恩智浦LPC845-BRK自制步进电机时钟


该项目旨在围绕恩智浦LPC845-BRK板构建一个步进电机时钟。该设计结合了3D打印和激光切割部件,成本低于15美元。

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下面是时钟运行的视频:


GitHub存储库包括一个带有物料清单的电子表格文件。对于此项目,您需要:

  • 恩智浦微处理器集成开发环境(我已经使用了V11.0.0
  • NXP LPC845-BRK
  • 2台28BYJ-48 5V步进电机,带ULN2003驱动器
  • 2块钕磁铁(例如5x2mm)
  • 带电池的实时时钟(DS3231)
  • 2轴承10x15x4mm毫米
  • 2个霍尔传感器(AH3572)
  • 绞合线
  • 12个M3螺母和螺栓
  • 8小(2×10毫米)木材
  • 收缩包装管
  • 焊接站和一些额外的电线用于电源连接
  • 胶合板或聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸材料和激光切割机
  • 使用3D打印机(我用的是白色PLA材质的Ultimaker 2)
  • 可选:OpenSCAD 换挡
  • 可选:3D建模软件来改变3D模型(我使用了123设计从自动描述)
  • 可选:无线充电接收器模块和充电站(有关选项,请参见文章末尾的链接)

时钟是围绕非常便宜的28BYJ-48步进电机设计的(你可以用不到10美元买到其中的5个,包括步进电机驱动板)。

这个想法是用两个步进电机用一个简单的齿轮来驱动每个时钟指针。电机反向放置,以最小化空间。带轴的齿轮是3D打印的。

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它使用的是28BYJ-48 5V步进电机,带有一个驱动板,上面有ULN2003:

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下图显示了在试验板上使用LPC845-BRK的早期原型:

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齿轮

齿轮设计有OpenSCAD

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使用OpenSCAD,可以为不同的齿轮系数参数化和改变设计。

3D打印零件

3D文件在GitHub上作为STL和123D文件提供:

  • 微小内轴和齿轮
  • 小时外轴和齿轮
  • 分针和秒针
  • 2个步进电机齿轮
  • RTC支架
  • 霍尔传感器支架
  • 4垫片
  • 微控制器板支架
  • 手动内齿轮小垫片

垫片和齿轮零件应100%填充印刷。

为了获得零位置,设计使用霍尔传感器来检测手的零位置。为此,磁铁被压入两个时钟指针:

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激光切割部分采用Inkscape设计。svg):

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可选地,零件也可以是3D打印的,但是这将花费更长的时间。可以使用不同的材料(胶合板、聚甲基丙烯酸甲酯/丙烯酸树脂),但通常胶合板是最便宜的。

5V电机电源

因为恩智浦LPC845-BRK没有在引脚行上暴露5V,所以您可以从U3的引脚3或C8的正端获得它:

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这两个位置都很容易接近,我从XC6206的第3针Vin使用过:

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为每个电机电源创建两个插头:

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BRK引脚头

该板配有良好的和对试验板友好的头部。因为引脚比普通引脚薄,所以我建议使用“普通”的2.54毫米引脚排。因为K1开关放置得离针脚排太近,请将它们切掉,这样针脚排就可以放在顶部:

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接线

线路相当简单。如果需要,可以使用微控制器板上的不同引脚(参见下一节)。

GND、磁传感器和两个电机连接都在左侧。Vdd/3.3v和RTC的I2C位于右侧:

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使用较短的导线连接至数字信号处理器3131模块:

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  • 布莱克:GND
  • 红色:3.3V
  • 格林:SCL
  • 黄色:民主行动党

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将GND线和3.3V线延伸至霍尔传感器,或在实时温度控制模块上使用额外的引脚连接。该模块被放置在其支架中,并用螺钉固定在微控制器下方:

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将两个霍尔传感器(GND、3.3V和信号)焊接到电缆上,用收缩管隔离,并将其放入支架中,如下所示:

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两个步进电机驱动板连接在另一侧:

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将小距离固定器粘合/放置在下外壳上:

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轴承被放入下支架板和上支架板。小夹板环粘在里面,以防止轴承掉进去。

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插入轴承后:

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下图显示了轴插入轴承时的下侧:

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四个距离固定器用于将顶部和底部外壳部件压在一起。同时,它们将侧壁固定在适当的位置,所以不需要胶水。

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下面是一张附有顶面的图片:

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无线充电

相反,通过USB电缆为时钟供电,可选地,可以在外壳内放置无线充电接收器。将接收器输出连接到5V,例如在步进电机驱动板上。

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软件

该软件采用恩智浦微处理器集成开发环境和软件开发工具包编写。

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该项目正在使用MCULib库,其中包括FreeRTOS和硬件,高级驱动程序。该系统具有使用LPC845-BRK串行端口的命令行界面。

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系统正在运行自由操作系统:

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上电时,时钟使用霍尔传感器将指针移动到零位。然后,手的位置每分钟都会更新。

用户化

激光切割和3D打印的优势在于时钟可以定制。下面是我尝试过的几种材料和颜色组合。

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分档时钟亚克力白面指针

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分档时钟木头白指针
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分档时钟木质银指针

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步进时钟木头黑手

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步进时钟黑脸白手

我可能会建立另一个白色的手,黑脸,白脸前面,和其他一切都是黑色的。

通过多次迭代,我花了一段时间来实现这个设计。这钟走得很好。齿轮游戏可能更好,但对于3D打印的,我很高兴。时钟很好地显示了时间,步进电机无声且工作正常。我想我需要尝试更多的颜色组合!

打卡快乐!