Планетардык тиштүү саат: 6 кадам (сүрөттөр менен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:38

(Эски) механикалык сааттар абдан кызыктуу жана көрүүгө жагымдуу, бирок, тилекке каршы, өзүңүздү куруу дээрлик мүмкүн эмес. Механикалык сааттарда дагы азыркы санариптик технологиянын кайдыгерлиги жок. Бул Instructable сизге эки дүйнөнүн мыктыларын бириктирүүнүн жолун көрсөтөт; механикалык сааттын колун планетардык редуктор аркылуу тепкичтүү мотор жана Arduino менен айдап!

Жабдуулар

Жалпы компоненттер:

• 5мм жыгач жана акрил барак
• M5 болттор (эсептегич), шайбалар жана гайкалар
• ПХБ боюнча карама -каршылыктар
• Step мотору үчүн M3 бурамалары

Электр компоненттери:

• Stepper айдоочу (мен L293d колдонгон)
• Ардуинонун бардык түрү
• Реалдуу убакыт сааты (мен DS3231 колдонгом)
• Холл эффекти сенсору (мен A3144 колдондум)
• 5 мм неодий магнит
• Колдонуучу киргизүү үчүн баскычтар
• 10K каршылыгы
• 100uf 25V конденсатор
• DC jack
• 5V 2A DC электр менен камсыздоо
• RTC үчүн батарея (менин учурда cr2032)

Механикалык компоненттер:

• 5мм огу бар 1,8 даража/тепкичтүү мотордун бардык түрү
• GT2 400 мм убакыт куру
• GT2 60 тиштүү 5 мм огу бар
• GT2 20 тиштүү 5 мм огу бар
• 5x16x5 мм подшипник (3x)
• 5x16x5 мм фланецтүү подшипник (2x)
• M5x50 жиптүү таяк

1 -кадам: Gears долбоорлоо жана даярдоо

Бул долбоордун максаттарынын бири толук саатты башкаруучу бир кыймылдаткычка ээ болуу болгон, бул чыныгы механикалык саатка окшош, бир качуу механизми толук саатты башкарат. Мүнөттүн жебеси сааттын жебеси 1 айлануу учурунда 12 айланууну жасашы керек. Бул бир мотор менен эки колуңузду айдаш үчүн 1:12 кыскартуу редуктору керек дегенди билдирет. Мен муну планетардык редуктор менен кылууну чечтим, камтылган видео бул түрдөгү редуктордун кантип иштээрин сонун түшүндүрөт.

Мен үчүн кийинки кадам 1:12 катышын түзүү үчүн ар кандай тиштүү тиштердин санын аныктоо болду. Бул вебсайт абдан пайдалуу болду жана бардык керектүү формулаларды камтыйт. Мен күндүн тиштерин мүнөттүк колго, планетанын алып жүрүүчүсүн сааттын жебесине бекитип, шакектин тиштерин кыймылсыз калтырдым. Келгиле кичине математика кылалы!

• S = күн тиштериндеги тиштердин саны
• R = рингдеги тиштердин саны
• P = планетанын тиштеринин саны

Тиш катышы (i) менен аныкталат:

i = S/R+S

Белгилей кетсек, бул учурда тиштердин саны планетанын тиштеринин катышы үчүн мааниге ээ эмес, бирок биз жалпы чектөөнү урматташыбыз керек:

P = (R - S)/2

Бир аз табышмактуу болгондон кийин, мен төмөнкү сандарды колдонуп бүттүм: S = 10; R = 110; P = 50; Алар мүмкүн болгон нерсенин четинде көрүнөт, анткени планетанын тиштеринин ортосунда өтө аз аралык бар, бирок ал иштейт!

Сиз тиштүү тетиктерди сүйүктүү CAD программаңызда тарта аласыз, алардын көпчүлүгүндө атайын тиштүү плагиндер бар. Сиз ошондой эле ушул Нускамага тиркелген файлдарды колдоно аласыз. Албетте. Көңүл бургула, бардык тиштер өлчөмү боюнча айырмаланса да, бирдей тиштүү кадамга ээ.

Мен бул тиштерди 5 мм алюминийден жасоо сонун болот деп ойлоп, эгер мага бул тиштүү тетиктерди кесип беришсе, жергиликтүү дүкөнгө суу агуучу менен байланыштым. Адатта, сиз эч качан суу кескичтер менен тиштүү дөңгөлөктөрдү жасабайт элеңиз, бирок бул өтө төмөн көрсөткүчтөр. Таң калыштуусу, алар аракет кылууга макул болушту, бирок бул план коркунучтуу түрдө ишке ашпай калды. Суу тетиктери үчүн тетиктер кичинекей эле жана ал кесилип жатканда айлана баштады.

Бул артка чегинүү В планынын убактысы келди, ошондуктан мен 5мм түтүндүү кара акрил сатып алдым жана тиштеримди кесүүдө эч кандай көйгөйү жок лазердик кескич менен бир жерди таптым. Эгерде сизде лазердик кескич жок болсо, анда бул тетиктер үчүн 3D принтерин колдонсоңуз болот, мен STL файлдарын коштум (шакек тиш 3 бөлүккө бөлүнүшү мүмкүн).

Кескенден кийин, орнотулган подшипниктерди планетанын тиштерине басыңыз. Туура туура келүү үчүн, мен акрилдин бир нече тешиги бар тесттик бөлүгүн жасадым, анын диаметри бир аз чоңураак (0.05 мм кадам). Туура шайкеш келген орнотууну тапкандан кийин, мен планетанын тиштериндеги тешиктин өлчөмүн ушул жөндөөнү өзгөрттүм. Бул машинанын материалы жана түрү менен айырмаланат, андыктан муну дайыма өзүңүз жасашыңыз керек.

2 -кадам: Gear системасын чогултуу

Редукторлорду чогултуу үчүн сааттын алкагы керек. Эми бул сиздин чыгармачылыгыңыздын жапайы болушуна жол бере турган бөлүк, анткени бардык болт тешиктери туура жерде болгондо кадрдын формасы салыштырмалуу мааниге ээ эмес. Мен тиш механизмине басым жасоо үчүн терүүчү табакта жана арткы табакта көп тешиктерди жасоону тандадым. Бул дагы планетанын алып жүрүүчүлөрүнүн жана мүнөттүк колунун көрүүгө болгон себеби, бирок ал жөн эле сонун көрүнөт!

Мен бул бөлүктөрдү жасоо үчүн дагы бир жолу лазер кескичти колдондум, акрил бөлүктөрүнүн калыңдыгы 5мм болгондуктан, жыгач бөлүктөрүн да калыңдыгы 5мм кылдым. Терүү табличкасындагы жана планетанын алып жүрүүчүсүндөгү бардык тешиктер дал келүүчү болтторду жайгаштырууга каршы болгон.

Сааттын борбордук огу планета алып жүрүүчүлөрдүн ичинде эки подшипникте иштейт. Мен бул окту 5 мм штангадан жасагандыктан, ал подшипниктердин ичине чындыгында тыгыз кирип калган жана мен бул компоненттерди бөлө албай койдум. Жөн эле M5 жипти колдонуу бир топ жеңилирээк болмок, анткени сиз мындан ары өз жипиңизди кесүүнүн кажети жок болмок (эгер мен муну алдын ала түшүнсөм …..). Күндүн тиштеринин октун айланасында айлануусун токтотуу үчүн, анын D түрүндөгү тешиги бар, андыктан ось бул D формасына киргизилиши керек. Күн тетиги огтун тегерегине туура келгенде, сиз огуңузду чогулта аласыз, эгер сиз фланецтүү подшипниктерди колдонсоңуз, планета алып жүрүүчүлөрүн унутпаңыз! Монтаждоо көрсөтмөлөрү үчүн жарылган көрүнүштү текшериңиз.

Качан борбордук огу орнотулганда, планетанын убактысы тиштүү. Тиштүү тетиктердин үзгүлтүксүз иштешине ынануу үчүн буларга борбордук огу сыяктуу эле кичинекей шайбалар керек. Бардыгы планета алып жүрүүчүлөргө орнотулгандан кийин, планетанын редуктору менен күн механизминин бир калыпта иштешин текшериңиз.

Борбордук бөлүк азыр саат алкагына орнотулушу мүмкүн. Бул түйшүктүү жумуш, бирок болтторду алдыңкы пластинадан сайып, ордуна скотч менен чаптоо көп жардам берет. Ошондой эле мүнөттүк колго орун түзүү үчүн алдыңкы табакты көтөрүү пайдалуу болушу мүмкүн. Сүрөттөр көрсөткөндөй, мен редукторго бир аз уруксат берүү үчүн тиштүү шакек менен арткы плитанын ортосуна алты кичинекей кагазды койгом. Планета алып жүрүүчүсүн киргизгенде, терүүлөрдүн акылга сыярлык жерге багытталганын текшериңиз (эгерде журналдын мүнөттүк колу 12де көрсөтүлсө, сааттын жебеси эки сааттын ичинде болбошу керек)

3 -кадам: Stepper менен сенсорду туташтыруу

Эми бизде колду туура айдаган тиштүү механизм бар, дагы деле тиш механизмин туура айдаш керек. Электр кыймылдаткычтарынын ар кандай түрлөрүн колдонсо болот, мен тепкичтүү моторду тандадым, анткени ал туруктуу бурчтуу кайтарым сенсорлорсуз так кыймылдарды жасай алат. Stepper мотору дагы чыныгы "Click" үнүн чыгара алат, бул жарым механикалык саат үчүн эң сонун!

Кадимки тепкич мотору революцияга 200 кадам жасай алат, эгер биз аны мүнөттүк колго туташтырсак саатына 200 кадамга которот. Бул кадамдын секундасына 18 секунддук интервалды билдирет, бул азырынча сааттын үнүнө окшобойт. Ошентип, мен тепкич мотору менен мүнөттүк колдордун ортосунда 1: 3 түрүндөгү трансмиссияны колдондум, ошондуктан тепкич мотору саатына 600 кадам жасашы керек. Жарым кадам режимин колдонуу менен муну саатына 1200 кадамга чейин көбөйтүүгө болот, бул 3 секундда бир кадамга барабар. Жакшы угулат!

Степпер моторлорунун бир көйгөйү, сиз Arduino күйгүзгөндө алардын кайда экенин эч качан билбейсиз. Мына ушундан улам, бардык 3D принтерлердин акыркы токтоочу пункттары бар, андыктан принтериңизди белгилүү позицияга жылдырып, андан кийин ошол жерден улантыңыз. Бул саат үчүн дагы керек, бир гана токтоочу иштебейт, анткени саат тынымсыз айлануусу керек. Бул позиция сезгичтигин ишке ашыруу үчүн мен планетанын ташуучусуна бекитилген магнитти (полярдыкты текшериңиз! …) сезген A3144 Hall-эффект сенсорун колдондум. Бул колдорду ишке киргизүүдө белгилүү бир позицияга жылдыруу үчүн колдонулат, андан кийин алар керектүү убакытка жыла алышат.

Ассамблея абдан жөнөкөй; Бурамалар бир аз бош калган бойдон, тепкич моторун арткы пластинкага бекиткиле. Андан кийин кичинекей чыгырыкты тепкич моторунун огуна орнотуп, убакыт курунун түз иштеп жатканын текшере аласыз. Эми сиз убакыттын курундагы чыңалууну жөнгө салуу үчүн тепкич моторун жылдырсаңыз болот. Редукторго эч кандай стресс келтирбөө үчүн, убакыт куруна кичине ойноо керек. Бул параметр менен канааттанганча ойноңуз, андан кийин кадам моторунун бурамаларын толугу менен бекемдеңиз.

Зал-эффект сенсору ордуна жабыштырылган. Адегенде сенсорго үч зымды ширетүү эң жакшы, сенсордун ар бир бутунун тегерегине жылуулукту кичирейтүү үчүн, алар бири -бирин кыскарта албайт. Сенсорду ширеткенден кийин ордуна чаптап койсо болот. Магнитти туташтыра элек болсоңуз, кайсы тараптын өйдө болгону маанилүү эмес. Сенсорду жабыштыргандан кийин, анын иштешин текшерүү үчүн аны Arduino же кичинекей LED схемасына туташтырыңыз. (ЭСКЕРТҮҮ: залдын эффект сенсору магниттик талаанын линиялары туура багытта кеткенде гана иштейт). Бул сыноо схемасын колдонуп, магниттин кантип жабыштырылышын текшериңиз. Магнитиңиздин кайсы тарабы сенсорго каранышы керек экенине толук ишенип алганыңыздан кийин, магнитти ордуна чаптаңыз.

4 -кадам: Саатты белгилөөчү электроника

Сиз мотор менен жарым кадам жасап, андан кийинки кадамга чейин 3000 миллисекунд кечигүүнү талап кылган абдан жөнөкөй Arduino кодун колдонсоңуз болот. Бул иштейт, бирок бул так эмес, анткени ички Arduino сааты өтө так эмес. Экинчиден, Arduino күчүн жоготкон сайын убакытты унутмак.

Убакытты көзөмөлдөө үчүн реалдуу убакыт саатын колдонуу эң жакшы. Бул нерселер убакытты так көзөмөлдөгөн, камдык батареясы бар атайын иштелип чыккан чиптер. Бул долбоор үчүн мен DS3231 RTC тандадым, ал Arduino менен i2c аркылуу байланыша алат, бул зымдарды оңой кылат. Убакытты анын чипине туура койгондон кийин, анын убактысы эч качан унутулбайт (cr2032 батарейкасында ширеси калганда). Бул веб -сайтты текшерип, бул модуль жөнүндө бардык маалымат алыңыз.

Stepper моторун айдоо L293d мотор айдоочусу менен жүргүзүлөт. Кээ бир өркүндөтүлгөн мотор драйверлери микро кадам жана токту чектөө үчүн PWM сигналын колдонушат. Бул PWM сигналы ар бир жаратуучуга жагымсыз ызы -чууну жаратышы мүмкүн (айрыкча сизде 3D принтер болсо). Бул саат сиздин интерьериңиздин бир бөлүгү болуп калууга тийиш болгондуктан, жагымсыз үндөр кааланбайт. Ошондуктан мен саатымдын унчукпашына ынануу үчүн технологиясы төмөн l293d мотор драйверин колдонууну чечтим (ар бир 3 секундадан тышкары, бирок бул чынында жагымдуу!). L293d чипинин толук сүрөттөмөсү үчүн бул веб -сайтты карап көрүңүз. Белгилей кетчү нерсе, мен степпердик моторумду 5Вда иштетем, бул кадамдын моторунун кубаттуулугун жана температурасын төмөндөтөт.

Жогоруда айтылгандай, мен Hall-эффект сенсорун колдонуп, планетанын ташуучусуна жабышкан магнитти табам. Сенсордун иштөө принциби абдан жөнөкөй, ал магнит жетишерлик жакын болгондо абалын өзгөртөт. Ушундай жол менен сиздин Arduino санариптик бийиктигин же төмөндүгүн аныктай алат, андыктан магнит жакын экенин аныктайт. Бул веб -сайтты караңыз, анда сенсорду кантип туташтыруу керек жана магнитти аныктоо үчүн колдонулган жөнөкөй код көрсөтүлөт.

Акыркы, бирок жок дегенде, мен ПХБга колдонуучу киргизүү үчүн 4 баскычты коштум. Алар зымдарды жөнөкөйлөтүү үчүн Arduino ички тартма каршылыгын колдонушат. Менин ПХБ да Uno конфигурациясында баш бар, ошондуктан мен мүмкүн болгон кеңейтүүлөр үчүн Arduino калканчтарын кошо алам (мен буга чейин мындай кылган эмесмин).

Мен адегенде нан табакчамда баарын сынап көрдүм, андан кийин бул проект үчүн ыңгайлаштырылган ПХБны иштеп чыгып заказ кылдым, анткени ал укмуш көрүнөт! Сиз кароону каалабасаңыз, ПКБны саатыңыздын артына орнотсоңуз болот.

PCB үчүн Gerber файлдарын менин дисктен жүктөп алса болот, Instructables кандайдыр бир себептерден улам аларды жүктөөгө уруксат бербейт. Бул шилтемени google драйвыма колдонуңуз.

5 -кадам: Arduino программалоо

Arduino үчүн негизги код чындыгында абдан жөнөкөй. Мен Arduino ичинде эмне болуп жатканын жана Arduino башка түзмөктөр менен кандайча байланыша турганын көрсөткөн схеманы тиркемеледим. Мен коддоону жөнөкөйлөтүү үчүн бир нече китепкананы колдондум.

• Accelstepper -> тепкич кыймылдаткычынын кадам тизмегин башкарат, интуитивдүү буйруктарды берүүгө мүмкүндүк берет: Stepper.runSpeed (), же Stepper.move (), бул сизге белгилүү бир ылдамдыкта же белгилүү бир абалга өтүүгө мүмкүндүк берет.
• Wire -> бул RTClib колдонулганда да, i2c байланышы үчүн керек
• RTClib -> Arduino менен RTC ортосундагы байланышты башкарат, учурдагы убакытты кайтаруучу rtc.now () сыяктуу интуитивдүү буйруктарды берет.
• OneButton -> Баскычты киргизүүнү иштетет, басууларды аныктайт, анан бир нерсе кылуу үчүн алдын ала көрсөтүлгөн боштукту иштетет. Бир, эки же узун басууларды аныктай алат.

Сааттын кодун жазууда, өзгөрмөлөрдүн көбөйүүсүн болтурбоо өтө маанилүү. Arduino коду 24/7 иштей тургандыктан, бул өзгөрмөлөр тез чоңоюп, акыры толуп кетишине алып келет. Мисалы, тепкич моторуна эч качан белгилүү бир кызматка баруу буйрулбайт, анткени бул абал убакыттын өтүшү менен көбөйөт. Анын ордуна, тепкич моторуна белгилүү бир багытта белгилүү бир кадамдарды жылдыруу буйрулган. Убакыттын өтүшү менен жогорулаган позиция өзгөрмөсү жок.

РТКны биринчи жолу туташтырганыңызда, чиптин убактысын белгилешиңиз керек, анда сиз комментарий бере турган коддун бир бөлүгү бар, ал сизге RTC убактысын компьютердин убактысына барабар кылат (сиз кодду түзүп жаткан учурда). Көңүл бургула, бул жоопсуз калтырылганда, RTC убактысы кодуңузду ар дайым түзгөн убакытка кайтарылат. Андыктан аны комментарийлебей, бир жолу иштетип, анан кайра комментарий бериңиз.

Мен бул Нускамага кодумду тиркеп койдум, аны кылдат комментарийледим. Сиз аны эч кандай өзгөртүүсүз жүктөй аласыз же текшерип көрүп, оюңузду көрө аласыз!

6 -кадам: Саатыңыздын үнүн биринчи жолу угуңуз

Бардык электрониканы туташтырып, кодду жүктөгөндөн кийин, бул жыйынтык!

Бул сааттын негизги дизайны абдан жөнөкөй жана ар кандай формада жана өлчөмдө жасалышы мүмкүн. Бортто Arduino бар болгондуктан, сиз дагы кошумча функцияларды оңой кошо аласыз. Ойготкучту коюп, саатты белгиленген убакта кофе машинаңызды күйгүзүңүз, интернетке туташууңуз, дизайныңызды башкаларга көрсөтүү үчүн механикалык кыймылды баса белгилеген сонун демо режимдери жана башкалар!

Бул Нускамада сиз байкагандай, мен бул Нускаманы жазуу үчүн саатымды бөлүүгө туура келди. Бул Instructable үчүн өкүнүчтүү болсо да, мен, жок эле дегенде, дизайн узак мөөнөттүү келечекте абдан жакшы аткарыларына кепилдик бере алам, анткени бул саат менин бөлмөмдө 3 жылдан ашык убакыттан бери эч кандай көйгөйсүз учуп келе жатат!

Сураныч, бул Нускаманы жактырсаңыз, комментарийлерде мага билдириңиз, мен муну биринчи жолу жазып жатам. Ошондой эле сизде кандайдыр бир кеңештер же суроолор болсо, мага жөн гана билдирүү жөнөтүңүз. Мен бирөөгө жарым механикалык саат курууга шыктандырдым деп үмүттөнөм!

Сааттар конкурсунда биринчи сыйлык