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

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Kad je našem sinu bilo oko 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 red za još nekoga". Problem je bio (a) nije mogao čitati sat, ni digitalni ni analogni, i (b) nije imao osjećaj koliko je dugačak minut. 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 samo o gledanju kutova i djelića kruga. Kad sam se odlučio za linearniji dizajn, ideja o elektroničkom pješčanom satu djelovala je očigledno: pruža pravu vizualnu metaforu, a ja sam mogao upotrijebiti akcelerometar za implementaciju ergonomije okretanja za pokretanje i zaustavljanje mjerača vremena.

Moj konačni dizajn, koji ću vam pokazati ovdje, relativno je jednostavan. Vizuelni dio sastoji se od trake individualno adresabilnih RGB LED dioda (npr. WS2812). Programiranje se postiže jednim dugmetom (kapacitivno dugme na dodir, jer je ravno). 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 litijum -jonski 18650). Lijepa stvar kod banke napajanja je što uključuje krug punjenja, mikro-USB priključak i izlazi 5V, što mikrokontroler i LED traka očekuju.

Ovisno o vašem iskustvu, ovaj mjerač vjerovatno možete napraviti za vikend ili dva. Trebat će vam osnovne vještine lemljenja i pripadajući alati i zalihe. Najveća varijabla je kućište: imam električne alate za obradu drveta koji olakšavaju ovaj posao, ali ću također razgovarati o alternativnim načinima izgradnje kućišta bez puno alata.

Korak 1: Materijali i alati

MATERIJALI

Za elektroniku:

• Prijenosna banka napajanja 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 - napajanje 5V sa najmanje tri analogna ulaza. Adafruit Metro Mini je savršen.
• Troosni akcelerometar-Adafruit prodaje ploču za razbijanje ADXL335.
• Kapacitivno dugme na dodir - Adafruit prodaje kompletnu ploču s gumbima.
• Mala matična ploča za izradu prototipova (jedna sa vodilicama)-Adafruit Perma-proto ploče su dobre 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 konektorom
• Priključna 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 saw
• Testere za drvo
• Bušilica, svrdla, uključujući i upuštač
• Dlijeta i turpije
• Rezač pleksiglasa ili pomoćni nož

WOODWORKING

• Stona testera
• Tračna pila
• Sablja testera
• Bušilica

Korak 2: Pripremite bateriju

Prvi korak je da odvojite prijenosni punjač i uklonite USB A konektor. Ovi uređaji su 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). Koristit ćemo izlaz za napajanje tajmera, tako da nema potrebe za USB A konektorom. Za uklanjanje koristite kombinaciju lemilice i kliješta.

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

Korak 3: Dodajte konektore za napajanje

Započnite lemljenjem žice od 24AWG na svaki od kabela za napajanje gdje je bio USB A konektor. Koristim crveno i crno da bih se sjetio koja je napajanja (5V), a koja je 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, trebala bi vam ostati dva kraja žica - jedan crveni i jedan crni. Spojite ih na jednu stranu JST konektora. Sviđaju mi se JST konektori za napajanje jer ih 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 dužine tajmera (pogledajte kasnije fotografije). Lako je obrezati ili jednostavno ubaciti dodatnu žicu.

Korak 4: Sastavite upravljačku ploču

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

Lemite mikrokontroler i akcelerometar na ploču pomoću standardnih zaglavlja. NAPOMENA orijentacija dvije ploče:

• Uvjerite se da je mikro-USB konektor okrenut prema rubu ploče, tako da mu i dalje možete pristupiti radi programiranja.
• Obratite pažnju na orijentaciju akcelerometra jer će taj izbor odrediti šta smatra "gore" naspram "dolje".

Korak 5: Napajanje žicom i akcelerometar

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

Dodajte tri žice za povezivanje tri izlaza sa akcelerometra na tri analogna ulazna pina na mikrokontroleru. Na postavkama sam spojio X izlaz na A2, Y izlaz na A1, a Z izlaz na A0.

Korak 6: Ožičite priključak za napajanje

Lemite slobodnu stranu sklopa konektora JST na upravljačku ploču. Obratite pažnju na polaritet: provjerite je li crvena žica lemljena na 5 -voltnoj vodilici, a crna na uzemljenu.

Korak 7: Povežite LED traku

U ovom koraku ćete odlučiti o ukupnoj veličini mjerača vremena jer želimo da LED traka radi cijelom dužinom. Odabrao sam LED traku sa 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 odgovaraju.

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 na oba kraja, ali podaci moraju ići u odgovarajućem smjeru niz traku.

Uvjerite se da su žice dovoljno dugačke da se mogu omotati s prednje strane mjerača vremena unatrag do upravljačke ploče. Lemite žice za napajanje u razvodnike na upravljačkoj ploči i lemite žicu za podatke na jedan od digitalnih pinova na mikrokontroleru.

Korak 8: Dodajte kapacitivno dugme za dodir

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

Lemite žice za napajanje i uzemljenje na šine na upravljačkoj ploči, kao što ste učinili za LED traku. Povežite liniju podataka (koja će čitati "visoko" kada se pritisne dugme) na jedan od pinova za digitalni ulaz na mikrokontroleru.

Kompletan 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 je napravljeno 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 dužine, 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 tajmer 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 su i dalje vrlo lijepe.

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

Korak 11: Odsecite prednji deo

U svom prvom prototipu ovog mjerača vremena izbušio sam i isklesao prostor za elektroniku, što se pokazalo kao velika muka i nikada nisam mogao postići da izgleda potpuno čisto. Umjesto toga, ponovo sam rezao 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 kako bih odredio gdje ću rezati. Ovaj se korak može izvesti ručnom pilom, ali upotrebom tračne pile to postaje lakše i preciznije.

SAVJET: Označite kraj ploče trokutom ili drugom oznakom odmah nakon što ste ga izrezali, tako da se lako možete 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 debljine 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.

Počnite 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 zalijepimo sklop. Izmjerite pomoću stvarnog prekidača i ploče za punjenje i izrežite pomoću male pile. Očistite datotekama kako biste ih dobro prilagodili.

Također moramo presjeći 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. Ali 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 zrna drveta da 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 gornju i donju stranu

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

Dio koji mi je bio najizazovniji u ovom koraku je postavljanje komada nakon što sam izbušio rupe za vijke. Moja strategija je prvo izbušiti rupe na gornjem i donjem dijelu, zatim ih poravnati i označiti rupe na krajevima mjerača vremena. Pobrinite se da dovoljno dobro upustite rupe za vijke da vijci neće stršiti - u protivnom će se mjerač vremena njihati kada pokušate da ga podignete.

I dalje sam završio s dijelovima koji su bili pomalo iskrivljeni. Ovaj problem možete riješiti lijepljenjem čačkalice u staru rupu, čekanjem da se osuši, odsijecanjem i bušenjem nove rupe.

Korak 16: Izrežite udubljenje za kapacitivno dugme na dodir

Kapacitivno dugme na dodir nalazi se na kraju mjerača vremena najbliže upravljačkoj ploči. Ovo je kraj koji će se povećati kada postavite mjerač vremena i spustiti ga 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 se uklopi igle ploče i 3-žilni Dupont priključak s upravljačke ploče. Postavite dugme na mjesto i ocrtajte obris ploče. Koristeći kombinaciju bušenja i dlijeta, formirajte udubljenje koje omogućuje da gumb sjedne dovoljno nisko, tako da ne ometa tajmer koji 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 kapacitivnom gumbu na dodir i LED traci 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.

Prva rupa stvara prostor 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 kapacitivnog dugmeta na dodir. Položaj i veličina ove rupe trebaju odgovarati rupi koju ste izrezali u prethodnom koraku. Poravnajte vrh i označite rupu. Bušite i dlijetate dok trožilni Dupont konektor ne prođe čisto kako bi se spojio na dugme.

Korak 18: Izrežite podlogu od pleksiglasa

Stražnja strana tajmera je od prozirnog pleksiglasa koji drži elektroniku unutra i pokazuje ih! Nacrtajte obrise kućišta i upotrijebite bodovnu alatku ili pomoćni nož za ocjenjivanje pleksiglasa. Prerežite rezultatnu liniju nekoliko puta kako biste je učinili dubokom. Poravnajte bodovnu liniju s rubom stola i brzim pokretom prema dolje odvojite komad pleksiglasa. Trebalo bi se potpuno polomiti.

Ova tehnika funkcionira samo s prekidima koji se protežu cijelim pleksiglasom, pa će možda trebati dvije pauze da biste dobili pravu veličinu. Ostavite zaštitnu foliju za sada.

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 s glavom 6/8 . Pazite da ne probušite previše u drvo. Centrirajte rupe za vijke u dostupnom drvu na svakom uglu 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 kada sam izbušio rupe. Male razlike u položaju vijaka, međutim, često znače da se neće uklopiti na bilo koji drugi način. Umjesto da nagađam, stvaram oznaku koja mi govori kako bi točno komadi trebali biti orijentirani.

Prije nego što uklonite traku, upotrijebite turpiju ili malu pilu da biste izrezali asimetrični utor kroz pleksiglas i drvo. Ova oznaka će se poravnati samo kada su komadi u pravom položaju.

Korak 21: Izrežite oblik pješčanog sata

Sada kada je kućište u osnovi završeno, možemo izrezati oblik pješčanog sata. Tačne dimenzije nisu kritične, ali pazite da ne oslabite previše kućište rezanjem blizu unutrašnjih kutija.

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

Korak 22: Izrežite utor za LED traku

Prednja strana tajmera ima utor za smještaj LED trake, kao i materijala za difuziju. Poravnajte LED traku i ocrtajte njen 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 (unutrašnje linije). Pazite da ne probijete unutrašnjost kućišta! Zatim sam izrezao plitki kanal za difuzor (vanjske linije). Testirajte LED traku i provjerite da li vodiči udobno dopiru do upravljačke ploče.

U ovom trenutku ste prilično gotovi!

Korak 23: Brusite i završite

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

Počinjem s jednim ili dva sloja šelaka, koji tone u drvo i zaista ističe zrna. 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 sjajne završne obrade.

Zatim nanosim sloj ili dva poliuretana koji se briše, što je teška, ali atraktivna završna obrada. Možete ga lagano polirati čeličnom vunom nakon što se osuši.

Korak 24: Sastavite elektroniku

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

Zatim vruće zalijepite kapacitivno dugme na dodir u udubljenje na vrhu. Trebali biste moći vidjeti iglice koje strše kroz dno. Uvjerite se da je gumb u ravnini (ili niže) s površinom gornjeg dijela, tako da se mjerač vremena ne ljulja.

Umetnite bateriju u donji odjeljak i provucite USB konektor. 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 sa upravljačke ploče kroz otvor na vrhu i povežite ga sa pinovima na dnu kapacitivnog dugmeta na dodir.

Gurnite dugme za uključivanje/isključivanje kroz otvor na bočnoj strani kućišta (spolja), dok ne sjedne na svom mjestu. Priključite dvije žice na dva kabela na prekidaču.

Trebalo bi da je podešavanje prikazano na poslednjoj fotografiji.

Korak 25: Završite 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 otpremite kôd

Preuzmite kôd s github.com/samguyer/VizTimer. Trebat će vam i FastLED biblioteka koja pruža upravljačke programe niskog nivoa za LED diode. Dijelovi koje ćete najvjerojatnije trebati 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 kontrolnu ploču s računarom i učitajte kôd. Morat ćete ukloniti podlogu od pleksiglasa da biste došli do mikro-USB konektora na mikrokontroleru.

Korak 28: Kako ga koristiti

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

Tajmer ima tri načina rada: programski način rada, način mjerenja vremena i način pauze. Način rada određen je orijentacijom mjerača vremena: programski način rada kada je kapacitivno dodirno dugme na vrhu, način rada tajmera kada je na dnu i način pauze kada je mjerač na njegovoj strani.

NAČIN PROGRAMA

Kada ga prvi put uključite, vidjet ćete trepćući žuti "kursor" na dnu LED trake. Dodirnite kapacitivno dugme za dodavanje vremena u koracima od 15 sekundi. Svakih 15 sekundi prikazuje se kao ljubičasta tačka. Kad dođete do 60 sekundi, ljubičaste točkice zamjenjuju se plavom točkom, koja predstavlja minutu. Držite dugme pritisnuto za neprekidno dodavanje minuta dok se dugme ne otpusti. Svaka peta minuta tačka je bijele boje kako bi se lakše vidio ukupan broj.

TIMING MODE

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

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

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

PAUSE MODE

U načinu rada za mjerenje vremena možete pauzirati mjerač vremena okretanjem za 90 stupnjeva i postavljanjem sa strane. Mjeračke točke se zamrzavaju na mjestu i lagano pulsiraju kako bi pokazale da tajmer čeka ponovno pokretanje. Okrenite ga da nastavite mjerenje vremena ili na neki drugi način da se vratite u programski način rada.

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