een meester uit Noorwegen vindt het leuk om de tijd te bepalen met binaire code. Verrassend genoeg kan de hoeveelheid informatie worden weergegeven in eenvoudige AAN / UIT-signalen. Toen besloot de meester om zelf een binaire klok te maken.
Gereedschap en materialen:
- LED's 0603 - 13 stuks;
Microprocessor Atmega328P-AU;
Condensator 0806 0,1 uF;
-Tantaalcondensator 1206 4,7 uF;
- Weerstand 0806 10 kOhm;
- Real-time klokmodule DS3231;
-0806 weerstand 51 kOhm - 3 stuks;
-SMD batterijclip CR2032;
-CR2032 batterij;
-4,5 mm-knop;
-0806 weerstand 200 Ohm;
Horlogeband van -20 mm;
-20 mm veerhoogte - 2 stuks;
-Glas 38 mm;
-5 cm (2 inch) dunne wikkeldraad;
-2 schroeven M2 met een platte kop van 6 mm lang;
-2 moeren M2;
USB-TTL-adapter
-Soldeeraccessoires;
- pincet;
-Kleine schroevendraaier;
-Toegang tot hoogwaardige 3D-printer;
Stap één: ontwerp en aanpassing
Het horloge heeft 13 LED's in een multiplex-matrix. Eén kolom komt overeen met één cijfer in digitale tijd. De tijd wordt weergegeven in binair decimaal formaat en één cijfer wordt vertegenwoordigd door maximaal vier bits.
Ze zien er stijlvol uit en werken geweldig dankzij een eenvoudige gebruikersinterface en een batterijduur van maximaal twee jaar.
Het ontwerp, wanneer het horloge is uitgeschakeld, is een eenvoudige tweekleurige combinatie van zwart en zilver. Deze kleuren zijn aanwezig in de leren band en sluiting, evenals op de kast en op de printplaat.
De tovenaar verborg de meeste componenten aan de achterkant van de printplaat en maakte deze met een zwarte achtergrond. Elektronica en de printplaat past bij het tweekleurige ontwerp van het horloge.
De horlogekast moet duurzaam zijn, maar hij moet gemakkelijk te openen zijn om de batterij te vervangen of de code te wijzigen. Dit betekent dat er tijdens de montage geen lijm wordt gebruikt. Het enige detail op de lijm is glas.
De kast bestaat uit twee delen van het onderste deel en de ring. Aan de onderkant van het horloge zijn een printplaat, een horlogeband en een kroon geïnstalleerd. Op de ring is een glas gemonteerd.
Er wordt veel aandacht besteed aan energieverbruik. In diepe slaap verbruikt het horloge slechts 10 μA. Dit geeft een batterijduur van meer dan twee jaar.
Wat betreft de gebruikersinterface, je hoeft alleen maar op de kroon van het horloge te drukken om ze wakker te maken en ze laten meteen de tijd zien. Als u nogmaals op de knop drukt, wordt de datum weergegeven. Omdat de batterijduur twee jaar is, kunt u gemakkelijk wisselen tussen zomertijd zonder verbinding met een computer.Druk hiervoor 15 keer achter elkaar op de knop.
Stap twee: Component Selection
Een printplaat bestaat uit vier hoofdonderdelen. Microprocessor atmega328p. Dit is hetzelfde als bij populaire modellen. Arduino. Dit zijn de hersenen die zullen communiceren met de real-time klok (RTC) -module, de tijd verwerken en weergeven met behulp van LED's. Dit alles heeft natuurlijk een stroombron nodig, bij voorkeur een kleine batterij.
ATmega328P
De microprocessor moest aan bepaalde criteria voldoen. GPIO had minimaal negen pinnen nodig, acht voor leds en één voor een knop. Hij had ook een I2C-bus nodig, waar hij op dit moment als het masterapparaat kon fungeren voor het afvragen van RTC. Ten slotte moest het op lage spanningen werken en geen overmatige hoeveelheid stroom verbruiken wanneer het werd aangedreven. Atmega328P-AU voldoet aan al deze criteria en is tegelijkertijd klein genoeg om niet het hele gebied van de printplaat in te nemen. Een groot pluspunt is dat het ook wordt gebruikt voor de meest populaire Arduino-boards en dat velen ermee kunnen werken.
Printplaat
Het bord is ontworpen om een 8 MHz keramische resonator te gebruiken. Het bleek echter dat de processor op een lagere frequentie moet werken om met lage spanningen te kunnen werken. Bekijk de afbeelding in deze stap, genomen vanaf pagina 303 in het gegevensblad, waarin de relatie tussen kloksnelheid en bedrijfsspanning wordt uitgelegd. De klokfrequentie van ongeveer 4 MHz zou voor dit project het maximum moeten zijn. De master gebruikte een interne 8 MHz-oscillator en geactiveerde 8-bits deling, wat een zichtbare klokfrequentie van 1 MHz oplevert. Er is echter nog steeds een 8 MHz-resonator nodig bij het laden van de code. Na het laden heeft de wizard het niet verwijderd
DS3231
In eerste instantie wilde de master de DS1307 RTC gebruiken. Dit is een populairdere chip. Het vereist echter een voeding van 5 V.
De DS3231 kan werken op een laag voltage van 1,8 V. De chip heeft een ingebouwd kwartskristal. Het ingebouwde kristal van het horloge heeft ook temperatuurcompensatie. Omgevingstemperatuur kan onregelmatige oscillaties van het klokkristal veroorzaken. Dit betekent dat het minder nauwkeurig wordt. De DS3231 meet de omgevingstemperatuur en gebruikt deze bij de berekening om temperatuurschommelingen te compenseren. Ideaal voor horloges wanneer u verschillende kamers binnenkomt en verlaat of naar buiten gaat als de temperatuur niet constant is.
LED's
De master maakt gebruik van leds met de vormfactor 0603. Ze kunnen tot 20 milliampère verbruiken, maar doordat er niet meer dan drie leds tegelijk kunnen werken is dit geen probleem. De stroom neemt ook af bij gebruik van weerstanden met een hogere classificatie dan nodig. De meester zegt dat het voor deze LED's het meest effectief is om 100 - 400 Ohm weerstanden te gebruiken.
CR2032
Het klokcircuit kan worden gevoed door een lithiumbatterij. Ze heeft geen probleem met het verlagen van de spanning bij dezelfde stroom als de CR2032, maar dit zal extra problemen opleveren. Voor dit project heeft een lithium-ionbatterij twee belangrijke nadelen. De capaciteit van de kleine cel komt dicht in de buurt van die van de CR2032, maar vereist extra kosten voor veilig opladen en veilig ontladen. Je hebt ook een manier nodig om de oplader aan te sluiten. Daarom koos de meester voor CR2032.
Stap drie: Multiplexed Matrix
De configuratie die in dit horloge wordt gebruikt, is een matrix van 4x4-leds met de demontage van drie onnodige leds.
Alleen verschillende LED's in één kolom branden tegelijk. Deze kolom wordt vervolgens uitgeschakeld voordat de volgende kolom wordt geactiveerd. Dit alles gaat sneller dan het oog kan waarnemen. Hierdoor lijkt het erop dat de LED's in verschillende kolommen tegelijkertijd worden ingeschakeld, waardoor een complex beeld ontstaat.
Hoe kom ik erachter hoe laat het is met zo'n klok? Laten we naar de foto's kijken.
In de eerste figuur zien we een 4x4 matrix met 13 LED's. De rijen van de matrix zijn genummerd 1,2,4,8.
Om de tijd te achterhalen, is het noodzakelijk om alle LED's in één rij, dan in de volgende, enz.
Bijvoorbeeld figuur 2, het eerste vierkant. Van links naar rechts brandt één LED in de eerste kolom, de eerste rij. We hebben de eerste rij onder het nummer 1, wat betekent het eerste cijfer van het uur 1. Vervolgens wordt de tweede kolom verlicht door twee LED's onder de nummers 1 en 2. Tel de cijfers bij elkaar op, het blijkt 3. De volgende kolom is één LED-nummer 4. En de laatste kolom is de LED's 1 + 2 + 4 = 7 . We krijgen 13 uur en 47 minuten.
Stap vier: regeling
De printplaat heeft een ronde vorm, net als een klassiek horloge. De standaard horlogekast is meestal 42 mm met een glasdiameter van 38 mm. Dit is de buitenrand van het glas. Als het glas echter op een rand van 1 mm breed rust, wordt de beschikbare diameter 36 mm. Dit betekende dat de printplaat ongeveer 35 mm moest zijn.
De meester bestelde een vergoeding op een bekende site. De planken hebben een dikte van 0,8 mm.
Je kunt het bestand downloaden om het bord hieronder te maken.
Binair polshorloge - GERBER.zip
Stap vijf: solderen
De beste manier om de printplaat vast te zetten tijdens het solderen is met plakband. De master bevestigt het bord en begint met de installatie volgens het diagram. Allereerst worden de kleinste componenten gesoldeerd (in maat).
Stap zes: voltooi de knop
Zoals je kunt zien, is de kroon van het horloge aan de zijkant van de kast ontworpen om in dit apparaat het horloge te bedienen. Het werkt samen met een microknop die is aangesloten op de microcontroller. Om dit te doen, moet de knop opnieuw worden uitgevoerd.
De goedkoopste tactiele knoppen hebben een klein rond zwart plastic onderdeel waarop je moet klikken om de contacten te sluiten. Hij moet worden vervangen. De meester ontmantelt de knop en snijdt de metalen sluitingen af. Verwijdert een knop. Plakt een stuk afplaktape op een metalen plaat en zet het terug. Lijmt het knooplichaam. Nu kunt u de knop solderen.
Zevende stap: codering
De microcontroller kan in dit stadium niet werken met de Arduino-code. Eerst heb je een bootloader nodig. Dit is een subroutine die op een chip moet worden opgeslagen om een geschreven programma te downloaden en uit te voeren.
Omdat het een Atmega328P is met extra lage spanning, heeft hij een speciaal type bootloader nodig.
Open de Arduino IDE, kies Bestand> Voorkeuren> Add-On Board Manager-URL's en voeg een komma toe na de laatste URL voordat u de volgende URL plakt
...
Klik meerdere keren op OK en ga naar Extra> Board> Board Manager. Open het, zoek minicore en installeer het.
Sluit de Arduino aan op het circuit zoals op de foto. Ga naar de Arduino-voorbeelden en open de ArduinoISP-voorbeeldcode. Download de code.
Installeer vervolgens Extra> Programmeur: in "Arduino als ISP". Selecteer de volgende configuratie in de MiniCore-bootloader. U kunt uw configuratie ook dubbel controleren volgens de configuratie in de afbeelding bij deze stap.
Bootloader-instellingen
Bestuur: ATmega328
Bootlader: ja
Klok: 1 MHz intern
Compiler LTO: uitgeschakeld
Variant: 328P / 328PA
BOD: 1.8V
Nu is de laatste stap om de draden van de Arduino aan te sluiten op het horlogebord. Kies Extra> Bootloader branden. Wacht even en je ontvangt een bericht over de succesvolle installatie van de bootloader.
Nu blijft het om de code te downloaden. Het is te vinden op de onderstaande link.
Binary_Wrist_Watch.ino
Stap acht: Case
De horlogekast is door een meester op een 3D-printer geprint. Bestanden kunnen worden gedownload op deze link.
Stap negen: bouwen
Alle onderdelen zijn inmiddels gemonteerd en u kunt verder met de montage.
Steek de kroon in de horlogekast.
Trek de draad door het montagegat in de kroon van het horloge.
Lijm de draad vast en zorg ervoor dat de kop 1 mm verzonken kan worden.
Steek de zeskantmoeren in de corresponderende zeshoekige sleuven en zet ze vast met een klein stukje tape.
Bevestig dubbelzijdig plakband aan de onderkant van de printplaat.
Plaats de printplaat en zorg ervoor dat de nietstift is uitgelijnd met het knoopsgat.
Controleer de werking van de knop door op de kop te drukken.
Lijm het glas aan de ring met superlijm.
Plaats de horlogering en lijn de schroefgaten en knoppen uit.
Steek 6 mm M2-schroeven in de schroefgaten en draai ze vast. De schroefkoppen zijn zwart geverfd.
Steek de clips in de ogen van de riemen.
Installeer de horlogebanden.
Alles is klaar.
Het hele proces van het maken van horloges is te zien in de video.