Бинарные часы своими руками

Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиСамодельщику из Норвегии нравится способ определения времени двоичным кодом. Удивительно, что количество информации может отображаться в простых сигналах ВКЛ / ВЫКЛ. Тогда мастер решил самостоятельно изготовить бинарные часы.
Инструменты и материалы:
-Светодиоды 0603 — 13 шт;
-Микропроцессор Atmega328P-AU;
-Конденсатор 0806 0,1 мкФ;
-Конденсатор танталовый 1206 4,7 мкФ;
-Резистор 0806 10 кОм;
-Модуль часов реального времени DS3231;
-0806 резистор 51 кОм — 3 шт;
-SMD батарейный зажим CR2032;
-CR2032 батарейка;
-4,5 мм кнопка;
-0806 резистор 200 Ом;
-20 мм ремешок для часов;
-20 мм рессорная планка — 2 шт;
-Стекло 38 мм;
-5 см (2 дюйма) тонкой обмоточной проволоки;
-2 винта M2 с плоской головкой длинной 6 мм;
-2 гайки M2;
-Адаптер USB-TTL
-Паяльные принадлежности;
-Пинцет;
-Маленькая отвертка;
-Доступ к высококачественному 3D-принтеру;
Бинарные часы своими рукамиШаг первый: дизайн и настройка
Часы имеют 13 светодиодов, расположенных в мультиплексной матрице. Один столбец соответствует одной цифре в цифровом времени. Время отображается в двоичном десятичном формате, а одна цифра представлена максимум четырьмя битами.

Они выглядит стильно и прекрасно работает благодаря простому пользовательскому интерфейсу и сроку службы аккумулятора до двух лет.
Дизайн, когда часы выключены, представляет собой простую двухцветную комбинацию черного и серебристого цветов. Эти цвета присутствуют и в кожаном ремешке и застежке, а также на корпусе и на печатной плате.

Мастер спрятал большинство компонентов на обратной стороне печатной платы и сделал ее с черным фоном. Электроника и печатная плата соответствуют двухцветному дизайну часов.

Корпус часов должен быть прочным, но при этом его должно быть легко открыть для замены батареи или внесения изменений в код. Это означает, что при сборке не используется клей. Единственная деталь на клею, это стекло.

Корпус состоит из двух частей нижней части и кольца. На нижней части часов устанавливаются печатная плата, ремешок для часов и заводная головка. На кольце устанавливается стекло.

Большое внимание уделено энергопотреблению. В глубоком сне часы потребляют всего 10 мкА. Это дает срок службы батареи более двух лет.
Что касается пользовательского интерфейса, нужно просто нажать заводную головку часов, чтобы разбудить их и они сразу показывают время. При нажатии кнопки еще раз, будет отображаться дата. Поскольку срок службы батареи составляет два года, можете легко переключаться между летним временем без подключения к компьютеру. Для этого нужно нажать кнопку 15 раз подряд.
Бинарные часы своими рукамиШаг второй: выбор компонентов
Есть четыре основные части печатной платы. Микропроцессор atmega328p. Это то же самое, что и в популярных моделях Arduino. Это мозг, который будет связываться с модулем часов реального времени (RTC), обрабатывать время и отображать его с помощью светодиодов. Все это, конечно, нуждается в источнике питания, желательно крошечной батарее.

ATmega328P
Микропроцессор должен был соответствовать определенным критериям. Для GPIO требовалось как минимум девять контактов, восемь для светодиодов и один для кнопки. Ему также требовалась шина I2C, где он мог бы выступать в качестве ведущего устройства для опроса RTC на данный момент. Наконец, он должен был работать при низких напряжениях и не потреблять чрезмерного количества тока при питании. Atmega328P-AU соответствует всем этим критериям, и при этом достаточно мал, чтобы не занимать всю площадь печатной платы. Большой плюс в том, что он также используется для большинства популярных плат Arduino и многие могут с ним работать.

Печатная плата
Плата была разработана для использования керамического резонатора 8 МГц. Однако оказалось, что процессор должен работать с меньшей частотой, чтобы работать на низких напряжениях. Посмотрите на изображение в этом шаге, взятое со страницы 303 в техническом описании, которое объясняет соотношение между тактовой частотой и рабочим напряжением. Тактовая частота около 4 МГц должна быть максимальной для этого проекта. Мастер использовал внутренний генератор на 8 МГц и активировал деление на 8 бит, что дает видимую тактовую частоту как 1 МГц. Однако 8 МГц резонатор по-прежнему нужен при загрузке кода. После загрузки мастер не стал его удалять

DS3231
Сначала мастер хотел использовать DS1307 RTC. Это более популярная микросхема. Однако для нее требуется источник питания 5 В.
DS3231 может работать при низком напряжении 1,8 В. Чип имеет встроенный кварцевый кристалл. Встроенный кристалл часов также имеет температурную компенсацию. Температура окружающей среды может вызывать нерегулярные колебания часового кристалла. Это означает, что он становится менее точным. DS3231 измеряет температуру окружающей среды и использует ее в расчете для компенсации колебаний температуры. Идеально подходит для наручных часов, когда вы входите и выходите из разных комнат или выходите на улицу, когда температура не постоянна.

Светодиоды
Светодиоды мастер использует форм-фактора 0603. Они могут потреблять до 20 миллиампер, но, благодаря тому, что одновременно могут работать не более трех светодиодов это не проблема. Ток также уменьшается при использовании резисторов большего номинала, чем необходимо. Мастер говорит, что наиболее эффективно, для этих светодиодов, использовать резисторы 100 — 400 Ом.

CR2032
Схема часов может питаться от литиевой батареи. У нее нет проблемы снижения напряжения при том же токе, что и у CR2032, но это принесет дополнительные проблемы. Для этого проекта литий-ионный аккумулятор будет иметь два основных недостатка. Емкость крошечного элемента близка к емкости CR2032, но для безопасной зарядки и безопасной разрядки ей требуется дополнительная плата. Также потребуется способ подключения зарядного устройства. Поэтому мастер выбрал CR2032.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиШаг третий: мультиплексная матрица
Конфигурация, использованная в этих часах, представляет собой матрицу светодиодов 4×4 с демонтажем трех ненужных светодиодов.
Только разные светодиоды в одном столбце включены одновременно. Этот столбец затем отключается перед активацией следующего столбца. Все это происходит быстрее, чем может воспринять глаз. В результате создается впечатление, что светодиоды в разных столбцах включаются одновременно, создавая сложную картину.
Бинарные часы своими рукамиКак по таким часам узнать, сколько времени? Давайте посмотрим на рисунки.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиНа первом рисунке мы видим матрицу 4Х4 с 13 светодиодами. Ряды матрицы пронумерованы цифрами 1,2,4,8.
Для того, чтобы узнать время необходимо сложить все светодиоды в одном ряду, затем в следующем и т.д.
Например, рисунок 2, первый квадрат. Слева-направо горит один светодиод первый столбец, первый ряд. Первый ряд у нас под цифрой 1, значит первая цифра часа 1. Далее второй столбец горят два светодиода под номерами 1 и 2. Складываем цифры, получается 3. Следующий столбец один светодиод номер 4. И последний столбец светодиоды 1+2+4=7. Получаем 13 часов 47 минут.

Шаг четвертый: схема
Печатная плата имеет круглую форму, как и классические часы. Стандартный корпус часов обычно составляет 42 мм с диаметром стекла 38 мм. Это внешний край стекла. Однако, если стекло опирается на кромку шириной 1 мм, доступный диаметр становится равен 36 мм. Это означало, что печатная плата должна быть около 35 мм.

Мастер заказал плату на известном сайте. Платы имеют толщину 0,8 мм.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиСкачать файл для изготовления платы можно ниже.
Бинарные наручные часы — GERBER.zip
Шаг пятый: пайка
Самый лучший способ зафиксировать печатную плату во время пайки — это малярный скотч. Мастер закрепляет плату и начинает монтаж согласно схемы. Сначала припаиваются самые маленькие компоненты (по размеру).
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиШаг шестой: доработка кнопки
Как можно заметить, заводная головка часов на боковой стороне корпуса предназначена, в данном устройстве, для управления часами. Она взаимодействует с микрокнопкой подключенной к микроконтроллеру. Для этого кнопку нужно переделать.

Самые дешевые тактильные кнопки, имеют маленькую круглую черную пластиковую деталь, на которую нужно нажать, чтобы замкнуть контакты. Её нужно заменить. Мастер разбирает кнопку, срезая металлический крепеж. Удаляет кнопку. На металлическую пластинку наклеивает кусочек малярной ленты и устанавливает обратно. Склеивает корпус кнопки. Теперь можно припаять кнопку.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиШаг седьмой: кодирование
Микроконтроллер не может и работать с кодом Arduino на этом этапе. Сначала нужен загрузчик. Это подпрограмма, которую необходимо сохранить на чипе, чтобы загрузить и выполнить написанную программу.

Поскольку это Atmega328P со сверхнизким напряжением, для него требуется специальный тип загрузчика.
Откройте Arduino IDE, выберите «Файл»> «Настройки»> «URL-адреса менеджера дополнительных плат» и добавьте запятую после последнего URL-адреса перед вставкой нижеследующего URL

https: //mcudude.github.io/MiniCore/package_MCUdude ...
Нажмите «ОК» несколько раз и перейдите в « Инструменты»> «Доска»> «Менеджер плат» . Откройте его, найдите minicore и установите его.

Подключите Arduino по схеме, как на фото. Зайдите в примеры Arduino и откройте пример кода «ArduinoISP». Загрузите код.
Дальше нужно установить установите Tools> Programmer: в «Arduino as ISP». Выберите следующую конфигурацию из загрузчика MiniCore. Вы также можете дважды проверить свою конфигурацию в соответствии с конфигурацией на картинке, прикрепленной к этому шагу.

Настройки загрузчика
Board: ATmega328
Bootlader: Yes
Clock: 1 MHz internal
Compiler LTO: Disabled
Variant: 328P / 328PA
BOD: 1.8V

Теперь последний шаг — подключить провода от Arduino к плате часов. Выберите опцию Tools> Burn Bootloader . Подождите немного, и вы получите сообщение об удачной установке загрузчика.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиТеперь осталось загрузить код. Его можно найти по ссылке ниже.
Binary_Wrist_Watch.ino
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиШаг восьмой: корпус
Корпус часов мастер напечатал на 3D-принтере. Файлы можно скачать по этой ссылке.
Бинарные часы своими рукамиШаг девятый: сборка
К настоящему времени собраны все части, и можно приступать к сборке.
Бинарные часы своими рукамиВставьте заводную головку в корпус часов.

Протяните проволоку через монтажное отверстие в заводной головке часов.
Приклейте проволоку, убедившись, что головку можно утопить на 1 мм.

Вставьте шестигранные гайки в соответствующие им шестигранные пазы и зафиксируйте их на месте небольшим кусочком скотча.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиПрикрепите двустороннюю клейкую ленту к нижней стороне печатной платы.

Вставьте печатную плату, убедившись, что штифт головки совмещен с отверстием для кнопки.
Нажатием на головку проверьте работу кнопки.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиПриклейте стекло к кольцу с помощью суперклея.
Вставьте кольцо для часов, совместив отверстия для винтов и кнопки.
Вставьте винты M2 длиной 6 мм в отверстия для винтов и закрутите их. Головки винтов окрашены в чёрный цвет.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиВставьте фиксаторы в проушины ремешков.
Установите ремешки на часы.
Бинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиБинарные часы своими рукамиВсе готово.
Бинарные часы своими рукамиВесь процесс по изготовлению часов можно посмотреть на видео.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: