diverses opcions a l’hora de programar un ATtiny. Podeu fer un circuit de taulers ràpids, utilitzar una placa de programació especial ATtiny o fer un escut Arduino enginyós, com hem fet nosaltres, perquè pugueu programar fàcilment aquests xips a partir d’ara.

Si sou un fabricant d’escuts Arduino experimentat i voleu escollir aquest mètode, el fitxer de la placa del programador (TinyProgShield.brd) està disponible en aquest pas. Simplement retalleu-lo, soldeu els components i acobleu-lo amb el vostre Arduino.

El fitxer.ino aquí i al pas d'introducció és el fitxer amb el qual programareu el vostre ATtiny85. Canvieu l'hora del codi a l'hora actual. Assegureu-vos de penjar el fitxer al vostre ATtiny en un o dos minuts perquè el rellotge se sincronitzi amb l’hora correcta.

Pas 9: altres variacions

Com es va esmentar al primer pas, Sam va fer una versió completament SMD del rellotge, amb un ATtiny de muntatge superficial. Com que no es pot treure l'ATtiny per programar-lo, va haver d'afegir un port mini-USB que es connecti als pins necessaris perquè l'ATtiny es pugui programar externament.

Després va fer un escut per a l’altre extrem del cable USB, de manera que tot el que heu de fer és enganxar el rellotge a l’escut i després programar l’ATtiny com si estigués a l’escut.

Pas 10: utilitzeu-lo

Poseu el Nerd Watch i proveu-lo prement el botó.

Saps llegir l’hora? Si podeu saber l'hora veient la seqüència només una vegada, felicitats, sou un nerd! Si et costa dues o tres vegades aconseguir el temps, bé, encara ets un nerd perquè portes aquest rellotge súper nerd.

Tens alguna pregunta o comentari? Envieu-nos un correu electrònic a [email protected].