MechWatch - prilagođeni digitalni sat: 9 koraka (sa slikama)

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

MechWatch je sat koji sam dizajnirao tako da ima prednosti Arduina u smislu fleksibilnosti, ali želio sam da izgleda i osjeća se što je moguće profesionalnije izrađen. U tu svrhu ovaj instruktor koristi prilično naprednu elektroniku za površinsko postavljanje (bez izloženih spojeva na lemljenje) i CNC opremu za glodanje.

Počet ću s čitanjem vremena, s ilustracijom na drugoj slici. Postoje dva LED prstena, jedan je kazaljka sata, a drugi djeluje kao minuta, pokazujući od 1-12 kao na analognom satu. Budući da se kazaljka za minute može pomicati samo u koracima od 5 minuta, postoje 4 zasebne LED diode za prikaz pojedinačnih minuta. Kao primjer, treća slika prikazuje sat s prikazom 9:41.

Interakcija sata vrši se putem dvosmjernog prekidača sa strane koji klizi prema ušicama (naprijed/natrag). Da biste postavili vrijeme:

1. pritisnite i držite prekidač dok se svjetla ne isključe. Kad se otpusti, vrijeme će treptati, a prekidač se može pritisnuti gore/dolje za promjenu sata

2. Ponovno pritisnite i držite prekidač dok se svjetla ne isključe kako biste na isti način prešli na postavljanje minuta

3. Pritisnite i držite prekidač dok se svjetla ponovno ne isključe kako biste uštedjeli vrijeme

4. Ako predugo čekate dok namještate vrijeme bez pritiskanja gumba, sat će jednostavno zaspati bez spremanja promjena

Ovo uputstvo opisuje kako napraviti kompletan sat i pruža sve potrebne izvorne datoteke.

Korak 1: Dizajn elektronike

Ovaj korak ocrtava specifičnosti elektronike. Prva slika je električna shema, koja prikazuje kako su svi dijelovi ocrtani. Druga slika prikazuje kako je ploča raspoređena, gornja je crvena, a donja plava.

Za sve koji su zainteresirani za točan popis materijala za sve elektroničke dijelove, kao i gdje ih kupujem, priložio sam excel datoteku s vezama, umjesto da natjeram sve da se pomaknu po dugačkom popisu.

Želio sam zadržati vrh ploče relativno čistim s dosljednom dizajnerskom estetikom, pa sam stavio mikrokontroler u sredinu i rasporedio RTC, kristal i otpornike oko njega. LED diode okružuju izvana, pa čak i tragovi oko vanjskog zrcala zrcale kružnu estetiku dizajna.

Za povezivanje LED dioda s mikrokontrolerom mogu se rasporediti u mrežu, zahtijevajući 12 digitalnih I/O pinova za njihovo pokretanje. Također želim koristiti sat u stvarnom vremenu (RTC) kako bih zadržao vrijeme kako bih mikrokontroler mogao uspavati radi uštede energije. RTC koristi znatno manje energije od mikrokontrolera, dopuštajući do 5 dana između punjenja. Za komunikaciju s mikrokontrolerom RTC -u je potrebna I2C komunikacija. Odabrao sam ATMEGA328P jer ispunjava ove zahtjeve i već sam upoznat s upotrebom (koristi se i u mnogim Arduinima).

Za interakciju sa satom korisniku je potrebna neka vrsta prekidača, pa sam pronašao dvosmjerni klizni prekidač koji se vraća u središte pomoću opruga. Vanjski klizni prekidač pričvršćuje se na električni prekidač pomoću vijka za podešavanje.

Odlučio sam koristiti litijevu bateriju za napajanje svega i Qi induktivno punjenje za ponovno punjenje. Htio sam izbjeći korištenje bilo kakvih priključaka za punjenje sata jer oni predstavljaju otvore za propuštanje prljavštine i vode i vjerojatno će s vremenom korodirati, budući da su tako blizu kože. Nakon što sam pročitao više podatkovnih listova nego što bi itko ikada želio, odlučio sam se za BQ51050BRHLT. Ima dobre referentne dijagrame i ugrađen punjač za litijeve baterije (prostor je na cijeni).

Budući da nije bilo lijepog načina za postavljanje elektronike za punjenje Qi na vrhu, morao sam je staviti na stražnju stranu ploče s baterijom. Prekidač se također nalazi na stražnjoj strani, ali to je zato što je to bolje mjesto za priključivanje vanjskog prekidača.

Korak 2: Montaža elektronike

Rasporedio sam gotovo sve dijelove elektronike na prvoj slici. Izostavio sam nekoliko kondenzatora i otpornika jer svi izgledaju vrlo slično i lako se miješaju ili gube.

Za lemljenje na jastučiće koristit ću matricu za lemljenje. Brzo sam napravio držač na drugoj slici kako bi ploče bile poravnate ispod šablone, ali na raspolaganju je nekoliko lakših opcija, a najjednostavnija je traka.

Treća slika prikazuje matricu poravnatu preko ploče. Četvrta slika prikazuje razmazivanje paste za lemljenje u rupe šablone. Važno je da se matrica podigne ravno prema gore nakon nanošenja lemljenja. Ova fotografija otkriva i improvizirani način na koji to radim jer nikad prije nisam koristila matricu. Sljedeći put ne bih kupio okvir. Bilo bi lakše samo zalijepiti manji list uz jedan rub bez okvira, živjeti i učiti.

Sada dosadan i težak zadatak; stavite svaki od dijelova na ploču pincetom. Na slici 7 prikazani su postavljeni dijelovi, a na slici 8 lemljeni.

Video umjesto 6. slike prikazuje proces lemljenja. Koristim stanicu za lemljenje vrućim zrakom postavljenu na 450C da otopim lem bez ometanja dijelova, naizmjenično je moguće koristiti i lemilicu za istu stvar. Nakon lemljenja dna, pomoću multimetra postavljenog na način kontinuiteta provjerite ima li kratkih spojeva između susjednih pinova na IC -u. Kad se pronađe kratki spoj, lemilicom ga odvucite od čipa i slomite.

Prilikom ovakvog lemljenja važno je polako zagrijati ploču nekoliko minuta prije nego što krenete u talinu. U protivnom toplinski udar može uništiti dijelove. Predlažem da pogledate detaljnije upute ako niste upoznati s ovom metodom.

Zatim je potrebno spojiti zavojnicu na 2 -žični konektor i držati je iznad baze za punjenje. Ako je sve prošlo dobro, zeleno svjetlo za punjenje bi se trebalo uključiti oko sekunde, a zatim isključiti. Ako je baterija spojena, zeleno svjetlo za punjenje treba ostati uključeno sve dok se ne napuni.

Nakon što punjenje radi kako se očekuje, isti je postupak lemljenja gornje strane ploče. Napomena za LED diode na slici 9, na dnu LED dioda nalazi se mala oznaka koja pokazuje orijentaciju. Strana prema kojoj izlazi mala crta je uski kraj trokuta u LED shemi. Važno je to provjeriti za svaku LED površinsku montažu koju koristite jer se oznake mogu razlikovati među različitim proizvođačima.

Korak 3: Programiranje i testiranje elektronike

Za programiranje mikrokontrolera upotrijebite AVRISP mkII (pritisnite i držite shift dok kliknete na upload u Arduino IDE -u). Moguće ga je koristiti i za jednostavno snimanje pokretačkog programa kao i za korištenje serijske veze na stražnjoj strani sata pomoću FTDI kabela. Ali zaobilaženjem pokretačkog programa i izravnim programiranjem s AVR ISP mkII kod počinje brže pri uključivanju.

Priložio sam kôd i ovom koraku. Ako bi netko želio detaljnije pogledati, komentirao sam kod kako bih objasnio što svaki dio radi. Opća struktura koda je stroj za stanje. Svaka država ima dio koda koji pokreće, kao i uvjete za prelazak u drugo stanje.

Veći dio koda koji kontrolira I/O pinove izravno kontrolira registre, malo je teže za čitanje, ali može biti i do 10x brže u izvođenju od digitalnog. Napišite ili pročitajte.

Korak 4: Postavljanje strojne obrade

Postavljanje obrade kućišta sata prilično je složeno i zahtijeva dobru pripremu.

Mlin koji koristim je Othermill v2 (sada se zove Bantam Tools) s kompletom stezaljki za prste. Stezaljke mi omogućuju držanje radnog komada sa strana, što koristim za prvo postavljanje.

Strojna obrada sata vrši se u tri postavke. Pri prvom postavljanju početni materijal je samo pričvršćen za CNC podlogu, a mlin izrezuje unutarnji oblik sata i uklanja dio površine. Postavljanje softvera za strojnu obradu može se vidjeti na 6. slici.

Drugo postavljanje zahtijeva prilagođeno učvršćenje za držanje kućišta sata iznutra, pa je moguće izrezati cijeli gornji vanjski oblik sata. Prilagođeno učvršćenje može se vidjeti na prvoj slici s eksplodiranim prikazom na drugoj slici. Mali središnji komad ima izrezanu rupu pa kad se zategne vijak, podiže komad i tjera dva bočna dijela u kućište sata držeći ga na mjestu. Softver za obradu za drugo postavljanje prikazan je na slici 7.

Treće postavljanje zahtijeva drugo prilagođeno učvršćenje za držanje sata; ovaj je malo jednostavniji. Uređaj se sastoji od podnožja i komada koji ide unutar sata. Komad unutar sata registriran je s dva stupa na podnožju i vijcima koji drže kućište sata naopako.

Izrađivao sam dijelove učvršćenja od većih komada aluminija i ostavio ih spojenim jezičcima. Nakon što su obje strane obrađene, rezačem sam prerezao jezičke i glatko ih izbrusio.

Uključio sam fusion360 CAD datoteke koje sam koristio za izradu svih dijelova (uključujući kućište sata i bočni prekidač), ali poslužite se vlastitom prosudbom ako pokušate izraditi dijelove. Nisam odgovoran ako nešto pođe po zlu i pokvari se.

Savjet za precizniju instalaciju: najprije izradite bilo koji dio koji se poveže sa strojem, a zatim ga postavite na konačno mjesto, a zatim ga izradite do konačnih dimenzija. To osigurava da se mnoge male pogreške ne slože i drže kućište sata na pogrešnom mjestu. Ovo znanje vam donosi hrpa otpadnog aluminija.

Korak 5: Obrada kućišta

Početna aluminijska praznina može se vidjeti na prvoj slici. Koristim pilu za rupe od 1-1/4 za uklanjanje središta, što štedi dosta vremena za obradu.

Kao što je spomenuto u prethodnom koraku, postoje 3 postavke za obradu kućišta. Prvo postavljanje nakon strojne obrade prikazano je na slici 2. Prvo koristim 1 1/8 "krajnju glodalicu (ravnu na dnu) za uklanjanje većine materijala. Zatim prelazim na krajnju glodalicu 1/32" da prerežem 4 vijka rupe. Za rezanje navoja u otvorima za vijke zatim koristim mlin za navoje M1.6 (iz Harvey alata). Konkretne postavke koje koristim sadržane su u datoteci Fusion360 CAD.

Slika 3 prikazuje drugu postavku s završenom obradom, a četvrta slika prikazuje treću postavku prije obrade.

Druga postavka je strojno obrađena pomoću glodala od 1/8 "za brzo uklanjanje većine materijala, a zatim za rezanje zakrivljenih površina koristim kuglasti mlin od 1/8" (okrugli kraj). Operacije su iste i za treće postavljanje.

Drugo postavljanje zahtijeva upotrebu drugog specijaliziranog alata, 3/4 pile za rezanje s modificiranom sjenicom tako da se može usko uklopiti s držačem kućišta sata. Pila za rezanje vrti se pri 16500 o/min i pomiče se 30 mm/min. Ova brzina gura ono za što je Othermill sposoban, pa bi moglo biti potrebno još ga usporiti. Ovaj je korak prikazan u gornjem videu.

Ako želite saznati više o specifičnostima CNC strojne obrade, uputit ću vas na NYC CNC na YouTubeu. Oni rade bolji posao nego što sam ja ikada mogao ovdje.

Samo za referencu onima koji znaju što to znači, postavke koje se koriste na drugom mlinu v2 za 1/8 završni mlin su 16400 o/min (163,5 m/min), 300 mm/min, 1 mm dubine reza i 1,3 mm širine izrezati.

Budući da druga glodalica nema dovoljnu visinu z za držanje sata na boku, moram ručno izbušiti rupe za traku za sat i rupu za bočni prekidač. Kako bih ih lakše pronašao na stranicama nepravilnog oblika sata, 3D sam ispisao neke vodiče, prikazane na slikama 5-7. Kako bi se poboljšala točnost bušenja, važno je svrdlo uvući što je više moguće u steznu glavu; to otežava bit lutanja.

Bočna rupa prekidača nije okruglog oblika pa je potrebno doraditi nakon početka bušenja, što se radi pomoću švicarskih turpija. Pomoću čeljusti mjerim trenutnu rupu i arhiviram je u ispravnu dimenziju. Rupa bi trebala biti 4,6 mm od gornje površine, 3,8 mm od donje površine i 25,8 mm od najudaljenije točke svake ušice. Predlažem da gledate Clickspring na YouTubeu za inspiraciju dok popunjavate rupu.

Korak 6: Obrada bočnog prekidača

Datoteke korištene u ovom koraku uključene su u zip datoteku natrag u postavke strojne obrade.

Bočni prekidač obrađen je vrlo slično kućištu MechWatch. Mlje se 1/8 "krajnjim mlinom koristeći iste postavke kao i kućište. Zatim upotrijebite 1/8" kuglasti mlin na zakrivljenim površinama, iste postavke kao i prije.

Drugo postavljanje vidi se na slikama 3-4 prije i nakon obrade. 1/8 "krajnji mlin, 1/8" kuglasti mlin, 1/32 "krajnji mlin zatim M1,6 navojni mlin. (Postoji rupa s navojem za držanje do prekidača na ploči).

Mašinu izrađujem iz većeg komada aluminija iz dva razloga. Prvi razlog je taj što mogu stegnuti stranice i ne slučajno glodati komad koji ga drži. Drugi je slučaj da ga, kad ga postavim u utor za treću operaciju, još uvijek može stegnuti (vidi sliku 5).

Korak 7: Obrada kućišta natrag

Donji dio sata izrađen je od akrila, mora biti nemetalni zbog induktivnog punjenja. Koristim neke aluminijske rezove kako bih ih razmaknuo od ruba (svaki debljine 12,7 mm) i dvostranu traku kako bih je držao na mjestu.

Budući da se plastika mnogo lakše obrađuje od aluminija, moguće je biti agresivniji s postavkama CNC -a. Počevši od 1/8 "krajnjeg mlina, postavke su 16500 okretaja u minuti, brzina rezanja 600 mm/min, dubina rezanja 1,5 mm i širina reza 1 mm. Za rezanje finih detalja upotrijebite glodalicu od 1/32" s iste postavke, ali dubina reza 0,25 mm i širina reza 0,3 mm.

Nakon što sam čačkalicom okrenuo trupac (trebao bih koristiti tanje zalihe, ali ovo imam) sat imam natrag gotov. Ima urezan oblik elektromagneta kako bi sat ostao tanak.

Da bih ga izvadio iz kreveta, stavio sam imbus ključ u t-utor i nježno ga podignuo, prešavši na sljedeću točku kad se počne popuštati.

Posljednji korak je uzimanje bušilice i nježno upuštanje rupa na donjoj strani. To radim ručno okrećući svrdlo. Lakše mi je držati usredotočeno i pod kontrolom.

Ponovno su datoteke korištene u ovom koraku uključene u zip datoteku natrag u postavu strojne obrade.

Korak 8: Gledajte montažu

Ovo je najvredniji korak, uzeti sve dijelove i sastaviti ih u posljednji sat. Svi raspoređeni dijelovi (minus 24 mm široka traka za sat i 24 mm dugačke opružne šipke promjera 1,5 mm promjera) prikazani su na slici 1.

Prvi je dio lukav jer su o-prstenovi promjera 40 mm koje sam naručio zapravo bliži 37 mm, pa ih je potrebno brzo rastegnuti i instalirati. Upotrijebite završetak imbus ključa s kuglicom da ga pritisnete na mjesto valjajući ga po utoru kao što je prikazano na slici 2.

Kad je O-prsten pravilno postavljen, čvrsto pritisnite kristal (promjera 40 mm debljine 1,5 mm) u kućište sata. O-prsten trebao bi ga držati na mjestu dok je gotovo nevidljiv.

Sada je vrijeme za instaliranje elektronike. Najprije obrišite unutrašnjost kristala krpom koja ne ostavlja dlačice i postavite elektroniku u kućište, pazeći na ključ kako bi orijentacija ostala ravna. PCB bi trebao čvrsto sjediti u kućištu, ali ako je labav, može se učvrstiti malom kapljicom super ljepila na ključu kako bi ga držao na mjestu.

Nakon što je elektronika uključena, bočni prekidač prolazi kroz rupu i preko prekidača montiranog na PCB. M1.6 vijak za držanje drži dva komada zajedno kako je prikazano na slici 4.

Zatim se duži kabeli na zavojnici moraju presaviti i ugurati tako da ne trljaju izložene električne kontakte.

Pretposljednji korak je zatvoriti sve i pričvrstiti plastično kućište s 4 vijka M1,6. Važno je obratiti pažnju da se oblik stražnjice poravnava s oblikom zavojnice. Možda će biti potrebno prilagoditi postavljanje žice kako bi bolje pristajalo.

Posljednji korak je pričvršćivanje remena za sat pomoću opružnih šipki za brzo otpuštanje (slike 8-9). Ovisno o odabranom pojasu, možda će biti potrebno modificirati traku za rad s opružnim šipkama. Za prikazanu traku s mrežom od morskog psa, pomoću rezača žice stvaram malu rupu za smještaj mehanizma za brzo otpuštanje.

Korak 9: Završne napomene

Sat je sada gotov!

Samo nekoliko napomena: bočni prekidač ponekad može postati malo ljepljiv, da biste to popravili, možda će biti potrebno povećati rupu ili prilagoditi mjesto prekidača otpuštanjem vijka za držanje, držanjem prekidača blizu tijela i ponovnim zatezanjem vijak.

Za punjenje sata napravio sam prilagođeno postolje za punjenje zasnovano na Adafruit Qi punjaču (https://www.adafruit.com/product/2162) viđenom na drugoj slici, ali to je tema za neki drugi put.

Koji god punjač odaberete, važno je napomenuti da između zavojnice i punjača ne može biti metala. Budući da je bend koji sam odabrao metal, mora zaobići punjač

Hvala što ste pročitali do kraja, nadam se da ste nešto naučili. Sretan sam što mogu podijeliti MechWatch nakon mjeseci stvaranja.

Prva nagrada na natjecanju satova