滑動(dòng)塊凹槽 - 超酷DIY之創(chuàng)意線性時(shí)鐘

● 松緊帶上的結(jié)要能卡到你開(kāi)的滑動(dòng)塊凹槽上。如果怕不結(jié)實(shí)可以再用膠水粘一下，但是我發(fā)現(xiàn)只要把結(jié)塞進(jìn)槽里，它就不容易跑出來(lái)了。

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　　● 電路部分主要由一塊Arduino板和一塊Adafruit Motorshield板組成。通常電機(jī)和Arduino板不宜使用同一個(gè)電源供電，但是在這個(gè)DIY中電機(jī)的功率很小，只需要很小的電壓就能驅(qū)動(dòng)。所以我就插了根跳線，讓arduino板的電源同時(shí)給Motorshield供電。

　　● 接下來(lái)又做了幾根4針腳的延長(zhǎng)線，因?yàn)槲业牟竭M(jìn)電機(jī)恰好有幾個(gè)那樣的接口，只是接口上的線稍細(xì)了些。

　　● 我對(duì)步進(jìn)電機(jī)了解也不太深，只能大致給童鞋們說(shuō)一說(shuō)基本原理：步進(jìn)電機(jī)中都有兩個(gè)線圈，對(duì)兩個(gè)線圈輸入一定頻率和極性的脈沖信號(hào)，就能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子向指定方向旋轉(zhuǎn)。在我所用的步進(jìn)電機(jī)上，這兩個(gè)線圈是相互獨(dú)立的，所以電機(jī)上引出了四根線。關(guān)于這種型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的詳細(xì)介紹可以查閱 下面 這篇文章。

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　　● 兩根線連接到一個(gè)線圈上，另外兩根連到另一個(gè)線圈。借助萬(wàn)用表確定怎樣正確連線。然后一個(gè)線圈的兩根線連到Motorshield板的1、2輸出端上，另一線圈連到4 、5輸出端。這里要注意線的極性，不要接反。

　　● 測(cè)試程序時(shí)無(wú)需等待，可以直接把程序中millisPerSecond的值改為200，它的轉(zhuǎn)速就會(huì)變成原來(lái)的5倍。你也可以改變步長(zhǎng)，步長(zhǎng)變化會(huì)改變每個(gè)周期電機(jī)移動(dòng)的步數(shù)。

　　程序中有三個(gè)內(nèi)部時(shí)間定義，由三個(gè)整型變量組成：currentSeconds, currentMinutes 和 currentHours。這三個(gè)時(shí)間在程序開(kāi)始前預(yù)置，并隨著程序運(yùn)行自動(dòng)累加。

　　程序的主循環(huán)語(yǔ)句記錄開(kāi)始時(shí)間，然后連續(xù)檢測(cè)時(shí)間是否超過(guò)1000毫秒。如果超過(guò)的話，內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)間加1(doTick())，然后觸發(fā)子程序使時(shí)鐘上的指針移動(dòng)(renderTime())。

　　doTick()子程序負(fù)責(zé)累加時(shí)間，由秒到分鐘，由分鐘到小時(shí)，并且在必要時(shí)重置時(shí)間。

　　renderTime()子程序的作用是把累加的時(shí)間轉(zhuǎn)換成時(shí)鐘面板上的時(shí)分秒的位置，更準(zhǔn)確的說(shuō)就是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)。這個(gè)程序能判斷指針當(dāng)前位置，(啟動(dòng)時(shí)設(shè)定在00:00的位置，也就是時(shí)鐘最左邊的位置)，通過(guò)指針當(dāng)前位置和初始位置的比較來(lái)決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。

　　使用Arduino的內(nèi)部計(jì)時(shí)器有時(shí)會(huì)不太可靠。這個(gè)問(wèn)題有很多解決方法, Arduino主頁(yè) 中也介紹了一些讓計(jì)時(shí)更準(zhǔn)確的方法，也可以使用時(shí)間函數(shù)庫(kù)?？紤]到這僅僅是一臺(tái)測(cè)試機(jī)，我采用了一種比較簡(jiǎn)略的解決方案(這貌似是我想偷懶時(shí)的一貫借口哦)。

　　因?yàn)槲沂褂玫氖茿dafruit公司的Motorshield板，所以便用AFMotor函數(shù)庫(kù)來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。如果你通過(guò)其他電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，也可以選用Arduino步進(jìn)電機(jī)函數(shù)庫(kù)中的其他一些子程序來(lái)加快編程。如果你下載了我的程序，記得文件必須保存為.pde后綴，文件名可以自己修改。

　　你所選的步進(jìn)電機(jī)不一定和我用的相同，為了使程序適用于不同的電機(jī)要進(jìn)行修改，主要有以下幾處：

　　1、改變電機(jī)聲明變量的參數(shù)

　　AF_Stepper hourHand(20, 1); // hours

　　AF_Stepper minuteHand(20, 2); // minutes

　　第一行，改變數(shù)值20可以設(shè)定電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈移動(dòng)的步數(shù)。一般可設(shè)置為200(就是每步1.8度)。如果你沒(méi)有所用電機(jī)的參數(shù)資料，那就只能通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢測(cè)了，我相信你肯定能夠設(shè)法得到這個(gè)數(shù)據(jù)。

　　2、改變stepsPerClock的參數(shù)

　　int stepsPerClock = 592;

　　這一步可能比較復(fù)雜，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)取決于線性時(shí)鐘的長(zhǎng)度，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)以及繞線輪的直徑，需要利用公式計(jì)算出來(lái)。我只計(jì)算了電機(jī)移動(dòng)100步時(shí)滑動(dòng)塊的移動(dòng)距離，通過(guò)它就能方便的算出滑動(dòng)塊移動(dòng)整個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度時(shí)，電機(jī)需要移動(dòng)多少步。這里注意應(yīng)在時(shí)鐘兩端留出余量，防止滑動(dòng)塊從時(shí)鐘兩端滑落。

　　3、調(diào)整當(dāng)前時(shí)間：

　　這個(gè)版本的程序中設(shè)置初始時(shí)間不太方便，下一版本中會(huì)進(jìn)行修改，使我們能用Arduino板上的按鈕來(lái)改變時(shí)間。

　　int currentSeconds = 0;

　　int currentMinutes = 55;

　　int currentHours = 11;

　　如果按照上面的值設(shè)定，時(shí)鐘啟動(dòng)時(shí)指針會(huì)指向11點(diǎn)55分。有不少改進(jìn)方法使設(shè)置初始時(shí)間更加智能，但是在原型中這個(gè)程序已經(jīng)夠用了。

　　我通常設(shè)置的初始時(shí)間比當(dāng)前時(shí)刻晚一分鐘，這樣就留出了往arduino板上燒寫(xiě)程序的時(shí)間，刷新完程序等到恰好一分鐘時(shí)再按下復(fù)位按鈕。時(shí)鐘剛啟動(dòng)時(shí)，分針可能會(huì)有些錯(cuò)位，偏離整分鐘的位置，不用擔(dān)心，用手調(diào)整到準(zhǔn)確位置就可以了。

　　4、調(diào)整時(shí)間速度

　　通過(guò)下面這一行代碼可以改變計(jì)時(shí)的速度。在測(cè)試時(shí)我把計(jì)時(shí)速度調(diào)整為實(shí)際的5倍。

　　int const millisPerSecond = 200;

　　上面這段代碼設(shè)定每秒鐘為200毫秒，而實(shí)際應(yīng)該是1000毫秒，因此若想調(diào)回實(shí)際時(shí)間時(shí)，只要把200再改為1000即可。

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　　● 我最開(kāi)始設(shè)想的時(shí)鐘使用彈簧作驅(qū)動(dòng)，用石英機(jī)芯作時(shí)鐘信號(hào)源，再通過(guò)電磁鐵和齒輪傳動(dòng)鏈來(lái)帶動(dòng)表針移動(dòng)。

　　● 線性時(shí)鐘的原型完工后，我開(kāi)始考慮如何改進(jìn)。它想走進(jìn)千家萬(wàn)戶的話就必須要能適應(yīng)多種環(huán)境，所以我就想制作一個(gè)更實(shí)用的改進(jìn)版來(lái)對(duì)部件進(jìn)行測(cè)試。

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　　● 在改進(jìn)版本中，我將一段兩米長(zhǎng)的鋁制滑軌鋸成兩段，代替原來(lái)的pvc滑軌。我原本以為鋁制的滑軌更牢固，因此時(shí)鐘就能做的更長(zhǎng)?？墒窃跍y(cè)試中，情況并非如此，鋁制滑軌帶來(lái)的改進(jìn)并不明顯。原因是鋁制滑軌并非在所有部分都那么光滑，尤其端部十分粗糙，因?yàn)橛捕雀?，想打磨光滑也很困難。如果最后還要對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行包裝的話，那金屬滑軌就更沒(méi)有什么明顯的好處了。

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　　● 從卷簾上找一條珠鏈----因?yàn)闀r(shí)鐘長(zhǎng)一米，所以要把它連成一米長(zhǎng)的圓環(huán)---也就是說(shuō)，所找的珠鏈至少要有兩米才行，這樣才可能連成這個(gè)鏈環(huán)。

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　　● 可是有個(gè)問(wèn)題，卷簾上只有一個(gè)珠鏈輪，所以我測(cè)繪了它，并和兩個(gè)支架和一些安裝在導(dǎo)軌上的滑動(dòng)塊一同進(jìn)行3D打印。

　　● 我在http://www.shapeways.com 上把設(shè)計(jì)圖3D打印成實(shí)體零件，下面就是這些零件的STL文件，我相信它們會(huì)對(duì)你有幫助的。

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　　● 剛開(kāi)始我還用輕木做了兩個(gè)滑輪。它們雖然可以工作，但是邊緣做不圓滑，所以就放棄了。

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　　● 這些設(shè)計(jì)似乎看上去很棒，樣子很漂亮，表面也十分光滑。但正如我猜的那樣，它們有個(gè)缺陷，那就是太重，那兩個(gè)小電機(jī)根本奈何不了它們。如果電機(jī)的轉(zhuǎn)矩能再大一點(diǎn)兒那就是絕配，所以雖然這想法十分簡(jiǎn)潔，現(xiàn)在我也只能放棄。

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