PETIT Rellotge OLED imprès en 3D: 6 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Hola, t’agrada construir el teu propi rellotge de polsera?

Segurament és un repte construir un petit rellotge de polsera de bricolatge com aquest. L’avantatge és el plaer d’haver fet real la vostra pròpia idea i estar orgullós d’assolir aquest nivell d’habilitats …

El motiu pel qual vaig fabricar el meu propi rellotge va ser que el meu rellotge intel·ligent barat –estimat a prova d’aigua– va deixar el seu pobre fantasma una vegada submergit en una piscina …: (Així que estava enfadat de comprar rellotges (un altre car -Watch també es va rendir - la seva bateria propietària de mida petita no tenia cap possibilitat de ser substituïda …).

Per altra banda, els projectes de rellotge de bricolatge existents per al meu gust eren majoritàriament massa pesats o massa rústics, de manera que vaig decidir construir el meu propi rellotge, tenint la possibilitat d’incloure les meves funcions preferides.

Si voleu, podeu modificar el programari per tal que tingueu en compte les vostres idees: he comentat totes les línies (depenent del programa escollit entre 700-800 línies …) - Però tingueu en compte que aquest projecte és realment desafiant i segur que no per a principiants ! El formulari de mida petita i lleugera (30 x 30 x 10 mm) requereix un maneig precís de la caixa impresa en 3D i una soldadura acurada de la placa de dues cares: tot i que existeix una opció per a la comanda de PCB de la placa (fitxers Eagle i Gerber inclòs) aquí el vaig fer amb el meu mètode especialitzat de tòner-directe; per tant, també s’inclouen instruccions aquí).

Propietats del rellotge:

- La pantalla OLED de 128x64px mostra un rellotge analògic i digital, activat amb el botó dret, que mostra la data, l’hora, el nivell de bateria i la temperatura del canell. Com a alternativa (si voleu), pot incloure una alarma o un temporitzador.

- Es mostra un calendari mensual complet prement el botó esquerre més de 0,6 s, ressaltant el dia de la setmana real.

- Prement el botó esquerre de la pantalla es selecciona un menú senzill per escollir la data, l'hora (i l'alarma o el temporitzador, si es vol incloure al programa), valors que cal establir amb el botó dret.

- En prémer el botó dret dues vegades s'activa un petit LED - "Torch" -Light, (bo per a les nits negres).

- Entre les 22:00 i les 07:00, la pantalla OLED queda atenuada automàticament (vegeu allà, amb la funció de llum especial inclosa), de manera que no queda cega a la nit.

- La bateria Li-Ion dura gairebé 2 anys, suposant que la pantalla + electrònica consumeix uns 25 mA de 5 s de durada encesa, mostrant el rellotge unes 10 vegades al dia.

Pas 1: llista de peces

Eines necessàries:

Si us agrada experimentar amb el programari i el disc dur, necessiteu:

• Tauler de pa 8,2 x 5,5 cm AliExpress

• Font d'alimentació regulada de 3, 3V, com aquesta a l'esquema anterior o una f.ex de font similar. d'un connector USB de 5 V (500 mA). ⇒ AMS1117-Adj ⇒ ebay

• Adaptador de pin SMD SOIC-8 a DIP-8 per a RTC-Chip ebay

• Programador ISP Atmel com el "USBTiny" - AliExpress

• Arduino Pro Mini AliExpress

• Breadboard Jumper-Wires Banggood

(Electrònic) Parts necessàries:

• ⇒ consulteu el fitxer Html-BOM per a les peces electròniques (Descarregar).

• El tauler de dues cares del rellotge: ⇒ vegeu el pas "Com fer un tauler de dues cares amb el mètode de tòner directe".

• 1x - Bateria ø24 x 3mm - Bateria de liti 3, 2V (cel·la de botó) - CR2430 - AliExpress

• Cinta Kapton / Polymid # 25mm per a l'aïllament entre placa / bateria i placa OLED

• 1 corretja de polsera de 20 mm: recomano una "corretja de rellotge de polsera d'acer inoxidable Milanaise" - eBay

• Estoig imprès en 3D: ⇒ consulteu el fitxer de descàrrega amb instruccions (pas).

Un tauler de cada dos?

En cas que vulgueu fer una placa de dues (uC, RTC, else parts I la placa de direcció OLED en una), podeu utilitzar el meu circuit + disseny de placa per a la pantalla SSD1306-I2C (vegeu Descarregar: OLED-Display_SSD1306-I2C-Circuit.zip). Utilitzeu les dues capes senceres i aïlleu-les de la pantalla i la bateria amb Kapton Tape, de manera que el rellotge pot ser encara més pla d’1,5 mm.

Pas 2: Circuit electrònic

Primer de tot, hem de conèixer els conceptes bàsics:

Aquest rellotge OLED es fabrica amb un xip RTC DS3231 (rellotge en temps real en una forma SMD SO-8 més petita), la bruixa està dirigida pel conegut controlador ATMega328P- (Arduino) -µ i, en contrast amb el soft que s’utilitza normalment -StandBy (del µController): aquest rellotge té un apagat elèctric complet al cap de 5 segons, a més del RTC. Vaig fer aquest apagat amb dos transistors de mosfet, que actua com a "commutador de commutació" juntament amb l'UC i el botó dret (D8).

Dos petits botons de pressió als dos costats de la caixa (D6 i D8) actuen com a entrades, la bruixa gestiona el menú i la configuració del rellotge.

El rellotge té una visualització de data i hora, (pantalla d'alarma, si s'inclou al programa), una llanterna i un calendari del mes real + dia. A la 2a. versió que he inclòs una alarma, també es pot substituir per un temporitzador.

La pantalla queda atenuada entre les 23:00 i les 7:00 AM (23: 00h i 07: 00h) a la nit.

Funció dels 2 botons (a l'esquerra i a la dreta):

• Canvi del botó D8, (costat dret), prement:

1x = activant uC / Display, de manera que es mostra l'hora + la data, etc. durant uns 5 segons abans d'apagar (= pantalla fosca).

2x = il·lumina la llanterna / la torxa.

3x = torna al mode Normal (= Mode-0).

• Botó SELECT D6 (costat esquerre):

Si premeu D6 una vegada se selecciona MODE, es desplacen els modes de l'1 al 10 per canviar la data / hora, etc. (dia, dia, any, hora, segons, alarma … activat / desactivat).

El botó-D8 de la dreta augmenta els valors MODE seleccionats, es defineixen i es guarden seleccionant el següent MODE (amb el botó esquerre D6) …

Per canviar els segons, configureu el rellotge +1 minut i, a continuació, premeu el botó dret (D8) a 59 segons per sincronitzar-lo amb un temps extern.

Sincronitzar l'hora / la data també és possible descarregar l'hora del PC per fitxer per lots: connexió sèrie a un Arduino extern, des d'allà fins als quatre pins I2C del rellotge OLED. (La uC del rellotge roman desactivada en aquest temps, amb aquest propòsit he inclòs els 2 R de 4.7kΩ, R7 i R8: ponteu-los si no s'utilitzen!) …

• Calendari mes / data:

Si es prem el botó esquerre (D6) més de 0,6 segons, es mostrarà un calendari mensual real. Sense auto-desactivació. Si es torna a prémer un dels dos botons, es deixa el calendari.

• ALARMA: (si s'inclou al programari + proporcionat amb un tweeter de maquinari o un micro-piezo-beeper)

Es pot configurar per emetre un so a la partida cada dia a la mateixa hora (24h, 60m). Un asterix a la part superior dreta de la pantalla indica si l’alarma està activada o no. Una alternativa útil al programa d'alarma potser seria un temporitzador … (fer).

• Pila:

La bateria és una bateria de liti CR2430 (ø24x3mm) amb uns 300 mA de potència. Un símbol de bateria indica el nivell (analògic) de la bateria (3, 25V = ple, 2, 75V = buit). El rellotge funciona amb voltatges de +5, 0V fins a +2, 0V (per defecte: 3, 0V). Només el Flash-LED funciona des del màxim. +4, 0V fins a +2, 7V. Advertència: no l’activeu amb 5V. - Això és massa per al LED - caduca en pocs segons, tot i que es proporciona amb una resistència de 33Ω. La tensió màxima absoluta per al processador i el RTC és de 5, 25 V (+ 5 V USB per programar l’UC directament per ISP, sense carregador d’arrencada!).

• Temperatura:

El RTC té un sensor de temperatura incorporat (per corregir la desviació de temperatura del cristall incorporat), de manera que podem utilitzar-lo per mostrar la temperatura (al canell).

• Flash LED:

Si es prem el botó CHANGE (D8) dues vegades, una llum relativament brillant "brilla a la foscor". Att.: No hi ha auto-desactivació. Només prement aquest botó dret una vegada més es desactiva aquest LED, que mostra la pantalla normal durant uns 5 segons.

• Pin de restabliment suau: un pin de restabliment (D7) restableix totes les dades emmagatzemades si es troba a terra (caixa oberta: part inferior dreta). S'utilitza en temps de programació, en resum per a un "restabliment suau" de tots els valors d'entrada …

El circuit:

Si observem l'esquema, a l'esquerra hi ha el controlador µ "Arduino" nu (ATMega328-P), activat amb el botó dret (D8) a l'entrada D12: el botó-D8 fa baixar la porta del P-Mosfet a través de la resistència R5 i el díode D1, de manera que el P-Mosfet "encén" i connecta VBAT amb VCC: µController + Display s'actualitza.

Per veure el "Toggle-Principle of the two Mosfets" he penjat aquest "Flip-Flop with two Mosfets" (Eagle-files).

Després de 5 segons, el µC s'apaga automàticament a través de la sortida-D5, que desactiva els dos Mosfets, tirant la porta del N-Mosfet cap avall, de manera que R5 (i la porta del P-Mosfet) estan "alts" i el P-Mosfet talla corrent del µC i de la pantalla OLED. VCC baixant manté la porta de N-Mosfet avall a través de R3 i R6 (per sota del seu llindar-voltatge de porta), de manera que el circuit continua desactivat.

A la part superior esquerra veiem el voltatge VBAT "augmentat" a través d'un senzill LED blanc d'uns 2,5 V, reduït amb 100 k de VBAT (aproximadament 3, 2 V) a aproximadament 1, 1 V (màxim), que s'utilitza com a entrada analògica interna per mesurar el voltatge de la bateria real.

µController, RTC i OLED-Display estan comunicant amb I²C, una comunicació de 2 fils simple i eficaç, implementada per biblioteca.

Per soldar les peces SMD és útil utilitzar una pinceta petita amb extrems punxeguts, de manera que agafar les peces SMD petites seria més fàcil de manipular (posicionar-les) i soldar-les després amb una punta de soldadura fina, primer soldar un costat del SMD -Part, preescalfeu el punt de soldadura a uns 330 ° C abans d'afegir filferro de llauna fi i baix de fusió (ø 0,5 mm) al punt de soldadura.

Descarregueu el disseny de Circuit + Board:

Pas 3: maquinari: com fer una placa de dues cares amb el mètode de tòner directe

Si voleu comprar el tauler de dues cares, aquí es proporcionen fitxers Gerber (necessaris) Gerle (descàrrega).

Si us agrada fer el tauler vosaltres mateixos, us mostro un mètode precís per fer un tauler a dues cares per "TonerDirect".

1. Imprimiu el fitxer "OLED-Clock-2-nl_TonerDirect.pdf" a "Paper de transferència de tòner", 2. Retalleu les 2 ratlles del paper, una ratlla per cada costat del tauler, 3. amb agulles de ø 0,5 mm picen amb precisió les 4 cantonades del tauler (utilitzeu una lupa amb llum brillant: és molt important picar les agulles amb la millor precisió possible al mig de les 4 vies angulars!).

4. Imprimiu (en un paper en blanc normal) el fitxer "OLED-Clock-2-nl_Frame.pdf" i enllaceu el resultat en una placa de circuit de coure de dues cares (0,5-0,8 mm de gruix). Serrar el tauler amb una tolerància d’uns 2-3 mm més (aquí uns 35 x 35 mm) i, a continuació, foradar els 4 forats de les cantonades amb un trepant de 0,6 mm. Després d'aquest pas, traieu el paper amb acetona i tritureu les dues cares de coure de la pissarra amb paper de moldre fi (mínim 400). Després d'aquest pas, no toqueu més el tauler amb els dits en blanc. Es permet agafar-lo de costat (amb els dits nets).

5. Marqueu la direcció congruent del paper de tòner-paper a les dues cares no impreses.

6. Piqueu les agulles pel paper, després per la pissarra i, finalment, punteu-les pel paper d'oppsite.

7. Després d'aconseguir que les tres "capes" siguin exactament congruents, substituïu les agulles per 4 peces de fil de coure de 0,5 mm, doblegades en un extrem de 90 °, perquè no passin a ras. Després d'aquest pas, doblegueu els cables de l'altra banda 90 ° i talleu els extrems.

8. Tan preparada, aquesta peça pot passar 3 vegades per un laminador de tòner (modificat), escalfat fins a 200 °.

9. Talleu els trossos petits de filferro de 0,5 mm i traieu els restants de filferro. A continuació, traieu els dos papers i voilá: el tòner s’enganxa fermament al coure.

10. Controlar les línies netes: si es trenca una línia, podem reparar-la amb un bolígraf permanent resistent a l'aigua. En la majoria dels casos, només les superfícies més grans necessiten tancar pocs forats petits. En cas contrari (si el resultat és insatisfactori), traieu el tòner amb paper de cuina i acetona i repetiu els passos 1-9.

11. Gravat net: gravo les meves taules de coure de bricolatge amb una solució de persulfat de sodi (una-dues culleradetes) amb un nivell d’uns 5 mm d’aigua en un clàssic Pyrex-Dish (1-1, 5L), aquesta solució s’escalfa fins uns 80 ° C (ja ho sé, aquesta temperatura relativa relativa destrueix el persulfat, però fa una gravació molt més ràpida que amb temperatures més baixes i fa vores nítides i nítides en pocs minuts). Vaig deixar que s’amortigués el persulfat restant després d’assecar-me completament i vaig ratllar els cristalls, recollint-los en un pot antic per reciclar-los.

11. Controleu les línies de coure i les superfícies amb una lupa.

12. Traieu les vores de sortida amb un esmolador de cintes vertical (com en el meu primer instructable) i controleu les dimensions amb una pinça vernier: els dos costats dels botons han de ser paral·lels, amb una distància de 27,4 mm, però tingueu cura de no moldre. els dos contactes botó!

Pas 4: programari i intermitent

Programació del tauler:

El programa està escrit en C ++, de manera que podem modificar-lo amb un simple editor ASCII, i cal que llegiu les explicacions al final de cada línia …

Important: no podem utilitzar el Flash intermitent d'Arduino per programar el µC, perquè el gestor d'arrencada necessita massa temps entre "Inici" (prement el botó D8) i "Display-On". Per tant, l’hem de fer flash sense un carregador d’arrencada (que s’utilitza normalment a totes les plaques Arduino). Per tant, programem la nostra placa per programador (Atmel) ISP-Connector +. El connector ISP fabricat aquí (a bord) està format per 6 mini connectors de sòl trencats d’una fila i soldats a l’interior al costat dret de la placa, i després connectats amb una (petita!) Barra de 6 pins (2,54 mm) quadrícula), com a la darrera foto del pas anterior.

No només necessiteu Arduino-GUI, sinó algunes biblioteques més (per descarregar) per compilar el programa:

- La biblioteca Wire (continguda al programa Arduino) - per a la comunicació per I²C entre. µC, RTC i pantalla OLED

- Biblioteca EEPROM (també inclosa al programa Arduino) - per emmagatzemar diversos valors al controlador µ

- "Adafruit_GFX" + "Adafruit_SSD1306" - ambdues biblioteques per dirigir la pantalla OLED

- EnableInterrupt: per treballar amb les interrupcions de port / pin d'Arduino (⇒ botons d'entrada)

-DS3231-Xip RTC: no necessito una biblioteca, he redactat les funcions de diverses biblioteques que es troben a Internet i que sóc més fàcil d'utilitzar. S'inclouen al final del programa principal ("OLED-Clock-2-nl.ino").

Atenció: la biblioteca Adafruit (fins ara) no és realment un tractament eficaç per a atenuar el xip OLED, així que vaig copiar una cadena d’Internet i la vaig enganxar al final de la biblioteca "Adafruit_SSD1306", amb la qual es pot reduir la pantalla, una mica més útil … (⇒ consulteu la descàrrega del complement "Com es defineix la brillantor a display.zip OLED", aquí al final).

Treballant amb 3, 2V, de manera que utilitzeu els 8Mhz interns (sense 16Mhz-Crystal):

El µC aquí és prou ràpid per funcionar sense cristall de 16 MHz, de manera que (amb 3,2 V de la bateria) podem utilitzar els 8 MHz preprogramats interns (una part menys per soldar:-).

Després de carregar i compilar el programa proporcionat "OLED-Clock-2-nl.ino" a la Arduino-GUI (descarregar), copieu el resultat.hex a la carpeta avrdude.

(el fitxer.hex compilat es troba a la carpeta temporal del PC, allà en una subcarpeta com:

"C: / Tmp / arduino_build_646711 / xyz.ino": aquí podeu trobar el fitxer hexadecimal compilat desitjat, en aquest cas el nostre "OLED-Clock-2-nl.ino.hex".

El fitxer hexadecimal ara es pot llampar (aquí "manualment" per avrdude en una línia d'ordres) a través d'un connector ISP, però necessiteu un programador com el USBTiny o un AVRISP2 amb un connector ISP de 6 pins (el meu connector ISP és Feu un bricolatge d’un petit connector de 6 pins de filera com es mostra a la meva darrera foto, de manera que podeu reprogramar la placa en qualsevol moment si cal).

Ara connecteu el programador de 6 pins a la placa (suposo que he tingut experiència coneguda amb les plaques Arduino) …

Connectat, en una finestra d'ordres (al Windows canvieu a la carpeta avrdude i, a continuació, escriviu cmd): enganxeu la següent línia:

avrdude.exe -C avrdude.conf -v -V -p m328p -c usbtiny -e -D -U flash: w: OLED-Clock-2-nl.ino.ino.hex: i

Un cop finalitzat el parpelleig del controlador µ, s'han de configurar els "fusibles" adequats (del controlador µ):

avrdude -p atmega328p -c usbtiny -U lfuse: w: 0xFF: m -U hfuse: w: 0xD7: m -U efuse: w: 0xFF: m -U lock: w: 0x3F: m

Si voleu modificar una d’aquestes configuracions, podeu obtenir més informació amb aquesta calculadora de fusibles en línia.

Pas 5: el cas

No només és difícil crear el tauler electrònic, sinó que també és una funda petita i lleugera per a aquest tauler.

Aquí podeu descarregar el meu propòsit Case, amb un adaptador de bateria pssible CR2032, per inserir una bateria usada més comuna. La placa electrònica i la bateria s’han d’aïllar completament les unes de les altres amb una cinta Kapton-Polimid o una alternativa forta. No utilitzeu cinta adhesiva simple, és massa feble per aïllar-lo fortament i pot provocar curts de la bateria.

He experimentat amb molts dissenys (per a PLA impresos en 3D) i he conclòs amb un gruix de paret d’uns 1,3 mm. En aquesta forma, les forces provinents de la corretja de canell es mantenen de manera eficient a través dels dos costats de la caixa conjuntament amb la tapa de fixació. Els altres costats poden ser més prims, aproximadament 1,0 mm …

Per tant, modificar l'alçada del cas (en cas de modificar el tauler …?) No serà un gran problema.

A més, si teniu una alarma o un temporitzador a l'interior, necessiteu un altre cas, de manera que vaig fer una proposta de com inserir un petit tweeter piezoelèctric (o, per exemple, aquest micro-altaveu: CUI-15062S) … (Veure Cas-2).

Després d'imprimir la caixa (amb una alçada de capa recomanada de 0,1 mm i un 50% de farciment amb "superposició de paret"), heu de bavar les cordes laterals superades, arxivant les vores prou rodones, però no massa … A una mica més difícil és arxivar els 4 petits accessoris de la tapa en un angle dret de ~ 100-120 °, de manera que s'adaptin a la caixa prou fort, però sense dilatar-los ni trencar-los, ni resultar que la tapa sigui massa petita per estar fix …

El forat quadrat de l’OLED també s’ha de tancar amb cura, coincidint exactament amb el contorn del vidre OLED, sense trencar-lo mentre s’intenta inserir Board + OLED-Display (ara en conjunció). Per tant, aneu amb compte presentant i intentant repetidament veure si totes les parts s’adapten.

Els conductes resultants s’emporten millor amb un ganivet tallant.

Ara podeu inserir una corretja de canell amb un tros de filferro de llautó (ø1mm, longitud: 28,5mm). Per a això, els dos forats dels suports de caixa han de forar-se de manera que el fil es travessi, però després s’enganxa fermament als suports.

Abans d’armar la caixa amb corretges i electrònics, és possible esmaltar-la amb pintura (recomano un diluent per a automoció: s’asseca més ràpidament i enganxa menys pols a les superfícies). També recomano tractar-lo primer amb un esprai de terra (més prim), que després es pot polir fins obtenir una superfície llisa i fina sense línies impreses ni defectes. Jo mateix prefereixo un acabat daurat o platejat, o també un acabat de fusta seria bo - això està a la vostra elecció …

Pas 6: Conclusions

Consideracions sobre la bateria:

La bateria de ions de Li CR2432 té una capacitat d’uns 300 mAh, de manera que té una durada aproximada de 2 anys, si es mostra el rellotge unes 10 vegades (cada 5 segons cada dia) al dia. Així doncs, podeu canviar-la amb una bateria de ions de ions CR2032 més comuna (però més petita), que conserva aproximadament 1, 4 anys amb 210 mA.

També he buscat una cèl·lula de botó de liti recarregable com el (comú) CR2430 i he trobat el següent: "LIR-2430". Aquesta bateria té només uns 50 mA de capacitat, però és recarregable f.ex. mitjançant una transferència d'energia sense fils … Amb aquest propòsit he fet una sonda i podeu veure el resultat a l'esquema + disseny inclòs. La transferència de potència fa la feina molt bé. Per gravar una bobina plana amb unes 30 voltes sobre una tapa plana de la placa epoxi, continua sent un ToDo … Per carregar la bateria vaig proposar un circuit de càrrega senzill amb un LED blanc i 2 díodes Schottky per limitar el voltatge de càrrega final per a això es recarrega fins a un màxim d'uns 3,6 V …

Finalment - MOLT important:

!!! MAI CARREGEU UNA BATERIA DE LI-IÓ NO RECARREGABLE !!! - Pot explotar i prendre foc!

Curiosament, vaig experimentar amb una cèl·lula de botons de ions de Li (no recarregable) CR2430, per precaució, en un pot tancat … Després d’aproximadament una hora, carregant-me amb 3.3V constant, vaig notar una petita deformació convexa de la caixa … i tot i que el voltatge d’aquesta bateria va augmentar de 2,8 a 3,2 V, la capacitat al final es va reduir massivament. - Per tant, una recàrrega no té sentit: aquest Button-Cells no és realment recarregable.

Remeing per fer:

• una funció de temporitzador (basat en programari) + (maquinari + estoig) -Tweeter o Vibrador-Motor

• un circuit de recàrrega sense fils

• Acabat metall o fusta brillant.