MechWatch: un rellotge digital personalitzat: 9 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:15

El MechWatch és un rellotge que he dissenyat per tenir els avantatges d’Arduino en termes de flexibilitat, però volia que tingués el millor aspecte i sensació professional. Per a això, aquest instructiu utilitza equips electrònics de muntatge superficial bastant avançats (sense connexions exposades a la soldadura) i equips de fresat CNC.

Començaré per com es llegeix l’hora, amb una il·lustració a la segona imatge. Hi ha dos anells LED, un és l’agulla de les hores i l’altre actua com a agulle de minuts, que apunta de l’1 al 12 com en un rellotge analògic. Com que l'agulla de minuts només es pot moure en increments de 5 minuts, hi ha 4 LED separats per mostrar qualsevol minut. Com a exemple, la tercera imatge mostra el rellotge que mostra les 9:41.

La interacció del rellotge es realitza mitjançant un interruptor bidireccional al costat que llisca cap a les orelles (endavant / enrere). Per definir l'hora:

1. Mantingueu premut l'interruptor fins que els llums s'apaguin. Quan s’alliberi, l’hora parpellejarà i es pot prémer el commutador cap amunt / cap avall per canviar l’hora

2. Mantingueu premut l'interruptor de nou fins que els llums s'apagin per canviar els minuts de la mateixa manera

3. Mantingueu premut l'interruptor fins que els llums es tornin a apagar per estalviar temps

4. Si espereu massa temps mentre configureu el temps sense prémer un botó, el rellotge només es quedarà a dormir sense desar cap canvi

Aquesta instrucció descriu com fer el rellotge complet i proporciona tots els fitxers font necessaris.

Pas 1: Disseny electrònic

Aquest pas descriu les particularitats de l'electrònica. La primera imatge és l’esquema elèctric, que mostra com es perfilen totes les parts. La segona imatge mostra com està disposat el tauler, la part superior és vermella i la part inferior és blava.

Per a qualsevol persona interessada en la llista exacta de materials de totes les peces de l’electrònica, així com en el lloc on les compro, he adjuntat un fitxer Excel amb enllaços, en lloc de fer que tothom es desplaci per la llarga llista.

Volia mantenir la part superior de la placa de circuits relativament clara amb una estètica de disseny consistent, de manera que vaig posar el microcontrolador al centre i vaig disposar el RTC, el Crystal i les resistències al seu voltant. Els LED envolten l'exterior i fins i tot les traces al voltant de l'exterior reflecteixen l'estètica del disseny circular.

Per connectar els LED amb el microcontrolador, es poden disposar en una xarxa que requereixi 12 pins d'E / S digitals per accionar-los. També vull fer servir un rellotge en temps real (RTC) per mantenir el temps i així poder posar el microcontrolador en un somni profund per estalviar energia. El RTC utilitza molt menys energia que un microcontrolador, permetent fins a 5 dies entre càrregues. Per comunicar-se amb el microcontrolador, el RTC requereix comunicació I2C. Vaig triar l'ATMEGA328P perquè compleix aquests requisits i ja estic familiaritzat amb el seu ús (també s'utilitza en molts Arduinos).

Per interactuar amb el rellotge, l'usuari necessita algun tipus de commutador, de manera que he trobat un commutador lliscant de dues vies que torna al centre mitjançant ressorts. Un interruptor lliscant extern s’uneix a l’interruptor elèctric mitjançant un cargol de fixació.

Vaig decidir utilitzar una bateria de liti per alimentar-ho tot i una càrrega inductiva Qi per recarregar-la. Volia evitar utilitzar cap tipus de connectors per recarregar el rellotge, ja que presenten obertures per deixar entrar brutícia i aigua i probablement es corroiran amb el pas del temps, estant tan a prop de la pell. Després de llegir més fulls de dades del que ningú voldria, em vaig conformar amb el BQ51050BRHLT. Té bons diagrames de referència i un carregador de bateria de liti incorporat (l’espai és molt important).

Com que no hi havia una manera agradable d’organitzar l’electrònica de càrrega Qi a la part superior, vaig haver de posar-la a la part posterior de la placa amb la bateria. El commutador també es troba a la part posterior, però és perquè és una ubicació millor per connectar un commutador extern.

Pas 2: Muntatge d'electrònica

He disposat gairebé totes les peces d’electrònica de la primera imatge. Vaig deixar de banda diversos condensadors i resistències, perquè tots tenen un aspecte molt semblant i són fàcils de barrejar o perdre.

Per aconseguir la soldadura als coixinets, utilitzaré una plantilla de soldadura. Vaig fer ràpidament el suport a la segona imatge per mantenir les plaques de circuits alineades sota la plantilla, però hi ha diverses opcions més fàcils disponibles, la més senzilla és la cinta.

La tercera imatge mostra la plantilla alineada sobre el tauler. La quarta imatge mostra untar la pasta de soldar als forats de la plantilla. És important que la plantilla s'aixequi cap amunt després d'aplicar la soldadura. Aquesta foto també revela la manera improvisada de fer-ho perquè mai abans havia utilitzat una plantilla. La propera vegada no compraria el marc. Hauria estat més fàcil simplement gravar un full més petit al llarg d’una vora sense el marc, viure i aprendre.

Ara és una tasca tediosa i difícil; col·loqueu cadascuna de les parts al tauler amb unes pinces. La imatge 7 mostra les peces col·locades i la imatge 8 les mostra soldades.

El vídeo en lloc de la 6a imatge mostra el procés de soldadura. Utilitzo una estació de soldadura per aire calent ajustada a 450C per fondre la soldadura sense molestar les parts, alternativament és possible utilitzar un forn de soldadura per fer el mateix. Després de soldar la part inferior, utilitzeu un multímetre configurat en mode de continuïtat per comprovar si hi ha curts entre els pins adjacents del CI. Quan es troba un curt, utilitzeu un soldador per arrossegar-lo del xip i trencar-lo.

Quan soldeu així, és important escalfar lentament el tauler durant un parell de minuts abans d’entrar a fondre. En cas contrari, el xoc tèrmic pot destruir les parts. Us suggeriria que consulteu instruccions més detallades si no esteu familiaritzat amb aquest mètode.

A continuació, cal connectar la bobina al connector de 2 fils i mantenir-la sobre la base de càrrega. Si tot va bé, el llum verd de càrrega s'hauria d'encendre aproximadament un segon i després s'apagaria. Si hi ha una bateria connectada, el llum verd de càrrega s’ha de mantenir encès fins que s’acabi de carregar.

Després que la càrrega funcioni com s’esperava, és el mateix procés soldar la part superior del tauler. Una nota per als LEDs de la imatge 9, hi ha un petit marcatge a la part inferior dels LED per mostrar l'orientació. El costat cap a on surt la petita línia és l’extrem estret del triangle de l’esquema LED. És important comprovar-ho per a cada LED de muntatge superficial que utilitzeu, ja que les marques poden variar entre els diferents fabricants.

Pas 3: programació i proves d’electrònica

Utilitzeu un AVRISP mkII per programar el microcontrolador (manteniu premuda la tecla Maj mentre feu clic a Carrega a l'IDE Arduino). També és possible utilitzar-lo per gravar el carregador d’arrencada amb normalitat i utilitzar la connexió en sèrie a la part posterior del rellotge amb un cable FTDI. Però, eludint el carregador d’arrencada i programant directament amb l’avr ISP mkII, el codi s’inicia més ràpidament en engegar-lo.

També he adjuntat el codi a aquest pas. Si algú vol aprofundir en aquest tema, he comentat el codi per explicar què fa cada part. L'estructura general del codi és una màquina d'estats. Cada estat té un fragment de codi que executa, així com condicions per passar a un estat diferent.

Gran part del codi que controla els pins d'E / S controla directament els registres, és una mica més difícil de llegir, però pot ser fins a 10 vegades més ràpid en l'execució que digital. Write o Read.

Pas 4: Configuració del mecanitzat

La configuració de mecanitzat de la caixa del rellotge és bastant complexa i requereix una bona preparació.

El molí que estic fent servir és un Othermill v2 (ara es diu Bantam Tools) amb un kit de pinça per als dits. Les pinces em permeten subjectar la peça de treball pels laterals, que faig servir per a la primera configuració.

El mecanitzat del rellotge es realitza en tres configuracions. La primera configuració només té el material de partida subjectat al llit CNC i el molí retalla la forma interior del rellotge i elimina una mica la superfície. La configuració del programari de mecanitzat es pot veure a la 6a imatge.

La segona configuració requereix un dispositiu personalitzat per subjectar la caixa del rellotge des de l'interior, de manera que és possible tallar tota la forma exterior superior del rellotge. El dispositiu personalitzat es pot veure a la primera imatge amb una vista explotada a la segona imatge. La petita peça central té un forat tapat, de manera que quan es tanca un cargol, aixeca la peça i força les dues peces laterals a la caixa del rellotge, mantenint-la al seu lloc. El programari de mecanitzat per a la segona configuració es veu a la imatge 7.

La tercera configuració requereix un altre dispositiu personalitzat per subjectar el rellotge; aquest és una mica més senzill. L’aparell es compon d’una base i una peça que entra dins del rellotge. La peça a l'interior del rellotge es registra amb dos pals a la base i cargols al seu lloc per mantenir la caixa del rellotge al revés.

Vaig mecanitzar les peces dels accessoris a partir de trossos d’alumini més grans i els vaig deixar connectats mitjançant pestanyes. Després de mecanitzar els dos costats, tallo les llengüetes amb una serra de desplaçament i les llisco.

He inclòs els fitxers CAD fusion360 que he utilitzat per fabricar totes les peces (incloses la caixa del rellotge i l'interruptor lateral), però utilitzeu el vostre criteri si intenteu fer les peces. No sóc responsable si alguna cosa surt malament i es trenca.

Un consell per fer els accessoris més precisos: mecanitzar qualsevol part que tingui interfície amb la màquina, després posar-la al lloc final i, després, mecanitzar-la fins a les dimensions finals. D’aquesta manera, s’assegura que molts petits errors no s’agreugen i mantenen la caixa del rellotge al lloc equivocat. Aquest coneixement l’aporta una pila de ferralla d’alumini.

Pas 5: mecanitzar la caixa

El blanc d'alumini inicial es pot veure a la primera imatge. Faig servir una serra de 1-1 / 4 per treure el centre, cosa que estalvia bastant temps de mecanitzat.

Com es va esmentar al pas anterior, hi ha 3 configuracions per mecanitzar la caixa. La primera configuració després del mecanitzat es veu a la imatge 2. Primer utilitzo un molí final d’1 1/8 "(pla a la part inferior) per eliminar la major part del material. Després passo a un molí final d’1 / 32" per tallar els 4 cargols forats. Per tallar els fils dels forats de cargol, faig servir un molí de rosca M1.6 (de les eines Harvey). Els paràmetres específics que faig servir es troben al fitxer CAD Fusion360.

La imatge 3 mostra la segona configuració amb el mecanitzat acabat i la quarta imatge mostra la tercera configuració abans del mecanitzat.

La segona configuració es mecanitza amb un molí d’extrem de 1/8 "per eliminar la major part del material ràpidament, i després utilitzo un molí de boles de 1/8" (extrem rodó) per tallar les superfícies corbes. Les operacions són iguals per a la tercera configuració.

La segona configuració requereix l’ús d’una altra eina especialitzada, una serra tallant de 3/4 amb un arbre modificat perquè pugui encaixar estretament amb el suport de la caixa del rellotge. La serra tallant gira a 16500 RPM i es mou a 30 mm / min. Aquesta velocitat empeny el que és capaç de fer a Othermill, per la qual cosa pot ser que sigui necessari frenar-lo encara més. Aquest pas es mostra al vídeo anterior.

Si voleu obtenir més informació sobre els detalls sobre el mecanitzat CNC us indicaré el CNC de Nova York a YouTube, que fan una feina millor que mai.

Només com a referència per a aquells que saben què significa, la configuració que s’utilitza a l’altre molí v2 per al molí final de 1/8 és de 16400 RPM (163,5 m / min), 300 mm / min, profunditat de tall d’1 mm i amplada de 1,3 mm tallar.

Com que l'altre molí no té prou alçada z per mantenir el rellotge de costat, he de perforar manualment els forats de la banda del rellotge i el forat de l'interruptor lateral. Per ajudar-los a localitzar-los als costats de forma irregular del rellotge, vaig imprimir en 3D algunes guies, que es veuen a les imatges 5-7. Per ajudar a la precisió de la perforació, és important introduir la broca el més lluny possible al mandril; això fa que vagi més difícil.

El forat lateral de l’interruptor no té forma circular, de manera que cal refinar-lo després de començar amb el trepant, que es fa amb fitxers suïssos. Mitjançant les pinces, mesuro el forat actual i el limito a la dimensió correcta. El forat ha d’estar a 4,6 mm de la superfície superior, a 3,8 mm de la superfície inferior i a 25,8 mm del punt més llunyà de cada extrem. Us suggereixo mirar Clickspring a YouTube per inspirar-vos mentre es fa el forat.

Pas 6: mecanitzar l'interruptor lateral

Els fitxers utilitzats en aquest pas es van incloure al fitxer zip de nou a la configuració de mecanitzat.

L'interruptor lateral es mecanitza molt similar a la caixa MechWatch. Es mola amb un molí d’extrem de 1/8 "seguint els mateixos paràmetres que el cas. A continuació, utilitzeu un molí de boles de 1/8" a les superfícies corbes, amb els mateixos ajustaments que abans.

La segona configuració es veu a les imatges 3-4 abans i després del mecanitzat. Molí final de 1/8 ", molí de boles de 1/8", molí final de 1/32 "i després molí de rosca M1.6 (hi ha un forat roscat per subjectar-lo a l'interruptor del tauler).

Faig servir l'interruptor d'una peça d'alumini més gran per dos motius. El primer motiu és que puc fixar els costats i no fresar accidentalment la peça que la sosté. El segon és així, quan el col·loqueu a la ranura per a la tercera operació, encara es pot fixar (vegeu la imatge 5).

Pas 7: mecanitzar la caixa de nou

La part inferior del rellotge està fabricada en acrílic, ha de ser no metàl·lica a causa de la càrrega inductiva. Faig servir talls d’alumini per separar-lo de la vora (12,7 mm de gruix cadascun) i cinta de doble cara per mantenir-la al seu lloc.

Com que el plàstic és molt més fàcil de mecanitzar que l'alumini, és possible ser més agressiu amb la configuració del CNC. A partir d’un molí d’extrem de 1/8 ", la configuració és de 16500 RPM, velocitat de tall de 600 mm / min, profunditat de tall de 1,5 mm i amplada de tall d'1 mm. Per tallar els detalls fins, utilitzeu un molí d'extrem de 1/32" amb el la mateixa configuració, però 0,25 mm de profunditat de tall i 0,3 mm d'amplada de tall.

Després de girar un escuradents d’un tronc (hauria d’utilitzar brou més prim, però això és el que tinc) tinc el rellotge acabat. Té la forma d’un electroimant tallat per mantenir el rellotge prim.

Per treure-la del llit, vaig posar una clau Allen a la ranura en t i aixecar suaument, passant al següent punt quan comenci a afluixar-se.

L’últim pas és fer una broca i avellanar suaument els forats de la part inferior. Ho faig girant la broca a mà. Em resulta més fàcil mantenir-me centrat i controlat.

De nou, els fitxers utilitzats en aquest pas es van incloure al fitxer zip de nou a la configuració de mecanitzat.

Pas 8: vegeu el muntatge

Aquest és el pas més gratificant: prendre totes les peces i muntar-les al rellotge final. Totes les parts disposades (menys la faixa de rellotge de 24 mm d’amplada i les barres de moll d’alliberament ràpid de 24 mm de diàmetre i 1,5 mm de diàmetre) es veuen a la imatge 1.

La primera part és complicada, ja que les juntes tòriques de 40 mm de diàmetre que he demanat són realment més properes als 37 mm, de manera que cal estirar-les i instal·lar-les ràpidament. Utilitzeu l'extrem d'una clau Allen de bola per prémer-la al seu lloc fent-la rodar al llarg de la ranura tal com es veu a la imatge 2.

Quan la junta tòrica estigui ben col·locada, premeu fermament el vidre (40 mm de diàmetre i 1,5 mm de gruix) a la caixa del rellotge. L’anella tòrica hauria de mantenir-la al seu lloc mentre fos gairebé invisible.

Ara toca instal·lar l’electrònica. En primer lloc, netegeu l’interior del vidre amb un drap que no deixi pelussa i poseu l’electrònica a la caixa, fixant-vos en la clau per mantenir l’orientació recta. El PCB hauria d’estar ben fixat a la caixa, però si està fluix, es pot assegurar amb una petita gota de super cola a la clau per mantenir-la al seu lloc.

Un cop l’electrònica estigui introduïda, l’interruptor lateral s’adapta a través del forat i sobre l’interruptor muntat a la placa. Un cargol de fixació M1.6 manté les dues peces juntes tal com es veu a la imatge 4.

A continuació, els cables més llargs de la bobina s’han de plegar i col·locar allà on no fregui cap contacte elèctric exposat.

El penúltim pas és tancar-ho tot i tornar a col·locar la caixa de plàstic amb els 4 cargols M1.6. És important prestar atenció que la forma de la part posterior s’alineï amb la forma de la bobina. Pot ser que sigui necessari ajustar la col·locació del cable perquè encaixi millor.

El darrer pas consisteix a fixar la faixa del rellotge mitjançant les barres de ressort d'alliberament ràpid (imatges 8-9). Depenent de la banda escollida, pot ser que sigui necessari modificar la banda per treballar amb les barres de ressort. Per a la banda de malla de taurons que es mostra, faig servir talladors de filferro per crear un petit forat per acomodar el mecanisme d'alliberament ràpid.

Pas 9: notes finals

El rellotge ja està acabat.

Només un parell de notes: l'interruptor lateral es pot tornar una mica enganxós de vegades, per solucionar-ho pot ser necessari ampliar el forat o ajustar la ubicació de l'interruptor afluixant el cargol ajustat, mantenint l'interruptor a prop del cos i tornant a apretar el cargol.

Per carregar el rellotge he creat un suport de càrrega personalitzat basat al carregador Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) que es veu a la segona imatge, però que és un tema per a una altra vegada.

Qualsevol que sigui el carregador escollit, és important tenir en compte que no hi pot haver cap metall entre la bobina i el carregador. Com que la banda que vaig escollir és de metall, ha de donar la volta al carregador

Gràcies per llegir fins al final, espero que hagueu après alguna cosa. Estic encantat de compartir el MechWatch després de mesos en marxa.

Primer premi del concurs de rellotges