Zegarek Nerd: 10 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Zegarek Nerd wyświetla binarnie czas po naciśnięciu przycisku i został stworzony przez Sama DeRose podczas letniego stażu w naszej siedzibie. Zegarek pokazuje godzinę i minuty, migając kolejno dwiema diodami LED, reprezentującymi dwie 4-bitowe liczby binarne (w formacie big-endian). Oto świetny opis, jak czytać liczby binarne.

Ten samouczek (napisany przez Sama DeRose) pokazuje, jak zbudować od podstaw zegarek Nerd z kilku komponentów elektronicznych i frezarki PCB Bantam Tools Desktop. Zakłada, że masz wcześniejsze doświadczenie w pracy z elementami elektronicznymi do montażu powierzchniowego i nie jesteś obcy multimetrowi i lutowaniu. Pomocne jest również zebranie kilku informacji na temat działania Arduino.

Krok 1: Kilka uwag, zanim zaczniemy

Jak określić godzinę: Pierwsza cyfra reprezentuje godzinę, a druga cyfrę, na którą wskazywałaby wskazówka minutowa, gdyby była zegarem analogowym. Na przykład, jeśli zegarek miga 0010 - 0110, odpowiada to 2 - 6, co oznacza, że godzina wynosi 2, a wskazówka minutowa wskazuje 6, co daje 2:30. (Sprawdź obrazek powyżej, aby uzyskać graficzny opis!) Nie ma wskazania przed południem lub po południu, ale miejmy nadzieję, że jest jasne, czy jest 2:30 rano, czy nie.

Zegarek oparty jest na projekcie Tony'ego DeRose'a wykonanym dla Maker Faire. Używa tego samego kodu i schematu, ale teraz płyta jest ułożona tak, aby wyglądała bardziej jak zegarek, a smuklejsze elementy do montażu powierzchniowego (SMD) są używane, aby uzyskać niższy profil.

Uwaga: Sam wykonał wiele iteracji tego zegarka – na zdjęciach zobaczysz numery wersji. Z tego powodu zdjęcia postępu w tym poście dość często przeskakują między różnymi wersjami. Ogólny proces dla każdej wersji jest jednak dokładnie taki sam, więc nie martw się, jeśli Twój zegarek nie wygląda dokładnie tak, jak na zdjęciu.

Kolejna uwaga: Główna część tego poradnika opisuje, jak zbudować wersję 2.5, najnowszą wersję, która używa zwykłego układu ATtiny. Jednak Step 9 pokazuje odmianę, wersję 3.1, która wykorzystuje do programowania ATtiny do montażu powierzchniowego i port mini-USB. Ta wersja jest znacznie trudniejsza do zbudowania i zaprogramowania, więc polecam zacząć od wersji 2.5 i wypróbować wersję 3.1 tylko, jeśli czujesz się naprawdę ambitny (lub masz doświadczenie w lutowaniu komponentów SMD).

Krok 2: Jak to działa

Układ ATtiny (czarny 8-pinowy układ scalony IC) jest sercem zegarka. Ten układ jest w zasadzie małą wersją tego samego układu, który znajduje się w Arduino, dzięki czemu można go zaprogramować do wykonywania różnych funkcji. W tym przypadku chip ma program, który czeka na naciśnięcie przycisku, a kiedy go wykryje, uziemia kilka swoich pinów, aby prąd mógł płynąć z +3 V przez diody LED, zapalając je. ATtiny ma wewnętrzny zegar, więc diody LED są zaprogramowane tak, aby migały, aby wyświetlać czas.

Krok 3: Narzędzia, materiały i pliki

NARZĘDZIA

• Bantam Tools Desktop Frezarka do PCB
• Komputer z zainstalowanym oprogramowaniem Bantam Tools
• Wspornik wyrównujący i elementy montażowe dołączone do frezarki
• Lutownica
• Frezy płaskie, 1/64", 1/32" i 1/16" (opcjonalne, ale zalecane, do usuwania nadmiaru miedzi)

MATERIAŁY

• Zaślepka PCB, FR-1, dwustronna
• Taśma dwustronna
• Lutować
• Pasta lutownicza
• Igła
• Wątek, czarny
• Paski na rzep, 3/4", czarne lub inna forma paska do zegarka

CZĘŚCI ELEKTRONICZNE

• Gniazdo IC, 8-pinowe
• Układ Atmel ATtiny Użyliśmy ATtiny85.
• Diody LED, SMD (2)SMD = urządzenie do montażu powierzchniowego
• Rezystory ~50 omów, SMD (2) Dokładna wartość nie jest istotna.
• Przycisk chwilowy, kwadratowy, SMD Użyliśmy tych, ale inne też będą pasować.
• Bateria pastylkowa, CR2032, 3 V
• Uchwyt na baterię pastylkową

PLIKI

• Plik tablicy EAGLE NerdWatchV2.5.brd do zegarka
• Arduino szkicuje NerdWatch.ino, aby przejść na ATTiny. Dołączony tutaj plik.zip zawiera szkic, a także biblioteki, które musisz zainstalować, aby szkic działał poprawnie.

Plik EAGLE dla ATtiny Programmer TinyProgShield.brd (opcjonalnie)

• UWAGA: Pamiętaj, aby zainstalować biblioteki w Arduino, zanim spróbujesz skompilować szkic. Oto jak:

  • Pobierz i zainstaluj Arduino, jeśli jeszcze tego nie zrobiłeś. Możesz go pobrać ze strony Arduino.
  • Pobierz plik NerdWatch.zip i zapamiętaj, gdzie go zapisałeś.
  • Uruchom Arduino. Przejdź do Szkic> Importuj bibliotekę> Dodaj bibliotekę i przejdź do miejsca, w którym zapisałeś NerdWatch.zip.
  • Wybierz cały plik.zip i pozwól Arduino zainstalować biblioteki automatycznie.
  • Zrestartuj Arduino, aby aktywować biblioteki. Uwaga: Jeśli masz jakieś problemy, Arduino Forum to spektakularne miejsce do zadawania pytań, zarówno dla zaawansowanych użytkowników, jak i nowych programistów.
  • Użyj Arduino, aby otworzyć NerdWatch.ino i skompilować swój kod.

W wersji 3.1 będziesz potrzebować tych plików:

• Plik EAGLE NerdWatchV3.1.brd
• NerdWatch.zip ten sam plik co w wersji 2.5
• Plik EAGLE SMDtinyProgrammer.brd dla płytki programatora SMD ATtiny

Krok 4: Skonfiguruj oprogramowanie do frezowania Bantam Tools

Uruchom oprogramowanie Bantam Tools. Następnie podłącz frezarkę do komputera i włącz ją.

Zaimportuj plik EAGLE do oprogramowania Bantam Tools i wykonaj następujące czynności, aby skonfigurować cięcie:

• Użyj przycisku Setup Fixturing, aby przeprowadzić użytkownika przez proces instalacji i lokalizacji wspornika wyrównującego.
• Po zainstalowaniu wspornika ustaw materiał na dwustronną płytkę FR1 za pomocą przycisku Setup Material.
• W tym dialogu upewnij się, że wyrównałeś początek materiału do wspornika.
• Użyj płaskiego frezu 1/32" i 1/64" z przodu deski i 1/32" z tyłu deski. (Tył jest również miejscem, w którym możesz dodać opcjonalny frez walcowy 1/16".)

Domyślne ustawienie dla twojej płyty FR-1 działa dobrze dla tego projektu. Jeśli chcesz poeksperymentować z większym prześwitem, możesz włączyć tryb BitBreaker (Preferencje > kliknij pole BitBreaker) i poeksperymentować z ustawieniami głębokości i prześwitu (jest to dla użytkownika, który zna się na frezarce).

Jeśli potrzebujesz odświeżenia na temat korzystania z frezarki do płytek drukowanych Bantam Tools Desktop i konfigurowania oprogramowania, zapoznaj się z tym przewodnikiem dla początkujących.

Krok 5: Wytnij zegarek

Załaduj pustą płytkę PCB:

• Użyj przycisku Ładowanie, aby przesunąć stół obróbkowy do przodu.
• Przykryj jedną stronę dwustronnego FR-1 taśmą dwustronną i dopasuj płytkę do lewego rogu wspornika wyrównującego.
• Mocno naciśnij tablicę, a następnie naciśnij przycisk Home.

Wytnij swoją deskę:

Najpierw wytnij ślady i otwory na górę. Zrób to, klikając Traces and Holes w oknie pliku planu

• Gdy to zrobisz, odwróć planszę w oprogramowaniu Bantam Tools, klikając przycisk Dolny.
• Odwróć także samą deskę w maszynie tak, aby nieprzycięta strona była skierowana do góry. Upewnij się, że dolna strona deski jest wyrównana z prawym rogiem przyrządu do wyrównywania.
• Kliknij Traces and Outline w oknie pliku planu.

Młyn wytnie pozostałe ślady i dziury, a ty będziesz miał gotową deskę!

Krok 6: Przylutuj elektronikę

Teraz przychodzi żmudna część: przylutowanie komponentów do zegarka. Jeśli jesteś nowy w lutowaniu powierzchniowym lub ogólnie w lutowaniu, przeczytaj poniższy opis. Możesz również znaleźć kilka wskazówek w projekcie Light-Up PCB Necklace.

W tym procesie użyliśmy pieca tosterowego do lutowania rozpływowego mniejszych elementów SMD, takich jak diody LED i rezystory. Następnie użyliśmy zwykłej lutownicy, aby przymocować większe elementy, takie jak gniazdo IC, przycisk i uchwyt baterii.

Wykonaj następujące ogólne kroki, aby dodać komponenty:

Komponenty SMD

• Nałożyć pastę lutowniczą na 8 padów, które zamontują 2 diody LED i 2 rezystory. Sprawdź powyższe zdjęcia, aby uzyskać lokalizacje miejsc docelowych.
• Sprawdź, czy znasz polaryzację diod LED. Aby to zrobić, możesz użyć multimetru w ustawieniu „ciągłości” lub możesz spojrzeć na diodę LED i znaleźć znak zaznaczenia lub zieloną linię (linie), które oznaczają stronę uziemienia.
• Za pomocą pęsety umieść diody LED i rezystory na podkładkach z pastą lutowniczą. Upewnij się, że polaryzacja jest prawidłowa! W przypadku obu diod masa jest bliżej spodu zegarka.
• Użyj płyty grzejnej, tostera lub zwykłej lutownicy, aby stopić pastę lutowniczą i przymocować elementy.

Gniazdo IC

• Zegnij przewody gniazda IC z otworem przelotowym na płasko, aby wyglądało jak element SMD zamiast elementu z otworem przelotowym.
• Klocki na zegarku będą wystarczająco długie, aby pomieścić wygięte przewody gniazda. Umieść gniazdo i upewnij się, że rozumiesz, jak montuje się na zegarku.
• Wyjmij gniazdo i nałóż pastę lutowniczą na co najmniej jedną podkładkę po każdej stronie gniazda. Zwykle robię jeden róg, a potem drugi róg.
• Umieść gniazdo z powrotem na podkładkach, tak aby znak wyrównania był skierowany do góry. Nie jest to wymagane, ale pomoże ci zapamiętać, w którą stronę wchodzi ATtiny.
• Dociśnij gniazdo tak, aby znalazło się całkowicie na płytce i użyj lutownicy, aby przykleić przewody pastą lutowniczą do płytki.
• Zakończ lutowanie pozostałych wyprowadzeń do padów za pomocą lutownicy i szpulki zwykłego lutowia.

Przycisk

• W zależności od tego, który przycisk otrzymasz, może być konieczne zgięcie wyprowadzeń, aby lepiej stykały się z padami.
• Umieść przycisk na tablicy i upewnij się, że 2 normalnie otwarte przewody znajdują się na lewym dolnym i lewym górnym polu. (Gdy przycisk jest wciśnięty, 2 lewe pady zostają połączone.)
• Aby przylutować przycisk, użyj tej samej techniki sczepiania opisanej w sekcji dotyczącej gniazd IC powyżej.

Vias

• W przypadku przelotek można użyć skróconego przewodu z diody LED lub rezystora, albo można zdjąć odcinek 22-gauge solid-core.
• Przełóż drut przez otwór i za pomocą lutownicy przylutuj drut do padów po obu stronach płytki.
• Odetnij nadmiar drutu za pomocą szczypiec do drutu.

Uchwyt baterii

• Użyj taśmy, aby przytrzymać uchwyt baterii CR2032 do montażu powierzchniowego na miejscu podczas lutowania. (Robi się naprawdę gorąco, więc nie chcesz trzymać go palcami!)
• Przymocuj uchwyt z tyłu deski, przylutowując nóżki po obu stronach do kwadratowych podkładek.

Krok 7: Dodaj pasek

Ta część zależy od Ciebie. Najłatwiejszym sposobem dodania paska jest przyszycie tanich pasków na rzepy, które można znaleźć w każdym sklepie z rękodziełem/tkaninami, takim jak Michael's lub Jo-Ann Fabrics. W końcu chcielibyśmy zrobić pasek z ładniejszego materiału, takiego jak skóra, i dodać sprzączkę, aby go zapiąć, ale w międzyczasie to działa.

Daj nam znać, jeśli wymyślisz jakiś fajny sposób na przymocowanie zegarka do nadgarstka!

Krok 8: Zaprogramuj ATtiny

Teraz zegarek jest fizycznie kompletny, ale układ ATtiny nie wie jeszcze, jak sterować diodami LED. Dlatego musimy to zaprogramować.

Istnieje kilka opcji programowania ATtiny. Możesz zrobić szybki obwód płytki stykowej, użyć specjalnej płytki programistycznej ATtiny lub możesz stworzyć fajną osłonę Arduino, tak jak my, dzięki czemu od teraz możesz łatwo programować te układy.

Jeśli jesteś doświadczonym producentem osłon Arduino i chciałbyś wybrać tę metodę, plik płytki dla programisty (TinyProgShield.brd) jest dostępny na tym etapie. Po prostu wytnij, przylutuj elementy i połącz z Arduino.

Plik.ino tutaj iw kroku wstępnym jest plikiem, za pomocą którego będziesz programować swój ATtiny85. Zmień czas w kodzie na aktualny czas. Pamiętaj, aby przesłać plik do ATtiny w ciągu minuty lub dwóch, aby zegarek został zsynchronizowany z prawidłową godziną.

Krok 9: Inne odmiany

Jak wspomniano w pierwszym kroku, Sam wykonał w pełni wersję SMD zegarka, wraz z ATtiny do montażu powierzchniowego. Ponieważ nie można wyciągnąć ATtiny, aby go zaprogramować, musiał dodać port mini-USB, który łączy się z niezbędnymi pinami, aby ATtiny można było zaprogramować zewnętrznie.

Następnie wykonał osłonę na drugi koniec kabla USB, więc wszystko, co musisz zrobić, to podłączyć zegarek do osłony, a następnie zaprogramować ATtiny tak, jakby był na osłonie.

Krok 10: Użyj go

Załóż zegarek Nerd i przetestuj go, naciskając przycisk.

Czy potrafisz odczytać godzinę? Jeśli jesteś w stanie określić godzinę, oglądając sekwencję tylko raz, to gratulacje, jesteś frajerem! Jeśli zajmie ci dwa lub trzy razy, aby znaleźć czas, cóż, nadal jesteś frajerem, ponieważ nosisz ten super nerdowy zegarek.

Masz jakieś pytania albo komentarze? Napisz do nas na adres [email protected].