Ein Meister aus Norwegen mag es, die Zeit mit Binärcode zu bestimmen. Überraschenderweise kann die Informationsmenge in einfachen EIN / AUS-Signalen angezeigt werden. Dann beschloss der Meister, selbst eine Binäruhr herzustellen.
Werkzeuge und Materialien:
- LEDs 0603 - 13 Stk;
Mikroprozessor Atmega328P-AU;
Kondensator 0806 0,1 uF;
-Tantalkondensator 1206 4,7 uF;
- Widerstand 0806 10 kOhm;
- Echtzeituhrmodul DS3231;
-0806 Widerstand 51 kOhm - 3 Stk;
-SMD Batterieclip CR2032;
-CR2032 Batterie;
-4,5 mm Knopf;
-0806 Widerstand 200 Ohm;
-20 mm Armband;
-20 mm Federhöhe - 2 Stk;
-Glas 38 mm;
-5 cm (2 Zoll) dünner Wickeldraht;
-2 Schrauben M2 mit einem 6 mm langen flachen Kopf;
-2 Muttern M2;
USB-TTL-Adapter
-Lötzubehör;
- Pinzette;
-Kleiner Schraubendreher;
-Zugang zu hochwertigen 3D-Druckern;
Erster Schritt: Design und Anpassung
Die Uhr verfügt über 13 LEDs in einer Multiplex-Matrix. Eine Spalte entspricht einer Ziffer in digitaler Zeit. Die Zeit wird im binären Dezimalformat angezeigt, und eine Ziffer wird durch maximal vier Bits dargestellt.
Sie sehen stilvoll aus und funktionieren dank einer einfachen Benutzeroberfläche und einer Akkulaufzeit von bis zu zwei Jahren hervorragend.
Das Design ist beim Ausschalten der Uhr eine einfache zweifarbige Kombination aus Schwarz und Silber. Diese Farben sind im Lederband und Verschluss sowie auf dem Gehäuse und auf der Leiterplatte vorhanden.
Der Assistent versteckte die meisten Komponenten auf der Rückseite der Leiterplatte und machte sie mit einem schwarzen Hintergrund. Elektronik und die Leiterplatte entspricht dem zweifarbigen Design der Uhr.
Das Gehäuse muss langlebig sein, aber es sollte leicht zu öffnen sein, um die Batterie auszutauschen oder Änderungen am Code vorzunehmen. Dies bedeutet, dass bei der Montage kein Klebstoff verwendet wird. Das einzige Detail auf dem Kleber ist Glas.
Das Gehäuse besteht aus zwei Teilen des unteren Teils und des Rings. Auf der Unterseite der Uhr sind eine Leiterplatte, ein Armband und eine Krone installiert. Auf dem Ring ist ein Glas montiert.
Dem Energieverbrauch wird viel Aufmerksamkeit geschenkt. Im Tiefschlaf verbraucht die Uhr nur 10 μA. Dies ergibt eine Batterielebensdauer von mehr als zwei Jahren.
Die Benutzeroberfläche muss nur auf die Krone der Uhr gedrückt werden, um sie zu aktivieren, und sie zeigt sofort die Uhrzeit an. Wenn Sie die Taste erneut drücken, wird das Datum angezeigt. Da die Akkulaufzeit zwei Jahre beträgt, können Sie problemlos zwischen den Sommerzeiten wechseln, ohne eine Verbindung zu einem Computer herzustellen.Drücken Sie dazu 15 Mal hintereinander die Taste.
Schritt zwei: Komponentenauswahl
Eine Leiterplatte besteht aus vier Hauptteilen. Mikroprozessor atmega328p. Dies ist das gleiche wie bei gängigen Modellen. Arduino. Dies ist das Gehirn, das mit dem Echtzeituhrmodul (RTC) kommuniziert, die Zeit verarbeitet und mithilfe von LEDs anzeigt. All dies benötigt natürlich eine Stromquelle, vorzugsweise eine winzige Batterie.
ATmega328P
Der Mikroprozessor musste bestimmte Kriterien erfüllen. GPIO benötigte mindestens neun Pins, acht für LEDs und einen für eine Taste. Er brauchte auch einen I2C-Bus, auf dem er derzeit als Master-Gerät für die Abfrage von RTC fungieren konnte. Schließlich musste es bei niedrigen Spannungen arbeiten und im Strom keine übermäßige Strommenge verbrauchen. Atmega328P-AU erfüllt alle diese Kriterien und ist gleichzeitig klein genug, um nicht den gesamten Bereich der Leiterplatte zu belegen. Ein großes Plus ist, dass es auch für die meisten gängigen Arduino-Boards verwendet wird und viele damit arbeiten können.
Leiterplatte
Die Platine wurde für die Verwendung eines 8-MHz-Keramikresonators entwickelt. Es stellte sich jedoch heraus, dass der Prozessor mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten muss, um mit niedrigen Spannungen zu arbeiten. Sehen Sie sich das Bild in diesem Schritt an, das auf Seite 303 im Datenblatt enthalten ist und das die Beziehung zwischen Taktrate und Betriebsspannung erläutert. Die Taktfrequenz von ca. 4 MHz sollte für dieses Projekt maximal sein. Der Master verwendete einen internen 8-MHz-Oszillator und aktivierte 8-Bit-Division, was eine sichtbare Taktfrequenz von 1 MHz ergibt. Beim Laden des Codes wird jedoch weiterhin ein 8-MHz-Resonator benötigt. Nach dem Laden hat der Assistent es nicht gelöscht
DS3231
Zunächst wollte der Master die DS1307 RTC verwenden. Dies ist ein beliebterer Chip. Es ist jedoch eine 5-V-Stromversorgung erforderlich.
Der DS3231 kann mit einer niedrigen Spannung von 1,8 V betrieben werden. Der Chip verfügt über einen eingebauten Quarzkristall. Der eingebaute Kristall der Uhr hat auch eine Temperaturkompensation. Die Umgebungstemperatur kann unregelmäßige Schwingungen des Taktkristalls verursachen. Dies bedeutet, dass es weniger genau wird. Der DS3231 misst die Umgebungstemperatur und verwendet sie bei der Berechnung, um Temperaturschwankungen auszugleichen. Ideal für Uhren, wenn Sie verschiedene Räume betreten und verlassen oder wenn die Temperatur nicht konstant ist.
LEDs
Master-LEDs verwenden den Formfaktor 0603. Sie können bis zu 20 Milliampere verbrauchen. Aufgrund der Tatsache, dass nicht mehr als drei LEDs gleichzeitig arbeiten können, ist dies kein Problem. Der Strom nimmt auch ab, wenn Widerstände mit einer höheren Nennleistung als erforderlich verwendet werden. Der Master sagt, dass es für diese LEDs am effektivsten ist, Widerstände von 100 bis 400 Ohm zu verwenden.
CR2032
Die Taktschaltung kann mit einer Lithiumbatterie betrieben werden. Sie hat kein Problem damit, die Spannung bei gleichem Strom wie beim CR2032 zu reduzieren, aber dies bringt zusätzliche Probleme mit sich. Für dieses Projekt weist eine Lithium-Ionen-Batterie zwei Hauptnachteile auf. Die Kapazität der winzigen Zelle liegt nahe an der des CR2032, erfordert jedoch eine zusätzliche Gebühr für sicheres Laden und sicheres Entladen. Sie benötigen auch eine Möglichkeit, das Ladegerät anzuschließen. Daher entschied sich der Master für CR2032.
Schritt drei: Multiplex-Matrix
Die in dieser Uhr verwendete Konfiguration besteht aus einer Matrix von 4x4-LEDs mit der Demontage von drei unnötigen LEDs.
Es leuchten jeweils nur verschiedene LEDs in einer Spalte. Diese Spalte wird dann deaktiviert, bevor die nächste Spalte aktiviert wird. All dies geschieht schneller, als das Auge wahrnehmen kann. Infolgedessen scheinen die LEDs in verschiedenen Spalten gleichzeitig eingeschaltet zu sein, wodurch ein komplexes Bild entsteht.
Wie kann ich mit einer solchen Uhr herausfinden, wie spät es ist? Schauen wir uns die Bilder an.
In der ersten Abbildung sehen wir eine 4x4-Matrix mit 13 LEDs. Die Zeilen der Matrix sind mit 1,2,4,8 nummeriert.
Um die Zeit herauszufinden, müssen alle LEDs in einer Reihe, dann in der nächsten usw. hinzugefügt werden.
Zum Beispiel Abbildung 2, das erste Quadrat. Von links nach rechts leuchtet eine LED in der ersten Spalte, der ersten Zeile. Wir haben die erste Zeile unter der Nummer 1, was die erste Ziffer der Stunde 1 bedeutet. Als nächstes wird die zweite Spalte durch zwei LEDs unter den Nummern 1 und 2 beleuchtet. Addieren Sie die Zahlen, es stellt sich heraus 3. Die nächste Spalte ist eine LED Nummer 4. Und die letzte Spalte sind die LEDs 1 + 2 + 4 = 7 . Wir bekommen 13 Stunden 47 Minuten.
Schritt vier: Schema
Die Leiterplatte hat eine runde Form, wie eine klassische Uhr. Das Standardgehäuse ist normalerweise 42 mm groß und hat einen Glasdurchmesser von 38 mm. Dies ist die Außenkante des Glases. Wenn das Glas jedoch auf einer 1 mm breiten Kante ruht, beträgt der verfügbare Durchmesser 36 mm. Dies bedeutete, dass die Leiterplatte etwa 35 mm groß sein sollte.
Der Kapitän bestellte eine Gebühr an einer bekannten Stelle. Die Platten haben eine Dicke von 0,8 mm.
Sie können die Datei herunterladen, um das Board unten zu erstellen.
Binäre Armbanduhr - GERBER.zip
Fünfter Schritt: Löten
Die Leiterplatte lässt sich beim Löten am besten mit Klebeband befestigen. Der Master repariert die Karte und beginnt mit der Installation gemäß Abbildung. Zunächst werden die kleinsten Komponenten (in der Größe) verlötet.
Schritt sechs: Schließen Sie die Schaltfläche ab
Wie Sie sehen können, dient die Krone der Uhr an der Seite des Gehäuses in diesem Gerät zur Steuerung der Uhr. Es interagiert mit einem Mikroknopf, der mit dem Mikrocontroller verbunden ist. Dazu muss die Schaltfläche erneuert werden.
Die billigsten taktilen Tasten haben ein kleines rundes schwarzes Kunststoffteil, auf das Sie klicken müssen, um die Kontakte zu schließen. Es muss ersetzt werden. Der Meister zerlegt den Knopf und schneidet die Metallbefestigungen ab. Löscht eine Schaltfläche. Klebt ein Stück Klebeband auf eine Metallplatte und setzt es zurück. Klebt den Knopfkörper. Jetzt können Sie den Knopf löten.
Siebter Schritt: Codierung
Der Mikrocontroller kann derzeit nicht mit dem Arduino-Code arbeiten. Zuerst benötigen Sie einen Bootloader. Dies ist eine Unterroutine, die auf einem Chip gespeichert werden muss, um ein geschriebenes Programm herunterzuladen und auszuführen.
Da es sich um einen Atmega328P mit besonders niedriger Spannung handelt, ist ein spezieller Bootloader erforderlich.
Öffnen Sie die Arduino IDE, wählen Sie "Datei"> "Einstellungen"> "Add-On Board Manager-URLs" und fügen Sie nach der letzten URL ein Komma hinzu, bevor Sie die folgende URL einfügen
...
Klicken Sie mehrmals auf OK und gehen Sie zu Extras> Board> Board Manager. Öffne es, finde Minicore und installiere es.
Schließen Sie das Arduino wie auf dem Foto an den Stromkreis an. Gehen Sie in die Arduino-Beispiele und öffnen Sie den ArduinoISP-Beispielcode. Laden Sie den Code herunter.
Installieren Sie als Nächstes install Tools> Programmer: in "Arduino als ISP". Wählen Sie im MiniCore-Bootloader die folgende Konfiguration aus. Sie können Ihre Konfiguration auch anhand der Konfiguration in der Abbildung überprüfen, die diesem Schritt beigefügt ist.
Bootloader-Einstellungen
Board: ATmega328
Bootlader: ja
Takt: 1 MHz intern
Compiler LTO: Deaktiviert
Variante: 328P / 328PA
BSB: 1,8 V.
Der letzte Schritt besteht nun darin, die Drähte vom Arduino mit dem Watchboard zu verbinden. Wählen Sie "Extras"> "Bootloader brennen". Warten Sie einen Moment und Sie erhalten eine Nachricht über die erfolgreiche Installation des Bootloaders.
Jetzt muss der Code noch heruntergeladen werden. Es kann unter dem Link unten gefunden werden.
Binary_Wrist_Watch.ino
Schritt acht: Fall
Das Uhrengehäuse wurde von einem Master auf einem 3D-Drucker gedruckt. Dateien können unter heruntergeladen werden dieser Link.
Schritt neun: Bauen
Inzwischen sind alle Teile zusammengebaut, und Sie können mit der Montage fortfahren.
Setzen Sie die Krone in das Uhrengehäuse ein.
Ziehen Sie den Draht durch das Befestigungsloch in der Krone der Uhr.
Kleben Sie den Draht und achten Sie darauf, dass der Kopf um 1 mm versenkt werden kann.
Setzen Sie die Sechskantmuttern in die entsprechenden Sechskantschlitze ein und befestigen Sie sie mit einem kleinen Stück Klebeband.
Bringen Sie doppelseitiges Klebeband an der Unterseite der Leiterplatte an.
Setzen Sie die Leiterplatte ein und achten Sie darauf, dass der Kopfstift mit dem Knopfloch ausgerichtet ist.
Überprüfen Sie durch Drücken des Kopfes die Funktion der Taste.
Kleben Sie das Glas mit Sekundenkleber auf den Ring.
Setzen Sie den Uhrenring ein und richten Sie die Schraubenlöcher und Knöpfe aus.
Setzen Sie 6 mm M2-Schrauben in die Schraubenlöcher ein und ziehen Sie sie fest. Die Schraubenköpfe sind schwarz lackiert.
Führen Sie die Clips in die Augen der Gurte ein.
Installieren Sie die Armbänder.
Alles ist fertig.
Der gesamte Prozess der Uhrenherstellung ist im Video zu sehen.