a un maestro norvegese piace il modo di determinare l'ora con il codice binario. Sorprendentemente, la quantità di informazioni può essere visualizzata con semplici segnali ON / OFF. Quindi il maestro decise di creare un orologio binario da solo.
Strumenti e materiali:
- LED 0603 - 13 pezzi;
Microprocessore Atmega328P-AU;
Condensatore 0806 0,1 uF;
-Condensatore di tantalio 1206 4,7 uF;
- Resistenza 0806 10 kOhm;
- Modulo orologio in tempo reale DS3231;
-0806 resistenza 51 kOhm - 3 pezzi;
-SMD clip batteria CR2032;
-CR2032 batteria;
Pulsante -4,5 mm;
-0806 resistenza 200 Ohm;
-20 mm cinturino;
-20 mm livello della molla - 2 pezzi;
-Vetro 38 mm;
-5 cm (2 pollici) di filo per avvolgimento sottile;
-2 viti M2 con una testa piatta lunga 6 mm;
-2 noci M2;
Adattatore USB-TTL
-Accessori per saldatura;
- pinzette;
-Piccolo cacciavite;
-Accesso a una stampante 3D di alta qualità;
Fase 1: progettazione e personalizzazione
L'orologio ha 13 LED situati in una matrice multiplex. Una colonna corrisponde a una cifra nell'ora digitale. Il tempo viene visualizzato in formato decimale binario e una cifra è rappresentata da un massimo di quattro bit.
Hanno un aspetto elegante e funzionano alla grande grazie a una semplice interfaccia utente e una durata della batteria fino a due anni.
Il design, quando l'orologio è spento, è una semplice combinazione bicolore di nero e argento. Questi colori sono presenti nel cinturino e nella fibbia in pelle, nonché sulla custodia e sul circuito stampato.
La procedura guidata ha nascosto la maggior parte dei componenti sul retro del circuito e lo ha realizzato con uno sfondo nero. elettronica e il circuito stampato corrisponde al design bicolore dell'orologio.
La cassa dell'orologio deve essere resistente, ma dovrebbe essere facile da aprire per sostituire la batteria o apportare modifiche al codice. Ciò significa che non viene utilizzata colla durante il montaggio. L'unico dettaglio sulla colla è il vetro.
La custodia è composta da due parti della parte inferiore e dall'anello. Sulla parte inferiore dell'orologio sono installati un circuito stampato, un cinturino e una corona. Un vetro è montato sull'anello.
Molta attenzione è rivolta al consumo di energia. Nel sonno profondo, l'orologio consuma solo 10 μA. Ciò garantisce una durata della batteria di oltre due anni.
Per quanto riguarda l'interfaccia utente, devi solo premere la corona dell'orologio per svegliarli e mostrano immediatamente l'ora. Quando si preme di nuovo il pulsante, verrà visualizzata la data. Poiché la durata della batteria è di due anni, puoi passare facilmente dall'ora legale senza collegarti a un computer.Per fare ciò, premere il pulsante 15 volte di seguito.
Fase due: selezione dei componenti
Ci sono quattro parti principali in un circuito. Microprocessore atmega328p. Questo è lo stesso dei modelli popolari. Arduino. Questo è il cervello che comunicherà con il modulo orologio in tempo reale (RTC), elaborerà l'ora e la visualizzerà tramite LED. Tutto ciò, ovviamente, ha bisogno di una fonte di alimentazione, preferibilmente una piccola batteria.
ATmega328P
Il microprocessore doveva soddisfare determinati criteri. GPIO richiedeva almeno nove pin, otto per i LED e uno per un pulsante. Aveva anche bisogno di un bus I2C, dove al momento poteva fungere da dispositivo principale per il polling di RTC. Infine, doveva funzionare a basse tensioni e non consumare una quantità eccessiva di corrente quando alimentato. Atmega328P-AU soddisfa tutti questi criteri e allo stesso tempo è abbastanza piccolo da non occupare l'intera area del circuito stampato. Un grande vantaggio è che viene utilizzato anche per le schede Arduino più popolari e molti possono lavorare con esso.
Circuito stampato
La scheda è stata progettata per utilizzare un risonatore ceramico a 8 MHz. Tuttavia, si è scoperto che il processore deve funzionare a una frequenza inferiore per funzionare a basse tensioni. Guarda l'immagine in questo passaggio, presa da pagina 303 nel foglio dati, che spiega la relazione tra velocità di clock e tensione di esercizio. La frequenza di clock di circa 4 MHz dovrebbe essere il massimo per questo progetto. Il master ha utilizzato un oscillatore interno a 8 MHz e attivato la divisione a 8 bit, che fornisce una frequenza di clock visibile di 1 MHz. Tuttavia, è necessario un risonatore a 8 MHz quando si carica il codice. Dopo il caricamento, la procedura guidata non lo ha eliminato
DS3231
Inizialmente, il master voleva utilizzare il DS1307 RTC. Questo è un chip più popolare. Tuttavia, richiede un alimentatore da 5 V.
Il DS3231 può funzionare a bassa tensione di 1,8 V. Il chip ha un cristallo di quarzo incorporato. Il cristallo incorporato dell'orologio ha anche una compensazione della temperatura. La temperatura ambiente può causare oscillazioni irregolari del cristallo dell'orologio. Ciò significa che sta diventando meno preciso. DS3231 misura la temperatura ambiente e la utilizza nel calcolo per compensare le fluttuazioni di temperatura. Ideale per gli orologi quando entri e lasci stanze diverse o esci quando la temperatura non è costante.
LED
I LED master utilizzano il fattore di forma 0603. Possono consumare fino a 20 milliampere, ma a causa del fatto che non possono funzionare contemporaneamente più di tre LED, questo non è un problema. La corrente diminuisce anche quando si usano resistori con una potenza maggiore del necessario. Il master afferma che è più efficace, per questi LED, utilizzare resistori da 100 a 400 Ohm.
CR2032
Il circuito dell'orologio può essere alimentato da una batteria al litio. Non ha problemi a ridurre la tensione alla stessa corrente del CR2032, ma questo porterà ulteriori problemi. Per questo progetto, una batteria agli ioni di litio presenterà due inconvenienti principali. La capacità della piccola cella è vicina a quella del CR2032, ma richiede un costo aggiuntivo per la ricarica e lo scarico sicuri. Sarà inoltre necessario un modo per collegare il caricabatterie. Pertanto, il master ha scelto CR2032.
Terzo passaggio: matrice multiplata
La configurazione utilizzata in questo orologio è una matrice di LED 4x4 con lo smantellamento di tre LED non necessari.
Sono accesi solo LED diversi in una colonna alla volta. Questa colonna viene quindi disabilitata prima di attivare la colonna successiva. Tutto ciò accade più velocemente di quanto l'occhio possa percepire. Di conseguenza, sembra che i LED in diverse colonne siano accesi contemporaneamente, creando un'immagine complessa.
Come posso sapere che ore sono da un tale orologio? Diamo un'occhiata alle foto.
Nella prima figura, vediamo una matrice 4x4 con 13 LED. Le righe della matrice sono numerate 1,2,4,8.
Per scoprire l'ora, è necessario aggiungere tutti i LED in una riga, poi nella successiva, ecc.
Ad esempio, Figura 2, il primo quadrato. Da sinistra a destra, un LED illumina la prima colonna, la prima fila. Abbiamo la prima riga sotto il numero 1, che significa la prima cifra dell'ora 1. Successivamente, la seconda colonna è illuminata da due LED sotto i numeri 1 e 2. Aggiungi i numeri, risulta 3. La colonna successiva è un LED numero 4. E l'ultima colonna è i LED 1 + 2 + 4 = 7 . Abbiamo 13 ore 47 minuti.
Quarto passaggio: schema
Il circuito stampato ha una forma rotonda, come un orologio classico. La cassa dell'orologio standard è di solito 42 mm con un diametro del vetro di 38 mm. Questo è il bordo esterno del vetro. Tuttavia, se il vetro poggia su un bordo largo 1 mm, il diametro disponibile diventa 36 mm. Ciò significa che il circuito stampato dovrebbe essere di circa 35 mm.
Il maestro ordinò una commissione su un sito ben noto. Le schede hanno uno spessore di 0,8 mm.
Puoi scaricare il file per creare la scheda qui sotto.
Orologio da polso binario - GERBER.zip
Fase cinque: saldatura
Il modo migliore per riparare il circuito durante la saldatura è con nastro adesivo. Il master ripara la scheda e inizia l'installazione secondo lo schema. Innanzitutto, i componenti più piccoli vengono saldati (in termini di dimensioni).
Passaggio 6: finalizzare il pulsante
Come puoi vedere, la corona dell'orologio sul lato della cassa è progettata, in questo dispositivo, per controllare l'orologio. Interagisce con un micro pulsante collegato al microcontrollore. Per fare ciò, il pulsante deve essere rifatto.
I pulsanti tattili più economici hanno una piccola parte rotonda in plastica nera su cui è necessario fare clic per chiudere i contatti. Deve essere sostituito. Il maestro smantella il bottone, tagliando le chiusure metalliche. Elimina un pulsante. Attacca un pezzo di nastro adesivo su una piastra di metallo e lo riporta indietro. Incolla il corpo del bottone. Ora puoi saldare il pulsante.
Settimo passo: codifica
Il microcontrollore non può funzionare con il codice Arduino in questa fase. Per prima cosa hai bisogno di un bootloader. Questa è una subroutine che deve essere memorizzata su un chip per scaricare ed eseguire un programma scritto.
Dal momento che è un Atmega328P con bassissima tensione, richiede un tipo speciale di bootloader.
Apri l'IDE di Arduino, scegli File> Preferenze> URL add-on board manager e aggiungi una virgola dopo l'ultimo URL prima di incollare il seguente URL
...
Fai clic su OK più volte e vai su Strumenti> Board> Board Manager. Aprilo, trova minicore e installalo.
Collega l'Arduino nel circuito come nella foto. Vai agli esempi di Arduino e apri il codice di esempio di ArduinoISP. Scarica il codice
Successivamente, installa Strumenti di installazione> Programmatore: in "Arduino come ISP". Seleziona la seguente configurazione dal bootloader MiniCore. Puoi anche ricontrollare la tua configurazione in base alla configurazione nella figura allegata a questo passaggio.
Impostazioni del bootloader
Scheda: ATmega328
Bootlader: si
Clock: 1 MHz interno
Compilatore LTO: disabilitato
Variante: 328P / 328PA
BOD: 1,8 V.
Ora l'ultimo passo è collegare i fili dell'Arduino alla scheda dell'orologio. Scegli Strumenti> Masterizza Bootloader. Aspetta un momento e riceverai un messaggio sulla corretta installazione del bootloader.
Ora resta da scaricare il codice. Può essere trovato al seguente link.
Binary_Wrist_Watch.ino
Passo otto: caso
La cassa dell'orologio è stata stampata da un maestro su una stampante 3D. I file possono essere scaricati all'indirizzo questo link.
Step Nine: Build
Ormai tutte le parti sono state assemblate e puoi procedere con l'assemblaggio.
Inserire la corona nella cassa dell'orologio.
Tirare il filo attraverso il foro di montaggio nella corona dell'orologio.
Incollare il filo, assicurandosi che la testa possa essere incassata di 1 mm.
Inserire i dadi esagonali nelle rispettive fessure esagonali e bloccarli in posizione con un piccolo pezzo di nastro.
Collegare il nastro biadesivo sul lato inferiore del circuito.
Inserire il circuito stampato, accertandosi che il perno della testa sia allineato con il foro del pulsante.
Premendo la testa, controllare il funzionamento del pulsante.
Incollare il vetro sull'anello usando la colla super.
Inserire l'anello dell'orologio, allineando i fori e i pulsanti delle viti.
Inserire le viti M2 da 6 mm nei fori delle viti e serrarle. Le teste delle viti sono verniciate di nero.
Inserire le clip negli occhielli delle cinghie.
Installare i cinturini per orologi.
È tutto pronto.
L'intero processo di realizzazione degli orologi può essere visto nel video.