ساعة التروس الكوكبية: 6 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:36

الساعات الميكانيكية (القديمة) ممتعة بشكل لا يصدق ومشاهدة ممتعة ، ولكن للأسف يكاد يكون من المستحيل بناء نفسك. تفتقر الساعات الميكانيكية أيضًا إلى إهمال التكنولوجيا الرقمية الدقيقة المتاحة اليوم. يوضح لك هذا Instructable طريقة للجمع بين أفضل ما في العالمين ؛ من خلال قيادة عقارب الساعة الميكانيكية عبر علبة تروس كوكبية بمحرك متدرج واردوينو!

اللوازم

المكونات العامة:

• ورقة الخشب والاكريليك 5 مم
• مسامير M5 (غاطسة) ، غسالات وصواميل
• المواجهات ثنائي الفينيل متعدد الكلور
• مسامير M3 للمحرك السائر

المكونات الكهربائية:

• سائق السائر (استخدمت L293d)
• أي نوع من أنواع اردوينو
• ساعة الوقت الحقيقي (استخدمت DS3231)
• مستشعر تأثير القاعة (استخدمت A3144)
• 5mm مغناطيس نيوديم
• أزرار لإدخال المستخدم
• 10 كيلو المقاوم
• مكثف 100 فائق التوهج 25 فولت
• مقبس DC
• 5V 2A DC امدادات الطاقة
• بطارية RTC (cr2032 في حالتي)

المكونات الميكانيكية:

• أي نوع من 1.8 درجة / محرك متدرج مع محور 5 مم
• حزام توقيت GT2 400 مم
• GT2 60 سن 5 مم بكرة المحور
• GT2 20 سن 5 مم بكرة المحور
• 5x16x5 مم تحمل (3x)
• 5x16x5 مم محمل ذو حواف (2x)
• قضيب ملولب M5x50

الخطوة الأولى: تصميم التروس وصنعها

كان أحد أهداف هذا المشروع هو امتلاك محرك واحد يقود الساعة بأكملها ، على غرار الساعة الميكانيكية الحقيقية حيث تقود آلية هروب واحدة الساعة بأكملها. ومع ذلك ، يحتاج عقرب الدقائق إلى إجراء 12 دورة في الوقت الذي يقوم فيه عقرب الساعات بدورة واحدة. هذا يعني أن هناك حاجة إلى علبة تروس تخفيض 1:12 لقيادة كلتا اليدين بمحرك واحد. قررت أن أفعل ذلك باستخدام علبة تروس كوكبية ، يشرح الفيديو المضمن بشكل جميل كيف يعمل هذا النوع من علبة التروس.

كانت الخطوة التالية بالنسبة لي هي تحديد عدد الأسنان للتروس المختلفة لإنشاء نسبة 1:12. كان هذا الموقع مفيدًا جدًا ويحتوي على جميع المعادلات المطلوبة. لقد أرفقت ترس الشمس بعقرب الدقائق وحامل الكوكب بعقرب الساعة ، وتركت ترس الحلقة ثابتًا. دعونا نجري القليل من الرياضيات!

• S = عدد الأسنان على ترس الشمس
• R = عدد الأسنان الموجودة على الترس الحلقي
• P = عدد الأسنان على ترس الكوكب

يتم تحديد نسبة التروس (i) من خلال:

أنا = S / R + S.

لاحظ أن عدد الأسنان على ترس الكوكب لا يهم بالنسبة لنسبة التروس في هذه الحالة ، لكننا نحتاج إلى احترام القيد العام:

P = (R - S) / 2

بعد بعض الحيرة انتهى بي الأمر باستخدام الأرقام التالية: S = 10 ؛ ص = 110 ؛ ف = 50 ؛ يبدو أنهم على حافة ما هو ممكن نظرًا لوجود خلوص ضئيل جدًا بين التروس الكوكب ، لكنه يعمل!

يمكنك رسم التروس في برنامج CAD المفضل لديك ، ومعظمها يحتوي على ملحقات تروس خاصة. يمكنك أيضًا استخدام الملفات المرفقة بهذا Instructable. بالطبع. لاحظ أن جميع التروس ، على الرغم من اختلاف أحجامها ، لها نفس درجة السن.

اعتقدت أنه سيكون من الرائع صنع هذه التروس من الألومنيوم 5 مم وتواصلت مع متجر محلي مزود بنفث الماء إذا كان بإمكانهم قطع هذه التروس من أجلي. في العادة ، لن تصنع أبدًا التروس باستخدام قواطع المياه ، لكنها تروس منخفضة الأداء للغاية. والمثير للدهشة أنهم وافقوا على المحاولة ، لكن هذه الخطة فشلت فشلاً ذريعًا. كانت الأجزاء ببساطة صغيرة بالنسبة إلى النافثة المائية وبدأت في التحرك أثناء القطع.

كانت هذه الانتكاسة تعني أن الوقت قد حان للخطة ب ، لذلك اشتريت بعض الأكريليك الأسود دخان 5 مم ووجدت مكانًا به قاطع ليزر ، والذي لم يكن لديه مشكلة في قطع التروس. إذا لم يكن لديك قاطع ليزر متاح ، يمكنك أيضًا استخدام طابعة ثلاثية الأبعاد لهذه التروس ، وقد قمت بتضمين ملفات STL (قد يلزم تقسيم الترس الدائري إلى 3 أجزاء).

بعد القطع ، أضغط على المحامل المجهزة في تروس الكوكب. للحصول على الملاءمة المناسبة ، قمت بعمل قطعة اختبار من الأكريليك بها عدة فتحات قطر كل منها أكبر قليلاً (خطوات 0.05 مم). بعد العثور على الإعداد مع الملاءمة الصحيحة ، قمت بتغيير حجم الثقب في تروس الكوكب إلى هذا الإعداد. يختلف هذا الأمر باختلاف مادة ونوع الماكينة ، لذا يجب عليك دائمًا القيام بذلك بنفسك.

الخطوة 2: تجميع نظام التروس

لتجميع التروس ، هناك حاجة إلى إطار الساعة. الآن هذا هو الجزء الذي يمكنك من خلاله إطلاق العنان لإبداعك لأن شكل الإطار غير مهم نسبيًا طالما أن جميع فتحات المسامير في المكان المناسب. اخترت عمل الكثير من الثقوب في لوحة الاتصال واللوحة الخلفية للتأكيد على آلية التروس. هذا أيضًا هو السبب في أن حاملات الكوكب وعقرب الدقائق هي نوع من الشفرة ، ولكنها أيضًا تبدو رائعة!

لقد استخدمت مرة أخرى قاطع الليزر لصنع هذه الأجزاء ، وبما أن أجزاء الأكريليك كانت بسمك 5 مم ، فقد صنعت أيضًا الأجزاء الخشبية بسمك 5 مم. كانت جميع الثقوب الموجودة في لوحة الاتصال وحامل الكوكب غاطسة لاستيعاب البراغي المطابقة.

يعمل المحور المركزي للساعة في اتجاهين داخل حاملات الكوكب. منذ أن صنعت هذا المحور من مخزون شريط 5 مم ، فإنه يتمتع بإحكام شديد داخل المحامل ولم أتمكن من تفكيك هذه المكونات بعد الآن. سيكون من الأسهل كثيرًا استخدام قطعة من خيط M5 لأنك لن تضطر أيضًا إلى قطع الخيط الخاص بك بعد الآن (إذا أدركت ذلك مسبقًا …). لإيقاف دوران العتاد الشمسي حول المحور ، فإنه يحتوي على ثقب على شكل حرف D ، لذلك يحتاج المحور أيضًا إلى وضعه في هذا الشكل D. عندما يتم تثبيت ترس الشمس حول المحور ، يمكنك تجميع المحور ، ولا تنس حاملات الكواكب إذا كنت تستخدم محامل ذات حواف! تحقق من العرض المفجر للحصول على تعليمات التجميع.

عندما يتم تثبيت المحور المركزي ، حان الوقت لتروس الكوكب. هذه تحتاج أيضًا إلى غسالات صغيرة ، تمامًا مثل المحور المركزي ، للتأكد من أن التروس تعمل بسلاسة. بمجرد تثبيت كل شيء على حاملات الكوكب ، تحقق مما إذا كانت تروس الكوكب وعتاد الشمس يعملان بسلاسة.

يمكن الآن تركيب الجزء المركزي في إطار الساعة. هذه مهمة شاقة ، لكن غرز البراغي في اللوحة الأمامية وتثبيتها في مكانها يساعد كثيرًا. قد يكون من المفيد أيضًا رفع اللوحة الأمامية لتوفير مساحة لعقرب الدقائق. تظهر الصور أنني وضعت ست قطع صغيرة من الورق بين حلقة التروس واللوحة الخلفية لإعطاء القليل من الخلوص للتروس. عند إدخال حامل الكوكب ، تأكد من أن الأقراص تشير إلى موقع معقول (إذا كان عقرب الدقائق jour يشير إلى 12 ، فلا ينبغي أن يكون عقرب الساعات بين ساعتين من المثال)

الخطوة 3: توصيل السائر والمستشعر

الآن بعد أن أصبح لدينا آلية تروس تقود العقارب بشكل صحيح ، ما زلنا بحاجة إلى قيادة آلية التروس بشكل صحيح. يمكن استخدام أنواع مختلفة من المحركات الكهربائية ، اخترت محركًا متدرجًا لأنه يمكن أن يقوم بحركات دقيقة بدون مستشعرات ردود الفعل الزاويّة الثابتة. يمكن للمحرك المتدرج أيضًا إصدار صوت "نقرة" حقيقي ، وهو أمر رائع للساعة شبه الميكانيكية!

يمكن للمحرك السائر العادي أن يقطع 200 خطوة في كل دورة ، وهو ما يترجم إلى 200 خطوة في الساعة إذا قمنا بتوصيله بعقرب الدقائق. قد يعني هذا فاصلًا مدته 18 ثانية لكل خطوة ، والذي لا يبدو بعد كساعة موقوتة. لذلك استخدمت ناقل حركة بنسبة 1: 3 بين محرك السائر وعقارب الدقائق ، لذلك يحتاج محرك السائر إلى قطع 600 خطوة في الساعة. باستخدام وضع نصف الخطوة ، يمكن زيادتها إلى 1200 خطوة في الساعة ، أي ما يعادل خطوة واحدة لكل 3 ثوانٍ. يبدو أفضل!

إحدى المشكلات التي تواجهك مع المحركات السائر هي أنك لا تعرف أبدًا مكان وجودها عند تشغيل بطاقة Arduino. هذا هو السبب في أن جميع الطابعات ثلاثية الأبعاد لها نقاط توقف نهائية ، بحيث يمكنك نقل الطابعة إلى موضع معروف ثم المتابعة من تلك النقطة. هذا ضروري أيضًا للساعة ، لن يعمل سوى نقطة توقف نهائية لأن الساعة يجب أن تقوم بتدوير مستمر. لإدراك هذا الإحساس بالموضع ، استخدمت مستشعر تأثير القاعة A3144 الذي يستشعر مغناطيسًا (تحقق من القطبية!….) متصل بحامل الكوكب. يستخدم هذا لتحريك اليدين إلى موضع محدد عند بدء التشغيل ، وبعد ذلك يمكنهم الانتقال إلى الوقت المطلوب.

التجميع بسيط للغاية ؛ قم بتوصيل محرك السائر باللوحة الخلفية ، وترك البراغي فضفاضة قليلاً. ثم يمكنك تركيب البكرة الصغيرة على محور محرك السائر والتحقق مما إذا كان حزام التوقيت يعمل بشكل مستقيم. يمكنك الآن تحريك محرك السائر لضبط التوتر على حزام التوقيت. يحتاج حزام التوقيت إلى القليل من اللعب للتأكد من أنك لا تضع أي ضغط على التروس. العب مع هذا الإعداد حتى تشعر بالرضا ، ثم شد براغي محرك السائر تمامًا.

يتم لصق مستشعر تأثير القاعة في مكانه. من الأفضل لحام ثلاثة أسلاك في المستشعر أولاً ، مع التأكد من تقليص الحرارة حول كل ساق من المستشعر حتى لا يتمكنوا من تقصير بعضهم البعض. بعد اللحام يمكن لصق المستشعر في مكانه. لا يهم حقًا الجانب العلوي ، طالما أنك لم تقم بتوصيل المغناطيس بعد. بعد لصق المستشعر في مكانه ، قم بتوصيله بـ Arduino أو دائرة LED صغيرة لاختبار ما إذا كان يعمل. (ملاحظة: لا يعمل مستشعر تأثير القاعة إلا إذا كانت خطوط المجال المغناطيسي تسير في الاتجاه الصحيح). باستخدام دائرة الاختبار هذه ، تحقق من كيفية لصق المغناطيس. بمجرد أن تكون متأكدًا تمامًا من أي جانب من المغناطيس يجب أن يواجه المستشعر ، قم بلصق المغناطيس في مكانه.

الخطوة 4: الإلكترونيات التي تصنع الساعة

يمكنك استخدام كود اردوينو بسيط للغاية يقوم بعمل نصف خطوة مع المحرك ثم يأخذ تأخير 3000 مللي ثانية حتى الخطوة التالية. قد يعمل هذا ولكنه ليس دقيقًا جدًا لأن ساعة Arduino الداخلية ليست دقيقة للغاية. ثانيًا ، سوف ينسى Arduino الوقت في كل مرة يفقد فيها الطاقة.

لتتبع الوقت ، من الأفضل استخدام ساعة الوقت الفعلي. هذه الأشياء عبارة عن شرائح مصممة خصيصًا مع بطارية احتياطية تتعقب بدقة الوقت. بالنسبة لهذا المشروع ، اخترت DS3231 RTC الذي يمكنه التواصل مع Arduino عبر i2c ، مما يجعل الأسلاك سهلة. بمجرد ضبط الوقت بشكل صحيح على شريحته ، لن ينسى أبدًا الوقت (طالما أن بطارية cr2032 بها بعض العصير). تحقق من هذا الموقع للحصول على جميع التفاصيل حول هذه الوحدة.

يتم تشغيل محرك السائر باستخدام محرك L293d. تستخدم بعض محركات السائر الأكثر تقدمًا إشارة PWM للخطوة الدقيقة والقيود الحالية. يمكن أن تصدر إشارة PWM ضوضاء زقزقة مزعجة يعرفها كل صانع (خاصة إذا كنت تمتلك طابعة ثلاثية الأبعاد). نظرًا لأنه من المفترض أن تصبح هذه الساعة جزءًا من داخلك ، فإن الأصوات السيئة غير مرغوبة. لذلك قررت استخدام برنامج تشغيل المحرك l293d منخفض التقنية للتأكد من أن ساعتي صامتة (إلى جانب التنقل كل 3 ثوانٍ ، لكن هذا ممتع حقًا!). تحقق من هذا الموقع للحصول على وصف تفصيلي لشريحة l293d. لاحظ أنني أقوم بتشغيل محرك السائر عند 5 فولت مما يقلل من استهلاك الطاقة ودرجة حرارة محرك السائر.

كما ذكرنا سابقًا ، أستخدم مستشعر تأثير هول لاكتشاف مغناطيس ملتصق بحامل الكوكب. مبدأ تشغيل المستشعر بسيط للغاية ، فهو يغير الحالة عندما يكون المغناطيس قريبًا بدرجة كافية. بهذه الطريقة يمكن أن يكتشف Arduino ارتفاعًا أو انخفاضًا رقميًا وبالتالي اكتشاف ما إذا كان المغناطيس قريبًا. تحقق من هذا الموقع الذي يوضح كيفية توصيل المستشعر ويظهر الرمز البسيط المستخدم لاكتشاف المغناطيس.

أخيرًا وليس آخرًا ، أضفت 4 أزرار لإدخال المستخدم إلى PCB. يستخدمون مقاومات السحب الداخلية Arduino لتبسيط الأسلاك. يحتوي PCB أيضًا على رؤوس في تكوين Uno ، لذا يمكنني إضافة دروع Arduino للتوسعات المحتملة (لم أفعل ذلك حتى الآن).

قمت أولاً باختبار كل شيء على لوح التجارب الخاص بي ، ثم قمت بتصميم وطلب ثنائي الفينيل متعدد الكلور مخصص لهذا المشروع ، لأنه يبدو رائعًا! يمكنك أيضًا تركيب PCB على الجزء الخلفي من ساعتك إذا كنت لا تريد النظر إليها.

يمكن تنزيل ملفات Gerber الخاصة بـ PCB من محرك الأقراص الخاص بي ، ولا تسمح لي Instructables بتحميلها لسبب ما. استخدم هذا الرابط لمحرك جوجل الخاص بي.

الخطوة 5: برمجة Arduino

الكود الأساسي لـ Arduino في الواقع بسيط للغاية. لقد أرفقت مخططًا يتخيل ما يحدث داخل Arduino وكيف يتفاعل Arduino مع الأجهزة الأخرى. لقد استخدمت العديد من المكتبات لتبسيط الترميز.

• Accelstepper -> يتعامل مع تسلسل الخطوات للمحرك السائر ، ويتيح لك إعطاء أوامر بديهية مثل: Stepper.runSpeed () ، أو Stepper.move () التي تتيح لك التحرك بسرعة معينة أو إلى موضع معين على التوالي.
• السلك -> هذا مطلوب لاتصال i2c ، حتى عند استخدام RTClib
• RTClib -> يتعامل مع الاتصال بين Arduino و RTC ، ويتيح لك إعطاء أوامر بديهية مثل rtc.now () التي ترجع الوقت الحالي.
• OneButton -> يتعامل مع إدخال الزر ويكتشف الضغطات ثم يقوم بتشغيل فراغ محدد مسبقًا للقيام بشيء ما. يمكن الكشف عن ضغطات مفردة أو مزدوجة أو طويلة.

عند كتابة رمز لساعة من المهم جدًا تجنب وجود متغيرات تستمر في الزيادة. نظرًا لأن كود Arduino سيعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ، فستزداد هذه المتغيرات بسرعة أكبر وأكبر وستؤدي في النهاية إلى تجاوز. على سبيل المثال ، لا يُطلب من محرك السائر أبدًا الانتقال إلى موضع معين ، لأن هذا الوضع سيزداد بمرور الوقت فقط. بدلاً من ذلك ، يُطلب من المحرك السائر تحريك عدد معين من الخطوات في اتجاه معين. بهذه الطريقة لا يوجد متغير مركز يزداد بمرور الوقت.

في المرة الأولى التي تقوم فيها بتوصيل RTC ، تحتاج إلى ضبط وقت الشريحة ، هناك جزء من التعليمات البرمجية يمكنك إلغاء التعليق الذي يضبط وقت RTC مساويًا لوقت الكمبيوتر (الوقت الذي تقوم فيه بتجميع الرمز). لاحظ أنه عند ترك هذا بدون تعليق ، ستتم إعادة تعيين وقت RTC إلى الوقت الذي جمعت فيه الرمز الخاص بك في كل مرة. لذا قم بإلغاء التعليق على هذا ، وقم بتشغيله مرة واحدة ثم قم بالتعليق عليه مرة أخرى.

لقد أرفقت الكود الخاص بي بهذا Instructable ، وعلقت عليه جيدًا. يمكنك تحميله دون أي تغييرات أو التحقق منه ومعرفة رأيك!

الخطوة 6: استمتع بصوت دقات الساعة لأول مرة

بعد توصيل جميع الأجهزة الإلكترونية وتحميل الكود ، هذه هي النتيجة!

التصميم الأساسي لهذه الساعة بسيط للغاية ويمكن صنعه بأشكال وأحجام مختلفة. نظرًا لوجود Arduino على متن الطائرة ، يمكنك أيضًا إضافة ميزات إضافية بسهولة. ضبط المنبه ، اجعل الساعة تشغل آلة القهوة الخاصة بك في وقت محدد ، والاتصال بالإنترنت ، وأنماط العرض الرائعة التي تسلط الضوء على الحركة الميكانيكية لإظهار تصميمك للآخرين وغير ذلك الكثير!

كما لاحظت طوال هذا Instructable ، كان عليّ أن أفصل ساعتي من أجل كتابة هذا Instructable. على الرغم من أنه أمر مؤسف لهذا Instructable ، إلا أنني أستطيع على الأقل أن أضمن أن التصميم يعمل جيدًا على المدى الطويل ، نظرًا لأن هذه الساعة كانت تدق منذ أكثر من 3 سنوات في غرفة المعيشة الخاصة بي دون أي مشاكل!

يرجى إعلامي في التعليقات إذا كنت تحب هذا Instructable ، فهذه هي المرة الأولى التي أكتب فيها واحدة. أيضًا إذا كان لديك أي نصائح أو أسئلة ، فما عليك سوى إرسال رسالة إليّ. وآمل أنني ألهمت شخصًا ما أيضًا لبناء ساعة شبه ميكانيكية يومًا ما!

الجائزة الأولى في مسابقة الساعات