DIY Skaitmeninis Laikrodis
Pirmas dalykas, kurį sugalvojau pagaminti įsigijęs 3D spausdintuvą,
buvo skaitmeninis laikrodis. Pagalvojau, neturėtų būti per daug sunku -
ne aukštoji matematika (įtariu - aš ne matematikas), bet pasirodo, buvo
nemažai ką nuveikti ir išmokti.
Štai trumpa istorija apie tai, kaip pasigaminti pačiam elektroniką ir
sukišti ją į dailią dėžę su lemputėm.
Smegenai
Skaitmeniniam laikrodžiui reikia kažko, kas gali sekti laiką ir įjungti
atitinkamas LED lemputes, kad parodytų tą laiką. Tas kažkas šiuo atveju
yra mikrokontroleris vardu Arduino Nano.
Arduino Nano
Mikrokontroleris - tai mažas kompiuteris, kuriame veikia viena
programa. Įsivaizduok savo išmanųjį telefoną, bet ant jo veikia tik
skaičiuotuvas (arba gali tiesiog įsivaizduoti skaičiuotuvą).
Jame gali sukurti logiką (įjunk lemputes esančias tarp skaičių, kai
sekundės yra lyginis skaičius, išjunk – kai nelyginis), taip pat
prijungti įvairių komponentų (šiuo atveju LED lemputes) ir juos valdyti
arba leisti jiems suteikti tau kažkokią informaciją - pavyzdžiui,
temperatūros sensorius gali pasakyti... kokia dabar temperatūra.
Šiuo atveju aš neturiu jokių sensorių, bet turiu komponentą, kuris seka
laiką. Kam to reikia? Pasirodo, sekti laiką ne taip ir paprasta, nes,
ee, fizika. Dėl to įsigijau tam skirtą daiktą, kuris taip pat turi
bateriją, todėl išjungus ir vėl įjungus laikrodį nereikia iš naujo
nustatinėti laiko, kas sutaupo laiką.
*ba dum tss*
RTC (Real Time Clock) komponentas, seka laiką, turi batareiką
Veidas
Šviečiančius skaičius galima nusipirkti jau pagamintus – jie vadinami 7
segmentų displėjais. Taip vadinami todėl, kad iš 7 pagalių gali
nupiešti visus skaičius. Tačiau tie displėjai yra gana maži, neradau
didesnio nei ~2.5 cm aukščio, o aš norėjau didesnių skaičių, kad net
kaimynai iš kitos gatvės pusės namo galėtų pamatyti laiką (gal kas
neturi laikrodžio – vieša paslauga, kaip katedros laikrodis). Tad
nusprendžiau tą displėjų pasigaminti pats. Juk tik kelios LED
lemputės.
Jau pagaminti displėjai - per maži kaimynam
Tai ir yra kelios LED lemputės. Problema iškyla norint viską prijungti
prie Arduino. 4 skaičiai po 7 segmentus (7 lemputes) - tai 28 laidai.
Dar reikia kelių laidų mygtukams, kurie nustato laiką, taip pat
šviesoms ant laikrodžio viršaus. O Arduino turi 22 jungtis – iškart
galima pastebėti, kad tai yra per mažai.
Galėčiau sujungti kelis Arduino ir padalinti laidus tarp jų, bet
pagalvojus apie šitą nuotykį... mieliau gyvenčiau miške ir drožinėčiau
šaukštus iš medžio.
Sujungti gal ne taip ir blogai atrodo... vis tiek mieliau gyvenčiau
miške
Tada sužinojau apie dalyką, pavadinimu poslinkio registras. Tai
komponentas, prie kurio gali prijungti
daug
laidų ir juos valdyti su
keliais
laidais. Ryšium su tuo galiu prijungti visų skaičių displėjus su 3
laidais, vietoj 28. Šiek tiek paskaičiavus, galiu teigti, kad tai kelis
kartus geriau.
Poslinkio registras - elektronikos tarakonas
Nors dabar jau prie Arduino reikės prijungti ne tiek ir daug laidų, jų
vis tiek bus nemažai prijungta prie poslinkio registrų. O daug laidų
yra problema, kurią reikia kažkaip iššukuoti - nes jei padarysiu klaidą
jungdamas laidus, reiks kapštytis kaip sviestuotų makaronų lėkštėj.
Greit atsibosta ir
šiek tiek
erzina.
Tada man šovė mintis - ar negalėčiau pasigaminti plokštės su variniais
takeliais vietoj laidų, kaip daro žmonės, kurie išmano elektroniką ir
žino, ką daro? Žinoma, galėčiau - turiu internetą ir pakankamai pirštų,
kad įvesčiau paieškos užklausą ir išsiaiškinčiau, kaip tai daroma.
Išmanančių žmonių elektronika
Pirmas dalykas, kurį išsiaiškinau, buvo tai, kad tokias plokštes galima
užsisakyti, kad kažkas jas pagamintų (įtariu - anksčiau minėti
išmanantys žmonės). Tačiau reikėtų išmokti naudotis programa, kuria
sukuri plokštės schemą – ko aš nemokėjau. Be to, plokštes gamina po
maždaug penkias, kuomet man reikia tik vienos.
Sekantis dalykas, kurį išsiaiškinau - kaip tokią plokštę pasigaminti
pačiam, pasinaudojant keliomis cheminėmis priemonėmis. Tereikia ant
variu dengtos plokštės nupiešti su markeriu, panardinti plokštę į
rūgštį ir visas neužpieštas varis ištirps. Nuvalius markerio piešinį su
alkoholiu, lieka vario takeliai, tad gali pažymėti, kur bus
komponentai, juos sujungti linijomis ir voilà!
Skirtingų markerių bandymas
Išsirinkęs markerį, pradėjau piešti. Pradžia buvo lengva - pažymėjau,
kur bus komponentai. Bet kai pradėjau juos jungti linijomis, supratau,
kad čia ne visai „sujunk taškus“ žaidimas iš vaikystės žurnalų...
Linijos neturi viena ant kitos užlipti, o jų – labai daug. Pabandžius
porą kartų pagalvojau, kad ne pati šviesiausia idėja tai daryti taip.
Pasirodo, programa, su kuria galima kurti schemas, kad pasigamintum
plokštes, kurią minėjau anksčiau (vadinasi KiCad), gali sujungti tas
linijas automatiškai. Pažymi, kur turi būti komponentai ir kaip jie
turi susijungti, paspaudi mygtuką - ir visi takeliai magiškai atsistoja
į tinkamas vietas. Kaip pasakyti - super zjbs. Net ir kompiuteriui
užtrunka ilgokai tai įgyvendinti. Man būtų užtrukę metus ir daug žilų
plaukų padaryti tai rankomis.
KiCad magija
Toliau paėmiau šitą paveikslėlį su komponentų išdėstymu ir padariau iš
jo 3D modelį. Atspausdinus modelį su 3D printeriu, turiu trafaretą su
skylėmis, kurias reikės pragręžti ant plokštės.
Naudodamas vinį ir plaktuką, pažymėjau, kur gręžti
Išgręžęs skyles, sekdamas, kaip KiCad sujungė komponentus ekrane,
pradėjau ranka piešti linijas su markeriu. Norėčiau sakyt, kad viskas
vyko greitai ir paprastai, bet iš tikrųjų buvo lėtai ir užpisančiai –
bet išėjo visai neblogai. Dabar galima šį šedevrą merkti į rūgštį.
Šedevras
Paprasčiausias rūgšties receptas (kuris ištirpdo varį), kurį radau,
buvo actas, vandenilio peroksidas ir druska. Gal nebūtinai tai galima
pavadinti rūgštimi, bet šiuo atveju veikia kaip rūgštis. Įmečiau
plokštę į rūgšties stiklainį ir palaukiau 20 minučių.
Po kelių minučių ir dar po kelių daugiau minučių
Vėliau išsiaiškinau, kad šitas mišinys skleidžia nuodingas dujas -
vienas iš tų, kurias naudojo per Pirmąjį pasaulinį karą (ne iš
draugiškų paskatų). Bet kokiu atveju - šį kartą viskas išėjo gerai, o
vėlesniems projektams radau pakaitalą, nuo kurio užsilenkti bus
sunkiau.
Pavyko padaryti, neužsilenkus
Ištraukus plokštę iš rūgšties, markeris liko vietoje, o nuvalius jį su
alkoholiu - po apačia atsiskleidė varis. Fantastika.
Fantastika
Sudėjau LED lemputes, rezistorius ir poslinkio registrus į atitinkamas
vietas ir prilitavau prie vario likusio ant plokštės.
Įjungiau displėjų ir... užsidegė tik 7 lemputės. Nesitikėjau, kad
viskas veiks puikiai iš pirmo karto, bet nu - 7 lemputės...
Patikrinęs jungtis su multimetru, radau didžiąją dalį problemų. Dabar
veikia visos lemputės, išskyrus vieną. Žymiai geriau – paskutinę
sutaisysiu vėliau.
Blogai ir beveik gerai
Grotelės
Grotelėmis vadinu dešros formos lempas ant laikrodžio viršaus, kurios
užsidega kiekvieną valandą, išskyrus naktį. Pradžioje norėjau padaryti
paprastą dėžutę iš plastiko, kad pamatyčiau, kiek gerai (ar išvis)
plastikas praleidžia šviesą.
Vykęs bandymas
Veikia! Dabar tereikėjo pasibandyti skirtingus lempučių išdėstymus, kad
pamatyti katras švies ryškiausiai.
Kadangi šios LED lemputės iš šono šviečia ne taip smarkiai kaip iš
priekio, nedideli pakeitimai išdėstyme turėjo daug įtakos tam, kaip
ryškiai šviečia „dešros“.
Dešros nėra vienodai ryškios
Kiautas
3D modeliams kurti naudoju programą FreeCAD - štai laikrodžio modelis
visame gražume.
Visas gražumas
Turėjau modelį daryti du kartus, nes pirmą kartą pamiršau apie poreikį
išmatuoti dalykus - modelis buvo per didelis mano 3D printeriui. Dėl to
antrą kartą modelį padariau iš trijų dalių - galas, priekis ir
vidurys.
Atspausdinus, suklijavau viską superklijais - visai kaip lego, atmetus
superklijus.
Toliau reikėjo užglaistyti ir nugruntuoti tarpus, esančius tarp dalių
sujungimų.
Labai daug glaisto
Uždėjau itin daug glaisto - užtrukau amžinybę ir namie padengiau viską
geru dulkių sluoksniu, kol pavyko viską nušlifuoti. Bet galiausiai,
užpurškus dažų, viskas atrodo neblogai.
Tada, užpurškus paskutinį sluoksnį lako, netoliese skrendanti musė
sugalvojo nutūpti ant laikrodžio, kol šis dar nebuvo išdžiūvęs. Tai
buvo musės pabaiga, o aš atsidūriau ašarų pakalnės papėdėje.
Pagalvojau, kad nenoriu musės ant laikrodžio, kaip vabzdžio įstrigusio
gintare, tad nušlifavau musę, kol neliko pėdsakų, ir užpurškiau dažus
bei laką iš naujo.
Ašarų pakalnė
Beliko šitą aparatą užprogramuoti, kad rodytų laiką, kad mygtukai
galėtų nustatyti laiką ir kad „dešros“ užsidegtų kas valandą.
Didesnė dalis šio jovalo bus laikrodžio viduje
Viską sujungiau tiesiog ant stalo. Kai baigiau programuoti, viską
sugrūdau į laikrodžio kiautą.
Štai ir viskas - laikrodžių kadilakas.
Jo nerasi pas mane parduotuvėje (bent kol kas), bet jei nori tokio -
parašyk man, gal pagaminsiu vieną asmeniškai tau.