Механические часы с семисегментным дисплеем: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:47

Пару месяцев назад я построил двухразрядный механический 7-сегментный дисплей, который превратил в таймер обратного отсчета. Получилось неплохо, и некоторые люди предложили удвоить дисплей, чтобы сделать часы. Проблема заключалась в том, что у меня уже закончился ввод-вывод PWM на моей Arduino Mega, и мне не хватало для вторых или третьих цифр. Затем меня указали на эти 16-канальные драйверы PWM PCA9685, которые работают через интерфейс I2C. Это позволило мне управлять 28 сервоприводами, которые мне были нужны, с помощью двух выводов I2C на Arduino. Итак, мне пришлось работать над созданием часов, которые теперь используют модуль часов реального времени DS1302, чтобы отслеживать время, и два 16-канальных сервопривода для управления 28 сервоприводами, используемыми для создания дисплея, и все они питаются от Arduino Uno.

Если вам нравится эта инструкция, пожалуйста, проголосуйте за нее в конкурсе часов.

Запасы:

Чтобы построить часы, вам потребуются следующие принадлежности в дополнение к некоторым основным инструментам:

• Arduino Uno - Купить здесь
• Модуль часов DS1302 - Купить здесь
• 2 x 16-канальные сервоприводы PCA9685 - Купить здесь
• 28 x Micro Servos - Купить здесь
• Ленточный кабель - Купить здесь
• Полоски заголовка с штифтом - Купить здесь
• Полоски для заголовков с женскими булавками - Купить здесь
• МДФ 3мм - Купить здесь
• Черная аэрозольная краска - Купить здесь
• Схема устранения батареи 5V 5A - Купить здесь
• Блок питания 12 В - Купить здесь

Для этого проекта вам также понадобятся некоторые детали, напечатанные на 3D-принтере. Если у вас еще нет 3D-принтера и вам нравится создавать вещи, вам обязательно стоит подумать о его покупке. Используемый здесь Creality Ender 3 Pro доступен по цене и обеспечивает довольно хорошее качество печати для своей цены.

• Используемый 3D-принтер - Купить здесь
• Нить - Купить здесь

Шаг 1: 3D-печать пластиковых компонентов

Я сделал 7-сегментные дисплеи максимально простыми. Сервопривод также является опорным кронштейном, удерживающим сегмент над ним. Для каждого сегмента требуются два компонента, напечатанных на 3D-принтере: разделительный блок для поддержки нижней стороны сервопривода и сегмент дисплея, который приклеивается непосредственно к рычагу сервопривода.

Загрузите файлы 3D-печати - Файлы 3D-печати с механическими 7-сегментными часами

Распечатайте сегменты сервопривода и точки, используя яркий цветной PLA. Я использовал полупрозрачный зеленый цвет, но красный, оранжевый или желтый тоже подойдут. Я использовал черный PLA для разделительных блоков и точечных опор, чтобы они не были видны, когда сегменты повернуты в выключенное положение.

Если у вас нет доступа к 3D-принтеру, попробуйте одну из служб онлайн-печати. Существует ряд доступных служб, которые распечатают компоненты и доставят их к вашей двери в течение нескольких дней.

Шаг 2: Подготовьте платы управления и проводку

Вам нужно будет использовать два 16-канальных ШИМ-драйвера PCA9685 для управления вашими 28-тактовыми сервоприводами. Я разделил сервоприводы на цифры часа и минуты, при этом каждая пара цифр приводилась в действие одной доской. Итак, у меня есть одна плата, управляющая сервоприводами для двухчасовых цифр, а вторая - для управления сервоприводами для двух минутных цифр.

Чтобы связать их вместе, вам нужно сделать 6-жильный разъем ленточного кабеля и припаять вторую полосу заголовка к другому концу первой платы сервоуправления. Вам также необходимо изменить адрес I2C на второй плате, чтобы он отличался от первой и однозначно определялся.

Вам также потребуется собрать жгут проводов для подключения трех плат (двух сервоплат и модуля часов) к вашему Arduino. Вам понадобится 5 В и GND для каждой платы, а также подключения I2C к вашим контактам Arduino A4 и A5 (I2C на Arduino Uno), а контакты модуля часов CLK, DAT и RST к контактам 6, 7 и 8 на вашем Arduino. соответственно.

Питание на Arduino подается напрямую от источника питания 12 В и на сервоприводы с помощью 5 В 5 А BEC, который затем подключается к двум клеммам в верхней части драйвера ШИМ. Вам нужно подключить к источнику питания только один сервопривод, и он будет подавать питание на второй через 6-жильный ленточный кабель.

Шаг 3: соберите сервоприводы

После того, как вы напечатали свои сегменты, вам нужно будет покрасить заднюю и боковые стороны черным, чтобы они были менее заметны, когда они повернуты на 90 градусов в выключенное положение.

Затем вам нужно приклеить сегменты к сервоприводам с помощью термоклея. Это помогает приклеить их к сервоприводу, когда рычаг уже находится на сервоприводе, таким образом вы можете проверить, что вы приклеиваете их прямо и ровно.

Вам также необходимо приклеить распорный блок к нижней части каждого сервопривода.

Соберите точки, приклеивая небольшой дюбель или палочку для шашлыка с обратной стороны точек, а затем в базовые блоки. Я также обрызгал эти палочки черным, чтобы они были менее заметны, если смотреть под углом.

Шаг 4. Настройка и тестирование

Я пронумеровал все сервоприводы и написал номер на каждом выводе, чтобы было легче отслеживать их. Я начал с верхнего сегмента на разряде единиц и перешел к среднему сегменту на разряде десятков. В этом же порядке я подключал их к платам сервоуправления, помня, что идентификаторы на платах считаются от 0 до 13, а не от 1 до 14.

Затем я устанавливаю сегменты на столе с достаточным пространством между ними для тестирования, чтобы они не переходили в один и в другой, пока настраивались пределы перемещения и направления. Если вы попытаетесь установить их близко друг к другу, у вас, вероятно, один или два человека попытаются двигаться в неправильном направлении или переместятся на каком-то этапе и ударит другой, что может повредить сегмент, сервомеханизм или лишить шестерни сервопривода.

Шаг 5: загрузка кода

Код на первый взгляд выглядит сложным, но на самом деле он относительно прост благодаря двум используемым библиотекам. Также существует много повторов, потому что необходимо обновить четыре разных 7-сегментных дисплея.

Вот краткое описание кода, посмотрите полное руководство для более подробного объяснения и ссылку для загрузки кода - Механические 7-сегментные часы с дисплеем

Начнем с импорта двух библиотек: virtuabotixRTC.h для модуля часов и Adafruit_PWMServoDriver.h для сервоприводов. Библиотеку Adafruit можно загрузить и установить непосредственно через диспетчер библиотек в среде IDE.

Затем мы создаем объект для каждой платы управления с соответствующим адресом, один для цифр часа и один для минут.

Затем у нас есть четыре массива для хранения положений включения и выключения для каждого сервопривода. Вам нужно будет отрегулировать эти числа в следующих шагах, чтобы убедиться, что ваши сервоприводы находятся в вертикальном положении, когда включены, повернуты на 90 градусов, когда выключены, и не перемещаются слишком далеко.

В массиве цифр хранятся позиции каждого сегмента для каждой отображаемой цифры.

Затем мы настраиваем модуль часов и создаем переменные для хранения текущих и прошедших отдельных цифр.

В функции настройки мы запускаем и настраиваем платы управления ШИМ, а также при необходимости обновляем время на часах. Затем мы проходим цикл, чтобы установить дисплей на 8 8: 8 8, чтобы мы знали начальную позицию всех сервоприводов. Это также используется для настройки сервоприводов так, чтобы они все были направлены вверх правильно.

В основном цикле мы получаем обновленное время от модуля часов, разбиваем его на четыре цифры и затем проверяем, изменилось ли время по сравнению с последней проверкой. Если время изменилось, мы обновляем дисплей, а затем обновляем предыдущие цифры.

В функции отображения обновления мы сначала перемещаем средние сегменты. Это делается в первую очередь, потому что требуется некоторая логика для перемещения двух верхних сегментов, смежных со средним сегментом, немного в сторону, прежде чем перемещать средний сегмент, иначе он столкнется с ними. Как только средние сегменты перемещаются, остальные сегменты перемещаются в правильные положения.

Шаг 6: сборка часов на задней панели

Когда я закончил тестирование, я собрал сервоприводы на задней панели, используя приведенную выше схему в качестве руководства.

Белая область - это общий размер платы, более светло-серая область - это область вокруг каждой цифры, в которую входят сегменты сервопривода, а контур темно-серой области - это центральная линия для внешних 6 сегментов для каждой цифры.

Я вырезал доску, разметил макет, а затем приклеил цифры, чтобы получился циферблат.

Затем я просверлил отверстия возле каждого сервопривода и пропустил провода к задней части платы, чтобы они были менее заметны.

Я прикрепил электронику к задней части часов с помощью двустороннего скотча.

Шаг 7: Окончательная настройка и работа

Как только сервоприводы были готовы, я снял все сервомеханизмы для окончательной регулировки положения сегментов. Вы должны включить Arduino в этом состоянии, чтобы отобразилось 8 8: 8 8, а затем отключите питание, это перецентрирует все ваши сервоприводы, чтобы вы могли снова надеть сервомеханизмы так, чтобы сегменты были обращены как можно ближе к вертикали. насколько возможно.

Затем вам нужно будет последовательно включить Arduino и внести коррективы в положения включения и выключения сегмента в четырех массивах, чтобы сервоприводы были идеально вертикальными при включении и поворачивались на 90 градусов при выключении, не перемещаясь. Этот шаг отнимает много времени и требует немного терпения, но конечный результат того стоит!

Часы можно оставить запитанными от блока питания 12 В и подключенного к нему BEC 5 В. При отключении питания батарея модуля RTC будет сохранять время, поэтому при восстановлении питания часы автоматически сбрасываются на правильное время.

Если вам понравилось это руководство, проголосуйте за него в конкурсе «Часы» и дайте мне знать о любых улучшениях или предложениях, которые вы можете придумать, в разделе комментариев ниже.

Второй приз в конкурсе часов