Die Nerd-Uhr - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Die Nerd Watch zeigt die Uhrzeit beim Drücken des Buttons binär an und wurde von Sam DeRose während eines Sommerpraktikums in unserem HQ erstellt. Die Uhr zeigt die Stunden und Minuten an, indem zwei LEDs nacheinander blinken, um zwei 4-Bit-Binärzahlen (im Big-Endian-Format) darzustellen. Hier ist eine großartige Beschreibung, wie man Binärzahlen liest.

Dieses Tutorial (geschrieben von Sam DeRose) zeigt Ihnen, wie Sie mit ein paar elektronischen Komponenten und einer Bantam Tools Desktop PCB Fräsmaschine eine Nerd Watch von Grund auf neu bauen. Es setzt voraus, dass Sie bereits Erfahrung mit oberflächenmontierten elektronischen Komponenten haben und dass Sie mit Multimeter und Löten nicht fremd sind. Es ist auch hilfreich, ein paar Informationen zur Funktionsweise von Arduino zu sammeln.

Schritt 1: Ein paar Anmerkungen, bevor wir beginnen

So zeigen Sie die Uhrzeit an: Die erste Zahl steht für die Stunde und die zweite Zahl für die Zahl, auf die der Minutenzeiger zeigen würde, wenn es sich um eine analoge Uhr handelt. Wenn die Uhr beispielsweise 0010 - 0110 blinkt, entspricht dies 2 - 6, was bedeutet, dass die Stunde 2 ist und der Minutenzeiger auf die 6 zeigt, also 2:30. (Schauen Sie sich das Bild oben für eine grafische Beschreibung an!) Es gibt keinen Hinweis auf morgens oder abends, aber hoffentlich ist klar, ob es 14:30 Uhr morgens ist oder nicht.

Die Uhr basiert auf einem Projekt von Tony DeRose für Maker Faire. Es verwendet den gleichen Code und Schaltplan, aber jetzt sieht die Platine eher wie eine Uhr aus, und schlankere SMD-Komponenten (SMD) werden verwendet, um sie niedriger zu gestalten.

Hinweis: Sam hat viele Iterationen dieser Uhr gemacht – Sie sehen die Versionsnummern auf den Fotos. Aus diesem Grund springen die Fortschrittsbilder in diesem Beitrag ziemlich häufig zwischen den verschiedenen Versionen hin und her. Der allgemeine Vorgang ist jedoch für jede Version genau gleich. Machen Sie sich also keine Sorgen, wenn Ihre Uhr nicht genau wie auf dem Bild aussieht.

Ein weiterer Hinweis: Der Hauptteil dieser Anleitung behandelt die Erstellung von Version 2.5, der aktuellsten Version, die einen regulären ATtiny-Chip verwendet. Schritt 9 zeigt jedoch eine Variante, Version 3.1, die einen oberflächenmontierten ATtiny und einen Mini-USB-Anschluss verwendet, um ihn zu programmieren. Diese Version ist deutlich schwieriger zu bauen und zu programmieren, daher würde ich empfehlen, mit Version 2.5 zu beginnen und Version 3.1 nur auszuprobieren, wenn Sie sich wirklich ehrgeizig fühlen (oder Erfahrung mit dem Löten von SMD-Komponenten haben).

Schritt 2: Wie es funktioniert

Der ATtiny-Chip (der schwarze 8-Pin-IC-Chip) ist das Herzstück der Uhr. Dieser Chip ist im Grunde eine kleine Version des gleichen Chips, der sich in einem Arduino befindet, und kann daher so programmiert werden, dass er verschiedene Funktionen ausführt. In diesem Fall verfügt der Chip über ein Programm, das auf einen Tastendruck wartet, und wenn er einen erkennt, erdet er mehrere seiner Pins, damit Strom von +3 Volt durch die LEDs fließen und sie aufleuchten kann. Der ATtiny hat eine interne Uhr, daher sind die LEDs so programmiert, dass sie blinken, um die Zeit anzuzeigen.

Schritt 3: Werkzeuge, Materialien und Dateien

WERKZEUGE

• Bantam Tools Desktop-Leiterplattenfräsmaschine
• Computer mit installierter Bantam Tools-Software
• Ausrichthalterung und Befestigungsmaterial im Lieferumfang der Fräsmaschine enthalten
• Lötkolben
• Flache Schaftfräser, 1/64", 1/32" und 1/16" (optional, aber empfohlen, um überschüssiges Kupfer zu entfernen)

MATERIALIEN

• Platinenrohling, FR-1, doppelseitig
• Doppelseitiges Klebeband
• Lot
• Lötpaste
• Nähnadel
• Faden, schwarz
• Klettbänder 3/4", schwarz oder ein anderes Uhrenarmband

ELEKTRONISCHE BAUTEILE

• IC-Sockel, 8-polig
• Atmel ATtiny-Chip Wir haben den ATtiny85 verwendet.
• LEDs, SMD (2)SMD = Surface Mount Device
• Widerstände, ~50 Ohm, SMD (2) Der genaue Wert ist nicht wichtig.
• Taster, quadratisch, SMD Wir haben diese verwendet, aber andere passen auch.
• Knopfzellenbatterie, CR2032, 3-Volt
• Knopfzellenbatteriehalter

DATEIEN

• EAGLE-Board-Datei NerdWatchV2.5.brd für die Uhr
• Arduino skizzieren NerdWatch.ino, um auf dem ATTiny zu gehen. Die hier enthaltene.zip-Datei enthält die Skizze sowie die Bibliotheken, die Sie installieren müssen, damit die Skizze ordnungsgemäß funktioniert.

EAGLE-Datei für ATtiny Programmer TinyProgShield.brd (optional)

• HINWEIS: Denken Sie daran, die Bibliotheken in Arduino zu installieren, bevor Sie versuchen, die Skizze zu kompilieren. Hier ist wie:

  • Laden Sie Arduino herunter und installieren Sie es, wenn Sie es noch nicht getan haben. Sie können es von der Arduino-Site erhalten.
  • Laden Sie die Datei NerdWatch.zip herunter und merken Sie sich, wo Sie sie gespeichert haben.
  • Starten Sie Arduino. Gehen Sie zu Skizze > Bibliothek importieren > Bibliothek hinzufügen und navigieren Sie zu dem Ort, an dem Sie NerdWatch.zip gespeichert haben.
  • Wählen Sie die gesamte.zip-Datei aus und lassen Sie Arduino die Bibliotheken automatisch installieren.
  • Starten Sie Arduino neu, um die Bibliotheken zu aktivieren. Hinweis: Wenn Sie irgendwelche Probleme haben, sind die Arduino-Foren ein spektakulärer Ort, um Fragen zu stellen, sowohl für fortgeschrittene Benutzer als auch für neue Programmierer.
  • Verwenden Sie Arduino, um NerdWatch.ino zu öffnen und Ihren Code zu kompilieren.

Für Version 3.1 benötigen Sie diese Dateien:

• EAGLE-Datei NerdWatchV3.1.brd
• NerdWatch.zip gleiche Datei wie für v2.5
• EAGLE-Datei SMDtinyProgrammer.brd für das SMD ATtiny-Programmierboard

Schritt 4: Einrichten der Bantam Tools Fräsmaschinensoftware

Starten Sie die Bantam Tools-Software. Verbinden Sie dann Ihre Fräsmaschine mit Ihrem Computer und schalten Sie sie ein.

Importieren Sie die EAGLE-Datei in die Bantam Tools-Software und führen Sie die folgenden Schritte aus, um den Schnitt einzurichten:

• Verwenden Sie die Schaltfläche Einrichtung einrichten, um Sie durch die Installation und Position der Ausrichtungshalterung zu führen.
• Sobald die Halterung installiert ist, stellen Sie Ihr Material mit der Schaltfläche Material einrichten auf doppelseitiges FR1-Board ein.
• Achten Sie in diesem Dialog darauf, den Ursprung des Materials an der Halterung auszurichten.
• Verwenden Sie einen 1/32" und 1/64" flachen Schaftfräser für die Vorderseite des Boards und einen 1/32" für die Rückseite des Boards. (Auf der Rückseite können Sie auch Ihren optionalen 1/16" Schaftfräser hinzufügen.)

Die Standardeinstellung für Ihr FR-1-Board funktioniert für dieses Projekt einwandfrei. Wenn Sie mit mehr Spurabstand experimentieren möchten, können Sie den BitBreaker-Modus aktivieren (Einstellungen > klicken Sie auf das BitBreaker-Feld) und mit den Tiefen- und Abstandseinstellungen experimentieren (dies ist für den Benutzer, der sich in einer Mühle auskennt).

Wenn Sie eine Auffrischung bei der Verwendung der Bantam Tools Desktop-Leiterplattenfräsmaschine und beim Einrichten der Software benötigen, lesen Sie diese Anleitung für die ersten Schritte.

Schritt 5: Schneiden Sie die Uhr aus

Laden Sie Ihre leere Platine:

• Verwenden Sie die Schaltfläche Laden, um das Bearbeitungsbett nach vorne zu bringen.
• Bedecken Sie eine Seite eines doppelseitigen FR-1 mit doppelseitigem Klebeband und passen Sie die Platine an der linken Ecke der Ausrichtungshalterung an.
• Drücken Sie die Platine fest nach unten und drücken Sie dann die Home-Taste.

Schneiden Sie Ihr Brett:

Schneiden Sie zuerst die Spuren und Löcher für die Oberseite. Klicken Sie dazu im Plandateifenster auf Spuren und Löcher

• Wenn das erledigt ist, drehen Sie das Board in der Bantam Tools-Software um, indem Sie auf die Schaltfläche Unten klicken.
• Drehen Sie auch das eigentliche Brett in der Maschine um, sodass die ungeschnittene Seite nach oben zeigt. Stellen Sie sicher, dass die Unterseite der Platine bündig mit der rechten Ecke der Ausrichtungslehre ist.
• Klicken Sie im Plandateifenster auf Spuren und Kontur.

Die Mühle schneidet die verbleibenden Spuren und Löcher aus und Sie haben ein fertiges Brett!

Schritt 6: Löten Sie auf der Elektronik

Jetzt kommt der mühsame Teil: das Anlöten der Bauteile an die Uhr. Wenn Sie mit dem Oberflächenmontagelöten oder dem Löten im Allgemeinen noch nicht vertraut sind, lesen Sie die folgende Beschreibung. Einige Tipps finden Sie auch im Projekt Light-Up PCB Necklace.

Für diesen Prozess haben wir einen Toaster verwendet, um die kleineren SMD-Komponenten wie die LEDs und Widerstände zu reflow-löten. Dann haben wir einen normalen Lötkolben verwendet, um die größeren Komponenten wie den IC-Sockel, den Knopf und den Batteriehalter zu befestigen.

Befolgen Sie diese allgemeinen Schritte, um die Komponenten hinzuzufügen:

SMD-Komponenten

• Tupfen Sie Lötpaste auf die 8 Pads, die die 2 LEDs und 2 Widerstände montieren. Sehen Sie sich die Fotos oben an, um die Platzierungsorte zu erhalten.
• Überprüfen Sie, ob Sie die Polarität der LEDs kennen. Dazu können Sie ein Multimeter in der Einstellung "Durchgang" verwenden oder auf die LED schauen und das Häkchen bzw. die grüne(n) Linie(n) finden, die die Masseseite markieren.
• Setzen Sie mit einer Pinzette die LEDs und Widerstände mit der Lötpaste auf die Pads. Achten Sie auf die richtige Polarität! Bei beiden LEDs liegt die Masse näher an der Unterseite der Uhr.
• Verwenden Sie eine Heizplatte, einen Toaster oder einfach einen normalen Lötkolben, um die Lötpaste zu schmelzen und die Komponenten zu befestigen.

IC-Sockel

• Biegen Sie die Anschlussdrähte des IC-Sockels mit Durchgangsloch flach, so dass er wie ein SMD-Bauteil und nicht wie ein Durchgangsloch-Bauteil aussieht.
• Die Pads der Uhr sind lang genug, um die herausgebogenen Kabel der Buchse aufzunehmen. Platzieren Sie die Buchse und stellen Sie sicher, dass Sie verstehen, wie sie an der Uhr befestigt wird.
• Entfernen Sie die Buchse und tupfen Sie Lotpaste auf mindestens ein Pad auf jeder Seite der Buchse. Normalerweise mache ich eine Ecke und dann die gegenüberliegende Ecke.
• Setzen Sie die Buchse mit der Ausrichtungsmarkierung nach oben wieder auf die Pads. Dies ist nicht erforderlich, aber es wird Ihnen helfen, sich daran zu erinnern, in welche Richtung der ATtiny geht.
• Drücken Sie die Buchse nach unten, so dass sie ganz unten auf der Platine ist, und verwenden Sie einen Lötkolben, um die Leitungen mit der Lötpaste an die Platine zu heften.
• Beenden Sie das Löten der restlichen Leitungen an den Pads mit einem Lötkolben und einer Spule mit normalem Lot.

Taste

• Je nachdem, welche Taste Sie erhalten, müssen Sie die Kabel möglicherweise nach unten biegen, damit sie die Pads besser berühren.
• Platzieren Sie den Knopf auf der Platine und stellen Sie sicher, dass sich die 2 normalerweise offenen Leitungen auf den unteren linken und oberen linken Pads befinden. (Wenn die Taste gedrückt wird, werden die 2 linken Pads verbunden.)
• Verwenden Sie die gleiche Hefttechnik, die oben im Abschnitt IC-Sockel beschrieben wurde, um den Knopf anzulöten.

Vias

• Für die Vias können Sie entweder eine abgeschnittene Leitung von einer LED oder einem Widerstand verwenden oder ein Stück 22-Gauge-Vollkern-Anschlussdraht abisolieren.
• Stecken Sie den Draht durch das Loch und verwenden Sie einen Lötkolben, um den Draht an die Pads auf beiden Seiten der Platine zu löten.
• Schneiden Sie den überschüssigen Draht mit einer Drahtschere ab.

Batteriehalter

• Verwenden Sie Klebeband, um den oberflächenmontierten CR2032-Batteriehalter an Ort und Stelle zu halten, während Sie ihn löten. (Es wird sehr heiß, also möchte man es nicht mit den Fingern halten!)
• Befestigen Sie den Halter an der Rückseite der Platine, indem Sie die Füße auf beiden Seiten an die quadratischen Pads löten.

Schritt 7: Fügen Sie den Riemen hinzu

Dieser Teil liegt ganz bei Ihnen. Der einfachste Weg, einen Riemen hinzuzufügen, besteht darin, einige billige Klettstreifen anzubringen, die Sie in jedem Bastel- / Stoffladen wie Michael's oder Jo-Ann Fabrics finden. Irgendwann möchten wir den Riemen aus schönerem Material wie Leder machen und eine Schnalle zum Schließen hinzufügen, aber das funktioniert in der Zwischenzeit.

Bitte lassen Sie es uns wissen, wenn Sie coole Möglichkeiten haben, die Uhr an Ihrem Handgelenk zu befestigen!

Schritt 8: Programmieren Sie den ATtiny

Jetzt ist die Uhr physisch fertig, aber der ATtiny-Chip weiß noch nicht, wie er die LEDs ansteuern soll. Deshalb müssen wir es programmieren.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, einen ATtiny zu programmieren. Sie können eine schnelle Steckplatinenschaltung erstellen, ein spezielles ATtiny-Programmierboard verwenden oder ein raffiniertes Arduino-Shield herstellen, wie wir es getan haben, damit Sie diese Chips von nun an problemlos programmieren können.

Wenn Sie ein erfahrener Arduino-Shield-Hersteller sind und diese Methode wählen möchten, ist die Board-Datei für den Programmierer (TinyProgShield.brd) in diesem Schritt verfügbar. Schneiden Sie es einfach aus, löten Sie die Komponenten und koppeln Sie es mit Ihrem Arduino.

Die.ino-Datei hier und im Einführungsschritt ist die Datei, mit der Sie Ihren ATtiny85 programmieren. Ändern Sie die Uhrzeit im Code auf die aktuelle Uhrzeit. Stellen Sie sicher, dass Sie die Datei innerhalb von ein oder zwei Minuten auf Ihr ATtiny hochladen, damit die Uhr mit der richtigen Zeit synchronisiert wird.

Schritt 9: Andere Variationen

Wie im ersten Schritt erwähnt, hat Sam eine vollständige SMD-Version der Uhr hergestellt, komplett mit einem oberflächenmontierten ATtiny. Da man den ATtiny zum Programmieren nicht herausziehen kann, musste er einen Mini-USB-Port hinzufügen, der mit den notwendigen Pins verbunden wird, damit der ATtiny extern programmiert werden kann.

Dann hat er eine Abschirmung für das andere Ende des USB-Kabels gemacht, so dass Sie nur die Uhr an die Abschirmung haken und dann die ATtiny so programmieren müssen, als ob sie auf der Abschirmung wäre.

Schritt 10: Verwenden Sie es

Setzen Sie Ihre Nerd Watch auf und testen Sie sie, indem Sie den Knopf drücken.

Kannst du die Uhrzeit ablesen? Wenn Sie die Zeit durch einmaliges Anschauen der Sequenz erkennen können, dann herzlichen Glückwunsch, Sie sind ein Nerd! Wenn Sie zwei oder drei Mal brauchen, um die Zeit zu bekommen, sind Sie immer noch ein Nerd, weil Sie diese super nerdige Uhr tragen.

Haben Sie Fragen oder Anmerkungen? Senden Sie uns eine E-Mail an [email protected].