VizTimer: det elektroniska timglaset: 28 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

När vår son var ungefär tre eller fyra år började vi förvänta oss att han skulle göra saker i tid. Jag skulle säga saker som "Vi måste åka om tio minuter!" Eller "Lek med den bilen i fem minuter till och sedan ge någon annan en tur". Problemet var (a) han kunde inte läsa en klocka, varken digital eller analog, och (b) han hade ingen aning om hur lång en minut är. Jag insåg att han behövde ett tydligt sätt att se hur fem eller tio minuter ser ut och kunna spåra den återstående tiden. Så jag bestämde mig för att designa och bygga en visuell timer. Jag hade sett många variationer, inklusive den klassiska äggklockan, men jag kände att rotationsmetaforen inte var intuitiv för mycket små barn - det handlar om att titta på vinklar och fraktioner av en cirkel. När jag väl bestämde mig för en mer linjär design verkade tanken på ett elektroniskt timglas uppenbart: det ger rätt visuell metafor, och jag kunde använda en accelerometer för att implementera ergonomin för att vända det för att starta och stoppa timern.

Min sista design, som jag ska visa dig här, är relativt enkel. Den visuella delen består av en remsa av individuellt adresserbara RGB -lysdioder (t.ex. WS2812). Programmeringen utförs med en enda knapp (en kapacitiv touch -knapp, eftersom den är platt). En Arduino-kompatibel mikrokontroller (en Adafruit Metro) kör programmet och läser orienteringsinformation från en 3-axlig analog accelerometer. Ström tillhandahålls av ett laddningsbart batteri som dras från en telefonens powerbank (en standard 18650 litiumjon). Det fina med powerbanken är att den innehåller laddningskrets, en mikro-USB-port och den matar ut 5V, vilket är vad mikrokontrollen och LED-remsan förväntar sig.

Beroende på din erfarenhetsnivå kan du förmodligen göra den här timern om en helg eller två. Du behöver grundläggande lödningskunskaper och tillhörande verktyg och tillbehör. Den största variabeln är höljet: Jag har träbearbetningsverktyg som gör det här jobbet enklare, men jag kommer också att diskutera alternativa sätt att bygga höljet utan massor av verktyg.

Steg 1: Material och verktyg

MATERIAL

För elektroniken:

• Bärbar mobiltelefon powerbank (med 18650 cylinderbatteri) - prisklassen är enorm, men betal inte mer än $ 10
• 2-stifts vippbrytare-ungefär så här:
• Terminaler för omkopplaren - ett kit är användbart:
• AVR -mikrokontroller - 5V effekt med minst tre analoga ingångar. Adafruit Metro Mini är perfekt.
• 3-axlig accelerometer-Adafruit säljer en ADXL335 breakout board.
• Kapacitiv tryckknapp - Adafruit säljer ett komplett knappbräda.
• Liten prototypbrödbräda (en med kraftskenor)-Adafruit Perma-proto-brädor är av god kvalitet
• Litet JST -strömkontakt - så här:
• Adresserbar RGB LED -remsa (t.ex. WS2812) - få 144 LED/meter -remsa:
• 3-trådig Dupont-kabel med honkontakt
• Anslutningstråd (24 och 26 gauge)

För kapslingen

• Träämne (minst 1,25 tum tjockt) ELLER Plywood av olika tjocklekar
• Trälist för topp och botten (0,25 tum tjock)
• Litet ark av plexiglas eller akryl
• Ark med diffusionsmaterial - tunna plastskärmattor är fantastiska:
• #6 skruvar, platt huvud och pannhuvud, 5/8 tum
• Zinsser-shellack, avtorkning av polyuretan
• Tejp, lim, sandpapper

VERKTYG

• Trådskärare och avskalare
• Lödkolv
• Hacksåg
• Träsågar
• Borra, borra, inklusive försänkningsbit
• Mejlar och filer
• Plexiglasfräs eller verktygskniv

TRÄBEARBETNING

• Bordsåg
• Bandsåg
• Sabresåg
• Borrpress

Steg 2: Förbered batteriet

Det första steget är att dra isär den bärbara laddaren och ta bort USB A -kontakten. Dessa enheter är ganska enkla: de har ett 18650 litiumjonbatteri och ett litet kort som innehåller laddnings- och urladdningskretsar. Det finns vanligtvis två kontakter: en mikro-USB för laddning av batteriet (ingång) och en större USB A för att ge ström till telefonens laddningskablar (utgång). Vi kommer att använda utgången för att driva timern, så det behövs inget USB A -uttag. Använd en kombination av lödkolv och tång för att ta bort den.

OBS: Var försiktig så att du inte skadar ledningarna som finns kvar på brädet. Vi kommer att behöva använda de två yttre.

Steg 3: Lägg till strömkontakterna

Börja med att löda en 24AWG -kabel på var och en av strömkablarna där USB A -kontakten var. Jag använder rött och svart för att komma ihåg vilken som är effekt (5V) och vilken som är slipad. På kraftsidan lägger du till en terminal som passar ledningarna på strömbrytaren. Förbered en andra röd tråd med en terminal i ena änden.

Om du ansluter de två terminalerna till omkopplaren bör du ha två trådändar kvar - en röd och en svart. Anslut dem till ena sidan av en JST -kontakt. Jag gillar JST -kontakterna för strömanslutningar eftersom kontaktens form hindrar dig från att ansluta den på fel sätt och steka din krets.

Förbered en röd och svart tråd med den andra sidan av JST -kontakten.

Se till att trådarna är tillräckligt långa för att nå längden på timern (se senare bilder). Det är lätt att trimma eller bara stoppa i extra tråd.

Steg 4: Montera kontrollpanelen

Kontrollpanelen är ganska enkel, men det finns några detaljer att se upp för. Börja med en perma-proto bred som har samma stiftkabelmönster som en vanlig brödbräda (notera strömskenorna). Trimma den efter behov för att göra den så liten som möjligt, lämna strömskenorna och tillräckligt med stifthål så att du kan lägga till nödvändiga anslutningstrådar.

Löd mikrokontrollen och accelerometern till brädet med standardhuvuden. OBS riktningen för de två brädorna:

• Se till att mikro-USB-kontakten vetter mot kortets kant, så att du fortfarande kan komma åt den för programmering.
• Notera accelerometerns orientering eftersom det valet kommer att avgöra vad den anser "upp" vs "ner".

Steg 5: Trådkraft och accelerometer

Bestäm vilken av kraftskenorna som ska vara 5V och vilken som ska slipas. Lägg till små segment av tråd från kraftskenorna till strömmen och jorda på båda brytbrädorna.

Lägg till tre ledningar för att ansluta de tre utgångarna från accelerometern till tre analoga ingångsstiften på mikrokontrollen. På min inställning kopplade jag X -utgången till A2, Y -utgången till A1 och Z -utgången till A0.

Steg 6: Anslut strömkontakten

Löd den fria sidan av JST -kontaktdonet till styrkortet. Var uppmärksam på polariteten: se till att den röda tråden är lödd till 5V -kraftskenan och den svarta till markskenan.

Steg 7: Anslut LED -remsan

I det här steget bestämmer du den totala storleken på timern eftersom vi vill att LED -remsan ska springa i hela längden. Jag valde en LED -remsa med 30 lysdioder med en densitet på 144 lysdioder/meter. Den totala höjden är cirka 8 1/2 tum. Jag lade ut alla delar på träämnet för att se till att det skulle passa.

De flesta av dessa remsor kan skäras till vilken längd som helst - se bara till att du skär vid den angivna punkten där dynorna utsätts. Löd tre trådar på de exponerade dynorna vid ingångsänden av remsan. De flesta remsor har någon form av indikator, som en liten pil, som visar riktningen för dataförflyttning. Ström kan anslutas i vardera änden, men data måste gå i rätt riktning längs remsan.

Se till att trådarna är tillräckligt långa så att de kan linda från framsidan av timern tillbaka till kontrollpanelen. Löd strömkablarna i kraftskenorna på styrkortet och löd datakabeln till en av de digitala stiften på mikrokontrollen.

Steg 8: Lägg till den kapacitiva touchknappen

Precis som strömbrytaren behöver den kapacitiva touchknappen en flyttbar kontakt på grund av hur den är ansluten till timern. Min strategi här är att löda raka rubriker på knappen och sedan löda en tretrådig Dupont-kabel till styrkortet. Den "kvinnliga" Dupont -kontakten passar avståndet på huvudstiften perfekt.

Löd kraft- och jordledningarna till skenorna på kontrollkortet, precis som du gjorde för LED -remsan. Anslut datalinjen (som kommer att läsa "hög" när knappen trycks in) till en av de digitala ingångsstiften på mikrokontrollen.

Hela kretsen visas på det sista fotot. Vid denna tidpunkt kan du slå på den och, om du vill, ladda upp koden och testa den.

Steg 9: Lägg ut höljet

Mitt hölje är främst tillverkat av en lönnplatta ca 8 1/2 tum lång, 2 1/2 tum bred och 1 1/4 tum tjock. Använd LED -remsan som en guide för att klippa längden, lägga till en extra 1/8 tum för ledningar och spel.

Elektroniken ska passa bekvämt på träplattan, med batteriet och strömbrytaren på den nedre halvan och kontrollkortet på den övre halvan. Den sista timern kommer faktiskt att ha två separata kapslingsutrymmen för dessa komponenter.

Steg 10: Alternativa kapslingar

Jag inser att inte alla har de verktyg som behövs för att göra kapslingen som beskrivs i de följande flera stegen. Det finns några alternativ som fortfarande är väldigt trevliga.

En strategi som kommer att resultera i ett mycket fint, modernt utseende är att klippa bitar av plywood i nödvändiga former och limma ihop dem som en smörgås. Detta tillvägagångssätt kan uppnås med bara några handverktyg. Du kan få små bitar av högkvalitativ plywood i olika tjocklekar i hobby- och konstutrustningsbutiker.

Steg 11: Skär av fronten

I min första prototyp av den här timern borrade och mejslade jag ut utrymmena för elektroniken, vilket visade sig vara en enorm smärta, och jag kunde aldrig få det att se helt rent ut. Istället såg jag träämnet igen - det vill säga att jag skar det i två brädor som har samma storlek, men olika tjocklekar. Den tunna delen blir den solida fronten, vilken den tjockare delen blir den som håller elektroniken.

För att se till att utrymmena blir tillräckligt stora använder jag batteriets tjocklek för att avgöra var jag ska klippa. Detta steg kan göras med en handsåg, men att använda en bandsåg gör det enklare och mer exakt.

TIPS: Markera brädans ände med en triangel eller annat märke direkt efter att du klippt det, så kan du enkelt komma ihåg exakt hur de två brädorna går ihop igen.

Steg 12: Lägg ut och skär utrymme för elektroniken

Arbeta med den tjocka delen, jag lägger ut den grova formen på timern. Skåpets väggar kommer att vara cirka 3/8 tum tjocka. Använd din elektronik som en vägledning för utrymmenas storlek: batteriet måste passa i det nedre utrymmet, styrkortet måste passa i det övre utrymmet.

Börja med att borra ut hörnen på utrymmena. Vi kommer helt att ta bort dessa rektanglar, vilket är ett snabbt jobb med en sabelsåg. Rengör kanterna med en fil och/eller sandpapper.

Nu kan du torka ihop höljet och se till att elektroniken verkligen passar!

Steg 13: Klipp hål för kontakterna

Det är mycket lättare att klippa hålen för strömbrytaren och mikro -USB (för laddning) innan vi limmar ihop enheten. Mät med den faktiska omkopplaren och laddningskortet och skär med en liten såg. Rensa med filer för att få en bra passform.

Vi måste också klippa en kanal mellan de två kamrarna i höljet för att ansluta strömmen. Du kan använda valfri kombination av mejslar och sågar - den här delen behöver inte vara vacker eftersom den inte syns. Men se till att den är tillräckligt bred för att JST -kontakten ska passera.

Steg 14: Limma ihop höljet

Limma ihop de två sidorna av höljet. Titta noga på dina markeringar och på träkornet för att se till att du limmar ihop dem på rätt sätt. Du vill att slutresultatet ska se ut som om du aldrig skivat brädan alls!

Jag tyckte det var svårt att hålla brädorna i linje när jag spände fast dem, så jag använde en stor parallellklämma upptill och nedtill för att förhindra att allt glider runt.

Steg 15: Gör toppen och botten

De övre och nedre bitarna kan vara oavsett storlek och form, och vilket trä du vill. Det enda kravet är att det är tillräckligt tjockt för att rymma det kapacitiva tryckknappens brytkort.

Den del som jag tyckte var mest utmanande med det här steget är att få bitarna uppställda när jag borrade skruvhålen. Min strategi är att borra hålen i de övre och nedre bitarna först, sedan rada upp dem och markera hålen på ändarna av timern. Se till att du försänker skruvhålen tillräckligt mycket för att skruvarna inte ska sticka ut - annars kommer timern att vingla när du försöker stå upp.

Jag slutade fortfarande med delar som var lite sneda. Du kan åtgärda detta problem genom att limma in en tandpetare i det gamla hålet, vänta på att det ska torka, klippa av det och borra ett nytt hål.

Steg 16: Klipp urtag för kapacitiv touch -knapp

Den kapacitiva tryckknappen är på slutet av timern närmast styrkortet. Detta är slutet som kommer upp när du ställer in timern och ner när den är igång. Precis som med skruvarna är det viktigt att knappen inte sticker ut från träet, annars blir timern instabil när du vänder på den.

Mät och skär ett hål som är tillräckligt stort för att rymma stiften på kortet och 3-tråds Dupont-kontakten från kontrollkortet. Placera knappen på plats och spåra skivans kontur. Använd en kombination av borrning och mejsling och bilda en urtagning som låter knappen sitta tillräckligt lågt så att det inte stör timern att sitta platt på. Jag tyckte också att det var till hjälp att trimma ledningarna på ovansidan av brädet för att göra dem så korta som möjligt.

Steg 17: Borra hål i slutet av timern för trådar

Både den kapacitiva touchknappen och LED -remsan behöver kablar som går från insidan av höljet. För att få plats med dem, borra två hål i slutet av timern till insidan av höljet.

Det första hålet ger plats för de tre ledningar som driver LED -remsan. Formen är inte avgörande, men du måste rista ut lite av tidtagarens framsida så att de kan böja sig framåt.

Det andra greppet går från kontrollkortet till den kapacitiva touchknappen. Placeringen och storleken på detta hål bör matcha det hål du klippte i föregående steg. Ställ upp toppen och markera hålet. Borra och mejsla tills den tre-trådiga Dupont-kontakten går igenom rent för att ansluta till knappen.

Steg 18: Klipp plexiglasunderlag

Baksidan av timern är klar plexiglas, som håller in elektroniken och visar upp dem! Spåra områdets kontur och använd ett scoringverktyg eller en kniv för att göra plexiglas. Klipp mållinjen några gånger för att göra den djup. Rikta in mållinjen med bordskanten och snäpp av plexiglasstycket med en snabb nedåtgående rörelse. Det ska gå sönder rent.

Denna teknik fungerar bara med raster som går hela vägen genom plexiglaset, så det kan kräva två pauser för att få rätt storlek. Låt skyddsfilmen vara på nu.

Steg 19: Borrhål för stöd

Rikta upp plexiglaset och tejpa fast det ordentligt. Borra ett hål i varje hörn för en liten skruv. Jag använde 5/8 pannhuvud nummer 6 skruvar. Var noga med att inte borra för långt in i träet. Centrera skruvhålen i det tillgängliga träet i varje hörn för att ge maximal hållkraft.

Steg 20: Markera bakre justeringen

Ett problem jag har stött på tidigare är att jag glömmer hur plexiglaset var orienterat när jag borrade hålen. Små skillnader i skruvarnas placering innebär dock ofta att det inte passar på något annat sätt. Istället för att gissa skapar jag ett märke som berättar exakt hur bitarna ska orienteras.

Innan du tar bort tejpen, använd en fil eller en liten såg för att skära en asymmetrisk delning genom plexiglaset och träet. Detta märke kommer bara att radas upp när bitarna är i rätt position.

Steg 21: Skär timglasform

Nu när höljet i princip är klart kan vi klippa timglasformen. De exakta måtten är inte kritiska, men se till att du inte försvagar höljet för mycket genom att klippa nära de inre lådorna.

Håll bandet på, skär genom träet och plexiglaset samtidigt. Jag använde en bandsåg, men de flesta handsågar kan skära igenom båda materialen. Rensa snittet med filer och sandpapper.

Steg 22: Skär spår för LED -remsa

Timerns framsida har ett spår för både LED -remsan och diffusionsmaterialet. Rikta upp LED -remsan och spåra dess kontur på träet. Lägg till en uppsättning parallella linjer ungefär 1/8 till 1/16 utanför dessa linjer för att markera när diffusorn kommer att gå.

Detta steg är det svåraste utan rätt elverktyg. Jag använde en bordssåg med ett dado -blad för att skära en djup kanal för lysdioderna (de inre linjerna). Se till att du inte skär igenom till insidan av höljet! Därefter skär jag en grund kanal för diffusorn (de yttre linjerna). Testa att montera LED -remsan och se till att ledningarna bekvämt når fram till styrkortet.

Du är ganska klar nu!

Steg 23: Slipa och avsluta

Slipa alla tre trädelarna med 220 eller högre sandpapper. Jag gillar också att lägga till en liten avfasning längs alla rätvinkliga kanter för att ge höljet ett mer raffinerat utseende och för att göra det trevligare att hålla.

Jag börjar med en eller två lager shellack, som sjunker ner i träet och verkligen lyfter fram säden. Det torkar snabbt, så du behöver inte vänta länge. När det är torrt, slipa lätt med 320 eller 400 sandpapper för att jämna ut ytan. Men överdriv inte: du bör fortfarande kunna se en del av den blanka finishen.

Därefter applicerar jag en eller flera lager av torkad polyuretan, vilket är en seg men attraktiv finish. Du kan polera det lätt med stålull när det är torrt.

Steg 24: Montera elektroniken

Starta den slutliga monteringen genom att mata LED -remsan från insidan av höljet till kanalen på framsidan. Skala av tejpen eller använd en liten mängd lim för att fästa remsan på kanalen.

Lim sedan in den kapacitiva touchknappen i urtaget i toppen. Du borde kunna se stiften som sticker ut genom botten. Se till att knappen är spolad (eller lägre) till ytan på den övre delen, så att timern inte vinglar.

Sätt i batteriet i det nedre facket och mata in USB -kontakten. Använd lite varmt lim för att se till att det sitter säkert i utrymmet.

Lägg till styrkortet i det övre facket i höljet. Mata JST -kontakten från batteriet genom den dolda kanalen i mitten av timern. Anslut den till JST -kontakten på kontrollkortet.

Mata den 3-trådiga Dupont-kontakten från kontrollkortet genom hålet i toppen och anslut den till stiften på undersidan av den kapacitiva touchknappen.

Tryck på på/av -knappen genom hålet i höljet (från utsidan) tills det sitter tätt på plats. Fäst de två kabelanslutningarna på de två ledningarna på strömbrytaren.

Du bör ha inställningen visad på det sista fotot.

Steg 25: Slutför montering av kapslingen

Ställ upp plexiglaset och fäst det på plats med fyra skruvar. Skruva fast de övre och nedre bitarna. Kontrollera inriktningen av allt och se till att timern sitter platt på bordet i vardera änden.

Steg 26: Lägg till diffusionsmaterialet

Skär en remsa av diffusionsmaterial som är något bredare än kanalen runt LED -remsan. Detta kommer att få diffusorn att böja ut sig lite, hålla den på plats utan lim och ge mer diffusion. I allmänhet, ju längre diffusorn är borta från lysdioden, desto mer diffus gör den dem.

Det finns många lämpliga material. Jag har använt tunna plastskärmattor (billigt på Amazon) och denna "affischbräda" av plast (som är tunn och diskett, och inte "bräda" alls).

Steg 27: Anpassa och ladda upp koden

Ladda ner koden från github.com/samguyer/VizTimer. Du behöver också FastLED-biblioteket, som tillhandahåller lågnivådrivrutiner för lysdioderna. De delar som du sannolikt kommer att behöva byta är högst upp: de fem stiften (LED -stiftet, den kapacitiva pekstiftet och de tre accelerometerstiften). Du kan också behöva ställa in antalet lysdioder i remsan.

Utforska gärna och ändra koden!

Anslut styrkortet till din dator och ladda upp koden. Du måste ta bort plexiglasunderlaget för att komma till mikro-USB-kontakten på mikrokontrollen.

Steg 28: Hur man använder den

Målet med denna design var att göra inställningen och körningen av timern så enkel som möjligt.

Timern har tre lägen: programläge, tidsläge och pausläge. Läget bestäms av timerns orientering: programläge när den kapacitiva touchknappen är överst, timerläget när det är på undersidan och pausläge när timern är på sidan.

PROGRAMLÄGE

När du slår på den först kommer du att se en blinkande gul "markör" längst ner på LED -remsan. Tryck på den kapacitiva knappen för att lägga till tid i steg om 15 sekunder. Varje 15 sekunder visas som en lila prick. När du kommer till 60 sekunder ersätts de lila prickarna med en blå prick, vilket representerar en minut. Håll knappen intryckt för att lägga till minuter kontinuerligt tills knappen släpps. Var femte minuts prick är vitfärgad för att göra det lättare att se summan.

TIDSINSTÄLLNING

Om du vrider timern startar nedräkningen. Alla prickar börjar lysa upp, oavsett total tid - det här var ett designval från min sida. Du kan också programmera det så att varje prick alltid betyder samma tid.

Prickarna faller en efter en tills tiden är slut. Därefter visar timern en färgstark "final" i cirka 15 sekunder. För att gå tillbaka till programläge, vrid timern tillbaka. Den gula markören visas igen. Om du startar timern igen omedelbart utan att programmera den kommer den att använda den tidigare tiden.

Ett trevligt tillägg till den här timern skulle vara en liten högtalare för att spela ljud, särskilt ett alarmljud i slutet.

PAUSLÄGE

Under tidsläget kan du pausa timern genom att vrida den 90 grader och vila den på sidan. Timingpunkterna fryser på plats och pulsar försiktigt för att indikera att timern väntar på att startas om. Vrid tillbaka den för att fortsätta tajmen, eller det andra sättet att gå tillbaka till programläge.

Jag hoppas att du gillar den här enheten lika mycket som jag!