A un maestro de Noruega le gusta la forma de determinar la hora con código binario. Sorprendentemente, la cantidad de información se puede mostrar en simples señales de ENCENDIDO / APAGADO. Entonces el maestro decidió hacer un reloj binario por su cuenta.
Herramientas y materiales:
- LED 0603 - 13 piezas;
Microprocesador Atmega328P-AU;
Condensador 0806 0.1 uF;
-Condensador de tantalio 1206 4.7 uF;
- Resistencia 0806 10 kOhm;
- Módulo de reloj en tiempo real DS3231;
-0806 resistencia 51 kOhm - 3 piezas;
-SMD clip de batería CR2032;
-CR2032 batería;
Botón de -4,5 mm;
-0806 resistencia 200 Ohm;
-20 mm correa de reloj;
-20 mm nivel de resorte - 2 piezas;
-Glass 38 mm;
-5 cm (2 pulgadas) de alambre delgado y sinuoso;
-2 tornillos M2 con una cabeza plana de 6 mm de largo;
-2 nueces M2;
Adaptador USB-TTL
-Accesorios para soldar;
- pinzas
-Pequeño destornillador;
-Acceso a la impresora 3D de alta calidad;
Paso uno: diseño y personalización
El reloj tiene 13 LED ubicados en una matriz multiplex. Una columna corresponde a un dígito en tiempo digital. El tiempo se muestra en formato decimal binario y un dígito se representa con un máximo de cuatro bits.
Se ven elegantes y funcionan muy bien gracias a una interfaz de usuario simple y una duración de la batería de hasta dos años.
El diseño, cuando el reloj está apagado, es una combinación simple de dos tonos de negro y plata. Estos colores están presentes en la correa de cuero y el cierre, así como en la caja y en la placa de circuito impreso.
El asistente ocultó la mayoría de los componentes en la parte posterior de la placa de circuito y lo hizo con un fondo negro. Electrónica y la placa de circuito coincide con el diseño de dos tonos del reloj.
La caja del reloj debe ser duradera, pero debe ser fácil de abrir para reemplazar la batería o realizar cambios en el código. Esto significa que no se usa pegamento durante el montaje. El único detalle en el pegamento es el vidrio.
El estuche consta de dos partes de la parte inferior y el anillo. Una placa de circuito impreso, una correa de reloj y una corona están instalados en la parte inferior del reloj. Un vidrio está montado en el anillo.
Se presta mucha atención al consumo de energía. En el sueño profundo, el reloj consume solo 10 μA. Esto da una vida útil de la batería de más de dos años.
En cuanto a la interfaz de usuario, solo necesita presionar la corona del reloj para despertarlos e inmediatamente muestran la hora. Cuando presione el botón nuevamente, se mostrará la fecha. Dado que la duración de la batería es de dos años, puede cambiar fácilmente entre el horario de verano sin conectarse a una computadora.Para hacer esto, presione el botón 15 veces seguidas.
Paso dos: selección de componentes
Hay cuatro partes principales en una placa de circuito. Microprocesador atmega328p. Esto es lo mismo que en los modelos populares. Arduino. Este es el cerebro que se comunicará con el módulo de reloj en tiempo real (RTC), procesará la hora y la mostrará mediante LED. Todo esto, por supuesto, necesita una fuente de energía, preferiblemente una pequeña batería.
ATmega328P
El microprocesador tenía que cumplir ciertos criterios. GPIO requirió al menos nueve pines, ocho para LED y uno para un botón. También necesitaba un bus I2C, donde podría actuar como el dispositivo maestro para sondear RTC en este momento. Finalmente, tenía que funcionar a bajos voltajes y no consumir una cantidad excesiva de corriente cuando se alimentaba. Atmega328P-AU cumple con todos estos criterios y, al mismo tiempo, es lo suficientemente pequeño como para no ocupar toda el área de la placa de circuito impreso. Una gran ventaja es que también se usa para las placas Arduino más populares y muchas pueden trabajar con ella.
Placa de circuito
La placa fue diseñada para usar un resonador cerámico de 8 MHz. Sin embargo, resultó que el procesador debe funcionar a una frecuencia más baja para funcionar a bajos voltajes. Mire la imagen en este paso, tomada de la página 303 en la hoja de datos, que explica la relación entre la velocidad del reloj y el voltaje de funcionamiento. La frecuencia de reloj de aproximadamente 4 MHz debería ser la máxima para este proyecto. El maestro utilizó un oscilador interno de 8 MHz y una división activada de 8 bits, que proporciona una frecuencia de reloj visible de 1 MHz. Sin embargo, todavía se necesita un resonador de 8 MHz al cargar el código. Después de cargar, el asistente no lo eliminó
DS3231
Al principio, el maestro quería usar el DS1307 RTC. Este es un chip más popular. Sin embargo, requiere una fuente de alimentación de 5 V.
El DS3231 puede funcionar a un bajo voltaje de 1.8 V. El chip tiene un cristal de cuarzo incorporado. El cristal incorporado del reloj también tiene compensación de temperatura. La temperatura ambiente puede causar oscilaciones irregulares del cristal del reloj. Esto significa que se está volviendo menos preciso. El DS3231 mide la temperatura ambiente y la usa en el cálculo para compensar las fluctuaciones de temperatura. Ideal para relojes cuando entra y sale de diferentes habitaciones o sale cuando la temperatura no es constante.
LEDs
Los LED maestros usan el factor de forma 0603. Pueden consumir hasta 20 miliamperios, pero debido al hecho de que no pueden funcionar más de tres LED simultáneamente, esto no es un problema. La corriente también disminuye cuando se usan resistencias con una clasificación mayor que la necesaria. El maestro dice que es más efectivo, para estos LED, usar resistencias de 100-400 ohmios.
CR2032
El circuito del reloj puede ser alimentado por una batería de litio. Ella no tiene problemas para reducir el voltaje a la misma corriente que el CR2032, pero esto traerá problemas adicionales. Para este proyecto, una batería de iones de litio tendrá dos inconvenientes principales. La capacidad de la celda pequeña es cercana a la del CR2032, pero requiere un cargo adicional para una carga segura y una descarga segura. También necesitará una forma de conectar el cargador. Por lo tanto, el maestro eligió CR2032.
Paso tres: matriz multiplexada
La configuración utilizada en este reloj es una matriz de LED 4x4 con el desmantelamiento de tres LED innecesarios.
Solo diferentes LED en una columna están encendidos a la vez. Esta columna se deshabilita antes de activar la siguiente columna. Todo esto sucede más rápido de lo que el ojo puede percibir. Como resultado, parece que los LED en diferentes columnas se encienden simultáneamente, creando una imagen compleja.
¿Cómo puedo saber qué hora es con ese reloj? Miremos las fotos.
En la primera figura, vemos una matriz 4x4 con 13 LED. Las filas de la matriz están numeradas 1,2,4,8.
Para saber el tiempo, es necesario agregar todos los LED en una fila, luego en la siguiente, etc.
Por ejemplo, Figura 2, el primer cuadrado. De izquierda a derecha, un LED ilumina la primera columna, la primera fila. Tenemos la primera fila debajo del número 1, lo que significa el primer dígito de la hora 1. A continuación, la segunda columna está iluminada por dos LED debajo de los números 1 y 2. Suma los números, resulta 3. La siguiente columna es un LED número 4. Y la última columna son los LED 1 + 2 + 4 = 7 . Tenemos 13 horas y 47 minutos.
Paso cuatro: esquema
La placa de circuito tiene una forma redonda, como un reloj clásico. La caja de reloj estándar suele ser de 42 mm con un diámetro de vidrio de 38 mm. Este es el borde exterior del vidrio. Sin embargo, si el vidrio descansa sobre un borde de 1 mm de ancho, el diámetro disponible se convierte en 36 mm. Esto significa que la placa de circuito debe ser de unos 35 mm.
El maestro ordenó una tarifa en un sitio conocido. Los tableros tienen un espesor de 0.8 mm.
Puede descargar el archivo para hacer el tablero a continuación.
Reloj de pulsera binario - GERBER.zip
Paso cinco: soldadura
La mejor manera de arreglar la placa de circuito durante la soldadura es con cinta adhesiva. El maestro repara la placa y comienza la instalación de acuerdo con el diagrama. Primero, los componentes más pequeños están soldados (en tamaño).
Paso seis: finalice el botón
Como puede ver, la corona del reloj en el costado de la caja está diseñada, en este dispositivo, para controlar el reloj. Interactúa con un micro botón conectado al microcontrolador. Para hacer esto, el botón necesita ser rehecho.
Los botones táctiles más baratos tienen una pequeña parte redonda de plástico negro en la que debe hacer clic para cerrar los contactos. Necesita ser reemplazado. El maestro desmonta el botón, cortando los cierres de metal. Elimina un botón. Pega un trozo de cinta adhesiva sobre una placa de metal y la vuelve a colocar. Pega el cuerpo del botón. Ahora puedes soldar el botón.
Séptimo paso: codificación
El microcontrolador no puede funcionar con el código Arduino en esta etapa. Primero necesitas un gestor de arranque. Esta es una subrutina que debe almacenarse en un chip para descargar y ejecutar un programa escrito.
Dado que es un Atmega328P con un voltaje extra bajo, requiere un tipo especial de gestor de arranque.
Abra el IDE de Arduino, elija Archivo> Preferencias> URL del administrador de la placa de complementos y agregue una coma después de la última URL antes de pegar la siguiente URL
...
Haga clic en Aceptar varias veces y vaya a Herramientas> Tablero> Administrador del tablero. Ábrelo, encuentra minicore e instálalo.
Conecte el Arduino en el circuito como en la foto. Vaya a los ejemplos de Arduino y abra el código de muestra ArduinoISP. Descargue el código.
A continuación, instale Herramientas de instalación> Programador: en "Arduino como ISP". Seleccione la siguiente configuración del cargador de arranque MiniCore. También puede verificar su configuración de acuerdo con la configuración en la imagen adjunta a este paso.
Configuración del cargador de arranque
Junta: ATmega328
Bootlader: sí
Reloj: 1 MHz interno
Compilador LTO: deshabilitado
Variante: 328P / 328PA
DBO: 1.8V
Ahora el último paso es conectar los cables del Arduino a la placa del reloj. Elija Herramientas> Grabar cargador de arranque. Espere un momento y recibirá un mensaje sobre la instalación exitosa del gestor de arranque.
Ahora queda por descargar el código. Se puede encontrar en el siguiente enlace.
Binary_Wrist_Watch.ino
Paso ocho: caso
La caja del reloj fue impresa por un maestro en una impresora 3D. Los archivos se pueden descargar en este enlace.
Paso nueve: construir
Por ahora, todas las partes se han ensamblado y puede continuar con el ensamblaje.
Inserte la corona en la caja del reloj.
Tire del cable a través del orificio de montaje en la corona del reloj.
Pegue el cable, asegurándose de que la cabeza se pueda empotrar en 1 mm.
Inserte las tuercas hexagonales en sus ranuras hexagonales correspondientes y bloquéelas en su lugar con un pequeño trozo de cinta adhesiva.
Coloque cinta adhesiva de doble cara en la parte inferior de la placa de circuito.
Inserte la placa de circuito, asegurándose de que el pasador del cabezal esté alineado con el ojal.
Al presionar la cabeza, verifique el funcionamiento del botón.
Pegue el vidrio al anillo con superpegamento.
Inserte el anillo del reloj, alineando los agujeros de los tornillos y los botones.
Inserte tornillos M2 de 6 mm en los orificios para tornillos y apriételos. Las cabezas de los tornillos están pintadas de negro.
Inserte los clips en los ojos de las correas.
Instale las correas del reloj.
Todo esta listo.
Todo el proceso de fabricación de relojes se puede ver en el video.