MechWatch - ساعة رقمية مخصصة: 9 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

MechWatch هي ساعة قمت بتصميمها لتتمتع بمزايا Arduino من حيث المرونة ، لكنني أردت أن تبدو وكأنها مصنوعة بشكل احترافي قدر المستطاع. لتحقيق هذه الغاية ، تستخدم هذه التعليمات إلكترونيات متقدمة إلى حد ما لتركيب السطح (لا توجد اتصالات مكشوفة باللحام) ومعدات طحن CNC.

سأبدأ بكيفية قراءة الوقت ، مع توضيح في الصورة الثانية. هناك حلقتان من نوع LED ، إحداهما هي عقرب الساعات والأخرى تعمل كعقرب دقائق ، تشير من 1 إلى 12 على وجه الساعة التناظرية. نظرًا لأن عقرب الدقائق يمكن أن يتحرك بزيادات قدرها 5 دقائق فقط ، فهناك 4 مصابيح LED منفصلة لإظهار أي دقائق مفردة. كمثال ، تُظهر الصورة الثالثة الساعة التي تعرض 9:41.

يتم تفاعل الساعة من خلال مفتاح ثنائي الاتجاه على الجانب الذي ينزلق نحو العروات (للأمام / للخلف). لضبط الوقت:

1. اضغط مع الاستمرار على المفتاح حتى تنطفئ الأضواء. عندما يتم تحريره ، سيومض الوقت ويمكن دفع المفتاح لأعلى / لأسفل لتغيير الساعة

2. اضغط مع الاستمرار على المفتاح مرة أخرى حتى تنطفئ الأضواء للتبديل إلى ضبط الدقائق بنفس الطريقة

3. اضغط مع الاستمرار على المفتاح حتى تنطفئ الأضواء مرة أخرى لتوفير الوقت

4. إذا انتظرت وقتًا طويلاً أثناء ضبط الوقت دون الضغط على زر ، فستذهب الساعة إلى وضع السكون دون حفظ أي تغييرات

يوضح هذا التوجيه كيفية إنشاء ساعة كاملة ويوفر جميع ملفات المصدر المطلوبة.

الخطوة الأولى: تصميم الإلكترونيات

تحدد هذه الخطوة تفاصيل الإلكترونيات. الصورة الأولى هي الرسم التخطيطي الكهربائي ، ويوضح كيف يتم تحديد كل الأجزاء. تُظهر الصورة الثانية كيفية ترتيب اللوحة ، فالأعلى باللون الأحمر والأسفل باللون الأزرق.

لأي شخص مهتم بفاتورة المواد الدقيقة لجميع أجزاء الإلكترونيات بالإضافة إلى مكان شرائها ، فقد قمت بإرفاق ملف Excel بروابط ، بدلاً من جعل الجميع يتصفحون القائمة الطويلة.

أردت أن أبقي الجزء العلوي من لوحة الدائرة واضحًا نسبيًا مع جمالية تصميم متسقة ، لذلك وضعت المتحكم الدقيق في المنتصف وصنفت RTC و Crystal والمقاومات حوله. تحيط مصابيح LED بالخارج وحتى الآثار حول المرآة الخارجية هي جمالية التصميم الدائري.

لربط مصابيح LED بالمتحكم الدقيق ، يمكن ترتيبها في شبكة ، مما يتطلب 12 دبوس إدخال / إخراج رقمي لقيادتها. كذلك أرغب في استخدام ساعة الوقت الحقيقي (RTC) للحفاظ على الوقت حتى أتمكن من وضع وحدة التحكم الدقيقة في نوم عميق لتوفير الطاقة. يستخدم RTC طاقة أقل بكثير من وحدة التحكم الدقيقة ، مما يسمح بما يصل إلى 5 أيام بين الشحنات. للتواصل مع المتحكم الدقيق ، يتطلب RTC اتصال I2C. اخترت ATMEGA328P لأنه يفي بهذه المتطلبات وأنا على دراية باستخدامه بالفعل (يتم استخدامه في العديد من Arduinos أيضًا).

للتفاعل مع الساعة ، يحتاج المستخدم إلى نوع من التبديل ، لذلك وجدت مفتاحًا منزلقًا ثنائي الاتجاه يعود إلى المركز باستخدام الينابيع. يتم توصيل مفتاح انزلاقي خارجي بالمفتاح الكهربائي باستخدام مجموعة برغي.

قررت استخدام بطارية ليثيوم لتشغيل كل شيء وشحن Qi الاستقرائي لإعادة شحنها. كنت أرغب في تجنب استخدام أي نوع من الموصلات لإعادة شحن الساعة لأنها تقدم فتحات للسماح بدخول الأوساخ والمياه وربما تتآكل بمرور الوقت ، حيث تكون قريبة جدًا من الجلد. بعد قراءة أوراق بيانات أكثر مما قد يرغب أي شخص في ذلك ، استقرت على BQ51050BRHLT. يحتوي على مخططات مرجعية جيدة وشاحن بطارية ليثيوم مدمج (المساحة بسعر أعلى).

نظرًا لعدم وجود طريقة لطيفة لترتيب إلكترونيات الشحن Qi في الأعلى ، اضطررت إلى وضعها على الجزء الخلفي من اللوحة مع البطارية. يوجد المفتاح أيضًا في الخلف ، ولكن هذا لأنه موقع أفضل لإرفاق مفتاح خارجي.

الخطوة 2: تجميع الإلكترونيات

لقد قمت بترتيب كل القطع الإلكترونية تقريبًا في الصورة الأولى. لقد تركت العديد من المكثفات والمقاومات ، لأنها تبدو متشابهة جدًا ويسهل خلطها أو فقدها.

للحصول على اللحام على الفوط ، سأستخدم استنسل لحام. سرعان ما صنعت الحامل في الصورة الثانية للحفاظ على محاذاة لوحات الدوائر تحت الاستنسل ، ولكن هناك العديد من الخيارات السهلة المتاحة ، أبسطها هو الشريط.

تُظهر الصورة الثالثة الاستنسل محاذيًا على السبورة. تُظهر الصورة الرابعة تلطيخ معجون اللحام في فتحات الاستنسل. من المهم أن يتم رفع الاستنسل بشكل مستقيم بعد تطبيق اللحام. تكشف هذه الصورة أيضًا عن الطريقة المؤقتة التي أفعل بها ذلك لأنني لم أستخدم استنسلًا من قبل. في المرة القادمة لن أشتري الإطار. كان من الأسهل فقط لصق ورقة صغيرة بطول حافة واحدة بدون الإطار ، العيش والتعلم.

الآن مهمة شاقة وصعبة. ضع كل جزء من الأجزاء على السبورة بملاقط. توضح الصورة 7 الأجزاء الموضوعة والصورة 8 توضح لهم ملحوم.

يُظهر الفيديو بدلاً من الصورة السادسة عملية اللحام. أستخدم محطة لحام بالهواء الساخن مضبوطة على 450 درجة مئوية لإذابة اللحام دون إزعاج الأجزاء ، بالتناوب من الممكن استخدام فرن لحام للقيام بنفس الشيء. بعد لحام الجزء السفلي ، استخدم مقياسًا متعددًا مضبوطًا على وضع الاستمرارية للتحقق من وجود قصور بين المسامير المجاورة على IC. عند العثور على قطعة قصيرة ، استخدم مكواة لحام لسحبها بعيدًا عن الشريحة وكسرها.

عند اللحام مثل هذا ، من المهم تسخين اللوح ببطء لمدة دقيقة قبل الدخول في الذوبان. وإلا فإن الصدمة الحرارية يمكن أن تدمر الأجزاء. أود أن أقترح النظر في إرشادات أكثر تفصيلاً إذا لم تكن معتادًا على هذه الطريقة.

بعد ذلك ، من الضروري توصيل الملف بموصل السلكين وتثبيته فوق قاعدة الشحن. إذا سارت الأمور على ما يرام ، يجب أن يضيء مصباح الشحن الأخضر لمدة ثانية تقريبًا ثم ينطفئ. في حالة توصيل البطارية ، يجب أن يظل ضوء الشحن الأخضر مضاءً حتى انتهاء الشحن.

بعد أن يعمل الشحن كما هو متوقع ، فإن نفس العملية هي لحام الجانب العلوي من اللوحة. ملاحظة لمصابيح LED في الصورة 9 ، توجد علامة صغيرة في الجزء السفلي من مصابيح LED لإظهار الاتجاه. الجانب الذي يخرج منه الخط الصغير هو الطرف الضيق للمثلث في مخطط LED. من المهم التحقق من ذلك لكل مصباح LED مثبت على السطح تستخدمه لأن العلامات يمكن أن تختلف بين الشركات المصنعة المختلفة.

الخطوة الثالثة: برمجة واختبار الإلكترونيات

استخدم AVRISP mkII لبرمجة المتحكم الدقيق (اضغط مع الاستمرار على shift أثناء النقر فوق تحميل في Arduino IDE). من الممكن أيضًا استخدامه لنسخ أداة تحميل التشغيل بشكل طبيعي واستخدام الاتصال التسلسلي على ظهر الساعة باستخدام كبل FTDI. ولكن من خلال التحايل على أداة تحميل التشغيل والبرمجة مباشرة باستخدام AVR ISP mkII ، يبدأ الرمز بشكل أسرع عند التشغيل.

لقد أرفقت الرمز بهذه الخطوة أيضًا. إذا رغب أي شخص في إلقاء نظرة أكثر تعمقًا ، فقد قمت بالتعليق على الكود لشرح ما يفعله كل جزء. الهيكل العام للشفرة هو آلة الدولة. كل ولاية لديها جزء من الكود يتم تشغيله بالإضافة إلى شروط للانتقال إلى حالة مختلفة.

تتحكم الكثير من التعليمات البرمجية التي تتحكم في دبابيس الإدخال / الإخراج مباشرة في السجلات ، وهي أصعب قليلاً في القراءة ولكن يمكن أن تصل إلى 10 مرات أسرع في التنفيذ من الرقمية.

الخطوة 4: إعداد الآلات

يعد إعداد المعالجة لعلبة الساعة معقدًا إلى حد ما ويستغرق قدرًا كبيرًا من التحضير.

المطحنة التي أستخدمها هي Othermill v2 (يسمى الآن Bantam Tools) مع مجموعة أدوات تثبيت إصبع القدم. تسمح لي المشابك بإمساك قطعة العمل من الجانبين ، والتي أستخدمها في الإعداد الأول.

يتم تصنيع الساعة في ثلاثة إعدادات. الإعداد الأول يحتوي فقط على مادة البداية مثبتة على سرير CNC وتقطع الطاحونة الشكل الداخلي للساعة وتزيل جزءًا من السطح. يمكن رؤية إعداد برنامج المعالجة في الصورة السادسة.

يتطلب الإعداد الثاني تثبيتًا مخصصًا لتثبيت علبة الساعة من الداخل ، لذلك من الممكن قطع الشكل الخارجي العلوي للساعة بالكامل. يمكن رؤية التركيبات المخصصة في الصورة الأولى مع عرض مفجر في الصورة الثانية. تحتوي القطعة المركزية الصغيرة على فتحة ضغط ، لذلك عندما يتم شد المسمار ، ترفع القطعة وتدفع القطعتين الجانبيتين إلى داخل علبة الساعة ، وتثبتها في مكانها. يظهر برنامج التشغيل للإعداد الثاني في الصورة 7.

يتطلب الإعداد الثالث تثبيتًا مخصصًا آخر لتثبيت الساعة ؛ هذا هو أبسط قليلا. يتكون التركيب من قاعدة وقطعة تدخل داخل الساعة. يتم تسجيل القطعة الموجودة داخل الساعة بعمودين على القاعدة ومسامير في مكانها لتثبيت علبة الساعة رأسًا على عقب.

لقد قمت بتشكيل قطع التثبيت من قطع أكبر من الألومنيوم وتركتها متصلة بواسطة علامات تبويب. بعد تشكيل كلا الجانبين ، قمت بقطع علامات التبويب بمنشار التمرير ورملها بسلاسة.

لقد قمت بتضمين ملفات fusion360 CAD التي استخدمتها لصنع جميع الأجزاء (بما في ذلك علبة الساعة والمفتاح الجانبي) ، لكن استخدم حكمك الخاص إذا حاولت صنع الأجزاء. أنا لست مسؤولاً إذا حدث خطأ ما وانكسر.

تلميح لجعل التركيبات أكثر دقة: قم بتجهيز أي جزء يتعامل مع الماكينة أولاً ثم ضعها في مكانها النهائي ثم قم بتجهيزها بأبعاد نهائية. هذا يضمن عدم تراكم العديد من الأخطاء الصغيرة وإبقاء علبة الساعة في المكان الخطأ. هذه المعرفة جلبتها لك كومة من خردة الألومنيوم.

الخطوة 5: تصنيع العلبة

يمكن رؤية فراغ بدء الألومنيوم في الصورة الأولى. أستخدم منشار ثقب 1-1 / 4 لإزالة المركز ، وهذا يوفر الكثير من وقت المعالجة.

كما هو مذكور في الخطوة السابقة ، هناك 3 إعدادات لتصنيع العلبة. يظهر الإعداد الأول بعد المعالجة في الصورة 2. أستخدم أولاً مطحنة نهاية 1/8 بوصة (مسطحة في الجزء السفلي) لإزالة معظم المواد. ثم انتقل إلى مطحنة نهاية 1/32 بوصة لقطع المسمار 4 ثقوب. لقطع الخيوط في فتحات المسامير ، استخدم بعد ذلك مطحنة الخيوط M1.6 (من أدوات Harvey). الإعدادات المحددة التي أستخدمها موجودة في ملف Fusion360 CAD.

تُظهر الصورة 3 الإعداد الثاني مع انتهاء المعالجة وتوضح الصورة الرابعة الإعداد الثالث قبل المعالجة.

الإعداد الثاني يتم تشكيله باستخدام مطحنة نهاية 1/8 "لإزالة معظم المواد بسرعة ثم أستخدم مطحنة كروية 1/8" (نهاية مستديرة) لقطع الأسطح المنحنية. العمليات هي نفسها بالنسبة للإعداد الثالث أيضًا.

يتطلب الإعداد الثاني استخدام أداة متخصصة أخرى ، منشار قطع 3/4 بوصة مع جذع معدل بحيث يمكن أن يتلاءم بشكل وثيق مع حامل علبة الساعة. يدور منشار القطع بسرعة 16500 دورة في الدقيقة ويتحرك بسرعة 30 مم / دقيقة. هذه السرعة يدفع ما يمكن لـ Othermill القيام به ، لذلك قد يكون من الضروري إبطائه أكثر. هذه الخطوة موضحة في الفيديو أعلاه.

إذا كنت تتطلع إلى معرفة المزيد حول تفاصيل التصنيع باستخدام الحاسب الآلي ، فسأوجهك إلى NYC CNC على YouTube ، فهم يقومون بعمل أفضل مما يمكنني القيام به هنا.

للإشارة فقط لأولئك الذين يعرفون ما تعنيه ، فإن الإعدادات المستخدمة في الطاحونة الأخرى v2 لطاحونة نهاية 1/8 بوصة هي 16400 دورة في الدقيقة (163.5 م / دقيقة) ، 300 مم / دقيقة ، عمق القطع 1 مم وعرض 1.3 مم يقطع.

نظرًا لأن الطاحونة الأخرى لا تحتوي على ارتفاع z كافٍ لتثبيت الساعة على جانبها ، فأنا بحاجة إلى حفر ثقوب شريط الساعة يدويًا وفتحة المفتاح الجانبي. للمساعدة في تحديد موقعهم على الجوانب غير المنتظمة للساعة ، قمت بطباعة بعض الأدلة ثلاثية الأبعاد ، التي تظهر في الصور 5-7. للمساعدة في دقة الحفر ، من المهم إدخال ريشة الحفر إلى أقصى حد ممكن في ظرف الحفر ؛ هذا يجعل من الصعب على قليلا أن يتجول.

ثقب المفتاح الجانبي هو شكل غير دائري ، لذا فهو يحتاج إلى صقل بعد بدء التمرين ، والذي يتم باستخدام ملفات سويسرية. باستخدام الفرجار ، أقوم بقياس الفتحة الحالية وأرسلها إلى البعد الصحيح. يجب أن تكون الفتحة على بعد 4.6 مم من السطح العلوي و 3.8 مم من السطح السفلي و 25.8 مم من أبعد نقطة في كل عروة. أقترح مشاهدة Clickspring على YouTube للحصول على الإلهام أثناء ملء الحفرة.

الخطوة 6: تشغيل المفتاح الجانبي

تم تضمين الملفات المستخدمة في هذه الخطوة في ملف zip مرة أخرى في إعداد التشغيل الآلي.

يتم تشكيل المفتاح الجانبي بشكل مشابه جدًا لعلبة MechWatch. يتم طحنها بمطحنة نهائية 1/8 بوصة باستخدام نفس إعدادات العلبة.بعد ذلك ، استخدم مطحنة كروية 1/8 بوصة على الأسطح المنحنية ، نفس الإعدادات كما في السابق.

يظهر الإعداد الثاني في الصور 3-4 قبل وبعد المعالجة. مطحنة نهاية 1/8 بوصة ، مطحنة كروية 1/8 بوصة ، مطحنة نهاية 1/32 بوصة ثم مطحنة لولبية M1.6 (هناك ثقب ملولب لتثبيته على المفتاح الموجود على اللوحة).

أنا آلة التبديل من قطعة أكبر من الألومنيوم لسببين. السبب الأول هو أنه يمكنني تثبيت الجوانب وعدم طحن القطعة التي تمسكها عن طريق الخطأ. والثاني هو أنه عندما أضعه في الفتحة الخاصة بالعملية الثالثة ، لا يزال من الممكن تثبيته (انظر الصورة 5).

الخطوة 7: إعادة تصنيع العلبة

قاع الساعة مصنوع من الأكريليك ، ويجب أن يكون غير معدني بسبب الشحن الاستقرائي. أستخدم بعض قطع الألومنيوم لإبعادها عن الحافة (سمك كل منها 12.7 مم) وشريط على الوجهين لتثبيته في مكانه.

نظرًا لأن تصنيع البلاستيك أسهل بكثير من الألمنيوم ، فمن الممكن أن تكون أكثر قوة باستخدام إعدادات CNC. بدءًا من مطحنة نهاية 1/8 بوصة ، تكون الإعدادات 16500 دورة في الدقيقة ، ومعدل القطع 600 مم / دقيقة ، وعمق القطع 1.5 مم ، وعرض القطع 1 مم. لقص التفاصيل الدقيقة ، استخدم مطحنة نهاية 1/32 بوصة مع نفس الإعدادات ولكن عمق القطع 0.25 مم وعرض القطع 0.3 مم.

بعد قلب المسواك من سجل (يجب أن أستخدم مخزونًا أرق ، لكن هذا ما أملكه) انتهيت من ظهر الساعة. لها شكل مغناطيسي كهربائي مقطوع بها للحفاظ على الساعة رقيقة.

لإزالته من السرير ، أضع مفتاح ألين في الفتحة على شكل حرف t ونقبه برفق ، وانتقل إلى النقطة التالية عندما يبدأ في الارتخاء.

الخطوة الأخيرة هي أن تأخذ مثقابًا وقم بربط الثقوب الموجودة على الجانب السفلي برفق. أفعل هذا قلب المثقاب باليد. أجد أنه من الأسهل الحفاظ على التمركز والتحكم.

مرة أخرى ، تم تضمين الملفات المستخدمة في هذه الخطوة في ملف zip مرة أخرى في إعداد التشغيل الآلي.

الخطوة 8: شاهد التجميع

هذه هي الخطوة الأكثر مكافأة ، حيث يتم أخذ جميع الأجزاء وتجميعها في الساعة النهائية. تظهر جميع الأجزاء المرتبة (باستثناء شريط الساعة العريض 24 مم وقضبان الزنبرك السريعة التحرير بقطر 24 مم وطولها 1.5 مم) في الصورة 1.

الجزء الأول صعب نظرًا لأن حلقات o التي يبلغ قطرها 40 مم التي طلبتها هي في الواقع أقرب إلى 37 مم ، لذلك يجب أن يتم تمديدها وتثبيتها بسرعة. استخدم نهاية مفتاح الكرة Allen للضغط عليه في مكانه عن طريق لفه على طول الأخدود كما هو موضح في الصورة 2.

عندما يتم تثبيت الحلقة بشكل صحيح ، اضغط بقوة على الكريستال (بقطر 40 مم بسمك 1.5 مم) في علبة الساعة. يجب أن تثبت الحلقة o في مكانها بينما تكون غير مرئية تقريبًا.

حان الوقت الآن لتثبيت الإلكترونيات. أولاً ، امسح الجزء الداخلي من الكريستال بقطعة قماش خالية من النسالة وضع الإلكترونيات في العلبة ، مع الانتباه إلى المفتاح للحفاظ على الاتجاه مستقيماً. يجب أن يجلس PCB بإحكام في العلبة ، ولكن إذا كان مرتخيًا ، فيمكن تثبيته بقطرة صغيرة من الغراء الفائق على المفتاح لتثبيته في مكانه.

بمجرد إدخال الإلكترونيات ، يتناسب المفتاح الجانبي من خلال الفتحة وفوق المفتاح المثبت على PCB. يقوم برغي التثبيت M1.6 بتثبيت القطعتين معًا كما هو موضح في الصورة 4.

بعد ذلك ، تحتاج الكابلات الأطول الموجودة على الملف إلى طيها وربطها بحيث لا تحك أي جهات اتصال كهربائية مكشوفة.

الخطوة قبل الأخيرة هي إغلاق كل شيء ، وإرفاق العلبة البلاستيكية بالمسامير الأربعة M1.6. من المهم الانتباه إلى أن الشكل في الخلف يتماشى مع شكل الملف. قد يكون من الضروري تعديل موضع السلك بحيث يكون مناسبًا بشكل أفضل.

الخطوة الأخيرة هي إرفاق حزام الساعة باستخدام قضبان زنبركية سريعة التحرير (الصور 8-9). اعتمادًا على النطاق المختار ، قد يكون من الضروري تعديل النطاق للعمل مع القضبان الزنبركية. بالنسبة للشريط الشبكي لسمك القرش الموضح ، أستخدم قواطع سلكية لإنشاء ثقب صغير لاستيعاب آلية التحرير السريع.

الخطوة 9: الملاحظات النهائية

الساعة انتهت الآن!

بضع ملاحظات فقط: يمكن أن يصبح المفتاح الجانبي لزجًا بعض الشيء في بعض الأحيان ، لإصلاح هذا قد يكون من الضروري تكبير الفتحة أو ضبط موقع التبديل عن طريق فك برغي التثبيت ، مع الاستمرار في الضغط على المفتاح بالقرب من الجسم وإعادة شد المفتاح برغي.

لشحن الساعة ، قمت بعمل حامل شحن مخصص قائم على شاحن Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) كما هو موضح في الصورة الثانية ، لكن هذا موضوع لوقت آخر.

مهما كان الشاحن الذي يتم اختياره ، من المهم ملاحظة أنه لا يمكن أن يكون هناك معدن بين الملف والشاحن. نظرًا لأن السوار الذي اخترته من المعدن ، فإنه يحتاج إلى الالتفاف حول الشاحن

شكرًا على القراءة حتى النهاية ، أتمنى أن تكون قد تعلمت شيئًا. يسعدني مشاركة MechWatch بعد شهور من الإعداد.

الجائزة الأولى في مسابقة الساعات