um mestre da Noruega gosta da maneira de determinar o tempo com o código binário. Surpreendentemente, a quantidade de informação pode ser exibida em sinais ON / OFF simples. Então o mestre decidiu fazer um relógio binário por conta própria.
Ferramentas e materiais:
- LEDs 0603 - 13 peças;
Microprocessador Atmega328P-AU;
Capacitor 0806 0,1 uF;
Capacitor de tântalo 1206 4,7 uF;
- Resistor 0806 10 kOhm;
- módulo de relógio em tempo real DS3231;
-0806 resistor 51 kOhm - 3 peças;
-Clipe de bateria SMD CR2032;
-CR2032 bateria;
Botão de -4,5 mm;
-0806 resistor 200 Ohm;
Pulseira de -20 mm;
-20 mm de nível da mola - 2 peças;
-Vidro 38 mm;
-5 cm (2 polegadas) de fio fino de enrolamento;
-2 parafusos M2 com cabeça chata 6 mm de comprimento;
-2 porcas M2;
Adaptador USB-TTL
Acessórios de solda;
- pinças;
Chave de fenda pequena;
-Acesso à impressora 3D de alta qualidade;
Etapa 1: Design e personalização
O relógio possui 13 LEDs localizados em uma matriz multiplex. Uma coluna corresponde a um dígito no tempo digital. A hora é exibida no formato decimal binário e um dígito é representado por um máximo de quatro bits.
Eles parecem elegantes e funcionam muito bem graças a uma interface de usuário simples e a uma duração de bateria de até dois anos.
O design, quando o relógio é desligado, é uma simples combinação de dois tons de preto e prata. Essas cores estão presentes na pulseira e no fecho de couro, bem como no estojo e na placa de circuito impresso.
O assistente ocultou a maioria dos componentes na parte traseira da placa de circuito e o fez com um fundo preto. Eletrônicos e a placa de circuito corresponde ao design de dois tons do relógio.
A caixa do relógio deve ser durável, mas deve ser fácil abrir para substituir a bateria ou fazer alterações no código. Isso significa que nenhuma cola é usada durante a montagem. O único detalhe na cola é o vidro.
O estojo consiste em duas partes da parte inferior e do anel. Uma placa de circuito impresso, uma pulseira e uma coroa estão instaladas na parte inferior do relógio. Um copo está montado no anel.
É dada muita atenção ao consumo de energia. No sono profundo, o relógio consome apenas 10 μA. Isso proporciona uma duração de bateria de mais de dois anos.
Quanto à interface do usuário, basta pressionar a coroa do relógio para acordá-los e eles mostram a hora imediatamente. Quando você pressionar o botão novamente, a data será exibida. Como a duração da bateria é de dois anos, você pode alternar facilmente entre o horário de verão sem conectar-se a um computador.Para fazer isso, pressione o botão 15 vezes seguidas.
Etapa 2: Seleção de componentes
Existem quatro partes principais em uma placa de circuito. Microprocessador atmega328p. É o mesmo que nos modelos populares. Arduino. Este é o cérebro que se comunicará com o módulo de relógio em tempo real (RTC), processará o tempo e exibirá-o usando LEDs. Tudo isso, é claro, precisa de uma fonte de energia, de preferência uma pequena bateria.
ATmega328P
O microprocessador teve que atender a certos critérios. O GPIO exigia pelo menos nove pinos, oito para LEDs e um para um botão. Ele também precisava de um barramento I2C, onde poderia atuar como o dispositivo mestre para pesquisar o RTC no momento. Finalmente, ele teve que operar em baixas tensões e não consumir uma quantidade excessiva de corrente quando alimentado. O Atmega328P-AU atende a todos esses critérios e, ao mesmo tempo, é pequeno o suficiente para não ocupar toda a área da placa de circuito impresso. Uma grande vantagem é que ele também é usado nas placas Arduino mais populares e muitos podem trabalhar com ela.
Placa de circuito
A placa foi projetada para usar um ressonador de cerâmica de 8 MHz. Entretanto, o processador deve operar em uma frequência mais baixa para operar em baixas tensões. Observe a imagem nesta etapa, obtida na página 303 da ficha técnica, que explica a relação entre a velocidade do relógio e a tensão operacional. A frequência do relógio de cerca de 4 MHz deve ser a máxima para este projeto. O mestre usou um oscilador interno de 8 MHz e uma divisão de 8 bits ativada, que fornece uma frequência de clock visível de 1 MHz. No entanto, um ressonador de 8 MHz ainda é necessário ao carregar o código. Após o carregamento, o assistente não o excluiu
DS3231
No início, o mestre queria usar o DS1307 RTC. Este é um chip mais popular. No entanto, requer uma fonte de alimentação de 5 V.
O DS3231 pode operar com baixa voltagem de 1,8 V. O chip possui um cristal de quartzo embutido. O cristal embutido do relógio também possui compensação de temperatura. A temperatura ambiente pode causar oscilações irregulares do cristal do relógio. Isso significa que está se tornando menos preciso. O DS3231 mede a temperatura ambiente e a utiliza no cálculo para compensar as flutuações de temperatura. Ideal para relógios quando você entra e sai de salas diferentes ou sai quando a temperatura não é constante.
LEDs
Os LEDs mestres usam o fator de forma 0603. Eles podem consumir até 20 miliamperes, mas devido ao fato de que não mais que três LEDs podem funcionar simultaneamente, isso não é um problema. A corrente também diminui ao usar resistores com uma classificação maior que o necessário. O mestre diz que é mais eficaz, para esses LEDs, usar resistores de 100 a 400 Ohm.
CR2032
O circuito do relógio pode ser alimentado por uma bateria de lítio. Ela não tem problema em reduzir a tensão na mesma corrente que o CR2032, mas isso trará problemas adicionais. Para este projeto, uma bateria de íons de lítio terá duas desvantagens principais. A capacidade da minúscula célula é próxima da do CR2032, mas requer uma taxa adicional para carregamento e descarga seguros. Você também precisará de uma maneira de conectar o carregador. Portanto, o mestre escolheu CR2032.
Etapa três: matriz multiplexada
A configuração usada neste relógio é uma matriz de LEDs 4x4 com o desmantelamento de três LEDs desnecessários.
Somente LEDs diferentes em uma coluna estão acesos por vez. Esta coluna é desativada antes de ativar a próxima coluna. Tudo isso acontece mais rápido do que os olhos podem perceber. Como resultado, parece que os LEDs em diferentes colunas são ligados simultaneamente, criando uma imagem complexa.
Como posso descobrir a que horas é esse relógio? Vamos olhar as fotos.
Na primeira figura, vemos uma matriz 4x4 com 13 LEDs. As linhas da matriz são numeradas 1,2,4,8.
Para descobrir o tempo, é necessário adicionar todos os LEDs em uma linha, depois na próxima etc.
Por exemplo, Figura 2, o primeiro quadrado. Da esquerda para a direita, um LED acende a primeira coluna, a primeira linha. Temos a primeira linha sob o número 1, o que significa o primeiro dígito da hora 1. Em seguida, a segunda coluna é acesa por dois LEDs sob os números 1 e 2. Some os números, verifica-se 3. A próxima coluna é um número de LED 4. E a última coluna são os LEDs 1 + 2 + 4 = 7 . Temos 13 horas e 47 minutos.
Etapa quatro: esquema
A placa de circuito tem uma forma redonda, como um relógio clássico. A caixa do relógio padrão é geralmente de 42 mm com um diâmetro de vidro de 38 mm. Essa é a borda externa do vidro. No entanto, se o vidro repousar sobre uma aresta de 1 mm de largura, o diâmetro disponível será de 36 mm. Isso significava que a placa de circuito deveria ter cerca de 35 mm.
O mestre ordenou uma taxa em um site conhecido. As placas têm uma espessura de 0,8 mm.
Você pode baixar o arquivo para fazer o quadro abaixo.
Relógio de pulso binário - GERBER.zip
Quinto passo: solda
A melhor maneira de consertar a placa de circuito durante a solda é com fita adesiva. O mestre fixa a placa e inicia a instalação de acordo com o diagrama. Primeiro, os menores componentes são soldados (em tamanho).
Etapa 6: finalizar o botão
Como você pode ver, a coroa do relógio na lateral da caixa é projetada, neste dispositivo, para controlar o relógio. Ele interage com um botão micro conectado ao microcontrolador. Para fazer isso, o botão precisa ser refeito.
Os botões táteis mais baratos possuem uma pequena parte plástica redonda preta em que você precisa clicar para fechar os contatos. Ele precisa ser substituído. O mestre desmonta o botão, cortando os parafusos de metal. Exclui um botão. Cola um pedaço de fita adesiva em uma placa de metal e coloca-o de volta. Cola o corpo do botão. Agora você pode soldar o botão.
Sétimo passo: codificação
O microcontrolador não pode trabalhar com o código do Arduino neste estágio. Primeiro você precisa de um gerenciador de inicialização. Esta é uma sub-rotina que deve ser armazenada em um chip para fazer o download e executar um programa escrito.
Como é um Atmega328P com voltagem extra baixa, é necessário um tipo especial de carregador de inicialização.
Abra o IDE do Arduino, escolha Arquivo> Preferências> URLs do Add-On Board Manager e adicione uma vírgula após o último URL antes de colar o seguinte URL
...
Clique em OK várias vezes e vá para Ferramentas> Quadro> Gerente do quadro. Abra-o, encontre minicore e instale-o.
Conecte o Arduino no circuito como na foto. Acesse os exemplos do Arduino e abra o código de amostra do ArduinoISP. Faça o download do código.
Em seguida, instale instalar Ferramentas> Programador: em "Arduino como ISP". Selecione a seguinte configuração no carregador de inicialização MiniCore. Você também pode verificar sua configuração de acordo com a configuração na imagem anexada a esta etapa.
Configurações do carregador de inicialização
Conselho: ATmega328
Bootlader: sim
Relógio: 1 MHz interno
LTO do compilador: desativado
Variante: 328P / 328PA
BOD: 1.8V
Agora, o último passo é conectar os fios do Arduino à placa de inspeção. Escolha Ferramentas> Gravar carregador de inicialização. Aguarde um momento e você receberá uma mensagem sobre a instalação bem-sucedida do gerenciador de inicialização.
Agora resta fazer o download do código. Pode ser encontrado no link abaixo.
Binary_Wrist_Watch.ino
Passo Oito: Caso
A caixa do relógio foi impressa por um mestre em uma impressora 3D. Os arquivos podem ser baixados em esse link.
Etapa nove: criar
Até agora, todas as peças foram montadas e você pode prosseguir com a montagem.
Insira a coroa na caixa do relógio.
Puxe o fio pelo orifício de montagem na coroa do relógio.
Cole o fio, certificando-se de que a cabeça pode ser recuada 1 mm.
Insira as porcas sextavadas nos respectivos slots hexagonais e trave-as no lugar com um pequeno pedaço de fita.
Prenda a fita adesiva dupla face na parte inferior da placa de circuito.
Insira a placa de circuito, certificando-se de que o pino principal esteja alinhado com o orifício do botão.
Pressionando a cabeça, verifique o funcionamento do botão.
Cole o copo no anel usando supercola.
Insira o anel do relógio, alinhando os orifícios e botões dos parafusos.
Insira parafusos M2 de 6 mm nos orifícios dos parafusos e aperte-os. As cabeças dos parafusos são pintadas de preto.
Insira os clipes nos olhos das tiras.
Instale as pulseiras de relógio.
Está tudo pronto.
Todo o processo de fabricação de relógios pode ser visto no vídeo.