Planeetide käigukell: 6 sammu (piltidega)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:46

(Vanad) mehaanilised kellamehhanismid on uskumatult huvitavad ja meeldivad vaadata, kuid kahjuks on neid peaaegu võimatu ise üles ehitada. Mehaanilistel kelladel puudub ka tänapäeval kättesaadava täpse digitaalse tehnoloogia hooletus. See juhend annab teile võimaluse ühendada mõlema maailma parimad küljed; sõites mehaanilise kella käega läbi astmelise mootori ja Arduino planetaarkäigukasti!

Tarvikud

Üldised komponendid:

• 5 mm puit ja akrüül
• M5 poldid (süvistatud), seibid ja mutrid
• PCB -d
• M3 kruvid samm -mootori jaoks

Elektrilised komponendid:

• Stepper draiver (kasutasin L293d)
• Mis tahes tüüpi Arduino
• Reaalajas kell (kasutasin DS3231)
• Halli efekti andur (ma kasutasin A3144)
• 5 mm neodiummagnet
• Nupud kasutaja sisestamiseks
• 10K takisti
• 100uf 25V kondensaator
• DC pistik
• 5V 2A alalisvoolu toide
• RTC aku (minu puhul cr2032)

Mehaanilised komponendid:

• Igasugune 5 mm teljega 1,8 kraadi astmeline samm -mootor
• Hammasrihm GT2 400 mm
• GT2 60 hamba 5mm telje rihmaratas
• GT2 20 hamba 5mm telje rihmaratas
• 5x16x5 mm laager (3x)
• 5x16x5 mm äärikuga laager (2x)
• M5x50 keermestatud varras

Samm: käikude projekteerimine ja valmistamine

Selle projekti üheks eesmärgiks oli saada üks mootor, mis juhib kogu kella, sarnaselt tõelisele mehaanilisele kellale, kus üks põgenemismehhanism juhib kogu kella. Minutikäsi peab aga tegema 12 pööret aja jooksul, mil tunnikäpp teeb 1 pööret. See tähendab, et ühe mootoriga mõlema käe juhtimiseks on vaja reduktorit 1:12. Otsustasin seda teha planetaarkäigukastiga, lisatud video selgitab ilusti seda tüüpi käigukasti tööd.

Järgmine samm oli minu jaoks erinevate hammasrataste hammaste arvu määramine, et luua suhe 1:12. See veebisait oli väga kasulik ja sisaldab kõiki vajalikke valemeid. Kinnitasin päikesekäigu minutikellale ja planeedikandja tunniosuti külge, jättes rõngaskäigu paigale. Teeme natuke matemaatikat!

• S = hammasrataste hammaste arv
• R = hammasrataste hammaste arv
• P = hammaste arv planeedil

Ülekandearv (i) määratakse kindlaks järgmiselt:

i = S/R+S

Pange tähele, et planeedi hammasrataste hammaste arv ei ole sel juhul ülekandearvu jaoks oluline, kuid peame siiski järgima üldisi piiranguid:

P = (R -S)/2

Pärast mõningast mõistatamist kasutasin ma järgmisi numbreid: S = 10; R = 110; P = 50; Tundub, et need on võimaliku piiri peal, kuna planeedi hammasrataste vahel on väga vähe vaba ruumi, kuid see toimib!

Saate hammasrattaid joonistada oma lemmik CAD -programmis, enamikul neist on spetsiaalsed hammasrataste pistikprogrammid. Võite kasutada ka selle juhendi manuseid. muidugi. Pange tähele, et kuigi kõik hammasrattad on erineva suurusega, on neil sama hammaste samm.

Ma arvasin, et oleks suurepärane teha need hammasrattad 5 mm alumiiniumist ja võtsin veejoaga kohaliku poe poole ühendust, kui nad saaksid need käigud minu jaoks ära lõigata. Tavaliselt ei teeks te kunagi veelõikuritega hammasrattaid, kuid need on väga madala jõudlusega käigud. Üllataval kombel olid nad nõus proovima, kuid see plaan ebaõnnestus kohutavalt. Osad olid veejoa jaoks lihtsalt väikesed ja hakkasid lõikamise ajal ringi liikuma.

See tagasilöök tähendas, et oli plaan B plaaniks, nii et ostsin 5 mm suitsu musta akrüüli ja leidsin koha laserlõikuriga, millel polnud probleeme hammasrataste lõikamisega. Kui teil pole laserlõikurit saadaval, saate nende hammasrataste jaoks tõenäoliselt kasutada ka 3D-printerit, lisasin STL-failid (rõngasratas võib olla vaja jagada kolmeks osaks).

Pärast lõikamist vajutan paigaldatud laagrid planeedi hammasratastesse. Sobivuse saavutamiseks valmistasin akrüülist proovitüki, millel oli mitu auku, millest igaühel oli veidi suurem läbimõõt (0,05 mm sammud). Olles leidnud sobiva seadistuse, muutsin planeedi hammasrataste ava suuruse selliseks. See on midagi, mis erineb materjali ja masinatüübi poolest, nii et peaksite seda alati ise tegema.

2. samm: käigukasti kokkupanek

Hammasrataste kokkupanekuks on vaja kella raami. Nüüd on see osa, kus saate lasta oma loovusel hulluks minna, kuna raami kuju on suhteliselt ebaoluline, kui kõik poltide augud on õiges kohas. I Valisin hammasratta mehhanismi rõhutamiseks valimisplaadile ja tagaplaadile palju auke. See on ka põhjus, miks planeedikandjad ja minutikäsi on omamoodi läbipaistvad, kuid see näeb ka lihtsalt lahe välja!

Nende osade valmistamiseks kasutasin taas laserlõikurit ja kuna akrüülosad olid 5 mm paksused, tegin ka puidust osad 5 mm paksuseks. Kõik augud valimisplaadil ja planeedikandjal olid süvistatud, et mahutada sobivad poldid.

Kella kesktelg jookseb planeedi kandjate sees kahes laagris. Kuna ma tegin selle telje 5 mm varrast, on see laagrite sisse väga tihedalt kinnitatud ja ma ei saanud neid komponente enam lahti võtta. Palju lihtsam oleks lihtsalt kasutada tükki M5 niiti, kuna te ei peaks ka oma niiti enam katkestama (kui ma vaid varem aru saaksin …..). Päikesekäigu ümber telje pöörlemise peatamiseks on sellel D-kujuline auk, nii et ka telg tuleb sellesse D-vormi viilida. Kui päikesekäik sobib telje ümber, saate telje kokku panna, ärge unustage planeedikandureid, kui kasutate ääriklaagreid! Vaadake kokkupaneku juhiseid plahvatatud vaates.

Kui kesktelg on paigaldatud, on planeedi hammasrataste aeg. Need vajavad ka väikeseid seibisid, nagu kesktelg, et käigud sujuvalt töötaksid. Kui kõik on planeedikandjatele kinnitatud, kontrollige, kas planeedi hammasrattad ja päikesevarustus töötavad sujuvalt.

Keskosa saab nüüd paigaldada kellaraami. See on tüütu töö, kuid poltide esiplaadist läbi kleepimine ja nende teipimine aitab palju. Samuti võib olla kasulik esiplaadi tõstmine, et tekitada ruumi minutikäe jaoks. Fotodelt on näha, et panin hammasratta rõnga ja tagaplaadi vahele kuus väikest paberit, et anda hammasratastele natuke vaba ruumi. Planeedikandja sisestamisel veenduge, et valimisklahvid osutaksid mõistuspärasesse kohta (kui minutinäidik osutab 12-le, ei tohiks tunninäidik olla kahe tunni vahel)

3. samm: samm -samm ja anduri ühendamine

Nüüd, kui meil on käigumehhanism, mis juhib käsi õigesti, peame ikkagi käigumehhanismi õigesti juhtima. Võib kasutada erinevat tüüpi elektrimootoreid, valisin samm -mootori, kuna see suudab teha täpseid liigutusi ilma pidevate nurkade tagasisideanduriteta. Sammumootor võib teha ka tõelise "Click" heli, mis sobib suurepäraselt poolmehaanilise kella jaoks!

Tavaline samm -mootor võib teha 200 sammu pöörde kohta, mis tähendab 200 sammu tunnis, kui ühendame selle minutikäega. See tähendaks sammuga 18 sekundit, mis ei kõla veel nagu tiksuv kell. Seetõttu kasutasin samm -mootori ja minutite vahel 1: 3 ülekannet, nii et samm -mootor peab tegema 600 sammu tunnis. Kasutades poole sammu režiimi, saab seda suurendada 1200 sammuni tunnis, mis võrdub ühe sammuga 3 sekundi jooksul. Kõlab paremini!

Üks samm -mootorite probleem on see, et Arduino sisselülitamisel ei tea kunagi, kus need asuvad. Seetõttu on kõigil 3D-printeritel lõpp-peatused, nii et saate oma printeri teadaolevasse kohta liigutada ja sealt edasi jätkata. Seda on vaja ka kella jaoks, ainult lõpp -stopp ei tööta, kuna kell peaks pidevalt pöörlema. Selle asenditundlikkuse realiseerimiseks kasutasin A3144 Halli efekti andurit, mis tuvastab planeedi kandja külge kinnitatud magneti (kontrollige polaarsust! …). Selle abil liigutatakse käed käivitamisel kindlasse asendisse, misjärel saavad nad vajalikule ajale liikuda.

Kokkupanek on väga lihtne; Kinnitage samm -mootor tagaplaadi külge, jättes kruvid veidi lahti. Seejärel saate väikese rihmaratta paigaldada samm -mootori teljele ja kontrollida, kas hammasrihm jookseb otse. Nüüd saate hammasrihma pinge reguleerimiseks nihutada samm -mootorit. Hammasrihm vajab natuke mängimist, et veenduda, et te hammasratastele pinget ei avalda. Mängige selle seadistusega, kuni olete rahul, seejärel keerake samm -mootori kruvid täielikult kinni.

Halli efekti andur on liimitud oma kohale. Parim on joota esmalt andurile kolm juhet, veendudes, et anduri kummagi jala ümber oleks kahanemine nii, et need ei saaks üksteist lühistada. Pärast jootmist saab anduri oma kohale liimida. Pole vahet, kumb pool üleval on, kui te pole veel magnetit kinnitanud. Kui olete anduri oma kohale liiminud, ühendage see Arduino või väikese LED -ahelaga, et kontrollida, kas see töötab. (MÄRKUS: saaliefekti andur töötab ainult siis, kui magnetvälja jooned liiguvad õiges suunas). Selle testiahela abil kontrollige, kuidas magnet tuleks liimida. Kui olete täiesti kindel, milline magneti pool peaks anduri poole jääma, liimige magnet oma kohale.

Samm: elektroonika, mis teeb kella tiksumise

Võite kasutada väga lihtsat Arduino koodi, mis teeb mootoriga pool sammu ja seejärel võtab järgmise sammu juurde 3000 millisekundi viivituse. See töötaks, kuid pole väga täpne, kuna sisemine Arduino kell ei ole ülitäpne. Teiseks unustaks Arduino iga kord, kui ta jõu kaotab.

Aja jälgimiseks on parem kasutada reaalajas kella. Need asjad on spetsiaalselt välja töötatud varupatareiga kiibid, mis jälgivad täpselt aega. Selle projekti jaoks valisin DS3231 RTC, mis saab i2c kaudu Arduinoga suhelda, muutes juhtmestiku lihtsaks. Kui olete oma kiibil kellaaja õigesti seadistanud, ei unusta see kunagi, kui palju see kell on (seni, kuni aku CR2032 mahl on alles). Selle veebisaidi kohta leiate kõik selle mooduli üksikasjad.

Sammumootorit juhitakse L293d mootorijuhiga. Mõned arenenumad samm-mootoridraiverid kasutavad PWM-signaali mikrosammude ja voolu piiramiseks. See PWM -signaal võib tekitada tüütu piiksumüra, mida iga tegija tunneb (eriti kui teil on 3D -printer). Kuna see kell peaks saama teie interjööri osaks, pole vastikud mürad soovitavad. Seetõttu otsustasin kasutada madala tehnoloogiaga l293d mootoridraiverit, et veenduda, et mu kell on vaikne (peale iga 3 sekundi tagant astumise, aga see on tegelikult nauditav!). Vaadake sellel veebisaidil l293d kiibi üksikasjalikku kirjeldust. Pange tähele, et ma kasutan samm -mootorit 5 V juures, mis vähendab samm -mootori energiatarvet ja temperatuuri.

Nagu varem mainitud, kasutan planeedi kandjale liimitud magneti tuvastamiseks Halli efekti andurit. Anduri tööpõhimõte on väga lihtne, see muudab olekut, kui magnet on piisavalt lähedal. Nii saab teie Arduino tuvastada digitaalse kõrge või madala taseme ja seega tuvastada, kas magnet on lähedal. Vaadake seda veebisaiti, mis näitab, kuidas andurit ühendada, ja näitab lihtsat koodi, mida kasutatakse magneti tuvastamiseks.

Lõpuks lisasin PCB -le kasutaja sisestamiseks 4 nuppu. Juhtmestiku lihtsustamiseks kasutavad nad Arduino sisemisi tõmbetakistusi. Minu trükkplaadil on ka Uno konfiguratsioonis päised, et saaksin võimalike laienduste jaoks lisada Arduino kilbid (ma pole seda seni teinud).

Katsetasin kõigepealt kõike oma leivaplaadil ja seejärel kavandasin ja tellisin selle projekti jaoks kohandatud trükkplaadi, kuna see näeb välja vinge! Kui te ei soovi seda vaadata, võite trükkplaadi paigaldada ka kella tagaküljele.

PCB jaoks mõeldud Gerberi faile saab minu kettalt alla laadida, Instructables ei lase mul neid mingil põhjusel üles laadida. Kasutage seda linki minu Google'i draivi juurde.

Samm: Arduino programmeerimine

Arduino põhikood on tegelikult väga lihtne. Lisasin skeemi, mis visualiseerib, mis toimub Arduino sees ja kuidas Arduino teiste seadmetega liidestub. Kodeerimise lihtsustamiseks kasutasin mitut raamatukogu.

• Accelstepper -> haldab samm -mootori sammude järjestust, võimaldab teil anda selliseid intuitiivseid käske nagu: Stepper.runSpeed () või Stepper.move (), mis võimaldavad teil liikuda vastavalt teatud kiirusel või teatud asendisse.
• Traat -> seda on vaja i2c -side jaoks, isegi RTClibi kasutamisel
• RTClib -> haldab Arduino ja RTC vahelist suhtlust, võimaldab teil anda intuitiivseid käske nagu rtc.now (), mis tagastab praeguse aja.
• OneButton -> Käsitleb nuppude sisestamist, tuvastab vajutused ja käivitab seejärel etteantud tühimiku, et midagi teha. Suudab tuvastada ühe-, kahe- või pikki vajutusi.

Kella jaoks koodi kirjutamisel on väga oluline vältida muutujate suurenemist. Kuna Arduino kood töötab ööpäevaringselt, muutuvad need muutujad kiiresti suuremaks ja põhjustavad lõpuks ülevoolu. Näiteks samm -mootorit ei käsuta kunagi teatud asendisse minna, kuna see asend aja jooksul ainult suureneb. Selle asemel kästakse samm -mootoril liikuda teatud arvu samme teatud suunas. Nii puudub positsioonimuutuja, mis aja jooksul suureneb.

RTC esmakordsel ühendamisel peate määrama kiibi aja, on kood, mille saate tühistada ja mis määrab RTC aja teie arvutiajaga (aeg koodi koostamise hetkel). Pange tähele, et kui jätate selle märkimata, lähtestatakse RTC aeg iga kord oma koodi koostamise ajaks. Nii et tühistage kommentaar, käivitage see üks kord ja kommenteerige uuesti.

Lisasin oma koodi sellele juhendile, kommenteerisin seda põhjalikult. Võite selle ilma muudatusteta üles laadida või vaadata ja vaadata, mida arvate!

6. samm: nautige esmakordselt kella tiksumise heli

Pärast kogu elektroonika ühendamist ja koodi üleslaadimist on see tulemus!

Selle kella põhidisain on väga lihtne ja seda saab valmistada mitmel erineval kujul ja suuruses. Kuna pardal on Arduino, saate hõlpsalt lisada ka lisafunktsioone. Äratuse seadmine, laske kellal kohvimasin seadistatud ajal sisse lülitada, Interneti -ühendus, lahedad demorežiimid, mis toovad esile mehaanilise liikumise, et näidata oma disaini teistele ja palju muud!

Nagu olete selles juhendis märganud, pidin selle juhendi kirjutamise nimel kella lahti võtma. Kuigi kahetsusväärne selle Instructable'i puhul, võin ma vähemalt garanteerida, et disain töötab pikas perspektiivis väga hästi, kuna see kell on minu elutoas ilma probleemideta tiksunud enam kui 3 aastat!

Palun andke mulle kommentaarides teada, kas teile meeldis see juhend, see on esimene kord, kui ma seda kirjutan. Samuti, kui teil on näpunäiteid või küsimusi, saatke mulle sõnum. Ja loodan, et inspireerisin kedagi ka ühel päeval poolmehaanilist kella ehitama!

Kellade konkursi esimene auhind