VizTimer: elektronska peščena ura: 28 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ko je bil naš sin star približno tri ali štiri leta, smo začeli pričakovati, da bo stvari naredil pravočasno. Rekel bi stvari, kot so "Moramo iti v desetih minutah!" Ali "Igrajte se s tem tovornjakom še pet minut, nato pa obrnite nekoga drugega". Težava je bila (a) ni mogel brati ure, digitalne ali analogne, in (b) ni imel občutka, kako dolga je minuta. Spoznal sem, da potrebuje jasen način, da vidi, kako izgleda pet ali deset minut, in da lahko sledi preostalemu času. Zato sem se lotil oblikovanja in izdelave vizualnega merilnika časa. Videl sem veliko različic, vključno s klasičnim merilnikom jajc, vendar se mi je zdelo, da metafora rotacije ni zelo intuitivna za zelo majhne otroke - gre le za pogled na kote in delce kroga. Ko sem se odločil za bolj linearno zasnovo, se mi je zdela ideja o elektronski peščeni uri očitna: zagotavlja pravo vizualno prispodobo, s pomočjo merilnika pospeška pa lahko uresničim ergonomijo obračanja za zagon in ustavitev časovnika.

Moja končna zasnova, ki vam jo bom pokazal tukaj, je relativno preprosta. Vizualni del je sestavljen iz traku individualno naslovljivih RGB LED (npr. WS2812). Programiranje poteka z enim samim gumbom (kapacitivni gumb na dotik, ker je raven). Mikrokrmilnik, združljiv z Arduinom (Adafruit Metro), zažene program in prebere orientacijske informacije iz 3-osnega analognega merilnika pospeška. Za napajanje skrbi polnilna baterija, vzeta iz napajalnika telefona (standardni litij -ionski 18650). Lepa stvar pri power banku je, da vključuje polnilno vezje, vrata micro-USB in oddaja 5V, kar mikrokrmilnik in LED trak pričakujeta.

Glede na stopnjo izkušenj lahko ta časovnik verjetno naredite za vikend ali dva. Potrebovali boste osnovne veščine spajkanja ter pripadajoča orodja in potrebščine. Največja spremenljivka je ohišje: imam orodja za obdelavo lesa, ki olajšajo to delo, razpravljal pa bom tudi o alternativnih načinih gradnje ohišja brez veliko orodja.

Korak: Materiali in orodja

MATERIALI

Za elektroniko:

• Prenosna baterija za napajanje mobilnih telefonov (z 18650 -valjno baterijo) - cenovni razpon je velik, vendar ne plačajte več kot 10 USD
• 2-polno stikalo-nekaj takega:
• Terminali za stikalo - komplet je uporaben:
• Mikrokrmilnik AVR - napajanje 5V z najmanj tremi analognimi vhodi. Adafruit Metro Mini je popoln.
• 3-osni merilnik pospeška-Adafruit prodaja odbojno ploščo ADXL335.
• Kapacitivni gumb na dotik - Adafruit prodaja celotno ploščo z gumbi.
• Majhna plošča za izdelavo prototipov (ena z vodili)-plošče Adafruit Perma-proto so dobre kakovosti
• Majhen priključek za napajanje JST - takole:
• Naslovljiv RGB LED trak (npr. WS2812) - dobite 144 LED/meter trak:
• 3-žilni kabel Dupont z ženskim priključkom
• Priključna žica (premer 24 in 26)

Za ohišje

• Leseni zalogaj (debeline najmanj 1,25 palca) ALI Vezan les različnih debelin
• Leseni trak za zgornji in spodnji del (debeline 0,25 palca)
• Majhen list iz pleksi stekla ali akrila
• List difuzijskega materiala - tanke plastične rezalne preproge so odlične:
• #6 vijaki, ravna glava in glava posode, 5/8 palcev
• Zinsser šelak, poliuretan za brisanje
• Trak, lepilo, brusni papir

ORODJA

• Rezalniki in odstranjevalci žice
• Spajkalnik
• Hack videl
• Žage za les
• Vrtalnik, svedri, vključno s svedrom
• Dleta in pilice
• Rezalnik ali nož za pleksi steklo

LESARSTVO

• Namizna žaga
• Tračna žaga
• Sablja žaga
• Vrtalna stiskalnica

2. korak: Pripravite baterijo

Prvi korak je, da odstranite prenosni polnilnik in odstranite priključek USB A. Te naprave so precej preproste: imajo 18650 litij -ionsko baterijo in majhno ploščo, ki vsebuje vezje za polnjenje in praznjenje. Običajno sta dva vtiča: mikro USB za polnjenje baterije (vhod) in večji USB A za napajanje polnilnih kablov telefona (izhod). Izhod bomo uporabili za napajanje časovnika, zato priključek USB A ni potreben. Za odstranitev uporabite spajkalnik in klešče.

OPOMBA: Pazite, da ne poškodujete kablov, ki so ostali na plošči. Morali bomo uporabiti dva zunanja.

Korak: Dodajte napajalne priključke

Začnite tako, da spajate žico 24AWG na vsak napajalni kabel, kjer je bil priključek USB A. Uporabljam rdečo in črno, da se spomnim, katera je napajalna (5V) in katera ozemljena. Na strani napajanja dodajte priključek, ki ustreza vodnikom na stikalu za vklop. Pripravite drugo rdečo žico s priključkom na enem koncu.

Če priključite oba priključka na stikalo, bi morali ostati dve žici - ena rdeča in ena črna. Priključite jih na eno stran priključka JST. Všeč so mi konektorji JST za napajalne povezave, ker vam oblika konektorja preprečuje, da bi ga napačno priklopili in popražili vezje.

Pripravite rdečo in črno žico z drugo stranjo priključka JST.

Prepričajte se, da bodo žice dovolj dolge, da segajo po dolžini časovnika (glejte poznejše fotografije). Enostavno ga obrežete ali preprosto vstavite v dodatno žico.

4. korak: Sestavite nadzorno ploščo

Nadzorna plošča je dokaj preprosta, vendar je treba paziti na nekaj podrobnosti. Začnite s perma-proto širokim, ki ima enak vzorec ožičenja kot standardna plošča (upoštevajte napajalne tirnice). Obrežite ga, kolikor je potrebno, da bo čim manjši, pri čemer pustite vodila in dovolj luknjic za pin, da lahko dodate potrebne priključne žice.

Mikrokrmilnik in merilnik pospeška spajkajte na ploščo s pomočjo standardnih glav. Upoštevajte orientacijo obeh plošč:

• Prepričajte se, da je priključek mikro-USB obrnjen proti robu plošče, tako da lahko še vedno dostopate do njega za programiranje.
• Upoštevajte orientacijo merilnika pospeška, ker bo ta izbira določila, kaj meni "navzgor" in "navzdol".

5. korak: Napajanje žice in merilnik pospeška

Odločite se, katera od napajalnih tirnic bo 5V in katera bo ozemljena. Dodajte majhne segmente žice iz tirnic v napajanje in ozemljite obe odklopni plošči.

Dodajte tri žice za povezavo treh izhodov merilnika pospeška s tremi analognimi vhodnimi zatiči na mikrokrmilniku. Pri nastavitvi sem priključil izhod X na A2, izhod Y na A1 in izhod Z na A0.

6. korak: Priključite napajalni konektor

Prosto stran sklopa priključka JST spajkajte na nadzorno ploščo. Bodite pozorni na polarnost: prepričajte se, da je rdeča žica spajkana na 5V napajalno tirnico, črna pa na ozemljitveno tirnico.

7. korak: Priključite LED trak

V tem koraku se odločite za celotno velikost časovnika, ker želimo, da LED trak teče po celotni dolžini. Izbral sem LED trak s 30 LED diodami pri gostoti 144 LED/meter. Skupna višina je približno 8 1/2 palca. Vse dele sem položil na les, da se prepričam, da se prilega.

Večino teh trakov lahko razrežete na poljubno dolžino - samo prerežite na določeni točki, kjer so blazinice izpostavljene. Spajite tri žice na izpostavljene blazinice na vhodnem koncu traku. Večina trakov ima nekakšen indikator, na primer drobno puščico, ki prikazuje smer potovanja podatkov. Napajanje je mogoče priključiti na obeh koncih, vendar morajo podatki iti v pravi smeri navzdol po traku.

Prepričajte se, da so žice dovolj dolge, da se lahko ovijejo od sprednje strani časovnika nazaj do nadzorne plošče. Napajajte napajalne žice v napajalne tirnice na nadzorni plošči in podatkovno žico spajkajte na enega od digitalnih zatičev na mikrokrmilniku.

8. korak: Dodajte kapacitivni gumb na dotik

Tako kot stikalo za vklop tudi kapacitivni gumb na dotik potrebuje odstranljiv konektor zaradi načina pritrditve na časovnik. Moja strategija je, da ravne glave spajkamo na gumb, nato pa trižilni kabel Dupont spajkamo na nadzorno ploščo. "Ženski" priključek Dupont se popolnoma prilega razmiku na zatičih glave.

Spajate napajalne in ozemljitvene žice na tirnice na nadzorni plošči, kot ste to storili za LED trak. Podatkovno linijo (ki bo ob pritisku na gumb prebrala "visoko") povežite z enim od vhodov digitalnega vhoda na mikrokrmilniku.

Celotno vezje je prikazano na zadnji fotografiji. Na tej točki ga lahko vklopite in, če želite, naložite kodo in jo preizkusite.

9. korak: Postavite ohišje

Moje ohišje je narejeno predvsem iz javorjeve plošče, dolge približno 8 1/2 palca, široke 2 1/2 palca in debele 1 1/4 palca. Uporabite LED trak kot vodilo za rezanje dolžine in dodajte dodatnih 1/8 palca za žice in zračnost.

Elektronika mora biti udobno nameščena na leseni plošči, z baterijo in stikalom na spodnji polovici, nadzorna plošča pa na zgornji polovici. Končni časovnik bo dejansko imel dva ločena prostora za te komponente.

10. korak: Alternativna ohišja

Zavedam se, da nimajo vsi orodij, potrebnih za izdelavo ograde, opisane v naslednjih nekaj korakih. Obstaja nekaj alternativ, ki se še vedno zdijo zelo lepe.

Ena od strategij, ki bo povzročila zelo lepo, moderno zasnovano ohišje, je, da kose vezanega lesa razrežete v potrebne oblike in jih zlepite skupaj kot sendvič. Ta pristop je mogoče doseči z le nekaj ročnimi orodji. Majhne koščke visoko kakovostne vezane plošče različnih debelin lahko dobite v trgovinah za hobi in umetnine.

Korak: Odrežite sprednjo stran

V svojem prvem prototipu tega časovnika sem izvrtal in izklesal prostore za elektroniko, kar se je izkazalo za veliko bolečino in nikoli mi ni uspelo videti popolnoma čisto. Namesto tega sem les ponovno razžagal - to pomeni, da sem ga razrezal na dve plošči enake velikosti, vendar različnih debelin. Tanki del postane trdna sprednja stran, debelejši del pa del, ki drži elektroniko.

Za zagotovitev, da bodo prostori dovolj veliki, uporabim debelino baterije, da določim, kje naj režem. Ta korak je mogoče izvesti z ročno žago, vendar je uporaba tračne žage lažja in natančnejša.

NAMIG: Konec plošče označite s trikotnikom ali drugo oznako takoj po tem, ko ste jo razrezali, tako da se boste zlahka spomnili, kako se deski združita skupaj.

Korak 12: Postavite in odrežite prostor za elektroniko

Pri delu z debelim delom sem postavil grobo obliko časovnika. Stene ohišja bodo debele približno 3/8 palca. Uporabite svojo elektroniko kot vodilo za velikosti prostorov: baterija mora stati v spodnjem prostoru, nadzorna plošča pa v zgornjem prostoru.

Začnite z vrtanjem vogalov prostorov. Te pravokotnike bomo popolnoma odstranili, kar je hitro delo z žagasto žago. Robove očistite z datoteko in/ali brusnim papirjem.

Zdaj lahko suho sestavite ohišje in se prepričate, da bo elektronika dejansko ustrezala!

Korak: Izrežite luknje za priključke

Precej lažje je izrezati luknje za stikalo za vklop in mikro USB (za polnjenje), preden sklop zlepimo skupaj. Izmerite z dejanskim stikalom in polnilno ploščo ter izrežite z majhno žago. Očistite z datotekami, da se dobro prilegajo.

Za priključitev napajanja moramo prerezati tudi kanal med dvema komorama ohišja. Uporabite lahko katero koli kombinacijo dletov in žag - ta del ni nujno lep, ker ne bo viden. Prepričajte se, da je dovolj širok, da omogoča prehod konektorja JST.

Korak 14: Ohišje zlepite skupaj

Dve strani ohišja zlepite skupaj. Pazljivo si oglejte svoje oznake in lesne zrnca, da se prepričate, da jih na pravilen način zlepite. Želite, da končni rezultat izgleda, kot da plošče sploh niste nikoli razrezali!

Zdelo se mi je težko držati plošče poravnane, ko sem jih vpenjal, zato sem uporabil veliko vzporedno sponko na vrhu in na dnu, da bi vse zdrsnilo.

Korak 15: Naredite zgornji in spodnji del

Zgornji in spodnji kosi so lahko ne glede na velikost in obliko ter kateri koli les vam je všeč. Edina zahteva je, da je dovolj debel, da sprejme kapacitivno ploščo na dotik.

Del, ki se mi je zdel najtežji pri tem koraku, je, da se kosi poravnajo, ko sem izvrtal luknje za vijake. Moja strategija je najprej izvrtati luknje v zgornjem in spodnjem delu, nato pa jih poravnati in označiti luknje na koncih časovnika. Prepričajte se, da ste luknje za vijake vdrli dovolj, da vijaki ne bodo štrleli - sicer se bo časovnik zanihal, ko ga boste poskušali vstati.

Še vedno sem končal z deli, ki so bili nekoliko poševni. To težavo lahko odpravite tako, da zobotrebec prilepite v staro luknjo, počakate, da se posuši, jo odrežete in izvrtate novo luknjo.

Korak 16: Izrežite vdolbino za kapacitivni gumb na dotik

Kapacitivni gumb na dotik je na koncu časovnika, ki je najbližji nadzorni plošči. To je konec, ki se pojavi, ko nastavite časovnik, in navzdol, ko deluje. Tako kot pri vijakih je pomembno, da gumb ne štrli iz lesa, sicer bo časovnik nestabilen, ko ga obrnete.

Izmerite in izrežite luknjo, ki je dovolj velika za namestitev nožic plošče in 3-žilnega priključka Dupont z nadzorne plošče. Gumb postavite v položaj in poiščite obris plošče. S kombinacijo vrtanja in dleto oblikujte vdolbino, ki omogoča, da gumb leži dovolj nizko, da ne moti, da časovnik stoji ravno. Prav tako se mi je zdelo koristno obrezati kable na vrhu plošče, da bodo čim krajše.

17. korak: Na koncu časovnika za žice izvrtajte luknje

Tako kapacitivni gumb na dotik kot LED trak potrebujeta žice, ki vodijo od notranjosti ohišja. Če želite zanje narediti prostor, izvrtajte dve luknji na koncu časovnika do notranjosti ohišja.

Prva luknja naredi prostor za tri žice, ki napajajo LED trak. Oblika ni ključnega pomena, vendar morate malo izrezati sprednjo stran časovnika, da se lahko upognejo spredaj.

Drugo držanje poteka od nadzorne plošče do kapacitivnega dotika. Položaj in velikost te luknje se morata ujemati z luknjo, ki ste jo izrezali v prejšnjem koraku. Poravnajte vrh in označite luknjo. Vrtajte in dleto, dokler trižični konektor Dupont ne pride skozi skozi, da se poveže z gumbom.

Korak 18: Izrežite podlago iz pleksi stekla

Zadnja stran časovnika je iz prozornega pleksi stekla, ki drži elektroniko in jo prikazuje! Sledite obrisu ohišja in uporabite točkovalno orodje ali nož za točkovanje pleksi stekla. Nekajkrat prerežite razdelilno črto, da postane globoka. Poravnajte razdelilno črto z robom mize in s hitrim premikom navzdol odrežite kos pleksi stekla. Moral bi se čisto zlomiti.

Ta tehnika deluje le z odmori, ki potekajo skozi celotno pleksi steklo, zato bo morda potrebna dva odmora, da dobite pravo velikost. Zaenkrat pustite zaščitno folijo.

Korak 19: Izvrtajte luknje za podlago

Poravnajte pleksi steklo nazaj in ga trdno pritrdite. Na vsakem vogalu izvrtajte luknjo za majhen vijak. Uporabil sem 5/8 vijake s posodo s številko 6. Pazite, da ne vrtate predaleč v les. Odprite luknje za vijake v razpoložljivem lesu na vsakem vogalu, da zagotovite največjo moč držanja.

20. korak: Označite poravnavo nazaj

En problem, s katerim sem se srečal v preteklosti, je, da pozabim, kako je bilo orientirano pleksi steklo, ko sem izvrtal luknje. Majhne razlike v položaju vijakov pa pogosto pomenijo, da se drugače ne prilegajo. Namesto ugibanja ustvarim oznako, ki mi natančno pove, kako naj bodo kosi usmerjeni.

Preden odstranite trak, z datoteko ali majhno žago prerežite asimetrični prerez skozi pleksi steklo in les. Ta oznaka se bo izravnala le, če so kosi v pravem položaju.

Korak 21: Izrežite obliko peščene ure

Zdaj, ko je ohišje v bistvu končano, lahko izrežemo obliko peščene ure. Natančne mere niso kritične, vendar pazite, da ohišja ne oslabite preveč z rezanjem blizu notranjih škatel.

Obdržite trak, hkrati prerežite les in pleksi steklo. Uporabil sem tračno žago, vendar večina ročnih žag lahko prereže oba materiala. Očistite reze z datotekami in brusnim papirjem.

Korak: Izrežite utor za LED trak

Na sprednji strani časovnika je utor za namestitev LED traku in difuzijskega materiala. LED trak poravnajte in na lesu potegnite njegov obris. Dodajte niz vzporednih črt približno 1/8 do 1/16 zunaj teh vrstic, da označite, kdaj bo šel difuzor.

Ta korak je najtežji brez ustreznega električnega orodja. Z namizno žago z dado rezilom sem prerezal globok kanal za LED (notranje črte). Pazite, da ne prerežete notranjosti ohišja! Nato sem izrezal plitve kanale za difuzor (zunanje črte). Preizkusite namestitev LED traku in poskrbite, da bodo kabli udobno segali do nadzorne plošče.

Na tej točki ste že precej končali!

23. korak: Pesek in zaključek

Vse tri lesene dele obrusite z brusnim papirjem 220 ali višjim. Rada bi dodala tudi majhno poševnico vzdolž vseh robov pod pravim kotom, da bi ohišju dala bolj prefinjen videz in ga naredila prijetnejšega za držanje.

Začnem z enim ali dvema plastema šelaka, ki se potopi v les in resnično poudari zrnje. Hitro se posuši, zato vam ni treba dolgo čakati. Ko se posuši, rahlo obrusite z brusnim papirjem 320 ali 400, da površino poravnate. Ampak ne pretiravajte: vseeno bi morali videti nekaj sijajnega konca.

Nato nanesem plašč ali dva poliuretanskega brisača, ki je trden, a privlačen. Ko se posuši, ga lahko rahlo polirate z jekleno volno.

Korak: Sestavite elektroniko

Končno montažo začnite tako, da LED trak vstavite od notranje strani ohišja do kanala na sprednji strani. Odlepite lepilni trak ali pa z majhno količino lepila pritrdite trak na kanal.

Nato vroče prilepite kapacitivni gumb na dotik v vdolbino na vrhu. Morali bi videti, kako zatiči štrlijo skozi dno. Prepričajte se, da je gumb poravnan (ali nižji) s površino zgornjega dela, da se časovnik ne niha.

Baterijo vstavite v spodnji predal in vtaknite priključek USB. Uporabite nekaj vročega lepila, da se prepričate, da je varno v prostoru.

Nadzorno ploščo dodajte v zgornji predel ohišja. Vtaknite priključek JST iz baterije skozi skrit kanal na sredini časovnika. Priključite ga v priključek JST na nadzorni plošči.

3-žilni priključek Dupont vstavite z nadzorne plošče skozi luknjo na vrhu in ga povežite z nožicami na dnu kapacitivnega gumba na dotik.

Potisnite gumb za vklop/izklop skozi luknjo na strani ohišja (od zunaj), dokler se ne namesti na svoje mesto. Pritrdite dve žični sponki na dva kabla na stikalu.

Nastavitev bi morala biti prikazana na zadnji fotografiji.

Korak: Dokončajte sestavljanje ohišja

Poravnajte pleksi steklo in ga pritrdite s štirimi vijaki. Privijte zgornji in spodnji del. Preverite poravnavo vsega in se prepričajte, da časovnik stoji na mizi na obeh koncih.

Korak 26: Dodajte difuzijski material

Izrežite trak difuzijskega materiala, ki je nekoliko širši od kanala okoli LED traku. Zaradi tega se bo difuzor nekoliko upognil, ga držal na mestu brez lepila in zagotovil večjo razpršitev. Na splošno velja, da bolj ko je difuzor stran od LED, bolj je razpršen.

Obstaja veliko primernih materialov. Uporabil sem tanke plastične preproge (poceni na Amazonu) in to plastično "plakatno ploščo" (ki je tanka in disketna in sploh ne "deska").

Korak 27: Prilagodite in naložite kodo

Prenesite kodo z github.com/samguyer/VizTimer. Potrebovali boste tudi knjižnico FastLED, ki ponuja gonilnike za nizke ravni LED. Deli, ki jih boste najverjetneje morali spremeniti, so tik na vrhu: pet zatičev (LED zatič, kapacitivni zatič na dotik in trije zatiči merilnika pospeška). Morda boste morali nastaviti tudi število LED na traku.

Kodo lahko raziščete in spremenite!

Nadzorno ploščo povežite z računalnikom in naložite kodo. Za dostop do priključka mikro-USB na mikrokrmilniku boste morali odstraniti podlago iz pleksi stekla.

28. korak: Kako ga uporabiti

Cilj te zasnove je bil čim preprostejša nastavitev in zagon časovnika.

Časovnik ima tri načine: programski način, časovni način in način premora. Način je določen z usmerjenostjo časovnika: način programiranja, ko je kapacitivni gumb na dotik na vrhu, način časovnika, ko je na dnu, in način premora, ko je časovnik na strani.

NAČIN PROGRAMA

Ko ga prvič vklopite, boste na dnu LED traku videli utripajoč rumeni "kazalec". Dotaknite se kapacitivnega gumba, da dodate čas v korakih po 15 sekund. Vsakih 15 sekund je prikazanih kot vijolična pika. Ko pridete do 60 sekund, se vijolične pike nadomestijo z modro piko, ki predstavlja minuto. Pridržite gumb, da neprestano dodajate minute, dokler se gumb ne sprosti. Vsaka peta minutna pika je obarvana belo, da lažje vidite skupno število.

NAČIN ČASA

Če obrnete časovnik, se začne odštevanje. Vse pike se prižgejo, ne glede na skupni čas - to je bila moja oblikovalska izbira. Lahko ga tudi programirate tako, da vsaka pika pomeni vedno enak čas.

Pike padajo ena za drugo, dokler ne poteče čas. Nato časovnik približno 15 sekund prikaže barvit "finale". Za vrnitev v programski način obrnite časovnik nazaj. Znova se bo prikazal rumeni kazalec. Če časovnik znova zaženete takoj, ne da bi ga programirali, bo porabil prejšnji čas.

Lep dodatek k temu časovniku bi bil majhen zvočnik za predvajanje zvokov, še posebej alarma na koncu.

NAČIN ZAUSTAVITVE

Med časovnim načinom lahko časovnik ustavite tako, da ga obrnete za 90 stopinj in ga položite na stran. Časovne pike zamrznejo na mestu in nežno utripajo, da pokažejo, da časovnik čaka na ponovni zagon. Za nadaljevanje merjenja časa ga obrnite nazaj ali pa se na drug način vrnite v programski način.

Upam, da boste uživali v tej napravi tako kot jaz!