Đồng hồ Geneva

Con trai út của tôi gửi cho tôi một video về một chiếc đồng hồ đeo tay mà nó thấy thú vị và muốn biết làm thế nào nó hoạt động. Chà, điều đó quá dễ dàng (ít nhất là đối với cái tôi của tôi, hoặc có lẽ tôi chỉ đang bị nó chơi khăm?), vì vậy thay vì chỉ giải thích cho nó, tôi đã quyết định cho nó thấy bằng cách thiết kế, in 3D, lắp ráp và lập trình "Geneva Clock".

Tôi chưa bao giờ thấy một chiếc đồng hồ đeo tay nào sử dụng bánh xe Geneva theo cách này và rõ ràng có khá nhiều đồng hồ làm như vậy. Những chiếc đồng hồ như thế này bao gồm ba bánh xe Geneva, mỗi bánh xe chứa bốn chữ số; bánh xe đầu tiên chứa các chữ số 1, 4, 7 và 10, bánh xe thứ hai chứa các chữ số 2, 5, 8 và 11, và bánh xe thứ ba chứa các chữ số 3, 6, 9 và 12. Một bánh xe Geneva "tiêu chuẩn" sử dụng một cam quay cố định vị trí để quay một bánh xe Geneva quay cố định vị trí. Tuy nhiên, trong các cơ chế này, các bánh xe Geneva được quay quanh một cam cố định, và với các mẫu chữ số xen kẽ trên mỗi bánh xe, khi cơ chế quay, các chữ số sẽ xuất hiện theo đúng thứ tự xung quanh mặt đồng hồ từ 1 đến 12.

Mô hình này sử dụng một cơ chế khá giống với thiết kế đồng hồ nhưng được cấp nguồn bởi một động cơ bước, lần lượt được cấp nguồn bởi bộ điều khiển động cơ bước do bộ xử lý Adafruit Feather Huzzah32 điều khiển. Phần mềm của mô hình được thiết kế để đưa đồng hồ về vị trí 12:00 khi bật nguồn hoặc đặt lại, lấy thời gian hiện tại qua máy chủ thời gian NTP, sau đó tìm kiếm thời gian hiện tại. Để thực hiện việc lấy thời gian NTP, đồng hồ sử dụng kết nối wifi qua một ssid mạng và mật khẩu do người dùng nhập qua điện thoại thông minh hoặc thiết bị kết nối wifi khác, tránh phải thay đổi mã nguồn và tải các thay đổi xuống bộ xử lý.

Dù sao đi nữa, Marc, tôi hy vọng bạn thích "Geneva Clock" mới của bạn!

Như thường lệ, tôi có lẽ đã quên một hoặc hai tệp hoặc ai biết được những gì khác, vì vậy nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, xin đừng ngần ngại hỏi vì tôi mắc rất nhiều lỗi.

Được thiết kế bằng Autodesk Fusion 360, cắt lát bằng Ultimaker Cura 4.12.1, in 3D bằng PLA trên Ultimaker S5s và Ultimaker 3e, và lập trình bằng môi trường Arduino.

Các bộ phận.

Tôi đã mua các bộ phận sau:

• Một Adafruit Feather Huzzah32 (https://www.adafruit.com/product/3405). • Một bộ động cơ bước (https://www.amazon.com/HiLetgo-ULN2003-28BYJ-48-Stepper-4-phase/dp/B00LPK0E5A/ref=sr_1_1_sspa?crid=7M7SZGW0ACNV&keywords=arduino+stepper+motor&qid=1704319819&s=electronics&sprefix=arduino+stepper%2Celectronics%2C116&sr=1-1-spons&sp_csd=d2lkZ2V0TmFtZT1zcF9hdGY&psc=1). • Một pin LiPo (tùy chọn, https://www.adafruit.com/product/1570). • Một công tắc sậy đường kính 2mm dài 14mm (https://www.amazon.com/dp/B07RS2M9TR?ref=ppx_yo2ov_dt_b_product_details&th=1). • Năm nam châm neodymium đường kính 6mm dày 2mm.

Tôi đã in 3D các bộ phận sau ở độ cao lớp 0.15mm, 20% độền và không có bộ phận hỗ trợ trừ khi có ghi chú khác:

• Một "Back.stl". • Bốn "Bolt (M8 by 1.25 by 12).stl". • Hai "Bolt, Motor.stl". • Một "Bracket.stl". • Một "Cam.stl". • Một "Cover.stl". • Một "Face.3mf". • Một "Gear (1.5m 8t).stl". • Một "Gear (1.5m 32t).stl". • Một "Geneva 1.3mf". • Một "Geneva 1.stl". • Một "Geneva 2.3mf". • Một "Geneva 2.stl". • Một "Geneva 3.3mf". • Một "Geneva 3.stl". • Ba "Geneva Axle.stl". • Một "Read Mount Cover.stl". • Một "Reed Mount.stl". • Một "Stand.stl". • Một "Wifi Wand.stl".

Không được liệt kê trong các thành phần in 3D ở trên nhưng có trong các tệp là các tệp .stl riêng lẻ được sử dụng để tạo các thành phần .3mf (in hai lớp).

Đây là một mô hình in 3D và lắp ráp chính xác, đôi khi sử dụng các bộ phận nhỏ, chính xác trong không gian rất chật hẹp. Trước khi lắp ráp, hãy thử lắp và cắt, dũa, chà nhám, đánh bóng, v.v. tất cả các bộ phận khi cần thiết để các bề mặt chuyển động di chuyển trơn tru và các bề mặt không chuyển động vừa khít. Tùy thuộc vào máy in của bạn, cài đặt máy in và màu sắc bạn chọn, có thể cần nhiều hoặc ít công việc cắt, dũa, chà nhám và/hoặc đánh bóng. Hãy cẩn thận dũa tất cả các cạnh đã tiếp xúc với tấm đế để đảm bảo rằng tất cả các vết nhựa thừa từ tấm đế đã được loại bỏ và tất cả các cạnh đều nhẵn. Tôi đã sử dụng các dũa thợ kim hoàn nhỏ và nhiều sự kiên nhẫn để thực hiện bước này.

Mô hình cũng sử dụng lắp ráp có ren, do đó, một bộ taro M8 x 1.25 và M4 x 0.7 sẽ hỗ trợ làm sạch ren nếu cần.

Đi dây.

Để đi dây đồng hồ, tôi đã thực hiện các bước sau:

• Sử dụng băng dính hai mặt, dán esp32 vào bộ điều khiển động cơ bước như hình. • Ở mặt dưới của các bảng mạch, hàn một dây đen giữa chân "GND" của esp32 và chân "-" của bộ điều khiển động cơ bước. • Ở mặt dưới của các bảng mạch, hàn một dây đỏ giữa chân "USB" của esp32 (nếu bạn dự định sử dụng tùy chọn pin dự phòng, hãy hàn dây này vào chân "BAT" của esp32) và chân "+" của bộ điều khiển động cơ bước. • Ở mặt dưới của các bảng mạch, hàn một dây vàng giữa chân "A0" của esp32 và chân "IN1" của bộ điều khiển động cơ bước. • Ở mặt dưới của các bảng mạch, hàn một dây vàng giữa chân "A1" của esp32 và chân "IN2" của bộ điều khiển động cơ bước. • Ở mặt dưới của các bảng mạch, hàn một dây vàng giữa chân "A5" của esp32 và chân "IN3" của bộ điều khiển động cơ bước. • Ở mặt dưới của các bảng mạch, hàn một dây vàng giữa chân "21" của esp32 và chân "IN4" của bộ điều khiển động cơ bước. • Ở mặt trên của bảng esp32, hàn một đoạn dây dài 254mm vào chân "27" của esp32, để đầu còn lại tự do trong thời gian này. • Ở mặt trên của bảng esp32, hàn một đoạn dây dài 254mm vào chân "GND" của esp32, để đầu còn lại tự do trong thời gian này. • Ép "Back.stl" vào "Stand.stl". • Tháo lớp bảo vệ khỏi băng dính hai mặt, sau đó ấn các bảng mạch vào vị trí trên giá đỡ như hình. • Trượt dây động cơ bước qua mặt trước của túi đựng động cơ trên giá đỡ, sau đó ấn động cơ bước vào túi đựng động cơ và cố định bằng hai "Bolt, Motor.stl". • Cắm đầu nối dây động cơ bước vào đầu nối bộ điều khiển động cơ bước. • Giấu phần dây động cơ bước thừa ở phía sau túi đựng động cơ. • Trượt các dây dài 245mm lên qua lỗ túi đựng động cơ phía sau trên cùng, sau đó ra khỏi lỗ trên khe cánh tay phía sau.

Lắp ráp.

Để lắp ráp đồng hồ, tôi đã thực hiện các bước sau:

• Ép "Gear (1.5m 8t).stl" vào trục động cơ bước. • Dán "Gear (1.5m 32t).stl" lên "Bracket.stl" sao cho các trụ của giá đỡ đối diện với các răng bánh răng. • Đặt cụm giá đỡ lên cụm phía sau với một cánh thẳng lên trên. • Đặt "Cam.stl" lên cụm phía sau, đảm bảo rằng chốt nhỏ ở mặt sau được lắp vào khe nhỏ trên cam. • Cố định cam vào cụm phía sau bằng một "Bolt (M8 by 1.25 by 12).stl". • Cố định "Reed Mount.stl" vào khe cánh tay trên cụm phía sau bằng một "Bolt (M8 by 1.25 by 12).stl". • Trượt mỗi sợi dây dài 254mm lên từ đáy của giá đỡ sậy và ra khỏi đỉnh, cẩn thận uốn cong các dây dẫn của công tắc sậy, sau đó hàn mỗi đầu dây dài 254mm vào mỗi trong hai dây dẫn của công tắc sậy. • Cẩn thận trượt công tắc sậy vào đỉnh của giá đỡ sậy, sau đó cố định bằng "Reed Mount Cover.stl". • Dán "Geneva 1.3mf" vào "Geneva 1.stl", căn chỉnh chốt trong thành phần .3mf với khe trong thành phần .stl. • Lặp lại bước trước cho hai bánh xe geneva còn lại. • Ép hai nam châm vào túi nam châm của bánh xe Geneva 2. • Cố định ba bánh xe geneva vào cụm giá đỡ bằng ba "Geneva Axle.stl", lưu ý vị trí của các vị trí 10, 11 và 12 của mỗi bánh xe. • Cố định "Face.3mf" vào cụm phía sau bằng hai "Bolt (M8 by 1.25 by 12).stl". • Ép một nam châm vào túi nam châm của giá đỡ. • Ép một nam châm vào "Cover.stl" sao cho nam châm của nắp khớp với cực tính của nam châm giá đỡ. • Gắn nắp vào giá đỡ bằng nam châm. Ấn một nam châm vào "Wifi Wand.stl". • Gắn thanh dẫn hướng vào giá đỡ.

Phần mềm.

Trước khi lập trình đồng hồ, tôi đã kết nối cổng USB của esp32 với cổng USB của máy tính, và khi sử dụng tùy chọn pin dự phòng, đã cắm pin vào đầu nối pin của esp32.

Tôi đã sử dụng môi trường Arduino để thiết kế và thử nghiệm tệp đính kèm "GenevaClock.ino", vì vậy sau khi khởi động ứng dụng Arduino, tôi đã tải "GenevaClock.ino" sau đó chọn loại bảng (Adafruit ESP32 Feather) và số cổng.

Với môi trường Arduino đã chuẩn bị và phần mềm "GenevaClock.ini" đã tải, tôi đặt hằng số phần mềm "HOME_SWITCH_CALIBRATE" thành true, sau đó tải phần mềm xuống bảng esp32, đảm bảo đồng hồ đang quay theo chiều kim đồng hồ (nếu không, hãy chuyển đổi hằng số phần mềm "MOTOR_REVERSE" từ true thành false nếu hiện đang true, hoặc từ false thành true nếu hiện đang false) sau đó thực hiện các bước sau:

• Chờ cho đến khi đĩa số 12 của đồng hồ dừng gần chữ số 0 trên mặt số. Nếu nó không dừng, tôi đã điều chỉnh giá đỡ công tắc sậy gần hơn với các đĩa số và lặp lại bước này (có thể mất vài lần) cho đến khi nó dừng lại. • Khi đã dừng, tôi cẩn thận kiểm tra vị trí của đĩa số 12 xem đã được căn giữa trên chữ số 0 trên mặt số chưa. Nếu đĩa số 12 không được căn giữa trên chữ số 0 trên mặt số, tôi đã thực hiện một điều chỉnh nhỏ đối với giá đỡ công tắc sậy, nhấn nút reset của esp32 và lặp lại bước này cho đến khi đĩa số 12 được căn giữa trên chữ số 0 trên mặt số.

Sau khi đồng hồ được đưa về vị trí gốc, tôi đặt hằng số phần mềm "HOME_SWITCH_CALIBRATE" thành false, tải phần mềm xuống bảng esp32, chờ đồng hồ di chuyển xa hơn vị trí gốc (ví dụ: 1:00), sau đó thực hiện các bước sau:

• Gắn thanh dẫn hướng wifi vào dây dẫn bên ngoài của công tắc sậy bằng nam châm. • Nhấn nút reset của esp32. • Khi đèn LED đỏ trên esp32 bắt đầu nhấp nháy, hãy lập tức tháo thanh dẫn hướng wifi. • Khi thanh dẫn hướng wifi đã được tháo ra, quan sát đèn LED đỏ trên bảng mạch ngừng nhấp nháy. • Mở cài đặt wifi của điện thoại. • Chọn mạng "Geneva Clock" để kết nối. • Chờ ứng dụng quản lý wifi xuất hiện. Từ ứng dụng quản lý wifi, nhập tên mạng wifi (ssid) và mật khẩu cho mạng wifi mà tôi muốn đồng hồ kết nối. • Nhấn lưu trên ứng dụng quản lý wifi.

Sau khi lưu, đồng hồ sẽ được đưa về vị trí gốc, sau đó quay đến thời gian chính xác.

Và đó là cách tôi đã in 3D, lắp ráp và lập trình "Geneva Clock".

Tôi hy vọng bạn thích nó!