นาฬิกาดาราศาสตร์: 10 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

ไม่นานหลังจากที่นาฬิกาจักรกลแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นในศตวรรษที่ 14 นักประดิษฐ์เริ่มมองหาวิธีที่จะแสดงการเคลื่อนไหวของสวรรค์ นาฬิกาดาราศาสตร์จึงถูกสร้างขึ้น บางทีนาฬิกาดาราศาสตร์ที่รู้จักกันดีที่สุดอาจถูกสร้างขึ้นในกรุงปรากประมาณปี ค.ศ. 1410 แทนที่จะแสดงเพียงแค่เวลาเท่านั้น แต่ยังแสดงตำแหน่งสัมพัทธ์ของดาวฤกษ์เมื่อโลกหมุนรอบแกนและหมุนรอบดวงอาทิตย์

ในโครงการนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีสร้างนาฬิกาดาราศาสตร์ที่คุณมีในบ้านได้ มันแสดงแผนที่ของดวงดาวที่อยู่บนท้องฟ้า - กลางวันหรือกลางคืน แผนที่ท้องฟ้าเปลี่ยนไปเมื่อโลกหมุน โครงการนี้เกี่ยวข้องกับส่วนประกอบทางกล อิเล็กทรอนิกส์ และซอฟต์แวร์ คุณจะต้องใช้เครื่องพิมพ์ 3 มิติ เครื่องตัดเลเซอร์ และเครื่องมืองานไม้บางอย่างเพื่อทำโครงการให้เสร็จ ฉันยังใช้ Python เพื่อสร้างแผนที่ดาวและการออกแบบที่รวมอยู่ในนาฬิกา บางทีส่วนที่ฉันชอบที่สุดในโปรเจ็กต์ก็คือการผสานรวมเทคโนโลยีเหล่านี้เข้าด้วยกัน

โครงการนี้เป็นต้นฉบับอย่างสมบูรณ์ ฉันเขียนซอฟต์แวร์เพื่อเรียกใช้นาฬิกา สร้างการออกแบบเลเซอร์สำหรับเคส และสร้างเฟืองและชุดขับเคลื่อน ฉันยังเขียนซอฟต์แวร์เพื่อทำเลย์เอาต์ของแผนที่ดาว

ผลลัพธ์สุดท้ายดูคุ้มค่ากับเวลาที่ฉันใช้ไป

ขั้นตอนที่ 1: รวบรวมชิ้นส่วน

สำหรับโครงการนี้ คุณจะต้องมีอุปกรณ์ดังต่อไปนี้:

2 - ชิ้นอะคริลิค 11x14 (หนา 0.093 นิ้ว)

บอร์ด 1 - 1x6 ยาว 6 ฟุต

1 - Arduino Uno

1 - โมดูลนาฬิกาเรียลไทม์

1 - สเต็ปเปอร์มอเตอร์ 28bjy-48

1 - ตัวขับสเต็ป - UNL2003

แหล่งจ่ายไฟ 1 - 5 โวลต์

ไฟเส้น led 1 - 36 นิ้ว

แผ่นไม้อัด 1 - 1/4 นิ้ว - 2x4 ฟุต

เพลาโลหะ 1 - 8 มม.

2 - 608 ลูกปืน

1 - แผ่นโฟมสีดำ 1 ชิ้น - ประมาณ 12 x 12 นิ้ว

อื่นๆ: ลวด, สกรูไม้ (#6 x 1 1/4 นิ้ว), สกรูเครื่อง 6x32 x 0.75 นิ้ว + น๊อต, สกรูเครื่อง 4x40 x 0.75 อีกถุง, คราบไม้ (อุปกรณ์เสริม)

คุณจะต้องใช้เครื่องมือต่อไปนี้:

เข้าถึงเครื่องพิมพ์ 3 มิติ

การเข้าถึงเครื่องกัดเลเซอร์ที่สามารถตัด 1/4 ในอะคริลิคและไม้

โต๊ะเลื่อย + เราเตอร์สำหรับสร้างเคสนาฬิกา

ขั้นตอนที่ 2: พิมพ์เฟืองและชิ้นส่วนพลาสติก

ในการเริ่มต้น คุณจะต้องพิมพ์เฟืองและชิ้นส่วนพลาสติกสำหรับนาฬิกา ฉันใช้ Prusa I3 MK3, Slic3r และ PETG สำหรับนาฬิกาของฉัน อย่างไรก็ตาม เกือบทุกรูปแบบควรทำงานได้ดีสำหรับโครงการนี้ ข้อจำกัดหลักคือคุณต้องมีแท่นพิมพ์ขนาดใหญ่เพื่อสร้างที่วางจานและเฟือง 72 ฟัน

นี่คือคำอธิบายโดยย่อของไฟล์ที่คุณต้องการพิมพ์:

ตัวยึดแบริ่ง - ตัวยึดแบริ่งรองรับแบริ่ง 608 สองตัวเพื่อรองรับเพลาขับ สลักไว้ที่ด้านหลังของจานตรงกลางของนาฬิกา

ข้อต่อ - ชิ้นพลาสติกนี้เชื่อมที่ยึดเพลทกับเฟืองเดือยฟัน 72 ซี่ มีความยาว 25 มม. จึงออกแบบมาสำหรับนาฬิกาที่มีพื้นที่ว่าง 2 นิ้วระหว่างแผ่นด้านหน้าและแผ่นตรงกลางที่ยึดลูกปืน

ตัวยึดเพลท - ตัวยึดเพลทจะจับคู่เพลตอะคริลิกและส่วนรองรับเข้ากับเพลาขับ

ตัวยึดเพลา - นี่คือไฟล์สำหรับวงแหวนขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 มม. ที่ใช้ยึดเพลาให้เข้าที่ขณะเคลื่อนผ่านตัวยึดแบริ่ง คุณต้องพิมพ์สองสิ่งเหล่านี้สำหรับโครงการ

เดือยเกียร์ (18 ฟัน) - เกียร์เดือยเกียร์นี้พอดีกับเพลาของสเต็ปเปอร์มอเตอร์

เดือยเกียร์ (72 ฟัน).- เกียร์นี้จับคู่กับเพลาขับของนาฬิกาและหมุนตัวยึดเพลทและเพลทอะคริลิก

ที่ยึดมอเตอร์ - แผ่นยึดสเต็ปเปอร์มอเตอร์

การออกแบบกลไกพื้นฐานแสดงในแผนภาพด้านบน แผ่นด้านหน้าติดกับส่วนของแผนที่ดาวที่หมุน (Rete) สิ่งนี้เชื่อมต่อผ่านเพลากับเฟือง 72 ฟัน สเต็ปเปอร์มอเตอร์ (28BYJ48) ขับเคลื่อนเฟือง 18 ฟันที่เดินนาฬิกา ตัวมอเตอร์เองจะติดตั้งอยู่ในเพลทยึดมอเตอร์เพื่อให้สามารถปรับได้บนเพลตตรงกลางของนาฬิกา

ระบบรองรับแบริ่งที่ยึดเพลาถูกยึดเข้ากับเพลทตรงกลางภายในนาฬิกา แบริ่งที่ใช้คือแบริ่ง 608 ปกติ (เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 22 มม. เส้นผ่านศูนย์กลางภายใน 8 มม. ความหนา 7 มม.) ที่ไปด้านในและด้านนอกของชิ้นส่วนรองรับหมี เพลาเชื่อมต่อกับเฟือง และทุกอย่างติดอยู่บนก้านเพื่อยึดเข้าด้วยกัน

เฟืองและชิ้นส่วนพลาสติกถูกสร้างขึ้นโดยใช้ Fusion 360 ฉันยังใหม่กับซอฟต์แวร์นี้อยู่บ้าง แต่เครื่องมือสร้างเฟืองเสริมทำงานได้ดีมากในการรวมสิ่งนี้เข้าด้วยกัน การหาวิธีใช้ซอฟต์แวร์เป็นหนึ่งในวัตถุประสงค์หลักของโครงการนี้สำหรับฉัน

คุณสามารถเข้าถึงไฟล์การออกแบบสำหรับชิ้นส่วน 3 มิติได้ที่นี่: นาฬิกาดาราศาสตร์ Fusion 360

ขั้นตอนที่ 3: เลเซอร์กัดชิ้นส่วนอะคริลิก

แม่แบบอะคริลิกสำหรับ Rete (ส่วนที่มีดาวอยู่) และแผ่น (ส่วนหน้า) ติดอยู่ด้านบน แผนที่ดาวนี้ถูกกำหนดไว้ที่ละติจูดประมาณ 40 องศาเหนือ และน่าจะทำงานได้ดีสำหรับคนส่วนใหญ่ แผนที่สร้างขึ้นโดยใช้ซอฟต์แวร์ที่ฉันเขียนด้วยหลาม

github.com/jfwallin/star-project

ฉันไม่แนะนำให้เจาะลึกเว้นแต่คุณจะชอบการเข้ารหัสและดาราศาสตร์ของหลาม มันยังไม่ใช่ทั้งหมดที่บันทึกไว้เป็นอย่างดี แต่สามารถใช้ได้หากคุณต้องการใช้ ฉันใช้เวลามากกับการทำงานเกี่ยวกับปัญหาด้านสุนทรียศาสตร์ เช่น ขนาดดาว แบบอักษร ตำแหน่งป้ายกำกับ ฯลฯ ผลลัพธ์ที่ได้ดูเหมือนคล้ายกับพื้นราบอื่นๆ และแน่นอนว่าการออกแบบ Planisphere แบบอื่นๆ ก็ใช้ได้ผลสำหรับโปรเจ็กต์นี้

โดยทั่วไปมีไฟล์สองประเภท:

แผ่น - ชิ้นส่วนที่มีแผนที่ดาวพิมพ์อยู่

rete - ชิ้นที่มีหน้าต่างที่คุณดูดาวผ่านพิมพ์บนนั้น

คุณไม่จำเป็นต้องพิมพ์ทั้งหมด แต่ฉันคิดว่าการรวมไว้ในรูปแบบต่างๆ อาจเป็นประโยชน์

หลังจากที่ฉันสร้าง Rete และ Plate โดยใช้โค้ด python แล้ว ฉันนำเข้าไปยัง Adobe Illustrator เพื่อเพิ่มองค์ประกอบกราฟิกที่จำเป็นสำหรับการแกะสลัก ฉันพลิกแผนที่ดาวโดยสลักที่ด้านหลังของอะคริลิกเพื่อให้แสงด้านหลังดูดีขึ้นเล็กน้อย

หากคุณไม่มีเครื่องแกะสลักเลเซอร์ คุณสามารถพิมพ์เพลทและรีทบนกระดาษแล้วทากาวลงบนฐานไม้อัด มันอาจจะไม่มีอะครีลิกเรืองแสง แต่มันก็ยังคงเป็นนาฬิกาที่ดีที่จะมีอยู่บนเสื้อคลุมเพื่อแสดงให้คุณเห็นการหมุนของดวงดาวในแต่ละวัน การแกะสลักดีไซน์โลหะจะทำให้นาฬิกาดูเท่แบบพังค์

(หมายเหตุ: มีการแก้ไขในเทมเพลตแผ่นอะคริลิกที่เพิ่มเข้ามาหลังจากถ่ายภาพบางส่วน)

ขั้นตอนที่ 4: เลเซอร์แกะสลักชิ้นส่วนไม้

ไฟล์ Adobe Illustrator สำหรับชิ้นส่วนไม้อัดสำหรับนาฬิกาถูกแนบไว้ด้านบน มีสี่ส่วนไม้อัดที่ต้องตัดด้วยเลเซอร์ คุณสามารถใช้เครื่อง CNC ทำชิ้นส่วนเหล่านี้ได้อย่างง่ายดาย หรือแม้แต่ตัดด้วยเลื่อยโต๊ะและเลื่อยเลื่อน คุณเพียงแค่ต้องจับคู่ชิ้นส่วนที่พิมพ์จากแผ่นขั้นตอนสุดท้ายและหน้านาฬิกา

ไม้อัดนาฬิกา - นี่เป็นเพียงแผ่นไม้อัดขนาด 11x11 นิ้วขนาด 1/8 ในไม้อัดที่ทำหน้าที่เป็นส่วนหลังของนาฬิกา ฉันใส่ดีไซน์รูปดาวลงไป เพราะมันดูเท่

ไม้อัดตรงกลางนาฬิกา - นี่คือแผ่นไม้อัดขนาด 11x11 ด้วย แต่ฉันตัดมันออกจากไม้อัด 3/8 นิ้ว มีรูขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 9 มม. ที่กึ่งกลางสำหรับเพลาขับ ชิ้นนี้ติดตั้งสเต็ปเปอร์มอเตอร์ เพลาขับ และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับนาฬิกา

clock-front-plywood - นี่คือส่วนหน้าของนาฬิกา อีกครั้งนี่คือชิ้นไม้อัดขนาด 1/8 นิ้ว 11x11 นิ้ว มีรูกลมตรงกลางพร้อมรู 4 รูสำหรับสกรู 6x32 ที่ติดเพลทไว้ด้านหน้า

ไม้อัดแผ่นนาฬิกา - ชิ้นไม้อัดนี้ (1/8 นิ้ว) ช่วยให้คุณสามารถยึดแผ่นลูกแก้วได้ ในที่สุดคุณจะประกบแผ่นโฟมสีดำระหว่างไม้อัดกับอะคริลิก ชิ้นนี้ยังยึดติดกับที่วางแผ่นพิมพ์ 3 มิติ

ขั้นตอนที่ 5: ประกอบตัวเรือนนาฬิกา

กล่องใส่นาฬิกาทำจากไม้ขนาด 1x6 ยาวประมาณ 6 ฟุต

แนวคิดพื้นฐานคือการทำกล่องที่บรรจุชิ้นไม้ขนาด 11x11 นิ้วในร่อง Dado ฉันปรับขนาดกล่องให้มีขนาดภายนอก 12 นิ้ว และด้านในมีขนาด 10.5 นิ้ว นาฬิกาทุกชิ้นต้องมีร่อง Dado สามเส้นเข้าที่ สำหรับเวอร์ชั่นของผม ผมต้องใช้ท่อนไม้ขนาด 12x6x0.75 และไม้สองท่อนขนาด 10.5x6x1.5 ครับ

ร่องสำหรับด้านหน้าและด้านหลังของนาฬิกาถูกสอดเข้าไปประมาณ 1/2 นิ้วจากด้านหน้าและด้านหลังของชิ้นส่วนไม้ ฉันใช้บิตเราเตอร์ 1/8 บนโต๊ะเราเตอร์เพื่อสร้างสล็อตเหล่านี้ หลังจากตรวจสอบความพอดีด้วยไม้อัดแล้ว ฉันชดเชยรั้วโต๊ะเราเตอร์ด้วยขนาดเล็กน้อย (ประมาณ 1/32 นิ้วในหน่วยอิมพีเรียล) แล้ววิ่งผ่านอีกครั้ง

ร่องดาโดตรงกลางที่ยึดแผ่นตรงกลางก็ถูกตัดบนโต๊ะเราเตอร์เช่นกัน เนื่องจากฉันใช้ไม้อัด 3/8 สำหรับชิ้นนี้ ฉันจึงปรับรั้วโต๊ะเราเตอร์เพิ่มเติมเพื่อให้รูกว้างขึ้น คุณมีช่องว่างประมาณ 2 นิ้วระหว่างแผ่นแบบอักษรและแผ่นกลางในกล่อง ดังนั้นให้ปรับตารางให้เหมาะสม

สำหรับการตัดทั้งสองครั้ง ฉันผ่านสองสามครั้งสำหรับแต่ละกระดาน ฉันยังวิ่งกระดานผ่านสองสามครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าบาดแผลนั้นสะอาด

Dados สำหรับกระดานสองด้านนั้นมีความยาวเต็มกระดาน อย่างไรก็ตาม สำหรับท่อนบนและท่อนล่างที่ยาวกว่านั้น ฉันใช้บล็อกหยุดสองอันบนโต๊ะเร้าเตอร์เพื่อดันใบมีดเข้าไปในเนื้อไม้โดยห่างจากจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของชิ้นไม้ประมาณ 1/2 นิ้ว โดยพื้นฐานแล้ว ฉันไม่ต้องการให้มองเห็นร่องที่ด้านนอกของเคส ร่องทั้งหมดมีความลึกประมาณ 1/4 เพื่อยึดไม้อัด

เมื่อคุณตัดชิ้นส่วนแล้ว ให้ประกอบเคสชั่วคราวและขัดขอบที่อาจยื่นออกมาด้วยทรายหยาบ คุณจะต้องตัดขอบที่แหลมคมออกจากส่วนด้านนอกของตัวเรือนนาฬิกาด้วย เมื่อคุณพอใจกับเคสแล้ว ให้ถอดแผงด้านบนออก และตรวจดูให้แน่ใจว่าแผ่นไม้อัดพอดีกับร่องที่คุณกำหนดเส้นทางจริงๆ ฉันพบว่าฉันต้องถอดจาน 1/8 ออกด้วยโต๊ะเลื่อยเพื่อให้พอดีกับกล่องที่ฉันสร้างขึ้น

เนื่องจากนี่เป็นต้นแบบ ฉันจึงตัดมุมเล็กน้อยเมื่อทำเคสในโครงการนี้ ฉันใช้ไม้ป็อปลาร์สำหรับนาฬิกาของฉัน แต่เพียงเพราะฉันมีกระดานนั่งอยู่ในร้านของฉัน มันจะดูดีกว่าในเชอร์รี่หรือวอลนัท ฉันยังใช้ข้อต่อสกรูธรรมดาเพื่อยึดไว้กับโครงสร้างที่ทับซ้อนกันอย่างเรียบง่าย สกรูจะอยู่ที่ด้านบนและด้านล่างของนาฬิกา ดังนั้นจะไม่สังเกตเห็นได้ชัดเจนเมื่ออยู่บนเสื้อคลุมข้างเตาผิงของฉัน (ฉันพูดถึงว่านี่เป็นต้นแบบหรือไม่) รุ่นต่อไปของนาฬิกาจะใช้ข้อต่อแบบตุ้มปี่

ขั้นตอนที่ 6: ประกอบชิ้นส่วนกลไกสำหรับนาฬิกา

การประกอบชิ้นส่วนกลไกของนาฬิกาใช้เวลาไม่กี่นาที แต่ค่อนข้างตรงไปตรงมา

เชื่อมต่อแผ่นสตาร์เพลท แผ่นไม้อัด เฟืองเดือย 72 ฟัน และตัวยึดเพลทพลาสติกเข้าด้วยกัน:

1. ใช้ที่ยึดแผ่นไม้อัดเป็นแม่แบบ ตัดแผ่นแกนโฟมสีดำออกให้มีขนาดเท่ากัน ฉันใช้มีด Exacto เพื่อสร้างชิ้นนี้ แต่ใบเลื่อยอาจใช้ได้เช่นกัน (หมายเหตุสำคัญ: อย่าใช้เลเซอร์คัทแกนโฟม มันก่อให้เกิดควันพิษ)
2. จัดที่ยึดแผ่นไม้ให้อยู่ตรงกลางที่ยึดแผ่นพิมพ์ 3 มิติ วัดแล้วเจาะรูสกรูสี่รูเพื่อให้ตรงกับรูในตัวยึดพลาสติก ติดที่ยึดพลาสติกเข้ากับที่ยึดแผ่นไม้อัดโดยใช้สลักเกลียวและน็อตขนาด 1 นิ้ว 6x32 ตัดรูเล็กๆ บนแผ่นโฟมเพื่อรองรับหัวสลัก
3. ประกบแผ่นดาวอะคริลิก แผ่นโฟมที่มีรูสกรูอยู่ และแผ่นไม้อัดเข้าด้วยกัน มีสี่รูในแผ่นไม้อัดและในจานดาวอะคริลิก คุณจะต้องใช้สกรูขนาด 1 นิ้ว 6x32 เพื่อเชื่อมต่อชิ้นส่วนเหล่านี้เข้าด้วยกัน แน่นอน คุณจะต้องเจาะรูผ่านแผ่นโฟมแกนกลางและผ่านกระดาษก่อสร้างในตำแหน่งที่เหมาะสม
4. กาวข้อต่อเข้ากับตัวยึดจาน ฉันเพิ่มพิกัดความเผื่อ 0.1 มม. ระหว่างแท็บและรูเพื่อให้แน่ใจว่าเหมาะสม
5. กาวเฟืองเดือย 72 ฟันเข้ากับโครงยึด นี่จะทำให้การประกอบแผ่นรูปดาวนาฬิกาเสร็จสมบูรณ์ ฉันใช้กาวกอริลลาในการประสานเฟือง 72 ฟัน ข้อต่อ และตัวยึดจานเข้าด้วยกัน

ขั้นตอนที่ 7: เริ่มประกอบเคสสำหรับนาฬิกา

ประกอบแผ่นด้านหน้า: ขันสกรูอะคริลิกเข้ากับแผ่นไม้อัดด้านหน้าของนาฬิกาโดยใช้สลักเกลียวและน็อตขนาด 6x32 1 นิ้ว (หรือ 3/4 นิ้ว)

เพิ่มแถบไฟ LED แบ็คไลท์: นำแถบไฟ LED และติดไว้ระหว่างแผ่นตรงกลางของนาฬิกากับแผ่นด้านหน้าของนาฬิกา (การทำเช่นนี้อาจช่วยถอดแผ่นหน้านาฬิกาออกได้) ตรวจสอบให้แน่ใจว่าแถบติดแน่นและไม่รบกวนการหมุนของกลไกนาฬิกาหรือสเต็ปเปอร์มอเตอร์ คุณอาจต้องการใช้ลวดเย็บกระดาษหรือกาวยึดเข้าที่ ใส่แผ่นไม้อัดด้านหน้าพร้อมแผ่นอะครีลิคลงในกล่องนาฬิกา วางแผ่นตรงกลางที่มีกลไกนาฬิกาลงในกล่องนาฬิกาด้วย ตรวจสอบให้แน่ใจว่าได้เดินสายไฟสำหรับแถบ LED อย่างระมัดระวังผ่านแผ่นตรงกลาง มีการวางรูที่ฐานของกระดานเพื่อทำสิ่งนี้

ขั้นตอนที่ 8: ประกอบแผ่นกลางและต่อสายนาฬิกา

ตอนนี้ได้เวลาประกอบจานตรงกลางของนาฬิกาแล้ว ซึ่งรวมถึงการสนับสนุนทางกลของแกนขับเคลื่อนและมอเตอร์ ตลอดจนการเดินสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับโครงการ

ติดตั้งที่ยึดแบริ่งและสเต็ปเปอร์มอเตอร์บนเพลทตรงกลาง: ติดสเต็ปเปอร์มอเตอร์เข้ากับเพลทตรงกลางโดยใช้สลักเกลียวและน็อตขนาด 6x32 สองตัว ลากสายไฟจากสเต็ปไปที่ด้านหลังของบอร์ด จับตลับลูกปืนที่พิมพ์ 3 มิติ และบีบตลับลูกปืน 608 สองตัวเข้าที่ด้านหน้าและด้านหลังของที่ยึด คุณอาจต้องปรับส่วนนี้หากเครื่องพิมพ์ 3 มิติของคุณปิดเล็กน้อย แต่ฉันจัดการเพื่อให้พอดีโดยใช้ PETG และเครื่องพิมพ์ Prusa ของฉัน ขันที่ยึดไปที่ด้านหลังของแผ่นตรงกลาง ประกอบกลไกนาฬิกาเข้ากับเพลาขับ: ดันแกนโลหะขนาด 8 มม. ผ่านเฟืองเดือย 72 ฟัน และผ่านแผ่นรูพลาสติกเพื่อให้ติดกับตัวยึดแผ่นไม้อัด วางปลายอีกด้านของแกนโลหะขนาด 8 มม. ผ่านแผ่นตรงกลางและที่ยึดแบริ่ง วางเพลทตรงกลางลงในกล่อง ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีระยะห่างเพียงพอสำหรับสตาร์วีลเพื่อหมุนหลังสกรูที่ยึดรีทพลาสติกด้านหน้าเข้าที่ วัดและทำเครื่องหมายตำแหน่งที่จะตัดก้านให้พอดีในกล่อง คุณจะต้องมีก้านมากพอที่จะติดกาวบนตัวล็อคเพลาสองชิ้นก่อนและหลังตลับลูกปืน เมื่อคุณทำการวัดนี้แล้ว ให้ถอดชุดเกียร์/จานและถอดเพลาออกจากที่ยึดแบริ่ง ตัดเพลาโดยใช้เลื่อยเลือยตัดโลหะเพื่อให้พอดีกับเคสอย่างสมบูรณ์ แต่ยังมี 0.5 ถึง 1 ซม. วินาทีที่ยื่นออกมาจากด้านหลังของที่ยึดแบริ่ง เมื่อตัดก้านให้ได้ความยาวที่เหมาะสมแล้ว ให้ประกอบจาน/เฟืองเดือยฟัน 72 ซี่เข้ากับเพลทแล้วกาวเข้าที่ เพิ่มตัวล็อคเพลาด้านหลังชุดประกอบ จากนั้นใส่เพลาผ่านตัวยึดตลับลูกปืน หลังจากที่คุณยืนยันความพอดีอีกครั้งแล้ว ให้กาวตัวล็อคเพลากับก้าน กาวตัวล็อคเพลาอันที่สองเข้ากับเพลาด้านหลังที่ยึดแบริ่ง

ลำดับของกลไกนาฬิกาจะเป็น:

1. แผ่นอะครีลิค
2. แผ่นโฟมแกน
3. ที่วางจานไม้อัด
4. ที่วางจานพิมพ์ 3 มิติ
5. ข้อต่อ
6. เกียร์ 72 ฟัน
7. ล็อคเพลา
8. แบริ่งจานรองกลาง + ที่ยึดแบริ่ง + ตัวล็อคเพลาลูกปืน
9. ล็อคเพลา

ในขั้นตอนสุดท้าย ให้กดเฟืองเดือย 18 ฟันเข้ากับสเต็ปเปอร์มอเตอร์ ปรับและขันสเต็ปเปอร์มอเตอร์เพื่อให้เฟือง 72 ฟันและ 18 ฟันประสานกันและเคลื่อนที่ได้อย่างราบรื่น ขันสลักเกลียวสเต็ปเปอร์มอเตอร์ให้เข้าที่

เดินสายอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์:

แผนภาพการเดินสายไฟสำหรับนาฬิกาค่อนข้างง่าย คุณต้องเชื่อมต่อโมดูลนาฬิกาแบบเรียลไทม์กับพิน SDA และ SCL พร้อมกับโวลต์ +5 และกราวด์บน Arduino คุณต้องเชื่อมต่อ IN1 ผ่านพิน IN4 บนไดรเวอร์สเต็ปเปอร์ UNL2003A กับพิน 8 ถึง 11 บน Arduino พร้อมกับเชื่อมต่อกราวด์ ต้องเชื่อมต่อสวิตช์และตัวต้านทาน 1k Ohm ระหว่างกราวด์และพิน 7 ของ Arduino สุดท้าย ต้องต่อแหล่งจ่ายไฟเข้ากับบอร์ด UNL 2003A และ Arduino จากแหล่งจ่ายไฟ 5 โวลต์

นี่คือชุดคำอธิบายโดยละเอียดเพิ่มเติม:

1. บัดกรีลวดด้านหนึ่งของปุ่มกด แนบสิ่งนี้กับพิน 7 บน Arduino
2. บัดกรีตัวต้านทาน 1k ที่อีกด้านหนึ่งของปุ่มกดเพื่อให้ปุ่มอินพุตต่อสายดินเมื่อไม่ได้ถูกกด.. อีกด้านหนึ่งของปุ่ม ให้มัดไว้ที่ +5 โวลต์..
3. เชื่อมต่อสายไฟสี่เส้นระหว่างพิน 8, 9, 10 และ 11 กับพิน UNL 2003A IN1, IN2, IN3 และ IN4
4. เชื่อมต่อจุด SCL และ SDA บนโมดูลนาฬิกาเรียลไทม์กับพินที่ถูกต้องบน Arduino
5. เชื่อมต่อกราวด์ของ Arduino กับโมดูลนาฬิกาแบบเรียลไทม์และบอร์ด UNL 2003A
6. สร้างตัวแยกไฟสำหรับแหล่งจ่ายไฟ 5 โวลต์ของคุณ (2 แอมป์ควรจะเพียงพอ) และเชื่อมต่อกับ Arduino และบอร์ด UNL 2003A
7. สุดท้าย คุณต้องต่อแหล่งจ่ายไฟ LED ผ่านชั้นกลางของนาฬิกาและเกลียวที่ด้านหลังของเคส คุณจะต้องให้ตัวควบคุม LED ยื่นออกมาด้านหลังเพื่อให้คุณสามารถเปลี่ยนรูปแบบแสงบนนาฬิกาได้

คุณจะต้องผูก +5 โวลต์กับไดรเวอร์สเต็ปเปอร์และ +6 ถึง +12 โวลต์กับ Arduino ฉันพยายามใช้แหล่งจ่ายไฟเพียงตัวเดียวไม่สำเร็จ แต่ฉันอาจจะใช้ระบบ 2 แอมป์ 7 โวลต์พร้อมตัวควบคุมพลังงานสำหรับสเต็ปเปอร์ถ้าฉันมีเวลาเพิ่มขึ้นอีกเล็กน้อย

ตรวจสอบให้แน่ใจว่าความตึงเครียดระหว่างมอเตอร์และเกียร์ไม่แน่นเกินไปหรือสูญเสียมากเกินไป ตรวจสอบทุกอย่างอีกครั้ง เมื่อเดินสายทั้งหมดเข้าที่และชิ้นส่วนต่างๆ แน่นหนา ให้เลื่อนชุดประกอบเข้าที่อย่างระมัดระวัง

อย่างไรก็ตาม - อย่าเพิ่งต่อแหล่งจ่ายไฟ เราต้องตั้งโปรแกรมบอร์ดก่อน

ขั้นตอนที่ 9: ตั้งโปรแกรม Arduino

การเขียนโปรแกรม Arduino ค่อนข้างตรงไปตรงมา นี่คือวิธีการทำงานของรหัส:

1. เมื่อโค้ดเริ่มต้น มันจะเริ่มต้นตัวนับขั้นตอนและดึงเวลาจากโมดูลนาฬิกาแบบเรียลไทม์ จำนวนขั้นตอนสำหรับมอเตอร์ก็เริ่มต้นได้เช่นกัน พร้อมกับตัวแปรอื่นๆ อีกสองสามตัวเกี่ยวกับระบบ
2. เวลาจะถูกแปลงจากเวลาท้องถิ่นเป็นเวลาดาวฤกษ์ท้องถิ่น เนื่องจากโลกโคจรรอบดวงอาทิตย์ในขณะที่มันหมุนอยู่บนแกนของมัน เวลาที่ดาวฤกษ์จะหมุนจึงสั้นกว่าเวลาที่ใช้ในการหมุนไปยังตำแหน่งของดวงอาทิตย์ (ค่าเฉลี่ย) ประมาณ 4 นาที รูทีนย่อยของ Sidereal time ในโค้ดถูกแก้ไขจากไซต์นี้ อย่างไรก็ตาม มีข้อผิดพลาดเล็กน้อยในโค้ด ดังนั้นฉันจึงอัปเดตเพื่อใช้อัลกอริธึม Sidereal Time โดยประมาณทั้งหมดที่สร้างโดย US Naval Observatory
3. เมื่อการวนซ้ำหลักเริ่มต้นขึ้น จะคำนวณว่าเวลาผ่านไปเท่าใด (เป็นชั่วโมงในดาวฤกษ์) นับตั้งแต่เปิดนาฬิกา จากนั้นจะดูที่ตัวนับขั้นตอนปัจจุบัน และคำนวณจำนวนขั้นตอนที่ควรเพิ่มเพื่อให้การหมุนของนาฬิกาสอดคล้องกับเวลาปัจจุบัน จำนวนขั้นตอนนี้จะถูกส่งไปยัง Arduino เพื่อย้ายดิสก์
4. หากมีการกดปุ่มในลูปหลัก ดิสก์จะเคลื่อนที่ไปข้างหน้าในอัตราที่เร็วขึ้น ซึ่งช่วยให้คุณตั้งค่าดิสก์เป็นเวลาและวันที่ปัจจุบันได้ นาฬิกาไม่รักษาจำนวนขั้นตอนหลังจากการรีเซ็ตพลังงาน และไม่มีตัวเข้ารหัสเพื่อระบุตำแหน่งที่แน่นอนของดิสก์ ฉันอาจเพิ่มสิ่งนี้ในเวอร์ชันอนาคตของโครงการ
5. หลังจากเลื่อนนาฬิกา ระบบจะเข้าสู่โหมดสลีปชั่วขณะหนึ่ง และทำซ้ำสองขั้นตอนสุดท้าย

ฉันทำการทดลองหลายอย่างกับสเต็ปเพื่อให้แน่ใจว่าฉันรู้ว่าต้องใช้กี่ขั้นตอนในการหมุนครั้งเดียว สำหรับ stepper ของฉัน มันคือ 512 x 4 กับไลบรารี Arduino Stepper มาตรฐาน ในโค้ดนี้ ฉันตั้งค่า RPM ไว้ที่ 1 ทั้งหมดนี้แม้ว่าจะช้ามากเมื่อคุณตั้งนาฬิกา แต่ความเร็วที่สูงกว่ามักจะพลาดขั้นตอนที่มากกว่า

ขั้นตอนที่ 10: เสียบปลั๊กและตั้งเวลา

หลังจากที่คุณอัปโหลดโค้ดแล้ว ให้ต่ออุปกรณ์จ่ายไฟเข้ากับ Arduino และสเต็ปเปอร์ เสียบทุกอย่างรวมทั้งไฟหลัง ใช้รีโมทเพื่อเปิดไฟ

ตอนนี้สิ่งที่คุณต้องทำคือกดปุ่มเพื่อจัดตำแหน่งเวลาและวันที่ เพียงตรวจสอบให้แน่ใจว่าเวลาปัจจุบันบนแผ่นพลาสติกด้านนอกตรงกับเดือนและวันบนแผ่นอะคริลิกด้านใน ยินดีด้วย! คุณมีนาฬิกาดาราศาสตร์

เมื่อตั้งเวลาแล้ว คุณควรได้รับพัลส์จากสเต็ปเปอร์ทุกๆ 8 วินาทีหรือประมาณนั้นเพื่ออัปเดตฟิลด์ดาว มันเป็นการหมุนเวียนช้า 24 ชั่วโมง ดังนั้นอย่าคาดหวังมากกับสิ่งนี้ เห็นได้ชัดว่าคุณสามารถ (และควร!) ทำคดีนี้ให้เสร็จ

อย่างที่ฉันได้กล่าวไปแล้วนี่คือต้นแบบ โดยทั่วไปฉันพอใจกับผลลัพธ์ของเขา แต่ฉันจะปรับปรุงเล็กน้อยในเวอร์ชันถัดไป เมื่อฉันสร้างมันขึ้นมาใหม่ ฉันอาจจะใช้ NEMA steppers แทนรุ่น cheap-o ฉันคิดว่ากำลังถือและความน่าเชื่อถือจะทำให้ใช้งานง่ายขึ้น การใส่เกียร์ทำงานได้ดี แต่ฉันรู้สึกว่าใส่เกียร์ที่ฉันออกแบบไว้มากเกินไป ฉันอาจจะทำอย่างนั้นแตกต่างกันเช่นกัน

สุดท้ายนี้ ฉันอยากจะขอบคุณผู้คนที่ MTSU Walker Library สำหรับความช่วยเหลือในการสร้างสิ่งนี้ ฉันใช้ Laser Etcher ใน Maker Space เพื่อทำชิ้นส่วนอะครีลิคและตัดไม้ และได้พูดคุยกับ Ben, Neal และแก๊ง Makerspace ที่เหลืออย่างมีประสิทธิผลเมื่อคิดถึงนาฬิกา

รางวัลรองชนะเลิศการประกวดนาฬิกา