Pequeño reloj de pulsera OLED impreso en 3D: 6 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Hola, ¿te gusta construir tu propio reloj de pulsera?

Seguramente es un desafío construir un pequeño reloj de pulsera de bricolaje como este. El beneficio es el placer de haber hecho realidad tu propia idea y estar orgulloso de alcanzar este nivel de habilidades …

La razón por la que hice mi propio reloj fue que mi reloj inteligente barato, que se dice que es a prueba de agua, abandonó su pobre fantasma una vez que se sumergió en una piscina …: (Así que estaba enojado por comprar relojes (otro costoso "solar "-watch también se rindió - su batería propietaria de pequeño tamaño no tenía posibilidad de ser reemplazada …).

Por otro lado, los proyectos de bricolaje existentes para mi estilo eran en su mayoría demasiado pesados o demasiado rústicos, así que decidí construir mi propio reloj, ¡teniendo la posibilidad de incluir mis características preferidas!

Si lo desea, puede modificar el software para realizar sus propias ideas: he comentado cada línea (dependiendo del programa elegido entre 700-800 líneas …) - Pero tenga cuidado: este proyecto es realmente desafiante y seguramente no es para principiantes ! La forma pequeña y liviana (30 x 30 x 10 mm) requiere un manejo preciso de la carcasa impresa en 3D y una soldadura cuidadosa de la placa de 2 caras: aunque existe la opción de ordenar la placa por PCB (archivos Eagle y Gerber incluido) aquí lo hice con mi método especializado de tóner directo; por lo tanto, las instrucciones también se incluyen aquí).

Propiedades del reloj:

- La pantalla OLED de 128x64px muestra un reloj digital y analógico, activado con el botón derecho, que muestra la fecha, la hora, el nivel de la batería y la temperatura de la muñeca. Alternativamente (si lo desea) puede incluir una alarma o un temporizador.

- Se muestra un calendario mensual completo presionando el botón izquierdo durante más de 0,6 segundos, resaltando el día de la semana real.

- Al presionar brevemente el Botón Izquierdo se selecciona un Menú simple para elegir Fecha, Hora (y Alarma o Temporizador, si se elige para incluirlo en el programa), valores para configurar con el botón Derecha.

- Pulsando el botón Derecha dos veces se activa un pequeño LED- "Antorcha" -Luz, (buena para noches negras).

- Entre las 22:00 p. M. Y las 7:00 a. M., La pantalla OLED se atenúa automáticamente (¡mire allí, con la función especial de atenuación incluida!) Para que no cegue por la noche.

- La batería de iones de litio dura casi 2 años, asumiendo que la pantalla + electrónica consume alrededor de 25 mA con una duración de 5 segundos encendida, mostrando el reloj unas 10 veces al día.

Paso 1: Lista de piezas

Herramientas necesarias:

Si le gusta experimentar usted mismo con el hardware y el software, necesita:

• Tablero de pruebas de 8,2 x 5,5 cm AliExpress

• Fuente de alimentación regulada de 3, 3V, como esta en el esquema anterior o una fuente similar, por ej. desde un conector USB de 5 V (500 mA). ⇒ AMS1117-Adj ⇒ ebay

• Adaptador SMD SOIC-8 a DIP-8 pin para el RTC-Chip ebay

• Programador ISP de Atmel como el "USBTiny" - AliExpress

• Arduino Pro Mini AliExpress

• Cables de puente de tablero Banggood

(Electrónico-) Piezas necesarias:

• ⇒ vea el archivo Html-BOM para las partes electrónicas (Descargar).

• La placa de 2 caras para el reloj en sí: ⇒ consulte el paso "Cómo hacer una placa de 2 caras con el método Toner-Direct".

• 1x - Batería ø24 x 3 mm - Batería de litio 3, 2V (pila de botón) - CR2430 - AliExpress

• Cinta Kapton / Polymid de 25 mm para aislamiento entre la placa / batería y la placa OLED

• 1 correa de muñeca de 20 mm. Recomiendo una "correa de reloj de pulsera de acero inoxidable milanesa" - ebay

• Carcasa impresa en 3D: ⇒ consulte Descargar archivo con instrucciones (Paso).

¿Una tabla de dos?

En caso de que desee hacer una placa de dos (uC, RTC, otras partes Y la placa de dirección OLED en una), puede usar mi diseño de placa de circuito + para la pantalla SSD1306-I2C (consulte Descargar: OLED-Display_SSD1306-I2C-Circuit.zip). Utilice las 2 capas completas y aíslelas de la pantalla y la batería con cinta Kapton, de modo que el reloj pueda estar 1,5 mm más plano hasta ahora.

Paso 2: circuito electrónico

En primer lugar, necesitamos conocer los conceptos básicos:

Este reloj OLED está hecho con un chip DS3231 RTC (reloj en tiempo real en una forma SMD SO-8 más pequeña), que está dirigido por el conocido ATMega328P- (Arduino) -µController, y - en contraste con el software de uso normal -StandBy (del µController) - este reloj está provisto de un apagado eléctrico completo después de 5 segundos, además del RTC. Hice este apagado con dos transistores mosfet, que actúa como un "interruptor de palanca" junto con el uC y el botón derecho (D8).

Dos pequeños pulsadores a ambos lados de la caja (D6 y D8) actúan como entradas, que manejan el menú y la configuración del reloj.

El reloj tiene una pantalla de fecha + hora, (pantalla de alarma, si está incluida en el programa), una linterna y un calendario del mes + día real. En el 2do. En la versión que incluí una alarma, se puede reemplazar también con un temporizador.

La pantalla se atenúa entre las 11:00 p.m. y las 7:00 a.m. (23: 00h y 07: 00h) por la noche.

Función de los 2 botones (a la izquierda y a la derecha):

• Botón CAMBIAR D8, (lado derecho), presionando:

1x = activando uC / Display, mostrando la hora + fecha, etc. durante unos 5 segundos antes del apagado (= pantalla oscura).

2x = encender la linterna / antorcha.

3x = volver al modo normal (= Modo-0).

• Botón SELECT D6 (lado izquierdo):

Al presionar D6 una vez se selecciona MODO, pasando los modos del 1 al 10, para cambiar la fecha / hora, etc. (bajada, día, año, hora, segundos, alarma… encendido / apagado).

El botón D8 a la derecha eleva los valores de MODO seleccionados, configurados y guardados seleccionando el siguiente MODO (con el botón izquierdo D6) …

Para cambiar los segundos, configure el reloj +1 minuto, luego presione el Botón derecho (D8) en 59 segundos para sincronizar con una hora externa.

También es posible sincronizar la hora / fecha descargando la hora de la PC por archivo por lotes: Conexión en serie a un Arduino externo, desde allí a los cuatro pines I2C del Clock-OLED. (El uC del Reloj permanece desactivado en este tiempo, para este propósito incluí las 2 R's de 4.7kΩ, R7 y R8 - ¡únelas si no las usa!)…

• Calendario de mes / fecha:

Si se presiona el botón izquierdo (D6) durante más de 0,6 segundos, se muestra un calendario mensual real. ¡Sin auto-desactivación! Si se vuelve a presionar uno de los dos botones, se deja el calendario.

• ALARMA: (si se incluye en el programa de software + se proporciona con un tweeter de hardware o un micro-piezo-beeper)

Se puede configurar para que emita un pitido al coincidir con la hora todos los días a la misma hora (24 h, 60 m). Un asterisco en la parte superior derecha de la pantalla indica si la alarma está activada o no. Una alternativa útil al programa de alarma tal vez sería un temporizador … (para hacer).

• Batería:

La batería es una batería de litio CR2430 (ø24x3 mm) con aproximadamente 300 mA de potencia. Un símbolo de batería indica el nivel (analógico) de la batería (3, 25V = llena, 2, 75V = vacía). El reloj funciona con voltajes desde +5, 0 V hasta +2, 0 V (predeterminado: 3, 0 V). Solo el Flash-LED funciona desde máx. +4, 0V hasta +2, 7V. Advertencia: ¡No lo active con 5V! - esto es demasiado para el LED - expira en pocos segundos, aunque tiene una resistencia de 33Ω. El voltaje máximo absoluto para el procesador y el RTC es de 5, 25 V (+ 5 V USB para programar el uC directamente por ISP, ¡sin cargador de arranque!).

• Temperatura:

El RTC tiene un sensor de temperatura incorporado (para corregir la desviación de temperatura del cristal incorporado), por lo que podemos usarlo para mostrar la temperatura (de la muñeca).

• LED de destello:

Si se presiona el botón CAMBIAR (D8) dos veces, una luz relativamente brillante "brilla en la oscuridad". Att.: ¡Sin auto-desactivación! Con solo presionar este botón derecho una vez más, se desactiva este LED, mostrando la pantalla normal durante unos 5 segundos.

• Clavija de reinicio suave: una clavija de reinicio (D7) reinicia todos los datos almacenados si están conectados a tierra (caja abierta: lado inferior derecho). Utilizado en el tiempo de programación, en resumen para un "soft-reset" de todos los valores de entrada …

El circuito:

Si miramos el esquema, a la izquierda está el µController "Arduino" desnudo (ATMega328-P), activado con el botón derecho (D8) en la entrada D12: Button-D8 tira de la puerta de P-Mosfet hacia abajo a través de la resistencia R5 y el diodo D1, por lo que el P-Mosfet se "enciende" y conecta VBAT con VCC: µController + Display se actualiza!

Para ver el "Principio de alternancia de los dos Mosfets, he subido este" Flip-Flop con dos Mosfets "(archivos Eagle).

Después de 5 s, el µC se apaga automáticamente a través de Output-D5, lo que desactiva ambos Mosfets, tirando de la puerta del N-Mosfet hacia abajo, por lo que R5 (y la puerta de P-Mosfet) va "alto" y el P-Mosfet corta el corriente del µC y la pantalla OLED. VCC bajando mantiene la puerta de N-Mosfet hacia abajo a través de R3 y R6 (por debajo de su voltaje de umbral de puerta), por lo que el circuito permanece apagado.

En el lado superior izquierdo vemos el voltaje VBAT "ampliado" a través de un LED blanco simple con aproximadamente 2.5V, reducido con 100k de VBAT (aproximadamente 3, 2V) a aproximadamente 1, 1V (máx.), Que se usa como Entrada analógica interna para medir el voltaje real de la batería.

µController, RTC y OLED-Display se comunican a través de I²C, una comunicación de 2 cables simple y eficaz, implementada por biblioteca.

Para soldar las partes SMD, es útil usar una pinza pequeña con extremos puntiagudos, por lo que sería más fácil manipular (posicionar) las partes SMD pequeñas y soldarlas luego con una punta de soldadura fina, soldando primero un lado del SMD -Parte, precalentar el punto de soldadura a aproximadamente 330 ° C antes de agregar alambre de estaño fino y de bajo punto de fusión (ø 0,5 mm) al punto de soldadura.

Descargue el diseño de la placa de circuito +:

Paso 3: Hardware: Cómo hacer una placa de dos caras con el método Toner-Direct

Si desea comprar el tablero de 2 caras, aquí se proporcionan archivos Eagle + (necesarios) Gerber (Descargar).

Si te gusta hacer el tablero tú mismo, te muestro un método preciso para hacer un tablero de 2 caras por "TonerDirect".

1. Imprima el archivo "OLED-Clock-2-nl_TonerDirect.pdf" en "Papel de transferencia de tóner", 2. Recorte las 2 franjas del papel, una franja para cada lado del tablero, 3. con agujas de ø 0,5 mm pique con precisión las 4 esquinas del tablero (utilice una lupa con luz brillante - ¡es muy importante pinchar las agujas con la mayor precisión posible en el medio de las 4 vías de las esquinas!).

4. Imprima (en un papel en blanco normal) el archivo "OLED-Clock-2-nl_Frame.pdf" y pegue el resultado en una placa de circuito de cobre de 2 caras (0,5-0,8 mm de grosor). Corte la tabla con aproximadamente 2-3 mm más de tolerancia (aquí aproximadamente 35 x 35 mm), luego taladre los 4 orificios con precisión en las esquinas con un taladro de 0,6 mm. Después de este paso, retire el papel con acetona y muela los 2 lados de cobre del tablero con papel de lija fino (min. 400). Después de este paso, ¡no toques más el tablero con los dedos en blanco! Está permitido agarrarlo de lado (con los dedos limpios).

5. Marque la dirección congruente del papel de transferencia de tóner en las 2 caras no impresas.

6. Pique las agujas a través del papel, luego a través del tablero y finalmente piquelas a través del papel opuesto.

7. Después de conseguir que las tres "capas" sean exactamente congruentes, reemplace las agujas con 4 piezas de alambre de cobre de 0,5 mm, dobladas en un extremo 90 °, para que no pasen al ras. Después de este paso, doble los cables del otro lado 90 ° y corte los extremos.

8. Así preparada, esta pieza puede pasar 3 veces por un toner-laminador (modificado), ¡calentado hasta 200 °!

9. Corte los trozos pequeños de alambre de 0,5 mm y retire los reposa cables restantes. Luego retira los dos papeles y voilá: el tóner se pega firmemente al cobre.

10. Controle las líneas limpias: Si una línea está rota, podemos repararla con un bolígrafo permanente resistente al agua. En la mayoría de los casos, solo las superficies más grandes necesitan cerrar algunos orificios pequeños. De lo contrario (si el resultado no es satisfactorio), retire el tóner con papel de cocina y acetona y repita los pasos 1-9.

11. Grabado limpio: Grabo mis tableros de cobre para bricolaje con una solución de persulfato de sodio (una o dos cucharaditas) con un nivel de aproximadamente 5 mm de agua en un plato Pyrex clásico (1-1, 5L), esta solución se calienta hasta alrededor de 80 ° C (lo sé, esta temperatura relativamente alta destruye el persulfato, pero se graba mucho más rápido que con temperaturas más bajas y hace bordes afilados y limpios en pocos minutos). Dejo que el persulfato restante se humedezca después de secarlo por completo y rasco los cristales, ¡y los recojo en un frasco viejo para reciclarlos!

11. Controle las líneas y superficies de cobre con una lupa.

12. Quite los bordes salientes con una amoladora de banda vertical (como en mi primer instructable) y controle las dimensiones con un calibre nonio: los 2 lados de los botones deben estar paralelos, con una distancia de 27.4 mm, pero tenga cuidado de no esmerilar. ¡Fuera los 2 botones-contactos!

Paso 4: software y flasheo

Programando la placa:

El programa está escrito en C ++, por lo que podemos modificarlo con un simple editor ASCII, y es necesario leer las explicaciones al final de cada línea …

Importante: No podemos usar el Serial-Flashing de Arduino para programar el µC, porque el cargador de arranque necesita demasiado tiempo entre "Inicio" (presionando el Botón D8) y "Display-On". Entonces tenemos que actualizarlo sin un cargador de arranque (usado normalmente en todas las placas Arduino). Entonces, programamos nuestra placa por (Atmel) ISP-Connector + Programmer. El ISP-Connector hecho aquí (a bordo) está hecho con 6 mini conectores de enchufe separados de una fila y soldados en el interior en el lado derecho de la placa, luego se conecta con una barra (¡pequeña!) De 6 pines (2,54 mm). cuadrícula), como en la última foto del paso anterior.

No solo necesita Arduino-GUI, sino algunas bibliotecas más (para descargar) para compilar el programa:

- La biblioteca Wire (contenida en el Programa Arduino) - para comunicación por I²C entre. µC, RTC y pantalla OLED

- Biblioteca EEPROM (también contenida en el Programa Arduino) - para almacenar varios valores en el µController

- "Adafruit_GFX" + "Adafruit_SSD1306" - ambas bibliotecas para dirigir la pantalla OLED

- EnableInterrupt - para trabajar con las interrupciones de puerto / pin de Arduino (⇒ Entradas de botón)

-DS3231-RTC-chip: no necesito una biblioteca, he escrito las funciones de varias bibliotecas que se encuentran en Internet y me está resultando más fácil de usar. Se incluyen al final del programa principal ("OLED-Clock-2-nl.ino").

Atención: La biblioteca Adafruit no tiene (hasta ahora) un manejo realmente efectivo para atenuar el chip OLED, así que copié una cadena de Internet y la pegué al final de la biblioteca "Adafruit_SSD1306", con la que se puede atenuar la pantalla, un poco más útil … (⇒ ver la descarga del complemento "Cómo configurar el brillo en la pantalla OLED.zip", aquí al final).

Trabajando con 3, 2V - entonces usando el interno de 8Mhz (sin 16Mhz-Crystal):

El µC aquí es lo suficientemente rápido como para funcionar sin un cristal de 16MHz, por lo que (con 3.2V de la batería) podemos usar los 8MHz preprogramados internos (una pieza menos para soldar:-).

Después de cargar y compilar el programa proporcionado "OLED-Clock-2-nl.ino" en Arduino-GUI, (descargar), copie el resultado.hex en la carpeta avrdude.

(el archivo.hex compilado se encuentra en la carpeta temporal de la PC, allí en una subcarpeta como:

"C: / Tmp / arduino_build_646711 / xyz.ino" - allí puede encontrar el archivo hexadecimal compilado deseado, en este caso nuestro "OLED-Clock-2-nl.ino.hex".

El archivo hexadecimal ahora se puede actualizar (aquí "manualmente" por avrdude en una línea de comandos) a través de un ISP-Connector, pero necesita un programador como el USBTiny o un AVRISP2 con un ISP-Connector de 6 pines (mi ISP-Connector es Hazlo tú mismo con un conector pequeño de 6 clavijas como se muestra en mi última foto, para que puedas reprogramar la placa en cualquier momento si es necesario).

Ahora conecte el programador de 6 pines a la placa (supongo que se conoce experiencia con placas Arduino) …

Conectado, en una ventana de comandos (en Windows, cambie a la carpeta avrdude, luego escriba cmd): pegue la siguiente línea:

avrdude.exe -C avrdude.conf -v -V -p m328p -c usbtiny -e -D -U flash: w: OLED-Clock-2-nl.ino.ino.hex: i

Una vez finalizado el parpadeo del µController, se deben configurar los "fusibles" apropiados (del µController):

avrdude -p atmega328p -c usbtiny -U lfuse: w: 0xFF: m -U hfuse: w: 0xD7: m -U efuse: w: 0xFF: m -U bloqueo: w: 0x3F: m

Si desea modificar una de estas configuraciones, puede encontrar más información sobre esta calculadora de fusibles en línea.

Paso 5: el caso

No solo hacer la placa electrónica es un desafío, ¡no menos es un estuche pequeño y liviano para esta placa!

Aquí para descargar mi caso específico, con un adaptador de batería CR2032 pssible, para insertar una batería usada más común. La placa electrónica y la batería deben estar completamente aisladas entre sí con una cinta Kapton-Polimid-Tape o una alternativa fuerte. No use cinta adhesiva simple, es demasiado débil para aislarla fuertemente y puede causar cortocircuitos en la batería.

Experimenté con muchos diseños (para PLA impreso en 3D) y concluí con un grosor de pared de aproximadamente 1,3 mm. De esta forma, las fuerzas que provienen de la muñequera se mantienen de manera eficiente a través de ambos lados de la caja junto con la tapa a presión. Los otros lados pueden ser más delgados, alrededor de 1,0 mm …

Entonces, modificar la altura de la caja (¿en caso de modificar el tablero…?) No será un gran problema.

Además, si tiene una alarma o un temporizador en su interior, necesita otro estuche, por lo que hice una propuesta de cómo insertar un pequeño piezo-tweeter (o por ejemplo este micro-altavoz: CUI-15062S)… (Ver Caso-2).

Después de la impresión de la carcasa (con una altura de capa recomendada de 0,1 mm y aproximadamente un 50% de relleno con "superposición de pared"), debe rebabar las cuerdas laterales superiores, limar los bordes lo suficientemente redondos, pero no demasiado … A Un poco más desafiante es archivar los 4 pequeños broches a presión de la tapa en un ángulo recto de ~ 100-120 °, de modo que encajen en el estuche lo suficientemente fuerte, pero sin dilatarlo ni romperlo, ni que la tapa resulte demasiado pequeña quedarse fijo …

El orificio cuadrado para el OLED también debe limarse con cuidado, haciendo coincidir exactamente el contorno del vidrio OLED, sin romperlo mientras se prueba para insertar la placa + pantalla OLED (ahora en conjunto). Así que tenga cuidado al archivar e intentar repetidamente ver si encajan todas las piezas.

Es mejor quitar las chimeneas resultantes con un cuchillo de corte afilado.

Ahora puede insertar la muñequera con un trozo de alambre de latón (ø1 mm, longitud: 28,5 mm). Para esto, los 2 orificios de los soportes de la caja deben perforarse de tal manera que el cable pase, pero luego se adhiera firmemente a los soportes.

Antes de armar el estuche con electrónicos y correas, es posible esmaltarlo con pintura (recomiendo un disolvente en aerosol para automóviles, se seca más rápido y pega menos polvo en las superficies). También recomiendo tratarlo primero con un spray de puesta a tierra (más delgado), que luego se puede lijar hasta obtener una superficie fina y lisa sin líneas impresas ni defectos. Yo prefiero un acabado dorado o plateado, o también un acabado de madera estaría bien, esto es de su elección …

Paso 6: Conclusiones

Consideraciones sobre la batería:

La batería de iones de litio CR2432 tiene una capacidad de aproximadamente 300 mAh, por lo que se mantiene con una duración aproximada de 2 años, si muestra el reloj unas 10 veces (cada una de 5 segundos) por día. Por lo tanto, puede cambiarlo por una batería de iones de litio CR2032 más común disponible (pero más pequeña), que tiene aproximadamente 1, 4 años con 210 mA.

Busqué también una pila de botón de litio recargable como la (común) CR2430 y encontré esto: "LIR-2430". Esta batería solo tiene una capacidad aproximada de 50 mA, pero es recargable, p. Ej. a través de una transferencia de energía inalámbrica … Para ese propósito hice una sonda y puedes ver el resultado en el esquema + diseño incluido. La transferencia de energía en sí misma hace el trabajo muy bien. Grabar una bobina plana con aproximadamente 30 vueltas sobre una tapa de tablero de epoxi plana, sigue siendo una tarea pendiente … Para cargar la batería, propuse un circuito de carga simple con un LED blanco y 2 diodos Schottky para limitar el voltaje de carga final para esto se recarga a un máximo de aproximadamente 3.6V …

Finalmente - MUY importante:

!!! ¡¡¡NUNCA CARGUE UNA BATERÍA NO RECARGABLE DE LI-ION !!! - ¡Puede explotar y prenderse fuego!

Curiosamente, experimenté con una celda de botón de iones de litio CR2430 (no recargable), como precaución, en un frasco cerrado … Después de aproximadamente una hora, cargando con 3.3V constantes, noté una pequeña deformación convexa de la carcasa … y aunque el Voltaje de esta batería aumentó de 2.8 a 3.2V, ¡la Capacidad al final se redujo enormemente! - por lo que una recarga no tiene sentido: estas pilas de botón no son realmente recargables.

Quedando por hacer:

• una función de temporizador (basada en software) + (hardware + carcasa) -Tweeter o vibrador-motor

• un circuito de recarga inalámbrico

• Acabado en metal o madera brillante.