MechWatch - digitalna ura po meri: 9 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:07

MechWatch je ura, ki sem jo oblikoval tako, da ima prednosti Arduina v smislu prilagodljivosti, vendar sem želel, da izgleda in se počuti čim bolj profesionalno izdelano. V ta namen ta navodila uporabljajo dokaj napredno elektroniko za površinsko montažo (brez izpostavljenih povezav s spajkanjem) in CNC rezkalno opremo.

Začel bom s tem, kako se čas bere, z ilustracijo na drugi sliki. Obstajata dva LED obroča, eden je urna, drugi pa minutna kazalka, ki kaže od 1 do 12 kot na analogni uri. Ker se minutna kazalka lahko premika le v korakih po 5 minut, obstajajo 4 ločene LED, ki prikazujejo posamezne minute. Tretja slika je na primer ura, ki prikazuje 9:41.

Interakcija ure poteka prek dvosmernega stikala na strani, ki drsi proti ušesom (naprej/nazaj). Za nastavitev časa:

1. pritisnite in držite stikalo, dokler se luči ne ugasnejo. Ko se sprosti, bo utripal čas in stikalo lahko pritisnete navzgor/navzdol, da spremenite uro

2. Ponovno pritisnite in držite stikalo, dokler se luči ne ugasnejo, da na enak način preklopite na nastavitev minut

3. Pritisnite stikalo in ga držite, dokler se luči ponovno ne ugasnejo, da prihranite čas

4. Če predolgo čakate na nastavitev časa, ne da bi pritisnili gumb, bo ura preprosto zaspala, ne da bi shranila spremembe

To navodilo opisuje, kako narediti popolno uro, in vsebuje vse potrebne izvorne datoteke.

1. korak: Oblikovanje elektronike

Ta korak opisuje posebnosti elektronike. Prva slika je električna shema, ki prikazuje, kako so opisani vsi deli. Druga slika prikazuje, kako je plošča razporejena, zgornja je rdeča, spodnja pa modra.

Za vse, ki jih zanima natančna zbirka materialov za vse elektronske dele in kje jih kupujem, sem namesto tega, da bi se vsi pomikali po dolgem seznamu, priložil datoteko excel s povezavami.

Želel sem ohraniti razmeroma čist vrh vezja z dosledno oblikovalsko estetiko, zato sem mikrokrmilnik postavil na sredino in okoli njega razporedil RTC, kristal in upore. LED diode obkrožajo zunanjost in celo sledi okoli zunanjega ogledala krožno oblikovno estetiko.

Za povezovanje LED z mikrokrmilnikom jih je mogoče razporediti v mrežo, za njihovo delovanje pa je potrebnih 12 digitalnih V/I zatičev. Prav tako želim uporabiti uro v realnem času (RTC), da ohranim čas, da lahko mikrokontroler spravim v globok spanec, da prihranim energijo. RTC porabi bistveno manj energije kot mikrokrmilnik, kar omogoča do 5 dni med polnjenji. Za komunikacijo z mikrokrmilnikom RTC potrebuje komunikacijo I2C. Za ATMEGA328P sem se odločil, ker izpolnjuje te zahteve in ga že poznam (uporablja se tudi v mnogih Arduinosih).

Uporabnik za interakcijo z uro potrebuje nekakšno stikalo, zato sem našel dvosmerno drsno stikalo, ki se z vzmetmi vrne v sredino. Z električnim stikalom se z nastavitvenim vijakom pritrdi zunanje drsno stikalo.

Odločil sem se, da bom za vse napajal litijevo baterijo, za polnjenje pa indukcijsko polnjenje Qi. Želel sem se izogniti uporabi kakršnih koli priključkov za polnjenje ure, ker predstavljajo odprtine za prepuščanje umazanije in vode ter bodo sčasoma verjetno korodirali, saj so tako blizu kože. Ko sem prebral več podatkovnih listov, kot bi si kdo želel, sem se odločil za BQ51050BRHLT. Ima dobre referenčne diagrame in vgrajen polnilnik litijevih baterij (prostor je na prvem mestu).

Ker ni bilo lepega načina za namestitev elektronike za polnjenje Qi na vrhu, sem jo moral postaviti na zadnjo stran plošče z baterijo. Stikalo se nahaja tudi na zadnji strani, vendar je to zato, ker je boljše mesto za pritrditev zunanjega stikala.

2. korak: Montaža elektronike

Na prvi sliki sem razporedil skoraj vse dele elektronike. Izpustil sem več kondenzatorjev in uporov, ker so si vsi zelo podobni in jih je enostavno mešati ali izgubiti.

Za spajkanje na blazinice bom uporabil šablono za spajkanje. Hitro sem naredil držalo na drugi sliki, da so tiskana vezja poravnana pod šablono, vendar je na voljo več lažjih možnosti, najpreprostejši je trak.

Tretja slika prikazuje šablono, poravnano nad ploščo. Četrta slika prikazuje razmazovanje spajkalne paste v luknje šablone. Pomembno je, da se šablona po nanosu spajka dvigne naravnost navzgor. Ta fotografija razkriva tudi improviziran način, kako to počnem, ker še nikoli nisem uporabil šablone. Naslednjič okvirja ne bi kupil. Lažje bi bilo, če bi brez okvirja lepili manjši list po enem robu, živeli in se učili.

Zdaj dolgočasno in težko opravilo; vsak del na ploščo položite s pinceto. Slika 7 prikazuje nameščene dele, slika 8 pa jih spajka.

Video namesto šeste slike prikazuje postopek spajkanja. Spajkalno postajo z vročim zrakom, nastavljeno na 450 ° C, topim spajkalnik, ne da bi pri tem motil dele, izmenično pa lahko za isto stvar uporabim tudi spajkalno peč. Po spajkanju dna uporabite multimeter, nastavljen na neprekinjeni način, da preverite, ali so kratke stike med sosednjimi zatiči na IC. Ko najdete kratki spoj, ga s spajkalnikom povlecite stran od čipa in ga zlomite.

Pri takšnem spajkanju je pomembno, da ploščo počasi segrevate nekaj minut, preden greste v talino. V nasprotnem primeru lahko toplotni udar uniči dele. Predlagam, da si ogledate podrobnejša navodila, če te metode ne poznate.

Nato morate tuljavo priključiti na 2 -žilni konektor in jo držati nad polnilnim podstavkom. Če je šlo vse dobro, naj se zelena lučka za polnjenje prižge približno sekundo, nato pa ugasne. Če je baterija priključena, naj zelena lučka za polnjenje sveti, dokler se polnjenje ne konča.

Ko polnjenje deluje po pričakovanjih, je spajkanje zgornje strani plošče na enak način. Opomba za LED diode na sliki 9, na dnu LED je majhna oznaka, ki prikazuje orientacijo. Stran, proti kateri izstopa majhna črta, je ozek konec trikotnika v shemi LED. Pomembno je, da to preverite za vsako LED površinsko montažo, ki jo uporabljate, ker se oznake lahko razlikujejo med različnimi proizvajalci.

3. korak: Programiranje in testiranje elektronike

Za programiranje mikrokrmilnika uporabite AVRISP mkII (pritisnite in držite tipko Shift, medtem ko kliknete nalaganje v Arduino IDE). Prav tako ga lahko uporabite za zgorevanje zagonskega nalagalnika kot običajno in uporabo serijske povezave na zadnji strani ure s kablom FTDI. Toda z izogibanjem zagonskega nalagalnika in programiranjem neposredno z AVR ISP mkII se koda hitreje zažene ob vklopu.

Kodi sem priložil tudi ta korak. Če bi kdo želel podrobneje pogledati, sem kodo komentiral in razložil, kaj vsak del počne. Splošna struktura kode je državni stroj. Vsako stanje ima del kode, ki ga izvaja, in pogoje za premik v drugo stanje.

Večina kode, ki nadzoruje vhodno -izhodne zatiče, neposredno nadzoruje registre, je nekoliko težje prebrati, vendar je lahko pri izvajanju do 10 -krat hitrejša od digitalne.

4. korak: Nastavitev obdelave

Obdelava ohišja ure je precej zapletena in zahteva kar nekaj priprav.

Mlin, ki ga uporabljam, je Othermill v2 (zdaj imenovan Bantam Tools) s kompletom objemk za prste. Sponke mi omogočajo, da obdelovanec držim ob straneh, kar uporabim pri prvi nastavitvi.

Obdelava ure poteka v treh nastavitvah. Pri prvi nastavitvi je vhodni material vpet v CNC posteljo, mlin pa izreže notranjo obliko ure in odstrani del površine. Namestitev programske opreme za obdelavo je prikazana na 6. sliki.

Druga nastavitev zahteva namestitev po meri, ki drži ohišje ure od znotraj, tako da je možno izrezati celotno zunanjo obliko ure. Pripomoček po meri je mogoče videti na prvi sliki, na drugi sliki pa razstreljen pogled. Majhen osrednji del ima luknjasto luknjo, tako da, ko je vijak privit, dvigne kos in potisne dva stranska kosa v ohišje ure, tako da ga drži na mestu. Programska oprema za drugo obdelavo je prikazana na sliki 7.

Tretja nastavitev zahteva drugo pritrditev po meri za držanje ure; ta je nekoliko enostavnejši. Vpenjalo je sestavljeno iz podlage in kosa, ki gre v notranjost ure. Kos v notranjosti ure je registriran z dvema stebričkoma na dnu in vijakoma, ki držita ohišje ure na glavo.

Obdelovalne dele sem obdelal iz večjih kosov aluminija in jih pustil povezane z jezički. Po obdelavi obeh strani sem z drsno žago prerezala jezičke in jih gladko brusila.

Vključil sem datoteke CAD fusion360, ki sem jih uporabil za izdelavo vseh delov (vključno s ohišjem ure in stranskim stikalom), vendar uporabite lastno presojo, če poskušate izdelati dele. Nisem odgovoren, če gre kaj narobe in se zlomi.

Namig za natančnejšo napeljavo: najprej obdelajte kateri koli del, ki se poveže s strojem, nato pa ga postavite na končno mesto in nato obdelajte do končnih dimenzij. To zagotavlja, da se številne majhne napake ne sestavijo in ohišje ure držijo na napačnem mestu. To znanje vam prinaša kup odpadnega aluminija.

5. korak: Obdelava ohišja

Začetna aluminijasta slepa črta je vidna na prvi sliki. Za odstranitev središča uporabljam žago z luknjami 1-1/4 , kar prihrani kar nekaj časa obdelave.

Kot je bilo omenjeno v prejšnjem koraku, obstajajo 3 nastavitve za obdelavo ohišja. Prva nastavitev po obdelavi je prikazana na sliki 2. Najprej uporabim 1 1/8 "končni mlin (ravno spodaj), da odstranim večino materiala. Nato preidem na 1/32" končni mlin, da odrežem 4 vijak luknje. Za rezanje navojev v luknjah za vijake uporabim rezkar za rezanje navojev M1.6 (iz orodja Harvey). Posebne nastavitve, ki jih uporabljam, so v datoteki CAD Fusion360.

Slika 3 prikazuje drugo nastavitev s končano obdelavo, četrta slika pa tretjo nastavitev pred obdelavo.

Druga postavitev je strojno obdelana z 1/8 "končnim rezkarjem za hitro odstranitev večine materiala, nato pa za rezanje ukrivljenih površin uporabim 1/8" kroglični mlin (okrogel konec). Operacije so enake tudi pri tretji nastavitvi.

Druga nastavitev zahteva uporabo drugega specializiranega orodja, 3/4 -palčne žage za rezanje s spremenjeno arboro, da se lahko tesno prilega nosilcu ohišja ure. Rezalna žaga se vrti pri 16500 vrt/min in se premika s 30 mm/min. potiska tisto, kar zmore Drugi mlin, zato ga bo morda treba še bolj upočasniti. Ta korak je prikazan v zgornjem videoposnetku.

Če želite izvedeti več o posebnostih CNC obdelave, vas bom opozoril na NYC CNC na YouTubu, ki opravljajo boljše delo, kot bi ga lahko kdajkoli naredil tukaj.

Samo za referenco za tiste, ki vedo, kaj to pomeni, nastavitve, uporabljene na drugem mlinu v2 za 1/8 končni mlin, so 16400 vrt/min (163,5 m/min), 300 mm/min, 1 mm globine reza in 1,3 mm širine rezati.

Ker drugi mlin nima dovolj višine z, da bi uro držal na svoji strani, moram ročno izvrtati luknje za trak za uro in luknjo za stransko stikalo. Da bi jih lažje locirali na straneh ure nepravilne oblike, sem 3D natisnil nekaj vodnikov, prikazanih na slikah 5-7. Za večjo natančnost vrtanja je pomembno, da vrtalnik čim bolj vstavite v vpenjalno glavo; zaradi tega je bit težje potepati.

Odprtina za stransko stikalo je okrogle oblike, zato jo je treba po začetku vrtanja, ki se izvede s švicarskimi pilicami, izboljšati. S pomočjo čeljusti izmerim trenutno luknjo in jo spravim v pravo dimenzijo. Luknja mora biti 4,6 mm od zgornje površine, 3,8 mm od spodnje površine in 25,8 mm od najbolj oddaljene točke vsakega ušesa. Predlagam, da si med vložitvijo luknje ogledate Clickspring na YouTubu.

6. korak: Obdelava stranskega stikala

Datoteke, uporabljene v tem koraku, so bile v nastavitvi obdelave vključene v datoteko zip.

Stransko stikalo je strojno zelo podobno ohišju MechWatch. Rezkan je z 1/8 "končnim rezkalnikom z enakimi nastavitvami kot ohišje. Nato na ukrivljenih površinah uporabite 1/8" kroglični mlin, enake nastavitve kot prej.

Druga nastavitev je prikazana na slikah 3-4 pred in po obdelavi. 1/8 "končni mlin, 1/8" krogelni mlin, 1/32 "končni mlin in nato rezalni stroj M1,6. (Navojna luknja ga drži za stikalo na plošči).

Izdelujem stikalo iz večjega kosa aluminija iz dveh razlogov. Prvi razlog je, da lahko objemim stranice in ne pomotoma rezkam kosa, ki ga drži. Drugič, ko ga postavim v režo za tretjo operacijo, ga je še vedno mogoče vpeti (glej sliko 5).

7. korak: Obdelava ohišja nazaj

Podnožje ure je iz akrila, zaradi induktivnega polnjenja mora biti nekovinsko. Uporabljam nekaj odrezkov iz aluminija, da ga odmaknem od roba (vsak debeline 12,7 mm) in dvostranski trak, da ga držim na mestu.

Ker je plastiko veliko lažje obdelovati kot aluminij, je mogoče biti agresivnejši z nastavitvami CNC. Od 1/8 "končnega mlina so nastavitve 16500 vrt/min, hitrost rezanja 600 mm/min, globina reza 1,5 mm in širina reza 1 mm. Za rezanje drobnih detajlov uporabite 1/32" končni rezkar z enake nastavitve, vendar globina reza 0,25 mm in širina reza 0,3 mm.

Ko sem zobotrebec obrnil iz hloda (rabil bi tanjšo podlago, ampak to imam) imam uro nazaj dokončano. Ima vgrajeno elektromagnetno obliko, ki ohranja uro tanko.

Če ga želim odstraniti iz postelje, sem v režo t vstavil imbus ključ in ga nežno dvignil ter se premaknil na naslednjo točko, ko se začne popuščati.

Zadnji korak je, da vzamete sveder in nežno potopite luknje na spodnji strani. To naredim z vrtenjem svedra ročno. Lažje imam osredotočenost in nadzor.

Tudi datoteke, uporabljene v tem koraku, so bile ponovno vključene v datoteko zip v nastavitvah obdelave.

8. korak: Oglejte si montažo

To je najbolj koristen korak, saj vzamete vse dele in jih sestavite v zadnjo uro. Na sliki 1 so prikazani vsi razporejeni deli (brez 24 -milimetrskega pasu za uro in 24 mm dolgih 1,5 mm premera za hitro sprostitev).

Prvi del je zapleten, saj so o-obroči s premerom 40 mm, ki sem jih naročil, dejansko bližje 37 mm, zato jih je treba hitro raztegniti in namestiti. S koncem krogličnega imbus ključa ga potisnite na mesto, tako da ga zavrtite po utoru, kot je prikazano na sliki 2.

Ko je O-obroč pravilno nameščen, kristal (premer 40 mm debeline 1,5 mm) trdno pritisnite v ohišje ure. O-obroč bi ga moral držati na mestu, medtem ko je skoraj neviden.

Zdaj je čas za namestitev elektronike. Najprej obrišite notranjost kristala s krpo, ki ne pušča vlaken, in namestite elektroniko v ohišje, pri tem pa pazite na ključ, da bo orientacija ravna. PCB mora trdno sedeti v ohišju, če pa je ohlapen, ga je mogoče pritrditi z majhno kapljico super lepila na ključu, da ga drži na svojem mestu.

Ko je elektronika vklopljena, se stransko stikalo prilega skozi luknjo in čez stikalo, nameščeno na tiskanem vezju. Vijak M1.6 drži oba dela skupaj, kot je prikazano na sliki 4.

Nato je treba daljše kable na tuljavi zložiti in vtakniti tako, da ne bodo drgnili izpostavljenih električnih kontaktov.

Predzadnji korak je, da vse zaprete in pritrdite plastično ohišje nazaj s 4 vijaki M1.6. Pomembno je biti pozoren, da se oblika v hrbtu ujema z obliko tuljave. Morda bo treba prilagoditi postavitev žice, da se bolje prilega.

Zadnji korak je pritrditev pasu za uro z uporabo hitrih vzmetnih palic (slike 8-9). Odvisno od izbranega pasu bo morda treba trak spremeniti za delo z vzmetnimi palicami. Za prikazano mrežo iz morskega psa uporabljam rezalnike za žice, da ustvarim majhno luknjo za namestitev mehanizma za hitro sprostitev.

9. korak: Končne opombe

Ura je zdaj končana!

Samo nekaj opomb: stransko stikalo lahko včasih postane rahlo lepljivo. Če želite to odpraviti, bo morda potrebno povečati luknjo ali prilagoditi mesto stikala tako, da popustite nastavitveni vijak, držite stikalo blizu telesa in ponovno privijte vijak.

Za polnjenje ure sem naredil stojalo za polnjenje po meri, ki temelji na polnilniku Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162), ki je prikazan na drugi sliki, vendar je to tema za drugič.

Ne glede na izbrani polnilnik je pomembno upoštevati, da med tuljavo in polnilnikom ne more biti nobene kovine. Ker je pas, ki sem ga izbral, metal, mora iti okoli polnilnika

Hvala, ker ste prebrali do konca, upam, da ste se kaj naučili. Z veseljem delim MechWatch po mesecih nastajanja.

Prva nagrada na natečaju za ure