VizTimer: elektronički pješčani sat: 28 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Kad je našem sinu bilo otprilike tri ili četiri godine, počeli smo očekivati da će to učiniti na vrijeme. Rekao bih stvari poput "Moramo krenuti za deset minuta!" Ili "Igrajte se s tim kamionom još pet minuta, a zatim dajte priliku nekom drugom". Problem je bio (a) nije mogao čitati sat, ni digitalni ni analogni, i (b) nije imao osjećaj koliko je duga minuta. Shvatio sam da mu je potreban jasan način da vidi kako izgleda pet ili deset minuta i da može pratiti preostalo vrijeme. Stoga sam krenuo u projektiranje i izradu vizualnog mjerača vremena. Vidio sam mnoge varijacije, uključujući klasični mjerač vremena za jaja, ali osjetio sam da metafora rotacije nije bila intuitivna za vrlo malu djecu - radi se o gledanju kutova i djelića kruga. Kad sam se odlučio za linearniji dizajn, ideja o elektroničkom pješčanom satu djelovala je očito: pruža pravu vizualnu metaforu, a ja sam mogao upotrijebiti mjerač ubrzanja za implementaciju ergonomije okretanja za pokretanje i zaustavljanje mjerača vremena.

Moj konačni dizajn, koji ću vam pokazati ovdje, relativno je jednostavan. Vizualni dio sastoji se od trake individualno adresabilnih RGB LED dioda (npr. WS2812). Programiranje se postiže jednim gumbom (kapacitivni gumb na dodir jer je ravan). Mikrokontroler kompatibilan s Arduinom (Adafruit Metro) pokreće program i čita informacije o orijentaciji s troosnog analognog akcelerometra. Za napajanje se koristi punjiva baterija izvučena iz baterije telefona (standardni litij -ionski 18650). Lijepa stvar kod banke napajanja je što uključuje krug punjenja, mikro-USB priključak i izlazi 5 V, što mikrokontroler i LED traka očekuju.

Ovisno o vašoj razini iskustva, ovaj mjerač vremena vjerojatno ćete napraviti za vikend ili dva. Trebat će vam osnovne vještine lemljenja te pripadajući alati i pribor. Najveća varijabla je kućište: imam električne alate za obradu drveta koji olakšavaju ovaj posao, ali također ću razgovarati o alternativnim načinima izgradnje kućišta bez puno alata.

Korak 1: Materijali i alati

MATERIJALI

Za elektroniku:

• Prijenosna banka za napajanje mobitela (s baterijom od 18650 cilindara) - raspon cijena je ogroman, ali ne plaćajte više od 10 USD
• 2-pinski prekidač za navigaciju-otprilike ovako:
• Stezaljke za prekidač - komplet je koristan:
• AVR mikrokontroler - 5V napajanje s najmanje tri analogna ulaza. Adafruit Metro Mini je savršen.
• Troosni akcelerometar-Adafruit prodaje ploču za razbijanje ADXL335.
• Kapacitivni gumb na dodir - Adafruit prodaje kompletnu ploču s gumbima.
• Mala ploča za izradu prototipova (jedna s vodilicama)-Adafruit Perma-proto ploče dobre su kvalitete
• Mali JST konektor za napajanje - ovako:
• Adresibilna RGB LED traka (npr. WS2812) - nabavite traku od 144 LED/metar:
• 3-žični Dupont kabel sa ženskim priključkom
• Spojna žica (promjera 24 i 26)

Za kućište

• Drvena ploča (debljine najmanje 1,25 inča) ILI Šperploča različitih debljina
• Drvena traka za vrh i dno (0,25 inča debljine)
• Mali list pleksiglasa ili akrila
• List difuzijskog materijala - tanke plastične prostirke za rezanje su odlične:
• #6 vijaka, ravna glava i glava posude, 5/8 inča
• Zinsser šelak, poliuretan za brisanje
• Traka, ljepilo, brusni papir

ALATI

• Rezači i skidači žice
• Lemilica
• Hack vidio
• Testere za drvo
• Bušilica, svrdla, uključujući i upuštač
• Dlijeta i turpije
• Rezač pleksiglasa ili pomoćni nož

DRVARSTVO

• Stolna pila
• Tračna pila
• Sablja pila
• Bušilica

Korak 2: Pripremite bateriju

Prvi korak je odvojiti prijenosni punjač i ukloniti USB A priključak. Ovi su uređaji prilično jednostavni: imaju 18650 litij -ionsku bateriju i malu ploču koja sadrži sklop za punjenje i pražnjenje. Obično postoje dva priključka: mikro-USB za punjenje baterije (ulaz) i veći USB A za napajanje kabela za punjenje telefona (izlaz). Izlaz ćemo koristiti za napajanje timera, tako da nema potrebe za USB A priključkom. Za uklanjanje upotrijebite kombinaciju lemilice i kliješta.

NAPOMENA: Pazite da ne oštetite provodnike koji su ostali na ploči. Morat ćemo koristiti dva vanjska.

Korak 3: Dodajte priključke za napajanje

Započnite lemljenjem žice od 24AWG na svaki od kabela za napajanje gdje je bio USB A priključak. Koristim crvenu i crnu boju kako bih se sjetio koja je napajanja (5V), a koja uzemljena. Na strani napajanja dodajte terminal koji odgovara vodovima na prekidaču za napajanje. Pripremite drugu crvenu žicu s priključkom na jednom kraju.

Ako spojite dva terminala na prekidač, trebali biste imati preostala dva kraja žica - jedan crveni i jedan crni. Spojite ih s jedne strane JST konektora. Sviđaju mi se JST konektori za napajanje jer oblik konektora sprječava da ga priključite na pogrešan način i ispržite krug.

Pripremite crvenu i crnu žicu s druge strane JST konektora.

Uvjerite se da će žice biti dovoljno dugačke da dosegnu duž duljine timera (pogledajte kasnije fotografije). Lako je obrezati ili samo ubaciti dodatnu žicu.

Korak 4: Sastavite upravljačku ploču

Upravljačka ploča prilično je jednostavna, ali treba paziti na nekoliko detalja. Počnite s perma-proto širokom bojom koja ima isti uzorak ožičenja kao standardna ploča (obratite pozornost na vodilice). Obrežite ga po potrebi kako biste ga učinili što manjim, ostavljajući razvodnike i dovoljno rupa za iglice kako biste mogli dodati potrebne žice za spajanje.

Lemite mikrokontroler i mjerač ubrzanja na ploču pomoću standardnih zaglavlja. NAPOMENA orijentacija dviju ploča:

• Provjerite je li mikro-USB priključak okrenut prema rubu ploče, tako da mu i dalje možete pristupiti radi programiranja.
• Obratite pozornost na orijentaciju akcelerometra jer će taj izbor odrediti što smatra "gore" vs "dolje".

Korak 5: Napajanje žicom i akcelerometar

Odlučite koja će od tračnica za napajanje biti 5V, a koja će biti uzemljena. Dodajte male segmente žice s tračnica za napajanje i uzemljenje na obje ploče za razbijanje.

Dodajte tri žice za spajanje tri izlaza akcelerometra na tri analogna ulazna pina na mikrokontroleru. Prilikom postavljanja spojio sam X izlaz na A2, Y izlaz na A1, a Z izlaz na A0.

Korak 6: Ožičite priključak za napajanje

Lemite slobodnu stranu sklopa priključka JST na upravljačku ploču. Obratite pozornost na polaritet: provjerite je li crvena žica lemljena na 5 -voltnu vodilicu, a crna na uzemljenu.

Korak 7: Ožičite LED traku

U ovom koraku ćete odlučiti o ukupnoj veličini mjerača vremena jer želimo da LED traka radi cijelom dužinom. Odabrao sam LED traku s 30 LED dioda gustoće 144 LED/metar. Ukupna visina je oko 8 1/2 inča. Položio sam sve dijelove na drvenu ploču kako bih se uvjerio da odgovara.

Većina ovih traka može se rezati na bilo koju duljinu - samo pazite da režete na određenom mjestu gdje su jastučići izloženi. Lemite tri žice na izložene jastučiće na ulaznom kraju trake. Većina traka ima neku vrstu indikatora, poput male strelice, koja pokazuje smjer kretanja podataka. Napajanje se može priključiti s bilo kojeg kraja, ali podaci moraju ići u odgovarajućem smjeru niz traku.

Provjerite jesu li žice dovoljno dugačke kako bi se mogle omotati s prednje strane mjerača vremena unatrag do upravljačke ploče. Lemite žice za napajanje u vodilice za napajanje na upravljačkoj ploči i lemite podatkovnu žicu na jedan od digitalnih pinova na mikrokontroleru.

Korak 8: Dodajte kapacitivni dodirni gumb

Poput prekidača za napajanje, kapacitivnom dodirnom gumbu potreban je uklonjivi priključak zbog načina na koji je pričvršćen na mjerač vremena. Moja strategija ovdje je lemljenje ravnih zaglavlja na gumb, a zatim lemljenje trožičnog Dupont kabela na upravljačku ploču. "Ženski" Dupont priključak savršeno pristaje razmaku na iglama zaglavlja.

Lemite žice za napajanje i uzemljenje na tračnice na upravljačkoj ploči, kao što ste učinili za LED traku. Spojite podatkovnu liniju (koja će očitavati "visoko" kada se pritisne gumb) na jedan od ulaza za digitalni ulaz na mikrokontroleru.

Cijeli krug prikazan je na posljednjoj fotografiji. U ovom trenutku možete ga uključiti i, ako želite, učitati kôd i testirati ga.

Korak 9: Postavite kućište

Moje kućište izrađeno je prvenstveno od javorove ploče dugačke oko 8 1/2 inča, širine 2 1/2 inča i debljine 1 1/4 inča. Koristite LED traku kao vodič za rezanje duljine, dodajući dodatnih 1/8 inča za žice i zazor.

Elektronika bi trebala udobno stati na drvenu ploču, s baterijom i prekidačem na donjoj polovici, a upravljačka ploča na gornjoj polovici. Završni mjerač vremena će zapravo imati dva odvojena prostora za ove komponente.

Korak 10: Alternativna kućišta

Shvaćam da nemaju svi alate potrebne za izradu kućišta opisanog u sljedećih nekoliko koraka. Postoji nekoliko alternativa koje još uvijek izgledaju jako lijepo.

Jedna od strategija koja će rezultirati vrlo lijepim kućištem modernog izgleda jest izrezati komade šperploče u potrebne oblike i zalijepiti ih zajedno kao sendvič. Ovaj pristup može se postići sa samo nekoliko ručnih alata. U trgovinama za hobi i umjetnine možete nabaviti male komade visokokvalitetne šperploče različitih debljina.

Korak 11: Odrežite prednji dio

U svom prvom prototipu ovog mjerača vremena izbušio sam i isklesao prostore za elektroniku, što se pokazalo kao velika bol, i nikada nisam mogao postići da izgleda potpuno čisto. Umjesto toga, ponovo sam pilao drvenu ploču - odnosno, izrezao sam je na dvije ploče iste veličine, ali različite debljine. Tanki dio postaje čvrsta prednja strana, a deblji dio postaje dio koji drži elektroniku.

Kako bih bio siguran da će prostori biti dovoljno veliki, koristim debljinu baterije da odredim gdje rezati. Ovaj se korak može izvesti ručnom pilom, ali pomoću tračne pile to je lakše i preciznije.

SAVJET: Označite kraj ploče trokutom ili drugom oznakom odmah nakon što ste ga izrezali, na taj način ćete se lako sjetiti kako se dvije ploče međusobno spajaju.

Korak 12: Postavite i izrežite prostor za elektroniku

Radeći s debelim dijelom, postavio sam grubi oblik mjerača vremena. Zidovi kućišta bit će debeli oko 3/8 inča. Koristite svoju elektroniku kao vodič za veličine prostora: baterija mora stati u donji prostor, upravljačka ploča mora stati u gornji prostor.

Započnite bušenjem uglova prostora. Potpuno ćemo ukloniti ove pravokutnike, što je brz posao pomoću sabljaste pile. Očistite rubove turpijom i/ili brusnim papirom.

Sada možete suho sastaviti kućište i uvjeriti se da će elektronika zaista stati!

Korak 13: Izrežite rupe za konektore

Mnogo je lakše izrezati rupe za prekidač za napajanje i mikro USB (za punjenje) prije nego što spojimo ljepilo. Izmjerite pomoću stvarnog prekidača i ploče za punjenje te izrežite pomoću male pile. Očistite datotekama kako biste dobro pristajali.

Također moramo prerezati kanal između dvije komore kućišta kako bismo priključili napajanje. Možete koristiti bilo koju kombinaciju dlijeta i pile - ovaj dio ne mora biti lijep jer neće biti vidljiv. No, provjerite je li dovoljno širok da omogući prolaz JST konektora.

Korak 14: Zalijepite kućište zajedno

Zalijepite dvije strane kućišta zajedno. Pažljivo pogledajte svoje oznake i drvena zrna kako biste bili sigurni da ih lijepite na pravi način. Želite da krajnji rezultat izgleda kao da nikada niste rezali ploču!

Bilo mi je teško držati ploče poravnate pri stezanju, pa sam upotrijebio veliku paralelnu stezaljku na vrhu i na dnu kako se sve ne bi klizalo.

Korak 15: Napravite gornji i donji dio

Gornji i donji komadi mogu biti bilo koje veličine i oblika, te od drveta koje volite. Jedini je zahtjev da bude dovoljno debeo da primi kapacitivnu ploču s prekidačem na dodir.

Dio koji mi je bio najizazovniji u ovom koraku je polaganje komada kad sam izbušio rupe za vijke. Moja je strategija prvo izbušiti rupe na gornjim i donjim dijelovima, zatim ih poravnati i označiti rupe na krajevima mjerača vremena. Pobrinite se da dovoljno dobro upustite rupe za vijke da vijci neće stršati - inače će se mjerač vremena njihati kada ga pokušate uspraviti.

Ipak sam završio s dijelovima koji su bili pomalo koso. Ovaj problem možete riješiti lijepljenjem čačkalice u staru rupu, čekanjem da se osuši, odrezivanjem i bušenjem nove rupe.

Korak 16: Izrežite udubljenje za kapacitivnu tipku na dodir

Kapacitivna tipka na dodir nalazi se na kraju mjerača vremena najbliže upravljačkoj ploči. Ovo je kraj koji će biti gore kad postavite mjerač vremena i spušten dok radi. Kao i kod vijaka, važno je da gumb ne strši iz drva, jer u protivnom mjerač vremena neće biti stabilan kada ga okrenete.

Izmjerite i izrežite rupu dovoljno veliku da primite igle ploče i 3-žilni Dupont priključak s upravljačke ploče. Postavite gumb na mjesto i ocrtajte obris ploče. Koristeći kombinaciju bušenja i klještanja, oblikujte udubljenje koje omogućuje da gumb sjedne dovoljno nisko, kako ne bi ometao odbrojavanje koje sjedi ravno. Također mi je bilo korisno obrezati elektrode na vrhu ploče kako bi bile što kraće.

Korak 17: Izbušite rupe na kraju mjerača vremena za žice

I kapacitivni gumb na dodir i LED traka trebaju žice koje prolaze s unutarnje strane kućišta. Da biste napravili mjesta za njih, izbušite dvije rupe na kraju mjerača vremena do unutarnje strane kućišta.

U prvoj rupi ima mjesta za tri žice koje napajaju LED traku. Oblik nije presudan, ali morate malo izrezati prednji dio mjerača vremena kako bi se mogli saviti prema naprijed.

Drugo držanje ide od upravljačke ploče do kapacitivne tipke na dodir. Položaj i veličina ove rupe trebaju odgovarati rupi koju ste izrezali u prethodnom koraku. Poravnajte vrh i označite rupu. Bušite i dlijeto dok trožilni Dupont priključak ne prođe čisto kako bi se spojio na gumb.

Korak 18: Izrežite podlogu od pleksiglasa

Stražnja strana mjerača vremena je od prozirnog pleksiglasa koji drži elektroniku i pokazuje je! Nacrtajte obrise kućišta i upotrijebite bodovni alat ili nož za ocjenjivanje pleksiglasa. Presecite liniju rezultata nekoliko puta kako biste je učinili dubokom. Poravnajte bodovnu liniju s rubom stola i brzim pokretom prema dolje odvojite komad pleksiglasa. Trebalo bi se čisto slomiti.

Ova tehnika funkcionira samo s prekidima koji se protežu cijelim pleksiglasom, pa će možda trebati dva odmora da biste dobili pravu veličinu. Ostavite zasad zaštitnu foliju.

Korak 19: Izbušite rupe za podupiranje

Poravnajte pleksi staklo natrag i pričvrstite ga ljepljivom trakom. Izbušite rupu na svakom uglu za mali vijak. Koristio sam vijke glave 6/8 s tavom broj 6. Pazite da ne probušite previše u drvo. Centrirajte rupe za vijke u dostupnom drvu na svakom kutu kako biste dali maksimalnu snagu držanja.

Korak 20: Označite poravnanje unatrag

Jedan problem na koji sam naišao u prošlosti je taj što zaboravljam kako je pleksiglas bio orijentiran kad sam izbušio rupe. Male razlike u položaju vijaka, međutim, često znače da se neće uklopiti na bilo koji drugi način. Umjesto nagađanja, stvaram oznaku koja mi govori točno kako bi komadi trebali biti orijentirani.

Prije nego što uklonite traku, upotrijebite turpiju ili malu pilu za rezanje asimetričnog utora kroz pleksiglas i drvo. Ova će se oznaka poravnati samo kada su komadi na pravom mjestu.

Korak 21: Izrežite oblik pješčanog sata

Sada kada je kućište u biti gotovo, možemo izrezati oblik pješčanog sata. Točne dimenzije nisu kritične, ali pazite da ne oslabite previše kućište rezanjem blizu unutarnjih kutija.

Držeći traku, prerežite drvo i pleksiglas u isto vrijeme. Koristio sam trakastu pilu, ali većina ručnih pila može rezati oba materijala. Očistite posjekotine turpijama i brusnim papirom.

Korak 22: Izrežite utor za LED traku

Prednja strana mjerača vremena ima utor za smještaj LED trake, kao i materijala za difuziju. Poravnajte LED traku i ocrtajte njezin obris na drvetu. Dodajte skup paralelnih linija otprilike 1/8 do 1/16 izvan tih linija kako biste označili kada će difuzor otići.

Ovaj korak je najteži bez odgovarajućih električnih alata. Koristio sam stolnu pilu s oštricom dado za rezanje dubokog kanala za LED diode (unutarnje linije). Pazite da ne probijete unutrašnjost kućišta! Zatim sam izrezao plitki kanal za difuzor (vanjske linije). Testirajte postavljanje LED trake i pobrinite se da vodiči udobno dopiru do upravljačke ploče.

U ovom trenutku ste prilično gotovi!

Korak 23: Pijesak i završna obrada

Ošmirglajte sva tri drvena dijela brusnim papirom od 220 ili više. Također volim dodati malu kosinu duž svih rubova pod pravim kutom kako bi kućište dobilo profinjeniji izgled i učinilo ga ugodnijim za držanje.

Započinjem s jednim ili dva sloja šelaka, koji tone u drvo i doista ističe žitarice. Brzo se suši pa nećete morati dugo čekati. Kad se osuši, lagano izbrusite brusnim papirom 320 ili 400 kako biste izravnali površinu. Ali nemojte pretjerivati: ipak biste trebali moći vidjeti dio sjajnog završetka.

Zatim nanosim sloj od dva poliuretana koji se briše, što je tvrd, ali atraktivan završetak. Možete ga lagano polirati čeličnom vunom nakon što se osuši.

Korak 24: Sastavite elektroniku

Završni sklop započnite uvlačenjem LED trake od unutarnje strane kućišta do kanala na prednjoj strani. Odlijepite ljepljivu traku ili pomoću male količine ljepila pričvrstite traku na kanal.

Zatim vruće zalijepite kapacitivni dodirni gumb u udubljenje na vrhu. Trebali biste moći vidjeti igle koje vire kroz dno. Provjerite je li gumb u ravnini (ili nižoj) s površinom gornjeg dijela, tako da se mjerač vremena ne ljulja.

Umetnite bateriju u donji odjeljak i provucite USB priključak. Upotrijebite malo vrućeg ljepila kako biste bili sigurni da je siguran u prostoru.

Dodajte upravljačku ploču u gornji odjeljak kućišta. Uvucite JST konektor iz baterije kroz skriveni kanal u sredini mjerača vremena. Spojite ga na JST konektor na upravljačkoj ploči.

Provucite 3-žični Dupont konektor s upravljačke ploče kroz otvor na vrhu i spojite ga s pinovima na dnu kapacitivne tipke na dodir.

Pritisnite gumb za uključivanje/isključivanje kroz otvor na bočnoj strani kućišta (izvana) dok ne sjedne na svoje mjesto. Priključite dvije žice na dva kabela na prekidaču.

Postavke biste trebali prikazati na posljednjoj fotografiji.

Korak 25: Dovršite sastavljanje kućišta

Poravnajte pleksiglas i pričvrstite ga s četiri vijka. Pričvrstite gornje i donje dijelove. Provjerite poravnanje svega i provjerite da li mjerač vremena leži ravno na stolu s oba kraja.

Korak 26: Dodajte difuzijski materijal

Izrežite traku od difuzijskog materijala koja je nešto šira od kanala oko LED trake. To će uzrokovati da se difuzor malo savije, držeći ga na mjestu bez ljepila i osiguravajući veću difuziju. Općenito, što je difuzor dalje od LED -a, to ih čini sve difuznijim.

Postoji mnogo prikladnih materijala. Koristio sam tanke plastične prostirke za rezanje (jeftine na Amazonu) i ovu plastičnu "ploču za postere" (koja je tanka i disketna, a ne "ploča").

Korak 27: Prilagodite i prenesite kôd

Preuzmite kôd s github.com/samguyer/VizTimer. Trebat će vam i knjižnica FastLED koja pruža upravljačke programe niske razine za LED diode. Dijelovi koje ćete najvjerojatnije morati promijeniti nalaze se pri vrhu: pet pinova (LED pin, kapacitivni dodirni pin i tri pina akcelerometra). Možda ćete također morati postaviti broj LED dioda na traci.

Slobodno istražite i izmijenite kôd!

Povežite upravljačku ploču s računalom i prenesite kôd. Morat ćete ukloniti podlogu od pleksiglasa da biste došli do mikro-USB priključka na mikrokontroleru.

Korak 28: Kako ga koristiti

Cilj ovog dizajna bio je pojednostaviti postavljanje i pokretanje mjerača vremena.

Mjerač vremena ima tri načina rada: programski način rada, način mjerenja vremena i način pauze. Način je određen orijentacijom mjerača vremena: programski način rada kada je kapacitivni dodirni gumb na vrhu, način mjerača vremena kada je na dnu i način pauze kada je mjerač vremena na njegovoj strani.

NAČIN PROGRAMA

Kad ga prvi put uključite, vidjet ćete trepćući žuti "kursor" na dnu LED trake. Dodirnite kapacitivnu tipku za dodavanje vremena u koracima od 15 sekundi. Svakih 15 sekundi prikazuje se kao ljubičasta točka. Kad dođete do 60 sekundi, ljubičaste točkice zamjenjuju se plavom točkom, koja predstavlja minutu. Držite gumb pritisnutim za neprekidno dodavanje minuta dok se gumb ne otpusti. Svaka točka od pet minuta obojena je u bijelo kako bi se lakše vidio ukupan broj.

NAČIN TIMINGA

Okretanjem mjerača vremena počinje odbrojavanje. Sve točke počinju svijetliti, bez obzira na ukupno vrijeme - ovo je moj odabir dizajna. Možete ga i programirati tako da svaka točka uvijek znači isto vrijeme.

Točke padaju jedna po jedna dok vrijeme ne istekne. Zatim mjerač vremena prikazuje šareno "finale" oko 15 sekundi. Za povratak u programski način rada okrenite mjerač vremena. Ponovno će se prikazati žuti kursor. Ako mjerač vremena ponovno pokrenete bez programiranja, upotrijebit će prethodnu količinu vremena.

Lijep dodatak ovom mjeraču vremena bio bi mali zvučnik za reprodukciju zvukova, osobito zvuk alarma na kraju.

NAČIN PAUZIRANJA

Tijekom vremenskog moda možete pauzirati mjerač vremena okretanjem za 90 stupnjeva i odlaganjem sa strane. Mjeračke točke zamrzavaju se na mjestu i lagano pulsiraju kako bi pokazale da mjerač vremena čeka ponovno pokretanje. Okrenite ga za nastavak mjerenja vremena ili na drugi način za povratak u programski način rada.

Nadam se da ćete uživati u ovom uređaju kao i ja!