KLEINE 3D-geprint OLED-polshorloge - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Hallo, vind je het leuk om je eigen polshorloge te bouwen?

Het is zeker een uitdaging om zo'n klein DIY-polshorloge te bouwen. Het voordeel is het plezier om je eigen idee werkelijkheid te hebben gemaakt en trots te zijn op het bereiken van dit vaardigheidsniveau…

De reden voor mij om mijn eigen horloge te maken was dat mijn goedkope smartwatch – waarvan gezegd werd dat hij waterdicht was – zijn arme geest gaf toen hij eenmaal in een zwembad was gedompeld…:(Dus ik was boos over het kopen van horloges (een andere dure -watch gaf het ook op - zijn eigen kleine batterij had geen kans om te worden vervangen…).

Aan de andere kant waren de bestaande DIY-Watch-projecten voor mijn smaak meestal te zwaar of te rustiek - dus besloot ik mijn eigen horloge te bouwen, zodat ik de mogelijkheid had om mijn favoriete functies op te nemen!

Als je wilt, kun je de software aanpassen om je eigen ideeën te realiseren: ik heb elke regel becommentarieerd (afhankelijk van het gekozen programma tussen 700-800 regels…) - Maar wees gewaarschuwd: dit project is echt een uitdaging en zeker niet voor beginners ! De kleine en lichte vorm (30 x 30 x 10 mm) vereist een nauwkeurige behandeling van de 3D-geprinte behuizing en zorgvuldig solderen van het 2-zijdige bord: hoewel er een optie bestaat om het bord via PCB te bestellen (Eagle- en Gerber-bestanden inbegrepen) hier heb ik het gemaakt met mijn gespecialiseerde Toner-Direct-methode - instructie daarom ook hier opgenomen).

Eigenschappen van de klok:

- Het 128x64px OLED-display toont een digitale en analoge klok, geactiveerd met de rechterknop, met datum, tijd, batterijniveau en polstemperatuur. Als alternatief (als je wilt) kan het een alarm of een timer bevatten.

- Een volledige maandkalender wordt weergegeven door meer dan 0,6s op de linkerknop te drukken, waarbij de werkelijke weekdag wordt gemarkeerd.

- Door kort op de linkerknop te drukken, wordt een eenvoudig menu geselecteerd om datum, tijd (en alarm of timer, indien gekozen om in het programma op te nemen) te kiezen, waarden die met de rechterknop kunnen worden ingesteld.

- Twee keer op de rechterknop drukken activeert een kleine LED-"Torch"-Light, (goed voor zwarte nachten).

- Tussen 22:00 uur en 7:00 uur wordt het OLED-Display automatisch gedimd (zie daar, met meegeleverde speciale dimfunctie!) zodat het 's nachts niet verblindt.

- De Li-Ion-batterij gaat bijna 2 jaar mee, ervan uitgaande dat het display + elektronica ongeveer 25 mA verbruikt gedurende 5 seconden, waarbij de klok ongeveer 10 keer per dag wordt weergegeven.

Stap 1: Onderdelenlijst

Gereedschap nodig:

Als je graag zelf experimenteert met de hard- en software, heb je nodig:

• Broodplank 8,2 x 5,5 cm AliExpress

• 3, 3V gereguleerde Power-Source, zoals deze op het schema hierboven of een soortgelijke, afkomstig van f.ex. van een 5V-USB-connector (500mA). ⇒ AMS1117-Adj ⇒ ebay

• SMD SOIC-8 naar DIP-8 pin Adapter voor de RTC-Chip ebay

• Atmel ISP-programmeur zoals de "USBTiny" - AliExpress

• Arduino Pro Mini AliExpress

• Breadboard Jumper-Draden Banggood

(Elektronische-) Onderdelen nodig:

• ⇒ zie Html-BOM-bestand voor elektronische onderdelen (Download).

• Het 2-zijdige bord voor de klok zelf: ⇒ zie stap "Hoe maak je een 2-zijdig bord met de Toner-Direct-methode".

• 1x - Batterij ø24 x 3mm - Lithium Batterij 3, 2V (knoopcel) - CR2430 - AliExpress

• #25 mm Kapton/Polymid-tape voor isolatie tussen bord / batterij en OLED-bord

• 1x Polsband 20mm - Ik raad een "Milanaise Roestvrijstalen Polshorlogeband" aan - ebay

• 3D-geprinte Case: ⇒ zie Download-bestand met instructies (Stap).

Een bord op twee?

Mocht je van de twee een bord willen maken (uC, RTC, anders onderdelen EN het OLED-stuurbord in één), dan kun je mijn circuit + print-layout gebruiken voor de SSD1306-I2C-Display (zie Download: OLED-Display_SSD1306-I2C-Circuit.zip). Gebruik de 2 hele lagen en isoleer ze tegen display en batterij met Kapton Tape, zodat de klok nog ongeveer 1,5 mm platter kan zijn.

Stap 2: Elektronisch circuit

Allereerst moeten we de basis kennen:

Deze OLED-Clock is gemaakt met een DS3231 RTC-chip (Real Time Clock in een kleinere SMD SO-8 vorm), die wordt aangestuurd door de alom bekende ATMega328P-(Arduino)-µController, en - in tegenstelling tot normaal gebruikte soft -StandBy (van de µController) - deze klok is voorzien van een volledige elektrische uitschakeling na 5 seconden, naast de RTC. Ik heb deze uitschakeling gemaakt met twee mosfet-transistoren, die samen met de uC en de rechterknop (D8) als een "tuimelschakelaar" fungeren.

Twee kleine drukknoppen aan beide zijden van de kast (D6 en D8) fungeren als inputs, die het menu en de instellingen van de klok regelen.

De klok heeft een Datum+Tijd Display, (Alarm-Display - indien inbegrepen in het programma), een Zaklamp en een Kalender van de werkelijke maand+dag. Bij de 2e. versie Ik heb een alarm meegeleverd, deze kan ook worden vervangen door een timer.

Het display wordt 's nachts tussen 23:00 uur en 7:00 uur (23:00 uur en 07:00 uur) gedimd.

Functie van de 2 Knoppen (aan de linker- en aan de rechterkant):

• WIJZIG-Knop D8, (rechterkant), indrukken:

1x = uC/Display activeren, dus ongeveer 5 seconden tijd+datum etc. weergeven voor afsluiten (=display donker).

2x = steek de zaklamp/zaklamp aan.

3x = terug naar Normal-mode (=Mode-0).

• SELECT-knop D6 (links):

Door eenmaal op D6 te drukken, wordt MODE geselecteerd, waarbij de modi van 1-10 worden gedraaid, om datum/tijd, enz. te wijzigen (down, dag, jaar, tijd, seconden, alarm … aan/uit).

Knop-D8 aan de rechterkant verhoogt de geselecteerde MODUS-waarden, ingesteld en opgeslagen door de volgende MODUS te selecteren (met linkerknop-D6)…

Om de seconden te wijzigen, stelt u de klok in op +1 minuut en drukt u vervolgens op de rechterknop (D8) op 59 seconden om te synchroniseren met een externe tijd.

Het synchroniseren van tijd/datum is ook mogelijk door de PC-tijd per batch-bestand te downloaden: Serial-Connection naar een externe Arduino - van daaruit naar de vier I2C-Pins van de Clock-OLED. (De uC van de klok blijft in deze tijd gedeactiveerd, voor dit doel heb ik de 2 R's van 4.7kΩ, R7 en R8 toegevoegd - overbrug ze als ze niet worden gebruikt!)…

• Maand / Datum Kalender:

Als de linkerknop (D6) langer dan 0,6 seconden wordt ingedrukt, wordt een actuele maandkalender weergegeven. Geen zelf-deactivering! Als een van de twee knoppen nogmaals wordt ingedrukt, wordt de kalender verlaten.

• ALARM: (indien opgenomen in software-programma + voorzien van een hardware-tweeter of micro-piezo-pieper)

Kan worden ingesteld om elke dag op hetzelfde tijdstip (24u, 60m) te piepen op tijd match. Een sterretje in de rechterbovenhoek van het display geeft aan of het alarm "Aan" is of niet. Een handig alternatief voor het Alarm-programma is misschien een Timer… (te doen).

• Accu:

De batterij is een CR2430 Lithium-Batterij (ø24x3mm) met ongeveer 300mA vermogen. Een batterijsymbool geeft het (analoge) niveau van de batterij aan (3, 25V=vol, 2, 75V=leeg). De klok werkt met spanningen van +5, 0V tot +2, 0V (standaard: 3, 0V). Alleen de Flash-LED werkt vanaf max. +4, 0V tot +2, 7V. Waarschuwing: activeer het niet met 5V! - dit is te veel voor de LED - deze verloopt in enkele seconden, weliswaar voorzien van een 33Ω-weerstand. Absolute Max.-Voltage voor de Processor en de RTC is 5, 25V (+5V USB om de uC direct per ISP te programmeren, zonder bootloader!).

• Temperatuur:

De RTC heeft een ingebouwde temperatuursensor (om de temperatuurafwijking van het ingebouwde kristal te corrigeren), zodat we deze kunnen gebruiken om de (pols-)temperatuur weer te geven.

• Flits-LED:

Als de WIJZIG-knop (D8) twee keer wordt ingedrukt, is er een relatief fel licht "gloeien in het donker". Att.: Geen zelf-deactivering! Door nogmaals op deze rechterknop te drukken, wordt deze LED uitgeschakeld en wordt de normale weergave gedurende ongeveer 5 seconden weergegeven.

• Soft-Reset Pin: Een Reset-Pin (D7) reset alle opgeslagen gegevens indien geaard (open behuizing: rechtsonder). Gebruikt op programmeertijd, kortom voor een "soft-reset" van alle invoerwaarden…

Het circuit:

Als we naar het schema kijken, is er aan de linkerkant de naakte "Arduino" µController (ATMega328-P), geactiveerd met de rechterknop (D8) op ingang D12: Knop-D8 trekt de poort van P-Mosfet naar beneden door weerstand R5 en diode D1, dus de P-Mosfet gaat "aan" en verbindt VBAT met VCC: µController+Display krijgt stroom!

Om het "Toggle-Principle of the two Mosfets" te zien heb ik deze "Flip-Flop with two Mosfets" (Eagle-files) geüpload.

Na 5 seconden schakelt de µC zichzelf automatisch uit via Output-D5, die beide Mosfets deactiveert, waardoor de Gate van de N-Mosfet naar beneden wordt getrokken, dus R5 (en Gate van P-Mosfet) gaat "hoog" en de P-Mosfet snijdt de stroom van de µC en het OLED-display. Als VCC naar beneden gaat, houdt de poort van N-Mosfet omlaag door R3 en R6 (onder zijn poortdrempelspanning), zodat het circuit uit blijft.

Linksboven zien we de "vergrote" VBAT-spanning via een eenvoudige witte LED met ongeveer 2,5V, verkleind met 100k van VBAT (ongeveer 3, 2V) naar ongeveer 1, 1V (max), die wordt gebruikt als interne analoge ingang om de werkelijke batterijspanning te meten.

µController, RTC en OLED-Display communiceren via I²C, een eenvoudige en effectieve 2-Wire-Communicatie, geïmplementeerd per bibliotheek.

Om de SMD-onderdelen te solderen is het handig om een kleine pincet met puntige uiteinden te gebruiken, zodat het vastgrijpen van de kleine SMD-onderdelen gemakkelijker te hanteren is (positionering) en dan met een fijne soldeerpunt te solderen, waarbij eerst één kant van de SMD wordt gesoldeerd. -Deel, het soldeerpunt voorverwarmen tot ongeveer 330°C voordat laagsmeltend en fijn tindraad (ø 0,5 mm) aan het soldeerpunt wordt toegevoegd.

Download de Circuit + Board-lay-out:

Stap 3: Hardware: een dubbelzijdig bord maken met de Toner-Direct-methode

Als u het 2-zijdige bord wilt kopen, worden hier Eagle + (benodigde) Gerber-bestanden (Download) meegeleverd.

Als je het bord graag zelf maakt, laat ik je per "TonerDirect" een precieze methode zien om een 2-zijdig bord te maken.

1. Print het bestand "OLED-Clock-2-nl_TonerDirect.pdf" uit op "Toner Transfer Paper", 2. Knip de 2 strepen van het papier uit, één streep voor elke kant van het bord, 3. steek met naalden van ø 0,5 mm precies de 4 hoeken van het bord (gebruik een vergrootglas met fel licht - het is erg belangrijk om de naalden met de grootst mogelijke precisie in het midden van de 4 hoekdoorgangen te steken!).

4. Print (op normaal blanco papier) het bestand "OLED-Clock-2-nl_Frame.pdf" uit en plak het resultaat op een 2-zijdige koperen printplaat (0,5-0,8 mm dik). De plank uitzagen met ongeveer 2-3 mm meer speling (hier ongeveer 35 x 35 mm), vervolgens de 4 gaten precies op de hoeken boren met een boor van 0,6 mm. Verwijder na deze stap het papier met aceton en slijp de 2 koperen kanten van het bord met fijn schuurpapier (min. 400). Raak het bord na deze stap niet meer aan met blanco vingers! Toegestaan is om het zijdelings vast te pakken (met schone vingers).

5. Markeer de congruente richting van het Toner-Transfer-Paper op de 2 niet-bedrukte zijden!

6. Steek de naalden door het papier, dan door het bord en tenslotte door het tegenoverliggende papier.

7. Nadat de drie "lagen" precies congruent zijn, vervangt u de naalden door 4 stukken koperdraad van 0,5 mm, aan één uiteinde 90° gebogen, zodat ze er niet doorheen spoelen. Na deze stap buigt u de draden aan de andere kant 90° en knipt u de uiteinden kort af.

8. Zo voorbereid, kan dit stuk 3 keer door een (aangepaste) toner-laminator, verwarmd tot 200°!

9. Knip de kleine stukjes draad van 0,5 mm af en verwijder de resterende draadsteunen. Verwijder vervolgens de twee papieren en voilá: de toner plakt stevig op het koper.

10. Controleer schone lijnen: Als een lijn is gebroken, kunnen we deze repareren met een permanente waterbestendige pen. In de meeste gevallen hoeven alleen grotere oppervlakken enkele kleine gaatjes te sluiten. Anders (als het resultaat onbevredigend is), verwijder de toner met keukenpapier en aceton en herhaal stap 1-9.

11. Schoon etsen: ik ets mijn doe-het-zelf-koperen-platen met een oplossing van natriumpersulfaat (een-twee theelepels) met een niveau van ongeveer 5 mm water in een klassieke Pyrex-schotel (1-1, 5L), deze oplossing verwarmd tot ongeveer 80°C (ik weet het, deze relatief hoge temperatuur vernietigt het persulfaat, maar het etst veel sneller dan bij lagere temperaturen en maakt scherpe en schone randen in enkele minuten). Ik laat het resterende persulfaat dempen na volledig drogen en kras de kristallen eruit, verzamel ze in een oude pot voor recycling!

11. Controleer de koperlijnen en oppervlakken met een vergrootglas.

12. Verwijder de uitstekende randen met een verticale band-grinder (zoals in mijn eerste instructable) en controleer de afmetingen met een schuifmaat: de 2 knop-zijden moeten evenwijdig zijn, met een afstand van 27,4 mm, maar pas op dat u niet slijpt- uit de 2 knop-contacten!

Stap 4: Software en knipperen

Het bord programmeren:

Het programma is geschreven in C++, dus we kunnen het aanpassen met een simpele ASCII-editor, en het was nodig, lees de uitleg aan het einde van elke regel…

Belangrijk: We kunnen de Arduino's Serial-Flashing niet gebruiken om de µC te programmeren, omdat de bootloader te veel tijd nodig heeft tussen "Start" (op knop D8) drukken en "Display-On". We moeten het dus flashen zonder een Bootloader (normaal gebruikt op alle Arduino-boards). We programmeren ons bord dus per (Atmel) ISP-Connector + Programmer. De ISP-connector die hier (aan boord) is gemaakt, is gemaakt met 6 mini-socket-connectoren die uit een rij zijn gebroken en aan de rechterkant van het bord zijn gesoldeerd, vervolgens verbonden met een (klein!) 6-pins staafje (2,54 mm- raster), zoals op de laatste foto in de vorige stap.

Je hebt niet alleen de Arduino-GUI nodig, maar nog een paar bibliotheken (om te downloaden) om het programma te compileren:

- De Wire-bibliotheek (opgenomen in het Arduino-programma) - voor communicatie per I²C tussen. µC, RTC en OLED-display

- EEPROM-bibliotheek (ook aanwezig in het Arduino-programma) - om verschillende waarden op de µController. op te slaan

- "Adafruit_GFX" + "Adafruit_SSD1306" - beide bibliotheken om het OLED-scherm te besturen

- EnableInterrupt - om te werken met Arduino's Port/Pin-Interrupts (⇒ Button-Inputs)

-DS3231-RTC-chip: geen bibliotheek nodig, ik heb de functies van verschillende bibliotheken op internet uitgeschreven en daardoor eenvoudiger te gebruiken. Ze staan aan het einde van het hoofdprogramma ("OLED-Clock-2-nl.ino").

Let op: De Adafruit-bibliotheek heeft (tot nu toe) niet echt een effectieve bediening om de OLED-chip te dimmen, dus ik heb een string van internet gekopieerd en aan het einde van de "Adafruit_SSD1306"-bibliotheek geplakt, waarmee men de display, een beetje handiger… (⇒ zie de Add-on Download " Hoe de helderheid op OLED-display.zip in te stellen ", hier aan het einde).

Werken met 3, 2V - dus met de interne 8Mhz (zonder 16Mhz-Crystal):

De µC hier is snel genoeg om te werken zonder een 16MHz-kristal, dus (met 3,2V van Batterij) kunnen we de interne voorgeprogrammeerde 8MHz gebruiken (een onderdeel minder om te solderen:-).

Nadat u het meegeleverde programma "OLED-Clock-2-nl.ino" in de Arduino-GUI hebt geladen en gecompileerd (download), kopieert u het.hex-resultaat naar de avrdude-map.

(het gecompileerde.hex-bestand bevindt zich in de tijdelijke map van de pc, daar in een submap zoals:

"C:\Tmp\arduino_build_646711\ xyz.ino " - daarin vindt u het gewenste gecompileerde-hex-bestand, in dit geval onze "OLED-Clock-2-nl.ino.hex".

Het hex-bestand kan nu worden geflitst (hier "handmatig" per avrdude op een opdrachtregel) via een ISP-connector, maar je hebt een Programmer nodig zoals de USBTiny of een AVRISP2 met een 6pin ISP-connector (mijn ISP-connector is DIY-out van een kleine 6-Pin-Row Connector zoals getoond in mijn laatste foto, zodat je het bord indien nodig op elk moment opnieuw kunt programmeren).

Sluit nu de 6-Pin Programmer aan op het bord (ik veronderstel bekende ervaring met Arduino-boards)…

Verbonden, op een opdrachtvenster (wijzig in Windows naar de avrdude-map en typ vervolgens cmd) - plak deze volgende regel:

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

Nadat het knipperen van de µController is beëindigd, moeten de juiste "zekeringen" (van de µController) worden ingesteld:

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

Als u een van deze instellingen wilt wijzigen, kunt u er meer over vinden met deze online Fuse-Calculator.

Stap 5: De zaak

Niet alleen het maken van het elektronische bord is een uitdaging, niet minder is een kleine en lichtgewicht behuizing voor dit bord!

Hier om mijn beoogde Case te downloaden, met een pssible CR2032 Batterij-Adapter, om een meer gebruikte batterij te plaatsen. Het elektronische bord en de batterij moeten volledig van elkaar worden geïsoleerd met een Kapton-Polimid-Tape of een sterk alternatief. Gebruik geen eenvoudig plakband, het is te zwak om sterk te isoleren en kan kortsluiting van de batterij veroorzaken!

Ik heb met veel lay-outs geëxperimenteerd (voor 3D-geprint PLA) en kwam uit op een wanddikte van ongeveer 1,3 mm. In deze vorm worden de krachten die van de polsband komen efficiënt vastgehouden door beide zijden van de koffer in combinatie met het klikdeksel. De andere zijden mogen dunner zijn, ongeveer 1,0 mm…

Dus het aanpassen van de hoogte van de kast (in het geval van het aanpassen van het bord…?) zal geen groot probleem zijn.

En als je een Alarm of een Timer binnenin zou hebben, heb je een andere Case nodig, dus ik heb een voorstel gedaan om een kleine piëzo-tweeter (of bijv. deze micro-speaker: CUI-15062S) in te voegen… (Zie Geval-2).

Nadat de kast is uitgeprint (met een aanbevolen laaghoogte van 0,1 mm en ongeveer 50% vulling met "muur-overlap") moet je de overwinnende zijsnaren afbramen, de randen voldoende, maar niet te veel vijlen… Een iets uitdagender is om de 4 kleine snap-ins van het deksel in een rechte ~ 100-120°-hoek te vijlen, zodat ze sterk genoeg in de koffer klikken, maar zonder het te verwijden of te breken - en het deksel ook niet als te klein te maken om vast te blijven…

Het vierkante gat voor de OLED moet ook zorgvuldig worden uitgevijld, zodat het precies overeenkomt met de omtrek van het OLED-glas, zonder het te breken tijdens het inbrengen van Board+OLED-Display (nu in combinatie). Dus wees voorzichtig met archiveren en probeer herhaaldelijk om te zien of alle onderdelen passen.

Ontstane rookkanalen kunnen het beste worden verwijderd met een scherp mes.

Nu kunt u een polsbandje met een stukje messingdraad (ø1mm, lengte: 28.5mm) plaatsen. Hiervoor moeten de 2 gaten van de kastbeugels zo worden uitgeboord, dat de draad er doorheen gaat, maar dan stevig in de beugels steekt.

Voordat u de behuizing bewapent met elektronica en riemen - is het mogelijk om deze te emailleren met verf (ik raad automotive thinner-spray aan - het droogt sneller, er blijft minder stof op de oppervlakken plakken!). Ik raad ook aan om het eerst te behandelen met een (dunnere) grondspray, die vervolgens kan worden geschuurd tot een fijn glad oppervlak zonder gedrukte lijnen en gebreken. Zelf geef ik de voorkeur aan een gouden of zilveren afwerking, of ook een houten afwerking zou mooi zijn – dit is aan jouw keuze…

Stap 6: Conclusies

Overwegingen bij de batterij:

De CR2432 Li-Ion-Batterij heeft een capaciteit van ongeveer 300mAh, dus het gaat ongeveer 2 jaar mee als de klok ongeveer 10 keer (elk á 5 seconden) per dag wordt weergegeven. U kunt het dus vervangen door een meer gebruikelijke (maar kleinere) CR2032 Li-Ion-batterij, die ongeveer 1, 4 jaar meegaat met zijn 210mA.

Ik zocht ook naar een oplaadbare Lithium Button-Cell zoals de (gewone) CR2430 en vond dit: "LIR-2430". Deze batterij heeft slechts ongeveer 50mA capaciteit, maar is oplaadbaar f.ex. door middel van een draadloze power-transfer… Hiervoor heb ik een sonde gemaakt en het resultaat zie je in het bijgevoegde schema + layout. De krachtoverbrenging zelf doet zijn werk erg goed. Een platte spoel met ongeveer 30 windingen etsen over een plat epoxy-board-deksel, blijft een ToDo… Om de batterij op te laden stelde ik een eenvoudig laadcircuit voor met een witte LED en 2 Schottky-diodes om de eindlaadspanning te beperken hiervoor laadt hij op tot maximaal ongeveer 3.6V…

Tot slot – HEEL belangrijk:

!!! LAAD NOOIT EEN NIET-OPLAADBARE LI-ION BATTERIJ OP !!! - het kan exploderen en in brand vliegen!

Vreemd genoeg heb ik geëxperimenteerd met een (niet-oplaadbare) CR2430 Li-Ion-Button-Cell, -uit voorzorg- in een afgesloten pot… Na ongeveer een uur opladen met constante 3,3V merkte ik een kleine convexe vervorming van de behuizing op… en hoewel de spanning van deze batterij toenam van 2,8 naar 3,2V, was de capaciteit aan het einde enorm verminderd! – dus opladen heeft geen zin: deze Button-Cells zijn echt NIET-oplaadbaar.

Nog te doen:

• een (softwaregebaseerde) Timerfunctie + (hardware + koffer)-Tweeter of Vibrator-Motor

• een draadloos oplaadcircuit

• Glanzende metaal- of houtafwerking.