MechWatch - Jam Tangan Digital Kustom: 9 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:57

MechWatch adalah jam tangan yang saya rancang untuk memiliki keunggulan Arduino dalam hal fleksibilitas, tetapi saya ingin agar terlihat dan terasa seprofesional mungkin. Untuk itu instruksi ini menggunakan elektronik pemasangan permukaan yang cukup canggih (tidak ada koneksi terbuka ke solder) dan peralatan penggilingan CNC.

Saya akan mulai dengan bagaimana waktu dibaca, dengan ilustrasi di gambar kedua. Ada dua cincin LED, satu adalah jarum jam dan yang lainnya berfungsi sebagai jarum menit, menunjuk dari 1-12 seperti pada tampilan jam analog. Karena jarum menit hanya dapat bergerak dalam peningkatan 5 menit, ada 4 LED terpisah untuk menunjukkan setiap menit. Sebagai contoh gambar ketiga menunjukkan jam tangan yang menampilkan 9:41.

Interaksi arloji dilakukan melalui sakelar dua arah di samping yang meluncur ke arah lugs (maju/mundur). Untuk mengatur waktu:

1. tekan dan tahan saklar sampai lampu mati. Saat dirilis, waktu akan berkedip dan sakelar dapat didorong ke atas/bawah untuk mengubah jam

2. Tekan dan tahan sakelar lagi sampai lampu mati untuk beralih ke pengaturan menit dengan cara yang sama

3. Tekan dan tahan sakelar hingga lampu mati lagi untuk menghemat waktu

4. Jika Anda menunggu terlalu lama saat mengatur waktu tanpa menekan tombol, jam tangan hanya akan tertidur tanpa menyimpan perubahan apa pun

Instruksi ini menguraikan cara membuat jam tangan lengkap dan menyediakan semua file sumber yang diperlukan.

Langkah 1: Desain Elektronik

Langkah ini menguraikan spesifikasi elektronik. Gambar pertama adalah skema listrik, menunjukkan bagaimana semua bagian diuraikan. Gambar kedua menunjukkan bagaimana papan diatur, bagian atas berwarna merah dan bagian bawah berwarna biru.

Bagi siapa pun yang tertarik dengan tagihan bahan yang tepat untuk semua bagian elektronik serta tempat saya membelinya, saya telah melampirkan file excel dengan tautan, daripada membuat semua orang menggulir daftar panjang.

Saya ingin menjaga bagian atas papan sirkuit relatif jelas dengan estetika desain yang konsisten, jadi saya meletakkan mikrokontroler di tengah dan menyusun RTC, Crystal, dan resistor di sekitarnya. LED mengelilingi bagian luar dan bahkan jejak di sekitar bagian luar mencerminkan estetika desain melingkar.

Untuk menghubungkan LED dengan mikrokontroler, mereka dapat diatur dalam kotak, membutuhkan 12 pin I/O digital untuk menggerakkannya. Saya juga ingin menggunakan jam waktu nyata (RTC) untuk menjaga waktu sehingga saya dapat membuat mikrokontroler tertidur lelap untuk menghemat daya. RTC menggunakan daya yang jauh lebih sedikit daripada mikrokontroler, memungkinkan hingga 5 hari di antara pengisian daya. Untuk berkomunikasi dengan mikrokontroler RTC membutuhkan komunikasi I2C. Saya memilih ATMEGA328P karena memenuhi persyaratan ini dan saya sudah terbiasa menggunakannya (juga digunakan di banyak Arduino).

Untuk berinteraksi dengan arloji, pengguna memerlukan semacam sakelar, jadi saya menemukan sakelar geser dua arah yang kembali ke tengah menggunakan pegas. Sakelar geser eksternal menempel pada sakelar listrik menggunakan sekrup set.

Saya memutuskan untuk menggunakan baterai lithium untuk memberi daya pada semuanya dan pengisian induktif Qi untuk mengisi ulang. Saya ingin menghindari penggunaan konektor apa pun untuk mengisi ulang jam tangan karena konektor ini memiliki bukaan untuk membiarkan kotoran dan air masuk dan mungkin akan menimbulkan korosi seiring waktu, karena sangat dekat dengan kulit. Setelah membaca lebih banyak lembar data daripada yang diinginkan siapa pun, saya memilih BQ51050BRHLT. Ini memiliki diagram referensi yang baik dan pengisi daya baterai lithium bawaan (ruang adalah premium).

Karena tidak ada cara yang baik untuk mengatur elektronik pengisian Qi di bagian atas, saya harus meletakkannya di bagian belakang papan dengan baterai. Sakelar juga terletak di bagian belakang, tetapi itu karena ini adalah lokasi yang lebih baik untuk memasang sakelar eksternal.

Langkah 2: Perakitan Elektronik

Saya telah mengatur hampir semua bagian elektronik di gambar pertama. Saya memang meninggalkan beberapa kapasitor dan resistor, karena semuanya terlihat sangat mirip dan mudah tercampur atau hilang.

Untuk mendapatkan solder pada bantalan, saya akan menggunakan stensil solder. Saya segera membuat dudukan di gambar kedua untuk menjaga papan sirkuit tetap sejajar di bawah stensil, tetapi ada beberapa opsi yang lebih mudah tersedia, yang paling sederhana adalah pita.

Gambar ketiga menunjukkan stensil yang disejajarkan di atas papan. Gambar keempat menunjukkan mengolesi pasta solder ke dalam lubang stensil. Sangat penting bahwa stensil diangkat lurus ke atas setelah menerapkan solder. Foto ini juga mengungkapkan cara darurat saya melakukan ini karena saya belum pernah menggunakan stensil sebelumnya. Lain kali saya tidak akan membeli bingkai. Akan lebih mudah untuk hanya menempelkan lembaran yang lebih kecil di sepanjang satu sisi tanpa bingkai, hidup dan belajar.

Sekarang tugas yang membosankan dan sulit; letakkan masing-masing bagian di papan dengan pinset. Gambar 7 menunjukkan bagian-bagian yang ditempatkan dan gambar 8 menunjukkannya disolder.

Video di tempat gambar ke-6 menunjukkan proses penyolderan. Saya menggunakan stasiun solder udara panas yang diatur ke 450C untuk melelehkan solder tanpa mengganggu bagian-bagiannya, secara bergantian dimungkinkan untuk menggunakan oven solder untuk melakukan hal yang sama. Setelah menyolder bagian bawah gunakan multimeter yang disetel ke mode kontinuitas untuk memeriksa hubungan pendek antara pin yang berdekatan pada IC. Saat ditemukan korsleting, gunakan besi solder untuk menariknya menjauh dari chip dan memecahkannya.

Saat menyolder seperti ini, penting untuk memanaskan papan secara perlahan selama beberapa menit sebelum masuk untuk meleleh. Jika tidak, kejutan termal dapat merusak bagian-bagiannya. Saya akan menyarankan untuk melihat instruksi yang lebih rinci jika Anda tidak terbiasa dengan metode ini.

Selanjutnya, perlu untuk menghubungkan koil ke konektor 2 kabel dan menahannya di atas dasar pengisian. Jika semuanya berjalan dengan baik, lampu pengisian daya hijau akan menyala sekitar satu detik kemudian mati. Jika baterai terhubung, lampu pengisian daya hijau akan tetap menyala sampai baterai selesai diisi.

Setelah pengisian berfungsi seperti yang diharapkan, itu adalah proses yang sama untuk menyolder sisi atas papan. Catatan untuk LED pada gambar 9, ada tanda kecil di bagian bawah LED untuk menunjukkan orientasinya. Sisi keluarnya garis kecil adalah ujung sempit segitiga dalam skema LED. Penting untuk memeriksa ini untuk setiap LED pemasangan permukaan yang Anda gunakan karena tandanya dapat bervariasi di antara produsen yang berbeda.

Langkah 3: Pemrograman dan Pengujian Elektronik

Gunakan AVRISP mkII untuk memprogram mikrokontroler (tekan dan tahan shift sambil mengklik unggah di Arduino IDE). Dimungkinkan juga untuk menggunakannya untuk hanya membakar bootloader seperti biasa dan menggunakan koneksi serial di bagian belakang jam tangan dengan kabel FTDI. Tetapi dengan menghindari bootloader dan memprogram secara langsung dengan AVR ISP mkII, kode mulai lebih cepat saat dinyalakan.

Saya telah melampirkan kode ke langkah ini juga. Jika ada yang ingin melihat lebih dalam, saya telah mengomentari kode untuk menjelaskan apa yang dilakukan setiap bagian. Struktur umum kode adalah mesin negara. Setiap negara bagian memiliki sepotong kode yang dijalankannya serta kondisi untuk pindah ke negara bagian yang berbeda.

Sebagian besar kode yang mengontrol pin I/O secara langsung mengontrol register, ini sedikit lebih sulit untuk dibaca tetapi bisa sampai 10x lebih cepat dalam eksekusi daripada digital. Tulis atau Baca.

Langkah 4: Pengaturan Pemesinan

Penyiapan pemesinan untuk kotak arloji cukup rumit dan membutuhkan sedikit persiapan.

Pabrik yang saya gunakan adalah Othermill v2 (sekarang disebut Bantam Tools) dengan kit penjepit kaki. Klem memungkinkan saya untuk memegang benda kerja dari samping, yang saya gunakan untuk pengaturan pertama.

Pemesinan jam tangan dilakukan dalam tiga pengaturan. Pengaturan pertama hanya memiliki bahan awal yang dijepit ke tempat tidur CNC dan gilingan memotong bentuk bagian dalam jam tangan dan menghilangkan sedikit permukaan. Setup software permesinan dapat dilihat pada gambar ke-6.

Pengaturan kedua memerlukan perlengkapan khusus untuk menahan kotak arloji dari dalam, sehingga memungkinkan untuk memotong seluruh bentuk luar atas arloji. Fixture kustom dapat dilihat pada gambar pertama dengan tampilan meledak di gambar kedua. Bagian tengah yang kecil memiliki lubang yang disadap sehingga ketika sekrup dikencangkan, sekrup akan mengangkat bagian dan memaksa kedua bagian samping ke dalam kotak arloji, menahannya di tempatnya. Perangkat lunak pemesinan untuk penyetelan kedua terlihat pada gambar 7.

Pengaturan ketiga membutuhkan perlengkapan khusus lain untuk menahan arloji; yang ini sedikit lebih sederhana. Perlengkapannya terdiri dari alas dan bagian yang masuk ke dalam arloji. Bagian di dalam arloji terdaftar dengan dua tiang di alas dan sekrup di tempatnya untuk menahan kasing arloji secara terbalik.

Saya mengerjakan potongan perlengkapan dari potongan aluminium yang lebih besar dan membiarkannya terhubung dengan tab. Setelah kedua sisi dikerjakan, saya memotong tab dengan gergaji gulir dan mengampelasnya dengan halus.

Saya telah menyertakan file CAD fusion360 yang saya gunakan untuk membuat semua bagian (termasuk kotak arloji dan sakelar samping), tetapi gunakan penilaian Anda sendiri jika Anda mencoba membuat bagian-bagiannya. Saya tidak bertanggung jawab jika terjadi kesalahan dan pecah.

Petunjuk untuk membuat perlengkapan lebih akurat: mesin bagian mana pun yang berinteraksi dengan mesin terlebih dahulu dan kemudian meletakkannya di tempat terakhir dan kemudian mengerjakannya ke dimensi akhir. Ini memastikan banyak kesalahan kecil tidak bertambah dan menahan kotak arloji di tempat yang salah. Pengetahuan ini dibawa kepada Anda oleh tumpukan aluminium bekas.

Langkah 5: Pemesinan Kasing

Kosong aluminium awal dapat dilihat pada gambar pertama. Saya menggunakan gergaji lubang 1-1/4 untuk melepas bagian tengahnya, ini menghemat sedikit waktu pemesinan.

Seperti disebutkan pada langkah sebelumnya, ada 3 pengaturan untuk pemesinan casing. Pengaturan pertama setelah pemesinan terlihat pada gambar 2. Saya pertama menggunakan 1 1/8" end mill (datar di bagian bawah) untuk menghapus sebagian besar material. Saya kemudian beralih ke 1/32" end mill untuk memotong 4 sekrup lubang. Untuk memotong ulir pada lubang ulir saya kemudian menggunakan thread mill M1.6 (dari alat Harvey). Pengaturan khusus yang saya gunakan terdapat dalam file CAD Fusion360.

Gambar 3 menunjukkan penyetelan kedua dengan pemesinan selesai dan gambar ke-4 menunjukkan penyetelan ketiga sebelum pemesinan.

Pengaturan kedua dikerjakan dengan mesin menggunakan pabrik akhir 1/8" untuk menghilangkan sebagian besar material dengan cepat, kemudian saya menggunakan pabrik bola 1/8" (ujung bundar) untuk memotong permukaan yang melengkung. Pengoperasiannya juga sama untuk pengaturan ketiga.

Pengaturan kedua memerlukan penggunaan alat khusus lainnya, gergaji slitting 3/4 dengan punjung yang dimodifikasi sehingga dapat dipasang erat dengan dudukan kotak jam. Gergaji slitting berputar pada 16500 RPM dan bergerak dengan kecepatan 30 mm/mnt. Kecepatan ini mendorong apa yang mampu dilakukan Othermill, jadi mungkin perlu memperlambatnya lebih jauh. Langkah ini ditunjukkan dalam video di atas.

Jika Anda ingin mempelajari lebih lanjut tentang spesifikasi permesinan CNC, saya akan mengarahkan Anda ke NYC CNC di YouTube, Mereka melakukan pekerjaan yang lebih baik daripada yang pernah saya lakukan di sini.

Sekedar referensi bagi yang mengetahui artinya, setelan yang digunakan pada othermill v2 untuk end mill 1/8 adalah 16400 RPM (163,5 m/mnt), 300 mm/mnt, kedalaman potong 1 mm, dan lebar pemotongan 1,3 mm. memotong.

Karena kincir lain tidak memiliki ketinggian z yang cukup untuk menahan arloji di sisinya, saya perlu mengebor lubang secara manual untuk tali jam dan lubang untuk sakelar samping. Untuk membantu menemukannya pada sisi jam tangan yang bentuknya tidak beraturan, saya mencetak beberapa panduan 3D, terlihat pada gambar 5-7. Untuk membantu akurasi pengeboran, penting untuk memasukkan mata bor sejauh mungkin ke dalam chuck; ini membuat bit lebih sulit untuk berkeliaran.

Lubang sakelar samping berbentuk tidak melingkar sehingga perlu disempurnakan setelah memulai bor, yang dilakukan menggunakan file Swiss. Menggunakan kaliper, saya mengukur lubang saat ini dan memasukkannya ke dimensi yang benar. Lubang harus 4,6 mm dari permukaan atas, 3,8 mm dari permukaan bawah dan 25,8 mm dari titik terjauh setiap lug. Saya sarankan menonton Clickspring di YouTube untuk mendapatkan inspirasi saat mengisi lubang.

Langkah 6: Pemesinan Sakelar Samping

File yang digunakan dalam langkah ini disertakan dalam file zip kembali dalam pengaturan pemesinan.

Sakelar samping dikerjakan dengan sangat mirip dengan kasing MechWatch. Ini digiling dengan penggilingan akhir 1/8" menggunakan pengaturan yang sama seperti kasing. Selanjutnya gunakan penggilingan bola 1/8" pada permukaan melengkung, pengaturan yang sama seperti sebelumnya.

Pengaturan kedua terlihat pada gambar 3-4 sebelum dan sesudah pemesinan. 1/8" end mill, 1/8" ball mill, 1/32" end mill kemudian M1.6 thread mill. (ada lubang berulir untuk menahannya ke sakelar di papan).

Saya mengerjakan sakelar dari sepotong aluminium yang lebih besar karena dua alasan. Alasan pertama adalah agar saya bisa menjepit sisi-sisinya dan tidak sengaja menggiling bagian yang memegangnya. Yang kedua jadi saat saya pasang di slot untuk operasi ketiga masih bisa dijepit (lihat gambar 5).

Langkah 7: Pemesinan Casing Kembali

Bagian bawah arloji terbuat dari akrilik, harus non-logam karena pengisian daya induktif. Saya menggunakan beberapa potongan aluminium untuk memisahkannya dari tepi (masing-masing setebal 12,7 mm) dan selotip dua sisi untuk menahannya di tempatnya.

Karena plastik jauh lebih mudah dikerjakan daripada aluminium, dimungkinkan untuk lebih agresif dengan pengaturan CNC. Dimulai dengan end mill 1/8" pengaturannya adalah 16500 RPM, kecepatan potong 600 mm/mnt, kedalaman potong 1,5 mm, dan lebar potong 1 mm. Untuk memotong detail halus gunakan end mill 1/32" dengan pengaturan yang sama tetapi kedalaman pemotongan 0,25 mm dan lebar pemotongan 0,3 mm.

Setelah memutar tusuk gigi dari batang kayu (saya harus menggunakan stok yang lebih tipis, tetapi inilah yang saya miliki) saya menyelesaikan jam tangan. Ini memiliki bentuk elektromagnet yang dipotong untuk menjaga arloji tetap tipis.

Untuk mengeluarkannya dari tempat tidur, saya meletakkan kunci allen di slot-t dan dengan lembut mencongkelnya, pindah ke titik berikutnya ketika mulai mengendur.

Langkah terakhir adalah mengambil mata bor dan dengan lembut menenggelamkan lubang di sisi bawah. Saya melakukan ini dengan memutar mata bor dengan tangan. Saya merasa lebih mudah untuk tetap terpusat dan terkendali.

Sekali lagi file yang digunakan dalam langkah ini disertakan dalam file zip kembali dalam pengaturan pemesinan.

Langkah 8: Tonton Perakitan

Ini adalah langkah yang paling berharga, mengambil semua bagian dan merakitnya menjadi arloji terakhir. Semua bagian yang tersusun (dikurangi tali jam dengan lebar 24mm dan batang pegas pelepas cepat berdiameter 1,5mm dengan panjang 24mm) terlihat pada gambar 1.

Bagian pertama rumit karena o-ring berdiameter 40mm yang saya pesan sebenarnya mendekati 37mm, jadi harus diregangkan dan dipasang dengan cepat. Gunakan ujung bola kunci Allen untuk menekannya ke tempatnya dengan menggulungnya di sepanjang alur seperti yang terlihat pada gambar 2.

Saat cincin-O terpasang dengan benar, tekan kristal (diameter 40 mm dengan ketebalan 1,5 mm) ke dalam kotak arloji. O-ring harus menahannya di tempatnya sementara hampir tidak terlihat.

Sekarang saatnya untuk menginstal elektronik. Pertama, bersihkan bagian dalam kristal dengan kain bebas serat dan letakkan barang elektronik di dalam kotak, perhatikan kunci untuk menjaga orientasi tetap lurus. PCB harus terpasang dengan kuat pada casing, tetapi jika longgar, dapat diamankan dengan setetes kecil lem super pada kunci untuk menahannya di tempatnya.

Setelah elektronik masuk, sakelar samping masuk melalui lubang dan melewati sakelar yang dipasang pada PCB. Sekrup set M1.6 menahan kedua bagian bersama-sama seperti yang terlihat pada gambar 4.

Selanjutnya, kabel yang lebih panjang pada koil harus dilipat dan diselipkan di tempat yang tidak akan menggosok kontak listrik yang terbuka.

Langkah kedua dari belakang adalah menutup semuanya, dan pasang kembali casing plastik dengan 4 sekrup M1.6. Penting untuk diperhatikan bahwa bentuk di bagian belakang sejajar dengan bentuk koil. Mungkin perlu mengubah penempatan kawat agar lebih pas.

Langkah terakhir adalah memasang tali jam menggunakan batang pegas pelepas cepat (gambar 8-9). Tergantung pada band yang dipilih, mungkin perlu untuk memodifikasi band untuk bekerja dengan batang pegas. Untuk pita jala hiu yang ditunjukkan, saya menggunakan pemotong kawat untuk membuat lubang kecil untuk mengakomodasi mekanisme pelepasan cepat.

Langkah 9: Catatan Akhir

Jam tangan sekarang selesai!

Hanya beberapa catatan: sakelar samping terkadang menjadi sedikit lengket, untuk memperbaikinya mungkin perlu memperbesar lubang atau menyesuaikan lokasi sakelar dengan melonggarkan sekrup yang disetel, menahan sakelar di dekat bodi dan mengencangkan kembali baut.

Untuk mengisi daya arloji, saya membuat dudukan pengisi daya khusus yang berbasis di sekitar pengisi daya Adafruit Qi (https://www.adafruit.com/product/2162) yang terlihat di gambar kedua, tapi itu topik untuk lain waktu.

Apa pun pengisi daya yang dipilih, penting untuk dicatat bahwa tidak ada logam yang bisa berada di antara koil dan pengisi daya. Karena band yang saya pilih adalah logam, itu perlu di sekitar pengisi daya

Terima kasih telah membaca sampai akhir, saya harap Anda belajar sesuatu. Saya senang berbagi MechWatch setelah berbulan-bulan dalam pembuatan.

Hadiah Pertama dalam Kontes Jam