Bolygókerekes óra: 6 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

A (régi) mechanikus óraműveket hihetetlenül érdekes és kellemes nézni, de sajnos szinte lehetetlen saját maga megépíteni. A mechanikus órákból hiányzik a ma rendelkezésre álló precíz digitális technológia gondatlansága is. Ez az utasítható módszer megmutatja, hogyan kombinálhatja mindkét világ legjobbjait; mechanikus óramutatók mozgatásával egy bolygókerekes sebességváltón, léptetőmotorral és Arduino -val!

Kellékek

Általános összetevők:

• 5 mm -es fa és akril lap
• M5 csavarok (süllyesztett), alátétek és anyák
• NYÁK -eltérések
• M3 csavarok a léptetőmotorhoz

Elektromos alkatrészek:

• Léptető meghajtó (az L293d -t használtam)
• Bármilyen típusú Arduino
• Valós idejű óra (a DS3231 -et használtam)
• Hall effekt érzékelő (az A3144 -et használtam)
• 5 mm -es neodium mágnes
• Gombok a felhasználói bevitelhez
• 10K ellenállás
• 100uf 25V kondenzátor
• DC jack
• 5V 2A DC tápegység
• Akkumulátor az RTC -hez (esetemben cr2032)

Mechanikai alkatrészek:

• Bármilyen típusú 1,8 fokos/lépcsős léptetőmotor 5 mm -es tengellyel
• GT2 400 mm -es vezérműszíj
• GT2 60 fogú 5 mm -es tengelytárcsa
• GT2 20 fogú 5 mm -es tengelytárcsa
• 5x16x5 mm csapágy (3x)
• 5x16x5 mm karimás csapágy (2x)
• M5x50 menetes rúd

1. lépés: A fogaskerekek tervezése és elkészítése

A projekt egyik célja az volt, hogy egy motor vezesse a teljes órát, hasonlóan egy igazi mechanikus órához, ahol egy menekülési mechanizmus hajtja a teljes órát. A percmutatónak azonban 12 fordulatot kell végrehajtania az óramutató 1 fordulata alatt. Ez azt jelenti, hogy 1:12 redukciós sebességváltóra van szükség ahhoz, hogy mindkét kezét egy motorral vezesse. Úgy döntöttem, hogy ezt egy bolygókerekes sebességváltóval teszem, a mellékelt videó szépen elmagyarázza, hogyan működik az ilyen típusú sebességváltó.

A következő lépés számomra az volt, hogy meghatározzam a fogaskerekek számát a különböző fogaskerekekhez, hogy 1:12 arányt hozzunk létre. Ez a weboldal nagyon hasznos volt, és tartalmaz minden szükséges formulát. A napfogaskereket a percmutatóhoz, a bolygóhordozót pedig az óramutatóhoz erősítettem, a gyűrűs fogaskereket álló helyzetben hagyva. Számoljunk egy kicsit!

• S = a fogaskerék fogainak száma
• R = a fogaskerék fogainak száma
• P = a fogaskerék fogainak száma

Az áttételi arányt (i) a következők határozzák meg:

i = S/R+S

Ne feledje, hogy a bolygó fogaskerék fogainak száma ebben az esetben nem számít az áttétel szempontjából, azonban tiszteletben kell tartanunk az általános korlátozást:

P = (R -S)/2

Némi értetlenkedés után végül a következő számokat használtam: S = 10; R = 110; P = 50; Úgy tűnik, hogy a lehetőségek határán vannak, mivel a bolygók fogaskerekei között nagyon kicsi a távolság, de működik!

A fogaskerekeket kedvenc CAD programjában rajzolhatja, legtöbbjük speciális fogaskerék -bővítménnyel rendelkezik. Használhatja az ehhez az utasításhoz csatolt fájlokat is. természetesen. Ne feledje, hogy minden fogaskerék, bár eltérő méretű, ugyanolyan fogak között mozog.

Úgy gondoltam, fantasztikus lenne ezeket a fogaskerekeket 5 mm -es alumíniumból készíteni, és felvettem a kapcsolatot egy helyi bolttal vízsugárral, ha le tudják vágni ezeket a fogaskerekeket. Általában soha nem készítene fogaskerekeket vízvágóval, de ezek nagyon alacsony teljesítményű fogaskerekek. Meglepő módon megegyeztek, hogy megpróbálják, de ez a terv szörnyen kudarcot vallott. Az alkatrészek túl kicsik voltak a vízsugár számára, és vágás közben elkezdtek mozogni.

Ez a visszaesés azt jelentette, hogy eljött a B terv ideje, ezért vettem egy 5 mm -es füstfekete akrilt, és találtam egy helyet egy lézervágóval, aminek nem okozott gondot a fogaskerekek vágása. Ha nincs elérhető lézervágó, akkor valószínűleg 3D nyomtatót is használhat ezekhez a fogaskerekekhez, beleértve az STL fájlokat is (a gyűrűs fogaskereket esetleg három részre kell osztani).

Vágás után a csapágyakat a bolygókerekes fogaskerekekbe nyomom. A megfelelő illeszkedés érdekében készítettem egy akril próbadarabot, több lyukkal, amelyek mindegyike valamivel nagyobb átmérőjű volt (0,05 mm -es lépések). Miután megtaláltam a megfelelő illeszkedést, módosítottam a bolygókerekes furatok méretét erre a beállításra. Ez az anyagtól és a géptípustól eltérő, ezért ezt mindig saját maga tegye meg.

2. lépés: A fogaskerékrendszer összeszerelése

A fogaskerekek összeszereléséhez szükség van az óra keretére. Most ez az a rész, ahol szabadjára engedheti kreativitását, mivel a keret alakja viszonylag jelentéktelen, amíg az összes csavarlyuk a megfelelő helyen van. I Úgy döntött, hogy sok lyukat készít a tárcsa- és hátlapon, hogy hangsúlyozza a fogaskerék -mechanizmust. Ez az oka annak is, hogy a bolygóhordozók és a percmutató átláthatóak, de egyszerűen csak jól néz ki!

Ismét a lézervágó segítségével készítettem ezeket az alkatrészeket, és mivel az akril részek 5 mm vastagok voltak, a fa alkatrészeket is 5 mm vastag lettem. A tárcsázólemez és a bolygótartó minden lyukát süllyesztették, hogy elférjenek a megfelelő csavarok.

Az óra központi tengelye két csapágyban fut a bolygóhordozók belsejében. Mivel ezt a tengelyt 5 mm -es rúdból készítettem, nagyon szorosan illeszkedik a csapágyakba, és már nem tudtam szétszedni ezeket az alkatrészeket. Sokkal egyszerűbb lenne csak egy darab M5 szálat használni, mivel a saját szálat sem kell többé elvágni (ha csak előre rájöttem…..). Annak érdekében, hogy a napkerék ne forogjon a tengely körül, D-alakú lyuk van benne, ezért a tengelyt is ebbe a D-alakba kell reszelni. Amikor a napkerék a tengely köré illeszkedik, összeszerelheti a tengelyt, ne felejtse el a bolygótartókat, ha karimás csapágyakat használ! Nézze meg a robbantott nézetben az összeszerelési utasításokat.

Amikor a központi tengely fel van szerelve, eljött a bolygó fogaskerekeinek ideje. Ezeknek is szükségük van a kis alátétekre, akárcsak a központi tengelyre, hogy biztosítsák a fogaskerekek zökkenőmentes működését. Miután mindent felszereltek a bolygóhordozókra, ellenőrizze, hogy a bolygó fogaskerekek és a napfogaskerék zökkenőmentesen működnek -e.

A középső rész most az óra keretébe szerelhető. Ez fárasztó munka, de a csavarok előlapon való beragasztása és a helyükre ragasztása sokat segít. Hasznos lehet az előlap felemelése is, hogy helyet biztosítson a percmutatónak. A fényképek azt mutatják, hogy hat apró papírdarabot tettem a fogaskerékgyűrű és a hátsó lemez közé, hogy hagyjak egy kis helyet a fogaskerekek számára. A bolygóhordozó behelyezésekor ügyeljen arra, hogy a tárcsák ésszerű helyre mutassanak (ha a percmutató 12-re mutat, az óramutató nem lehet a példa két órája között)

3. lépés: A léptető és az érzékelő csatlakoztatása

Most, hogy van egy fogaskerékmechanizmusunk, amely megfelelően hajtja a kezeket, továbbra is helyesen kell meghajtanunk a sebességváltó mechanizmusát. Különféle típusú villanymotorok használhatók, én egy léptetőmotort választottam, mivel képes pontos mozgásokat végezni állandó szögvisszacsatoló érzékelők nélkül. Egy léptetőmotor valódi "Kattintás" hangot is kelthet, ami remekül illik a félig mechanikus órához!

Egy normál léptetőmotor fordulatszámonként 200 lépést képes végrehajtani, ami óránként 200 lépést jelent, ha a percmutatóhoz csatlakoztatjuk. Ez lépésenként 18 másodperces intervallumot jelentene, ami még nem hangzik ketyegő órának. Ezért 1: 3 arányú sebességváltót használtam a léptetőmotor és a percmutatók között, így a léptetőmotornak 600 lépést kell megtennie óránként. A féllépcsős mód használatával ez növelhető 1200 lépésre óránként, ami egyenlő egy lépéssel 3 másodpercenként. Jobban hangzik!

Az egyik probléma a léptetőmotorokkal az, hogy soha nem tudhatja, hol vannak, amikor bekapcsolja az Arduino -t. Ez az oka annak, hogy minden 3D nyomtatónak van végállomása, így áthelyezheti a nyomtatót egy ismert helyre, majd onnan folytathatja. Erre az órára is szükség van, csak a végállás nem fog működni, mivel az órának folyamatosan forognia kell. Ennek a helyzetérzékelésnek a megvalósításához egy A3144 Hall-hatású érzékelőt használtam, amely érzékeli a bolygóhordozóhoz rögzített mágnest (ellenőrizze a polaritást!…). Ez arra szolgál, hogy az indításkor a kezeket egy meghatározott pozícióba mozdítsák el, majd a szükséges időre léphetnek.

Az összeszerelés nagyon egyszerű; Rögzítse a léptetőmotort a hátsó lemezhez, a csavarokat kissé lazán hagyva. Ezután felszerelheti a kis szíjtárcsát a léptetőmotor tengelyére, és ellenőrizheti, hogy a vezérműszíj egyenesen fut -e. Most csúsztathatja a léptetőmotort a vezérműszíj feszességének beállításához. A vezérműszíjnak egy kis játékra van szüksége, hogy megbizonyosodjon arról, hogy nem terheli a fogaskerekeket. Játsszon ezzel a beállítással, amíg elégedett nem lesz, majd húzza meg teljesen a léptetőmotor csavarjait.

A hall-effektus érzékelő a helyére van ragasztva. A legjobb, ha először három vezetéket forrasztunk az érzékelőhöz, ügyelve arra, hogy az érzékelő mindkét lába körül hőzsugorodást tegyen, hogy ne zárják rövidre egymást. Forrasztás után az érzékelő a helyére ragasztható. Teljesen mindegy, hogy melyik oldal van fent, amíg még nem rögzítette a mágnest. Miután ragasztotta a helyére az érzékelőt, csatlakoztassa egy Arduino -hoz vagy egy kis LED -áramkörhöz, hogy ellenőrizze, működik -e. (MEGJEGYZÉS: a hall -effektus érzékelő csak akkor működik, ha a mágneses mező vonalai a megfelelő irányba mennek). Ezzel a tesztáramkörrel ellenőrizze, hogyan kell a mágnest ragasztani. Miután teljesen biztos abban, hogy a mágnes melyik oldala nézzen az érzékelő felé, ragassza a helyére a mágnest.

4. lépés: Az elektronika, amely jelzi az órát

Használhat egy nagyon egyszerű Arduino kódot, amely fél lépést tesz meg a motorral, majd 3000 milliszekundum késleltetést vesz igénybe a következő lépésig. Ez működne, de nem túl pontos, mivel a belső Arduino óra nem ultra pontos. Másodsorban az Arduino elfelejti az időt minden alkalommal, amikor elveszíti az áramot.

Az idő nyomon követése érdekében a legjobb, ha valós idejű órát használ. Ezek speciálisan tervezett chipek tartalék akkumulátorral, amelyek pontosan nyomon követik az időt. Ehhez a projekthez a DS3231 RTC -t választottam, amely i2c -n keresztül képes kommunikálni egy Arduino -val, megkönnyítve a bekötést. Miután helyesen állította be az időt a chipjén, soha nem fogja elfelejteni, hogy hány óra van (mindaddig, amíg a cr2032 akkumulátorban még van egy kis lé). Nézze meg ezen a webhelyen a modul minden részletét.

A léptetőmotor hajtása L293d motorhajtóval történik. Néhány fejlettebb léptetőmotor-meghajtó PWM jelet használ a mikro-léptetéshez és az áramkorlátozáshoz. Ez a PWM jel zavaró hangokat adhat ki, amelyet minden gyártó ismer (különösen, ha 3D nyomtatója van). Mivel ez az óra a belső tér részévé kell válnia, nem kívánatos a csúnya zaj. Ezért úgy döntöttem, hogy az alacsony technológiájú l293d motorvezérlőt használom annak biztosítására, hogy az órám néma legyen (a 3 másodpercenként történő lépések mellett, de ez valóban élvezetes!). Nézze meg ezt a webhelyet az l293d chip részletes leírásához. Vegye figyelembe, hogy a léptetőmotoromat 5 V -on működtetem, ami csökkenti a léptetőmotor energiafogyasztását és hőmérsékletét.

Amint korábban említettük, Hall-effektusú érzékelőt használok a bolygóhordozóra ragasztott mágnes észlelésére. Az érzékelő működési elve nagyon egyszerű, állapotát megváltoztatja, ha a mágnes elég közel van. Ily módon az Arduino képes érzékelni a digitális magas vagy alacsony értéket, és ezért érzékeli, ha a mágnes közel van. Nézze meg ezt a webhelyet, amely bemutatja, hogyan kell csatlakoztatni az érzékelőt, és bemutatja a mágnesérzékeléshez használt egyszerű kódot.

Végül, de nem utolsó sorban hozzáadtam 4 gombot a felhasználói bevitelhez a NYÁK -hoz. A kábelezés egyszerűsítésére az Arduino belső felhúzó ellenállásait használják. A NYÁK -om Uno konfigurációjú fejlécekkel is rendelkezik, így hozzáadhattam Arduino pajzsokat az esetleges bővítésekhez (ezt eddig nem tettem meg).

Először mindent kipróbáltam a kenyértáblán, majd egyedi PCB -t terveztem és rendeltem ehhez a projekthez, mivel fantasztikusan néz ki! A NYÁK -ot az óra hátoldalára is felszerelheti, ha nem akarja nézni.

A nyomtatott áramkörhöz tartozó Gerber -fájlok letölthetők a meghajtóról, az Instructables valamilyen okból nem engedi fel őket. Használja ezt a linket a Google meghajtómhoz.

5. lépés: Az Arduino programozása

Az Arduino alapkódja valójában nagyon egyszerű. Csatoltam egy sémát, amely megjeleníti, hogy mi történik az Arduino belsejében, és hogyan kapcsolódik az Arduino a többi eszközhöz. Több könyvtárat használtam a kódolás egyszerűsítésére.

• Az Accelstepper -> kezeli a léptetőmotor léptetési sorrendjét, lehetővé teszi olyan intuitív parancsok adását, mint: Stepper.runSpeed () vagy Stepper.move (), amelyek lehetővé teszik, hogy egy bizonyos sebességgel vagy egy bizonyos pozícióba mozogjon.
• Vezeték -> erre szükség van az i2c kommunikációhoz, még az RTClib használata esetén is
• Az RTClib -> kezeli az Arduino és az RTC közötti kommunikációt, lehetővé teszi olyan intuitív parancsok adását, mint az rtc.now (), amely visszaadja az aktuális időt.
• OneButton -> Kezeli a gombbemenetet, észleli a megnyomásokat, majd lefuttat egy előre megadott üreget, hogy valamit megtegyen. Egyszeri, dupla vagy hosszú nyomást képes észlelni.

Amikor kódot ír egy órához, nagyon fontos, hogy ne legyenek olyan változók, amelyek folyamatosan növekednek. Mivel az Arduino kód 24/7 fut, ezek a változók gyorsan egyre nagyobbak lesznek, és végül túlcsordulást okoznak. Például a léptetőmotort soha nem utasítják egy bizonyos pozícióba, mivel ez a helyzet idővel csak növekedni fog. Ehelyett a léptetőmotor azt a parancsot kapja, hogy bizonyos számú lépést mozdítson el egy bizonyos irányba. Így nincs olyan pozícióváltozó, amely idővel növekszik.

Amikor először csatlakoztatja az RTC -t, be kell állítania a chip idejét, van egy olyan kódrészlet, amelyet törölhet, amely az RTC időt egyenlővé teszi a számítógép idejével (a kód összeállításának pillanatában). Ne feledje, hogy ha ezt megjegyzés nélkül hagyja, az RTC idő minden alkalommal visszaáll arra az időpontra, amikor összeállította a kódot. Tehát szüntesse meg a megjegyzést, futtassa egyszer, majd kommentálja újra.

Csatoltam a kódomat ehhez az Instructable -hez, alaposan megjegyzést fűztem hozzá. Feltöltheted változtatások nélkül, vagy megnézheted, hogy mit gondolsz!

6. lépés: Élvezze az óra ketyegésének hangját először

Az összes elektronika csatlakoztatása és a kód feltöltése után ez az eredmény!

Az óra alapvető kialakítása nagyon egyszerű, és sokféle formában és méretben elkészíthető. Mivel Arduino van a fedélzeten, további funkciókat is könnyen hozzáadhat. Ébresztés beállítása, hogy az óra bekapcsolja a kávéfőzőt egy meghatározott időben, internetkapcsolat, hűvös bemutató módok, amelyek kiemelik a mechanikus mozgást, hogy mások számára is megmutassák a dizájnt, és még sok más!

Amint ezt az utasításban észrevehette, szét kellett szednem az órámat, hogy megírjam ezt az utasítást. Bár sajnálatos ez az Instructable i, legalább garantálhatom, hogy hosszú távon a tervezés nagyon jól teljesít, mivel ez az óra minden probléma nélkül ketyeg a nappaliban!

Kérjük, ossza meg velünk megjegyzésekben, ha tetszett ez az Instructable, ez az első alkalom, hogy írok egyet. Továbbá, ha bármilyen tippje vagy kérdése van, csak írjon nekem üzenetet. És remélem, inspiráltam valakit egy félig mechanikus óra építésére is!

Első díj az Óraversenyen