火星2020时钟

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简介:火星2020时钟

火星2020探测器“坚忍不拔”号勇敢地从7分钟的恐怖中幸存下来,安全降落在火星上。有什么比一个时钟更好的方式来庆祝美国宇航局最新的星际努力,它可以让你将地球上的时间(无论你在哪里)与珀西优雅的工程壮举所经历的时间进行比较。

该时钟具有火星2020的标志,包括两个由LED环和ESP8266开发板驱动的时钟。一个时钟位于地球周围,用不同的发光颜色描绘你所在时区一天中时间的小时(蓝色)、分钟(浅绿色)和秒(冷白色)。另一个位于火星周围,显示珀西漫游地、杰泽罗陨石坑(或你选择的任何其他火星地标)的时间(红色小时、橙色分钟、暖白色秒)。

对于美国宇航局的书呆子、火箭科学家(和想成为科学家的人)、科幻怪才和那些仅仅对科学感兴趣的人来说,火星2020的时钟非常棒,它可以挂在桌子或书架上,也可以挂在墙上,或者骄傲地展示在洁净室的工作台上。火星2020的标志位于一个完成桦树的背景(樱桃色的颜色让人想起火星土壤),在一个黑色的框架包围。

ESP8266上的内置WiFi允许时钟与互联网时间服务器同步,并提供设置时区(标准时间和夏时制时间)、感兴趣的火星经度(例如,77.6°杰泽罗陨石坑)、12小时或24小时时钟以及LED亮度的易用参数。

喜欢钟,但没时间自己做?在这里买一个!

在这个项目中,我得到了儿子安德鲁的启发和帮助,他在NASA喷气推进实验室担任导师期间参与了火星2020任务的编程工作,卢克教我如何操作CNC。还要感谢我的导师和南尤金机器人团队的学生们(FRC团队2521,//www.smiletrl.com/member/South+Eugene+Robotics+Team+-+FRC2521/)教我很多我在这里使用的技能。最后,如果没有Folkert van Heusden的工作,这个项目是不可能实现的前期工作(及代码)构成了这个项目的基础。

用品:

对于许多这样的项目,稍微更贵的多包装可用于较低的每件成本。对于大多数零件,只要规格相同,可接受替代制造商和来源。然而,LED光环和画框的比例非常适合本项目,除非您愿意在需要时对设计进行大规模更改,否则不应尝试任何替代品。

工具和杂项用品

  • 带有1/4“或1.8”立铣刀的CNC路由器(或联系您当地的制造商,看看他们是否能提供帮助)
  • 小钻头钻头
  • 剥线器和剪线器
  • 烙铁和焊接用品(带焊剂芯的焊料,各种颜色的多股24AWG电线)
  • 热枪和热缩管
  • 热胶枪
  • 喷贴粘合剂
  • 强力胶
  • 锉刀/锉刀
  • 剃须刀
  • 玻璃清洁剂和抹布
  • 砂纸(60、100、150和200粒度)
  • 木材污渍(樱桃色或其他红色)和破布
  • 缎面聚氨酯或虫胶和刷子
  • 黑色平漆和小刷子
  • MicroUSB电缆

第一步:磨木头

LED和相应的电子元件包含在12“x 12”¾”胶合板前后铣成的空腔中。由于胶合板的一面将是可见的周围火星2020标志,你应该使用高品质的胶合板,如这是桦木胶合板. 它以2'x 4'的床单出售,所以你要么需要工具将其切割到合适的尺寸(边缘将被框架隐藏,因此切割不需要完美),要么在你的硬木店将其切割到合适的尺寸。在木材被切割成一定尺寸后,这是一个测试的好时机,以确保它适合框架。小心不要损坏玻璃,取下框架的纸板背衬(保存背衬以便可以添加回以完成时钟)。轻轻地将胶合板滑入框架,以确保其适合-框架的角稍微磨圆,因此您可能需要使用锉刀或锉刀磨圆胶合板的角,以便它可以轻松地滑入和滑出框架。根据需要修剪木头的边缘。

一旦胶合板的配合得到保证,再次将其从框架上拆下。LED、电线和ESP8266的空腔可以用CNC路由器和1/8英寸的立铣刀雕刻在胶合板上(或者,如果你不能使用CNC路由器,打电话给当地制造商看看他们是否能完成这项工作)。下载最适合CNC工作流程(mars)的3D模型_时钟.sldprt,火星_时钟步进,或火星_时钟.stl),并使用该文件创建适当的g代码文件,用于铣削时钟的正面(包括两个环和中心孔)和背面(用于布线的通道,用于ESP8266的较大腔室,较小的角腔室)用于电源插头和按钮,以及与另一侧的环连通的孔)。

使用尺子找到并标记木头的中心-我们将使用它作为CNC的零点(只需要标记一边,因为CNC将在木头上钻一个孔作为另一边的零点)。我们将首先在时钟前面磨LED空腔,因此使用双面胶带将木材连接到CNC的底座上,胶合板的最佳一面(缺陷最少的一面)朝上。(如果您的CNC配备有夹具,您也可以用夹具将木材固定到床上。或者你也可以像我一样使用螺丝,但你需要确保螺丝孔最终会被火星2020的标志隐藏起来,并且不会出现需要铣削的区域。)

前面铣削完成后,翻转木材,使背面朝上,注意水平旋转木材(从一侧到另一侧,而不是从前到后),以保持垂直方向。再次将木材固定到CNC刨床上,然后在背面铣削包含ESP8266和配线的空腔。铣削前后腔体时,两个腔体之间应该有一个小开口,以允许导线从ESP8266到LED环。

第二步:整理木材

铣削完成后,小心地在大中心空腔和拐角处的小空腔之间的斜壁中心(水平和垂直方向)钻一个小导向孔,然后用5/16”钻头完成(这是安装电气插座的地方)。接下来,在斜角墙的拐角处钻一个较小的(5/32“)孔,用于在按钮和ESP8266之间传输电线。

接下来,用砂纸打磨胶合板的正面(从粗砂开始,直到细砂)。砂光后,木材染色(按照罐子上的指示)会给它一个很好的颜色,并会突出纹理(我建议用樱桃色或其他微红的染色,这会给木材一个类似火星微红肤色的色调)。然后在木头上涂上几层聚氨酯或虫胶,再次按照罐子上的说明进行。让我们坐到最后干透为止。最后,在环的内部涂上一层黑色的平漆,这将有助于减少LED的反射光。

步骤3:连接电子设备

使用电路图连接电子设备。首先将24AWG电线切割成以下长度:

火星钟(大环):

  • 黑色,7“,大环形接地-->接地线束
  • 红色,7“,大圈5V-->5V线束
  • 橙色/黄色,7“,大环DI-->微控制器D4
  • 蓝色,7“,大环CI-->微控制器D2

地球钟(小环):

  • 黑色,10“,小环接地-->接地线束
  • 红色,10“,小环5V-->5V线束
  • 白色/灰色,10“,小环DI-->微控制器D7
  • 绿色,10“,小环CI-->微控制器D5

微控制器:

  • 黑色,2 1/2“,微控制器接地-->接地线束
  • 红色,2 1/2“,微控制器5V-->5V线束

按钮:

  • 黑色,5“,按钮(极性不重要)-->接地线束
  • 紫色,6“,按钮(极性不重要)-->微控制器D1

电源插座:

  • 黑色,3“,电源插座(长腿)-->接地线束
  • 红色,3“,电源插座(短腿)-->5V线束

剥去切割线的末端(对于连接到环、微控制器、按钮和电源插座的连接,约1/8英寸;对于将连接到5V和接地线束的5V和接地,约1/2英寸)。

在焊接之前,使用Dremel和一个小的切割钻头从LED环的内侧和外侧取下凸耳(你可能想用柔韧的金属片折断凸耳,但我建议不要这样,因为这样可以折断环)。使用切割钻头打磨连接凸耳的环(以及任何其他粗糙点)。轻轻地将LED环插入胶合板前面的铣环中,以确保它们完全滑入通道(如果环粘在通道中,则将小木棍插入胶合板背面的孔中,将其推出)。继续平滑环,直到它们很容易滑入通道。

在两个LED环上的G、5V、D1和C1焊盘上涂少量焊料,将要连接的导线镀锡,然后将导线焊接到焊盘上,如电路图和上表所示(7”导线连接到大环,10”导线连接到小环)。从第5个LED开始倒数(戒指背面标有“5”),倒数找到LED#0(该LED将位于时钟上的12点钟)。用浅色记号笔在每个光环的正面标记LED#0的位置–这将在我们稍后尝试安装光环时派上用场。轻轻地将导线从环平面弯曲约45度。从胶合板的前面,将每个环的导线插入适当的孔中,该孔将时钟前面的环通道连接到时钟背面的布线通道(确保LED朝向远离木材的方向),然后轻轻地将环插入通道中(此时无需固定环)。在时钟背面,将橙色/黄色、蓝色、白色/灰色和绿色导线焊接到微控制器上相应的引脚上(分别为D4、D2、D7、D5;暂时不连接红色和黑色导线)。

将黑色(2 1/2“)导线焊接到微控制器的接地引脚,将红色(2 1/2“)导线焊接到微控制器的5V引脚。

将黑色(5“)和紫色(6“)导线焊接到按钮同一侧的引脚上(极性无关紧要)。无需对这些连接进行绝缘,因为它们稍后将被热胶覆盖。将线穿过连接胶合板拐角处方铣型腔的小孔,送入大型腔。将紫线焊接到微控制器的D1上。

将电源插座插入拐角和大空腔之间的大孔中,将螺母添加到内部,然后拧紧。将黑色(3“)电线焊接到电源插座的长腿上,并用热缩管绝缘。将红色导线(3“)焊接到电源插座的短脚上,并用热缩绝缘。

通过将所有黑色导线连接在一起(从两个环、电源插座、按钮和微控制器;必要时修剪任何导线)来创建接地线束,记住在这样做之前准备一块热缩管,然后进行焊接,并用热缩管进行绝缘。

通过将所有红色导线连接在一起(从两个环、电源插座和微控制器;必要时修剪任何导线)来创建5V线束,记住在这样做之前准备一块热缩管,然后进行焊接,并用热缩管进行绝缘。

如有必要,从微控制器上的焊点修剪多余的导线。

步骤4:加载代码并测试电子设备

如果您的计算机上没有Arduino IDE,请立即下载并安装。下载mars2020\u 3.0.ino文件并将其存储在计算机上名为mars2020\u 3.0的目录中。在Arduino IDE中打开mars2020\u 3.0.ino文件。

在“文件”下的首选项菜单中,添加文本https://arduino.esp8266.com/stable/package\u esp8266com\u index.json安装esp8266在工具>电路板>电路板管理器中,然后在工具>电路板菜单中选择“NodeMCU 1.0 ESP12E模块”。安装ArduinoJson公司,时区,WIFI经理,和禁食“草图>包含库>管理库”菜单中的库。

确保电源线未连接到时钟。在将ESP8266微控制器连接到计算机之前,请查看“工具”>“端口”菜单下正在使用的端口。然后使用microUSB电缆将您的计算机连接到时钟上的微控制器,等待微控制器通电几秒钟,然后进入“工具”>“端口”菜单并选择已添加的新端口。检查以确保所有其他参数如图所示。

要将mars2020\u 3.0.ino草图上载到微控制器上,请按上载按钮(Arduino IDE窗口左上角的向右箭头)。编译并加载草图几秒钟后,如果代码成功加载,ArduinoIDE窗口的底部应该显示“Hard resetting via RTS pin…”。

初始设置时,时钟将自动进入设置程序,如时钟环变黄所示(初始设置后,按下时钟背面插头附近的小按钮可重新访问设置程序)。在时钟变黄后,使用移动设备或计算机加入MARS\u CLOCK WiFi网络(密码=Mars2020)。导航到http://192.168.4.1英寸浏览器(您的设备可能会自动将您带到那里)。点击“配置WiFi”按钮,选择WiFi网络并输入密码。根据需要调整时钟的其他参数。按“保存”按钮保存更新的参数,然后导航回http://192.168.4.1和单击“退出”按钮重新启动时钟。(当第一次将参数保存到时钟时,当秒针经过12点钟时,它偶尔会以蓝色或绿色闪烁响应。如果出现这种情况,只需拔下电源插头并重新插上时钟即可–之前的参数将被保存,并且不再闪烁。)

如果时钟工作不正常,可能是电路有问题-重新检查所有连接。如果时钟正常工作,你就可以开始下一步了。

第5步:完成电子设备

使用一个标记器来标记铣过的LED腔体的最顶部–这将用于对齐LED#0(也在上一步中标记)以作为12点钟。在LED环下方滴几滴强力胶,然后压入空腔,注意将LED#0与空腔顶部对齐。保持直到胶水凝固,然后重复第二圈。

用几块热胶水将配线固定在机架背面。同时,将按钮热粘在角落的空腔中,将其固定并使电气卡舌绝缘。

第六步:应用火星2020标志

火星2020号档案_最终.pdf包含一个稍微修改过的火星2020标志版本(特别是,0号环绕地球和火星的大小经过调整,与2英寸和3英寸大小的LED光环相匹配)。为了获得最佳外观,徽标可以打印在联邦快递办公室提供背光打印纸–它能很好地显示徽标的颜色,并使LED发光。联邦快递办公室也可以激光切割印刷品,使其具有干净的直边(商标周围非常细的线条表示切割位置)。印刷和激光切割的总成本为18.00美元。

在徽标背面喷上照片贴装粘合剂,等待几分钟,使粘合剂稍干(这样可以更容易地拆下徽标并重新涂抹,在您尝试正确对齐徽标时可能需要这样做)。当整个LED光环点亮时,最容易安装徽标,因此在开始此过程之前,请插入时钟并按下按钮以将其置于设置模式(3分钟后,它将恢复为时钟模式,因此您可能需要再次按下按钮)。小心地将徽标环与LED环对齐,进行调整,直到它们正确居中,然后用力按压以完成应用。如果需要,你应该能够剥离的标志,并重新申请,以获得完美的位置。

第7步:完成框架

准备框架时,首先从框架上取下纸板衬垫和塑料嵌件。用剃须刀划伤塑料嵌件的边缘,这样可以去掉一个角(不管是哪个角)-划伤应该靠近角的圆边与侧边的平边相交的地方。然后将刀从边缘推入,完成切割。在拐角的另一侧重复上述步骤,然后取下工件。在拐角处做一个小切口(1/8“宽x 1/8”深),以便电源线通过。

用剃须刀在塑料框的底角上做两个小切口(每个切口宽1/8英寸,深1/8英寸),以便电源线通过(底部的切口允许电源线挂在墙上时从框的底部悬挂,而侧边的槽口将允许放置绳索,以便框架可以放在桌子或架子上)。框架的塑料可以用剃须刀轻松切割,但要小心,最好先从切口的两侧开始进行小的切割,然后用小刀轻轻一拧,将切割件取下。反复这样做可以使切口延伸得更深,直到它足够深以允许脐带通过。

开槽了,是时候把钟放进镜框里了。首先,用窗户清洁剂和无尘抹布清洁玻璃两侧,使其无污迹。然后,将时钟滑入镜框,小心地将插头和按钮放在你刚切下的凹口的下角。

为了便于接近按钮,在纸板背衬上切一个小的(1 3/4“)正方形的检修口是很有用的。请记住,您希望其中一个吊耳朝向框架顶部,因此相应地旋转背面,然后在底角标记铣削区域的位置(为了获得最干净的外观,您需要保留覆盖框架的纸板的1/2“边缘)。然后用剃须刀、直尺和砧板从纸板上切下小正方形。

将电源线插入插座,将电源线穿过您在框架中切割的一个槽口,然后将纸板背衬放在框架上,旋转卡舌以固定。

步骤8:添加说明标签

下载文件Mars\u 2020\u Clock_标签.docx它包含关于时钟使用的说明,并打印到标签上(说明的大小适用于Avery 8168装运标签,但也可以针对您手头的其他标签调整大小)。剥下标签上的纸张衬垫,并整齐地贴在框架的纸板衬垫上。

第九步:尽情享受!

把电源线插到墙上。如果之前测试时钟时未设置所有时钟参数,请按照“说明”标签上的步骤立即设置。

如果你有困难,请在下面给我留言。我希望你和我一样喜欢制作时钟——享受珀西火星探险的乐趣吧!

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    2条评论

    0
    塞姆斯特

    11小时前

    干得好!: )

    0
    普达森维尔

    10小时前回复

    谢谢!建造起来很有趣。