The Nerd Watch: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Il Nerd Watch mostra l'ora in binario quando viene premuto il pulsante ed è stato creato da Sam DeRose durante uno stage estivo presso il nostro quartier generale. L'orologio mostra l'ora ei minuti facendo lampeggiare in sequenza due LED per rappresentare due numeri binari a 4 bit (in formato big-endian). Ecco un'ottima descrizione di come leggere i numeri binari.

Questo tutorial (scritto da Sam DeRose) mostra come costruire un Nerd Watch da zero con alcuni componenti elettronici e una fresatrice per PCB Bantam Tools Desktop. Si presume che tu abbia una precedente esperienza di lavoro con componenti elettronici a montaggio superficiale e che non sei estraneo a un multimetro e alla saldatura. È anche utile raccogliere alcune informazioni su come funziona Arduino.

Passaggio 1: alcune note prima di iniziare

Come dire l'ora: il primo numero rappresenta l'ora e il secondo numero rappresenta il numero a cui indicherebbe la lancetta dei minuti se fosse un orologio analogico. Ad esempio, se l'orologio lampeggia 0010 - 0110, questo corrisponde a 2 - 6, il che significa che l'ora è 2 e la lancetta dei minuti punta al 6, rendendolo 2:30. (Controlla l'immagine sopra per una descrizione grafica!) Non c'è alcuna indicazione del mattino o del pomeriggio, ma si spera che sia chiaro se sono le 2:30 del mattino o meno.

L'orologio si basa su un progetto realizzato da Tony DeRose per Maker Faire. Utilizza lo stesso codice e lo stesso schema, ma ora la scheda è strutturata per assomigliare più a un orologio e vengono utilizzati componenti a montaggio superficiale (SMD) più eleganti per renderlo più basso.

Nota: Sam ha fatto molte iterazioni di questo orologio: vedrai i numeri di versione nelle foto. Per questo motivo, le immagini dei progressi in questo post saltano tra le diverse versioni abbastanza frequentemente. Tuttavia, il processo generale per ogni versione è esattamente lo stesso, quindi non preoccuparti se il tuo orologio non è esattamente come l'immagine.

Un'altra nota: la parte principale di questa guida illustra come compilare la versione 2.5, la versione più recente che utilizza un normale chip ATtiny. Tuttavia, il passaggio 9 mostra una variazione, la versione 3.1, che utilizza un ATtiny a montaggio superficiale e una porta mini-USB per programmarlo. Questa versione è significativamente più difficile da costruire e programmare, quindi consiglierei di iniziare con la versione 2.5 e di provare la versione 3.1 solo se ti senti davvero ambizioso (o hai esperienza con la saldatura di componenti SMD).

Passaggio 2: come funziona

Il chip ATtiny (il chip IC nero a 8 pin) è il cuore dell'orologio. Questo chip è fondamentalmente una versione ridotta dello stesso chip che si trova all'interno di un Arduino, e quindi può essere programmato per eseguire diverse funzioni. In questo caso, il chip ha un programma su di esso che attende la pressione di un pulsante e, quando ne rileva uno, mette a terra molti dei suoi pin in modo che la corrente possa fluire da +3 volt attraverso i LED, accendendoli. L'ATtiny ha un orologio interno, quindi i LED sono programmati per lampeggiare per visualizzare l'ora.

Passaggio 3: strumenti, materiali e file

UTENSILI

• Fresatrice per PCB da tavolo Bantam Tools
• Computer con il software Bantam Tools installato
• Staffa di allineamento e hardware di montaggio inclusi con la fresatrice
• Saldatore
• Frese piatte, 1/64", 1/32" e 1/16" (opzionali ma consigliate, per eliminare il rame in eccesso)

MATERIALI

• PCB vuoto, FR-1, a doppia faccia
• Nastro biadesivo
• Saldare
• Pasta per saldature
• Ago da cucito
• Filo, nero
• Cinturini in velcro, 3/4", neri o un'altra forma di cinturino dell'orologio

COMPONENTI ELETTRONICI

• Presa CI, 8 pin
• Chip Atmel ATtiny Abbiamo usato l'ATtiny85.
• LED, SMD (2)SMD = dispositivo a montaggio superficiale
• Resistori, ~50 ohm, SMD (2) Il valore esatto non è importante.
• Pulsante momentaneo, quadrato, SMD Abbiamo usato questi, ma anche altri si adatteranno.
• Batteria a bottone, CR2032, 3 volt
• Portabatterie a bottone

FILE

• File della scheda EAGLE NerdWatchV2.5.brd per l'orologio
• Arduino schizzo NerdWatch.ino per andare su ATTiny. Il file.zip qui incluso ha lo schizzo, così come le librerie che dovrai installare per far funzionare correttamente lo schizzo.

File EAGLE per ATtiny Programmer TinyProgShield.brd (opzionale)

• NOTA: Ricordati di installare le librerie in Arduino prima di provare a compilare lo sketch. Ecco come:

  • Scarica e installa Arduino se non l'hai già fatto. Puoi scaricarlo dal sito di Arduino.
  • Scarica il file NerdWatch.zip e ricorda dove l'hai salvato.
  • Avvia Arduino. Vai a Schizzo> Importa libreria> Aggiungi libreria e vai a dove hai salvato NerdWatch.zip.
  • Seleziona l'intero file.zip e lascia che Arduino installi automaticamente le librerie.
  • Riavvia Arduino per attivare le librerie. Nota: in caso di problemi, i forum di Arduino sono un luogo spettacolare per porre domande, sia per gli utenti avanzati che per i nuovi programmatori.
  • Usa Arduino per aprire NerdWatch.ino e compilare il codice.

Per la versione 3.1 avrai bisogno di questi file:

• File EAGLE NerdWatchV3.1.brd
• NerdWatch.zip stesso file della v2.5
• File EAGLE SMDtinyProgrammer.brd per la scheda di programmazione SMD ATtiny

Passaggio 4: configurare il software della fresatrice Bantam Tools

Avvia il software Bantam Tools. Quindi collega la tua fresatrice al computer e accendila.

Importa il file EAGLE nel software Bantam Tools ed esegui i seguenti passaggi per impostare il taglio:

• Utilizzare il pulsante Imposta fissaggio per guidare l'utente attraverso l'installazione e la posizione della staffa di allineamento.
• Una volta installata la staffa, impostare il materiale sulla scheda FR1 a doppia faccia utilizzando il pulsante Imposta materiale.
• In questo dialogo, assicurati di allineare l'origine del materiale alla staffa.
• Usa una fresa piatta da 1/32" e 1/64" per la parte anteriore della tavola e una da 1/32" per la parte posteriore della tavola. (La parte posteriore è anche dove potresti aggiungere la tua fresa a candela da 1/16" opzionale.)

L'impostazione predefinita per la scheda FR-1 funziona bene per questo progetto. Se vuoi sperimentare con una maggiore distanza di traccia, puoi attivare la modalità BitBreaker (Preferenze> fai clic sulla casella BitBreaker) e sperimentare le impostazioni di profondità e distanza (questo è per l'utente che sa come muoversi in un mulino).

Se hai bisogno di un aggiornamento sull'utilizzo della fresatrice per PCB desktop Bantam Tools e sulla configurazione del software, dai un'occhiata a questa guida introduttiva.

Passaggio 5: ritaglia l'orologio

Carica il tuo PCB vuoto:

• Utilizzare il pulsante Caricamento per portare avanti il piano di lavoro.
• Coprire un lato di un FR-1 biadesivo con nastro biadesivo e abbinare la scheda con l'angolo sinistro della staffa di allineamento.
• Premi con decisione la scheda e poi premi il pulsante Home.

Taglia la tua tavola:

Per prima cosa tagliare le tracce e i fori per la parte superiore. A tale scopo, fare clic su Tracce e fori nella finestra del file del piano

• Al termine, capovolgi la scacchiera nel software Bantam Tools facendo clic sul pulsante in basso.
• Capovolgi anche il cartone vero e proprio nella macchina in modo che il lato non tagliato sia rivolto verso l'alto. Assicurati che il lato inferiore della tavola sia a filo con l'angolo destro della maschera di allineamento.
• Fare clic su Tracce e struttura nella finestra del file del piano.

Il mulino taglierà le tracce e i buchi rimanenti e avrai una tavola finita!

Passaggio 6: saldare sull'elettronica

Ora arriva la parte noiosa: saldare i componenti sull'orologio. Se non conosci la saldatura a montaggio superficiale o la saldatura in generale, leggi la descrizione di seguito. Puoi anche trovare alcuni suggerimenti nel progetto Light-Up PCB Necklace.

Per questo processo, abbiamo utilizzato un tostapane per saldare a rifusione i componenti SMD più piccoli come i LED e le resistenze. Quindi abbiamo utilizzato un normale saldatore per collegare i componenti più grandi come la presa IC, il pulsante e il supporto della batteria.

Segui questi passaggi generali per aggiungere i componenti:

Componenti SMD

• Tamponare la pasta saldante sugli 8 pad, che monteranno i 2 LED e le 2 resistenze. Guarda le foto sopra per ottenere le posizioni di posizionamento.
• Verifica di conoscere la polarità dei LED. Per fare ciò, puoi usare un multimetro nella sua impostazione di "continuità", oppure puoi guardare il LED e trovare il segno di spunta o le linee verdi, che segnano il lato a terra.
• Usando una pinzetta, posiziona i LED e le resistenze sui pad con la pasta saldante. Assicurati di ottenere la polarità corretta! Per entrambi i LED, la massa è più vicina alla parte inferiore dell'orologio.
• Usa una piastra riscaldante, un tostapane o semplicemente un normale saldatore per sciogliere la pasta saldante e fissare i componenti.

Presa CI

• Piegare i cavi della presa CI a foro passante in modo che assomigli a un componente SMD anziché a un componente a foro passante.
• I cuscinetti sull'orologio saranno abbastanza lunghi da accogliere i cavi piegati della presa. Posiziona la presa e assicurati di aver capito come si monta sull'orologio.
• Rimuovere la presa e tamponare la pasta saldante su almeno un pad su ciascun lato della presa. Di solito faccio un angolo e poi l'angolo opposto.
• Riposizionare la presa sugli elettrodi con il segno di allineamento rivolto verso l'alto. Questo non è necessario, ma ti aiuterà a ricordare da che parte entra ATtiny.
• Premi lo zoccolo in modo che sia completamente abbassato sulla scheda e usa un saldatore per fissare i cavi con la pasta saldante alla scheda.
• Finisci di saldare il resto dei cavi ai pad con un saldatore e una bobina di saldatura normale.

Pulsante

• A seconda del pulsante che ottieni, potresti dover piegare i cavi verso il basso in modo che tocchino meglio i pad.
• Posizionare il pulsante sulla scheda e assicurarsi che i 2 cavi normalmente aperti si trovino sui pad in basso a sinistra e in alto a sinistra. (Quando si preme il pulsante, i 2 pad di sinistra vengono collegati.)
• Usa la stessa tecnica di virata spiegata nella sezione presa IC sopra per saldare il pulsante.

Vias

• Per i via, puoi utilizzare un cavo ritagliato da un LED o un resistore, oppure puoi spelare una lunghezza di cavo di collegamento a nucleo solido di calibro 22.
• Attacca il filo attraverso il foro e usa un saldatore per saldare il filo ai pad su entrambi i lati della scheda.
• Tagliare il filo in eccesso con un tronchesino.

Portabatteria

• Usa del nastro adesivo per tenere in posizione il supporto della batteria CR2032 a montaggio superficiale mentre lo saldi. (Fa molto caldo quindi non vorrai tenerlo con le dita!)
• Fissare il supporto sul retro della scheda saldando i piedini su entrambi i lati ai pad quadrati.

Passaggio 7: aggiungi il cinturino

Questa parte dipende davvero da te. Il modo più semplice per aggiungere un cinturino è cucire su alcune strisce di velcro economiche che puoi trovare in qualsiasi negozio di artigianato/tessuto come Michael's o Jo-Ann Fabrics. Alla fine vorremmo realizzare il cinturino con un materiale più bello come la pelle e aggiungere una fibbia per allacciarlo, ma nel frattempo funziona.

Fateci sapere se trovate qualche modo interessante per attaccare l'orologio al polso!

Passaggio 8: programma ATtiny

Ora l'orologio è fisicamente completo, ma il chip ATtiny non sa ancora come controllare i LED. Ecco perché dobbiamo programmarlo.

Ci sono diverse opzioni quando si tratta di programmare un ATtiny. Puoi creare un circuito breadboard veloce, utilizzare una speciale scheda di programmazione ATtiny o creare un elegante shield Arduino, come abbiamo fatto noi, in modo da poter programmare facilmente questi chip d'ora in poi.

Se sei un esperto produttore di shield Arduino e desideri scegliere questo metodo, il file della scheda per il programmatore (TinyProgShield.brd) è disponibile in questo passaggio. Basta ritagliarlo, saldare i componenti e accoppiarlo con il tuo Arduino.

Il file.ino qui e nella fase di introduzione è il file con cui programmate il vostro ATtiny85. Modificare l'ora nel codice con l'ora corrente. Assicurati di caricare il file sul tuo ATtiny entro un minuto o due in modo che l'orologio sia sincronizzato con l'ora corretta.

Passaggio 9: altre varianti

Come accennato nel primo passaggio, Sam ha realizzato una versione completamente SMD dell'orologio, completa di ATtiny a montaggio superficiale. Dal momento che non è possibile estrarre l'ATtiny per programmarlo, ha dovuto aggiungere una porta mini-USB che si collega ai pin necessari in modo che l'ATtiny possa essere programmato esternamente.

Ha quindi realizzato uno scudo per l'altra estremità del cavo USB in modo che tutto ciò che devi fare è agganciare l'orologio allo scudo e quindi programmare l'ATtiny come se fosse sullo scudo.

Passaggio 10: usalo

Indossa il tuo Nerd Watch e provalo premendo il pulsante.

Sai leggere l'ora? Se riesci a leggere l'ora guardando la sequenza solo una volta, congratulazioni, sei un nerd! Se ti ci vogliono due o tre volte per prendere il tempo, beh, sei ancora un nerd perché indossi questo orologio super nerd.

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