Slide Clock: 12 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:34

Gosto de projetar e construir relógios interessantes e estou sempre procurando maneiras únicas de mostrar a hora. Este relógio usa 4 slides verticais que contêm os números. Quatro motores de passo posicionam os slides de forma que a hora correta seja mostrada na área de exibição do relógio. Os steppers são controlados usando um Arduino Uno com um CNC Shield. Ele usa uma placa Adafruit PCF8523 RTC para manter a hora. A caixa e os aspectos mecânicos são impressos em 3D e os slides com os números são feitos de madeira com números gravados a laser. Usei cremalheira impressa em 3D e engrenagens de pinhão montadas na parte de trás dos slides de madeira para mover os slides para cima e para baixo. O sistema de cremalheira e pinhão foi derivado deste dispositivo de movimento linear feito por Trigubovich no Thingiverse.

Versão Críptica

Fiz duas versões, uma usando números normais e uma versão criptografada baseada no Cryptic Calendar Instructable do cfb70.

Suprimentos

• Ardunio Uno
• Escudo do motor CNC
• Driver do motor A4988 (qtd. 4)
• Adafruit PCF8523 RTC
• Steppers 28BYJ 5V (qtd. 4)
• Conector de energia - tipo barril
• Botão de pressão (qtd. 2)
• Fonte de alimentação 12v
• Parafusos e porcas diversos de 3 mm
• Parafusos de 2mm para placa RTC (qtd. 2)
• 1,5 metro de tábua de 4/4 de madeira (usei Birdseye Maple)

Etapa 1: peças impressas em 3D

Há um total de 14 - peças impressas em 3D. Eu os imprimi usando PLA em uma impressora Prusa i3 Mk3.

• Porta-motor
• Engrenagens do pinhão (qtd. 4)
• Engrenagens de cremalheira (qtd. 7)
• Contracapa
• Moldura

Os porta-lâminas eram muito longos para caber na mesa da impressora 3D, então os quebrei ao meio e usei uma junta de cauda de andorinha para conectar as duas metades (A e B).

• Slide Rack A - 500 mm (qtd. 2)
• Slide B do rack - 500 mm (qtd. 2)
• Rack Slide A - 300 mm (qtd. 2)
• Rack Slide B - 300 mm

Os arquivos STL para o Slide Clock podem ser encontrados em

Etapa 2: Preparar a blindagem do motor de passo CNC

Adicionando os drivers de passo A4988

O CNC Stepper Motor Shield pode usar diferentes tipos de drivers de passo. Estou usando os drivers de passo Pololu A4988. Estou dirigindo os motores em passos completos.

Depois de instalado, certifique-se de definir a tensão Vref para limitar a corrente que vai para os motores. Defino Vref em 0,15v, configurando o motor A para ser independente

A blindagem do motor suporta 4 motores, o motor "A" pode ser acionado como um segundo motor que imita um dos motores primários X, Y ou Z ou pode ser um motor independente. Para o Slide Clock, ele deve ser independente e será controlado pelo D12 e D13 do Arduino.

Para torná-lo independente, jumpers devem ser instalados conforme mostrado na foto acima para conectar os pinos A. Stp e A. Dir a D12 e D13.

Potência do motor de passo

Os motores de passo de 5V são realmente acionados usando 12V. Esta fonte de 12 V está conectada ao conector de alimentação do motor CNC Motor Shield.

Ativando o Arduino Uno

A energia para o Arduino Uno é fornecida pela fonte de 12 V conectada ao CNC Motor Shield. O pino Vin na blindagem está aberto e não está conectado a um conector na blindagem. Portanto, um fio foi conectado do terminal positivo de 12 V e soldado ao pino Vin na blindagem, conforme mostrado na foto acima.

Etapa 3: modificações do motor de passo

Os motores de passo 28BYJ são motores bipolares e possuem um conector de 5 pinos, o CNC Motor Shield foi projetado para acionar motores unipolares e possui conectores de 4 pinos para conectar os motores. Para conectar os steppers diretamente à blindagem, modifiquei a fiação do conector do stepper. Especificamente, os fios nº 2 (rosa) e nº 3 (amarelo) precisam ser trocados. Para fazer isso, usei uma pequena chave de fenda para empurrar a aba que prendia o fio no invólucro do conector, puxei-o para fora do invólucro e troquei os dois. Em seguida, marquei o conector para saber que havia sido modificado.

Ao conectar o plugue do motor à blindagem, o fio vermelho não é usado, então posicionei o plugue no conector de forma que apenas os pinos 1-4 fossem conectados e o pino 5 vermelho estivesse flutuando.

Os motores do Slide Clock são conectados da seguinte forma:

Eixo X = controle deslizante de minutos Eixo Y = controle deslizante de dezenas de minutos Eixo Z = controle deslizante de horas Eixo A = controle deslizante de dezenas de horas

Etapa 4: Adicionando RTC e Switches

Conexão de relógio em tempo real

O Adafruit PFC8523 Real Time Clock usa I2C para se comunicar com o Arduino, no entanto, o CNC Motor Shield não se conecta aos pinos I2C SDA e SCL no Arduino. Para resolver isso, usei dois jumpers de fio com conectores de pino e os inseri nas posições de cabeçalho SDA e SCL na placa Arduino e, em seguida, instalei a blindagem na parte superior.

Conexões de botão de pressão

Os dois botões de pressão são conectados a A1 e A2 no Arduino. A blindagem do motor CNC leva esses pinos a um cabeçalho na borda da blindagem e os chama de Hold e Resume. Os interruptores estão conectados a este cabeçalho.

Etapa 5: Esquemático

Etapa 6: preparando as lâminas de madeira

Eu comprei 4/4 Birdseye Maple para os slides. Para obter a espessura adequada, cortei novamente a madeira ao meio e usei uma lixadeira de tambor para criar uma espessura uniforme de 3/8 (9,5 mm) para todas as placas iniciais. Em seguida, fiz um passe de lixamento de acabamento com grão 150.

As placas foram então rasgadas e cortadas nas dimensões abaixo.

• Slide de minutos: 500 mm x 40 mm x 9,5 mm
• Slide de dezenas de minutos: 300 mm x 40 mm x 9,5 mm
• Slide de horas: 500 mm x 40 mm x 9,5 mm (igual aos minutos)
• Slide Dezenas de horas: 150 mm x 40 mm x 9,5 mm

Etapa 7: gravando os números a laser

Antes de gravar os slides a laser, apliquei fita adesiva azul na superfície superior do quadro. Isso ajuda a evitar queimaduras e resíduos nas bordas dos números.

Usei um Epilog Helix Laser de 45W que tem um tamanho de cama de 24 "x 18". Como os slides de minutos e horas têm mais de 18 ", girei todos os slides 90 * ao gravá-los. Minhas configurações de laser eram velocidade 13 e potência 90.

Lixei os slides gravados com lixas 150 e 180 para preparar o acabamento.

Um.dxf para os números pode ser encontrado no repositório Github para este projetohttps://github.com/moose408/SlideClock

AcabamentoApós a gravação, lixei a madeira com grão 180, apliquei óleo de linhaça fervido (BLO), esperei 10 minutos e limpei e deixei curar por 24 horas, depois lixei novamente com grão 180 e apliquei outra camada de BLO e limpei, esperei 24 horas horas, lixado a 180 e aplicado Poliuretano Clear Gloss. Um foi curado, lixei os grãos de 180 a 600 para obter um bom acabamento brilhante.

Etapa 8: Adicionando Engrenagens de Rack às Slides de Madeira

As engrenagens da cremalheira são adicionadas à parte traseira dos slides de madeira, elas são centralizadas ao longo da parte traseira vertical e horizontalmente.

• Para o slide de Minutos e Horas, as duas metades do rack de 500 mm precisam ser conectadas.
• Para o slide Dezenas de Minutos, duas das metades do rack de 300 mm são conectadas.
• Para o slide Dezenas de Horas, uso uma das duas metades do slide rack de 300 mm.

Os dentes da engrenagem devem estar localizados no lado direito ao olhar para a parte de trás do slide.

Etapa 9: montagem do relógio

A montagem é bastante simples. Usei parafusos sextavados de 3 mm para toda a montagem. O seguinte lista as etapas de montagem

1. Monte os steppers no transportador do motor
2. Adicione as engrenagens pinhão aos motores, elas estão soltas e serão mantidas no lugar pela corrediça da cremalheira
3. Instale eletrônicos na tampa traseira
   • O Arduino é preso com parafusos na parte traseira e porcas para segurar a placa
   • RTC usa dois parafusos de 2 mm no plástico
   • O conector de alimentação é encaixado por pressão na caixa
   • Os interruptores são instalados nos dois orifícios fornecidos.
4. A tampa traseira tem uma junta em cauda de andorinha que se conecta à parte traseira do transportador do motor, um lado dobra para permitir que os dois lados se encaixem nas cauda de andorinha. Parafusos de 3 mm são aparafusados na frente para proteger a tampa traseira.
5. Adicione a moldura
6. Os slides de número são colocados nas ranhuras e apoiados na borda das engrenagens de dentes retos. Eles serão acionados quando a energia for aplicada ao relógio.

Existem ranhuras de fechadura na tampa traseira para pendurar o relógio na parede. Os arquivos STL incluem um suporte L opcional que pode ser usado para anexar o relógio a uma mesa ou bancada para teste.

Etapa 10: Software

O código-fonte é encontrado no GitHub em

Bibliotecas

O Slide Clock usa a biblioteca SpeedyStepper de Stan Reifel, que pode ser encontrada emhttps://github.com/Stan-Reifel/SpeedyStepper

Eu originalmente tentei usar a biblioteca AccelStepper, pois parece ser o que muitas pessoas usam. Funcionou bem para um único stepper, mas quando tentei mover todos os quatro stepper ao mesmo tempo, ele diminuiu a velocidade para um rastreamento. Então mudei para a biblioteca SpeedyStepper e fiquei muito satisfeito. Usarei esta biblioteca para todas as minhas necessidades de stepper daqui para frente.

Comece

Na inicialização, o código procura um pressionamento de tecla na porta serial.

• Se o usuário pressionar uma tecla, será ativado um menu de depuração que permite o controle manual de todos os motores de passo.
• Se não houver atividade na porta serial, o software inicializa o relógio referenciando os slides e, em seguida, exibe a hora atual.

Homing the Slides

Ao usar motores de passo, você precisa inicializá-los em uma "posição inicial" para que o software saiba a posição física de cada slide. Originalmente, eu adicionaria sensores de efeito Hall e um ímã a cada slide para detectar a posição inicial. Isso exigiria eletrônicos adicionais e, depois de pensar um pouco, percebi que posso simplesmente correr o slide todo o caminho até o topo para o número máximo de etapas. Se a corrediça chegar lá antes do número máximo de etapas, ela irá saltar na engrenagem reta e, quando os motores pararem, todas as corrediças estarão apoiadas na engrenagem reta no topo de seu limite. É um pouco barulhento e com o tempo pode causar desgaste nas engrenagens retas, mas é raro o suficiente para não ser um problema.

Etapa 11: Operação

Iniciando o Relógio

Quando o relógio é conectado pela primeira vez, ele exibe todos os 4 slides e exibe a hora atual.

Definição da hora

Para definir a hora, pressione e segure o botão azul Modo na parte inferior do relógio por 1 segundo. O controle deslizante de dezenas de horas se moverá para cima e para baixo 1/2 para indicar que está selecionado. Pressione o botão amarelo Selecionar para alterar a hora ou pressione o botão Modo para passar para o próximo slide (horas). Repita até a hora foi definido e, em seguida, dê um toque final no botão Modo para iniciar o relógio.

Etapa 12: Conclusão

Existem muitas opções que podem ser exploradas com este design. Uma ideia é substituir os números por letras e usá-los para exibir palavras de 4 letras que transmitam informações como o tempo, o mercado de ações ou afirmações.

Por exemplo, minha esposa quer que eu faça uma versão que mostre seu status de trabalho; Ocupado, Livre, Chamada, etc. Isso pode ser feito facilmente trocando os slides e alterando um pouco de software. As possibilidades são infinitas.

Segundo Prêmio no Concurso de Remix