如何制作一個(gè)定制數(shù)字手表

步驟1：電子設(shè)計(jì)

此步驟概述了電子設(shè)備的細(xì)節(jié)。第一張圖是電氣原理圖，顯示了所有部件的輪廓。第二張圖顯示了電路板的排列方式，頂部是紅色的，底部是藍(lán)色的。

對(duì)于所有電子部件的確切材料清單以及我購(gòu)買(mǎi)的地方感興趣的人，我已經(jīng)附加了帶鏈接的excel文件，而不是讓每個(gè)人都按長(zhǎng)列表滾動(dòng)。

我想讓電路板的頂部保持相對(duì)清晰，設(shè)計(jì)美觀一致，所以我把微控制器放在中間并排列了RTC，晶體和電阻器。 LED環(huán)繞在外面，甚至外圍的走線(xiàn)也體現(xiàn)了圓形設(shè)計(jì)美感。

要將LED與微控制器連接，它們可以排列成網(wǎng)格，需要12個(gè)數(shù)字I/O引腳來(lái)驅(qū)動(dòng)它們。我還想使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘（RTC）來(lái)保持時(shí)間，這樣我就可以將微控制器置于深度睡眠狀態(tài)以節(jié)省電量。 RTC使用的功率遠(yuǎn)低于微控制器，兩次充電之間最多可使用5天。要與微控制器通信，RTC需要I2C通信。我之所以選擇ATMEGA328P，是因?yàn)樗鼭M(mǎn)足了這些要求，而且我已經(jīng)熟悉了它（它也被許多Arduinos使用）。

要與手表交互，用戶(hù)需要某種開(kāi)關(guān)，所以我找到了一個(gè)雙向滑動(dòng)開(kāi)關(guān)，使用彈簧返回中心。使用固定螺絲將外部滑動(dòng)開(kāi)關(guān)連接到電氣開(kāi)關(guān)。

我決定使用鋰電池為所有電源供電，并使用Qi感應(yīng)充電為其充電。我想避免使用任何類(lèi)型的連接器來(lái)為手表充電，因?yàn)樗鼈兙哂虚_(kāi)口以允許污垢和水進(jìn)入并且可能隨著時(shí)間的推移而腐蝕，因此非?？拷つw。在閱讀了比任何人想要的更多的數(shù)據(jù)表之后，我選擇了BQ51050BRHLT。它有很好的參考圖和內(nèi)置鋰電池充電器（空間非常寶貴）。

由于沒(méi)有很好的方法來(lái)安排頂部的Qi充電電子設(shè)備，我不得不把它放在電池背面板。開(kāi)關(guān)也位于背面，但這是因?yàn)樗沁B接外部開(kāi)關(guān)的更好位置。

第2步：電子裝配

我在第一張照片中安排了幾乎所有的電子產(chǎn)品。我確實(shí)遺漏了幾個(gè)電容器和電阻器，因?yàn)樗鼈兛雌饋?lái)非常相似，容易混淆或丟失。

為了焊接焊盤(pán)，我將使用焊接模板。我很快在第二張照片中制作了支架，以便讓電路板在模板下對(duì)齊，但有幾種更簡(jiǎn)單的選擇，最簡(jiǎn)單的是膠帶。

第三張照片顯示模板在電路板上對(duì)齊。第四張圖片顯示將焊膏涂抹在模板的孔中。使用焊料后，模板直接抬起是很重要的。這張照片還揭示了我這樣做的臨時(shí)方式，因?yàn)槲抑皬奈词褂眠^(guò)模版。下次我不買(mǎi)框架。如果只是在沒(méi)有框架的情況下沿著一條邊緣粘貼較小的紙張，生活和學(xué)習(xí)會(huì)更容易。

現(xiàn)在這是一項(xiàng)繁瑣而艱巨的任務(wù);用一把鑷子將每個(gè)部件放在電路板上。圖7顯示了放置的部件，圖8顯示了焊接部件。

代替第6張圖片的視頻顯示了焊接過(guò)程。我使用設(shè)置為450℃的熱風(fēng)焊接臺(tái)來(lái)熔化焊料而不會(huì)干擾部件，或者可以使用焊接烤箱來(lái)做同樣的事情。焊接底部后，使用萬(wàn)用表設(shè)置為導(dǎo)通模式，以檢查IC上相鄰引腳之間的短路。當(dāng)發(fā)現(xiàn)短路時(shí)，使用烙鐵將其拖離芯片并將其斷開(kāi)。

當(dāng)焊接時(shí)，重要的是在進(jìn)入熔體之前將板慢慢加熱幾分鐘。否則熱沖擊會(huì)破壞零件。如果您不熟悉這種方法，我建議您查看更詳細(xì)的說(shuō)明。

接下來(lái)，必須將線(xiàn)圈連接到2線(xiàn)連接器并將其固定在充電底座上。如果一切順利，綠色充電指示燈應(yīng)亮約一秒鐘然后熄滅。如果連接了電池，綠色充電指示燈應(yīng)保持亮起，直至完成充電。

充電按預(yù)期工作后，焊接電路板頂部的過(guò)程相同。對(duì)于圖9中LED的注釋?zhuān)琇ED底部有一個(gè)小標(biāo)記，用于顯示方向。小線(xiàn)出現(xiàn)的一側(cè)是LED原理圖中三角形的窄端。對(duì)于您使用的每個(gè)表面貼裝LED，檢查這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)椴煌圃焐讨g的標(biāo)記會(huì)有所不同。

步驟3：電子編程和測(cè)試

使用AVRISP mkII對(duì)微控制器進(jìn)行編程（在Arduino IDE中單擊上傳時(shí)按住shift）。也可以使用它來(lái)正常刻錄引導(dǎo)加載程序，并使用FTDI電纜使用手表背面的串行連接。但是通過(guò)繞過(guò)引導(dǎo)程序并直接使用AVR ISP mkII進(jìn)行編程，代碼可以在啟動(dòng)時(shí)更快地啟動(dòng)。

我也已將代碼附加到此步驟。如果有人想要更深入，我已經(jīng)評(píng)論了代碼來(lái)解釋每個(gè)部分的作用。代碼的一般結(jié)構(gòu)是狀態(tài)機(jī)。每個(gè)狀態(tài)都有一段運(yùn)行的代碼以及移動(dòng)到不同狀態(tài)的條件。

控制I/O引腳的大部分代碼直接控制寄存器，它有點(diǎn)難以讀取但是它執(zhí)行速度比digital.Write或Read快10倍。

步驟4：加工設(shè)置

表殼的加工設(shè)置是相當(dāng)復(fù)雜并需要做好準(zhǔn)備。

我正在使用的工廠是帶有腳趾夾具套件的Othermill v2（現(xiàn)稱(chēng)為Bantam Tools）。夾具允許我從側(cè)面握住工件，我用于第一次設(shè)置。

手表加工在三個(gè)設(shè)置中完成。第一種設(shè)置只是將起始材料夾在CNC床上，磨機(jī)切出表的內(nèi)部形狀并去掉一些表面。加工軟件設(shè)置可以在第6張圖片中看到。

第二種設(shè)置需要一個(gè)定制夾具來(lái)從內(nèi)部固定表殼，因此可以切割表的整個(gè)頂部外形。自定義夾具可以在第一張圖片中看到，第二張圖片中帶有分解視圖。小中心件有一個(gè)螺紋孔，因此當(dāng)擰緊螺釘時(shí)，它會(huì)抬起工件并迫使兩個(gè)側(cè)面件進(jìn)入表殼，將其固定到位。第二種設(shè)置的加工軟件如圖7所示。

第三種設(shè)置需要另一個(gè)定制夾具來(lái)固定手表;這個(gè)稍微簡(jiǎn)單一些。夾具由一個(gè)底座和一塊放在手表內(nèi)部的部件組成。手表內(nèi)部的部件在底座上有兩個(gè)支柱，并且螺釘固定到位以便將表殼倒置。

我用較大的鋁塊加工夾具件，并通過(guò)卡舌將它們連接起來(lái)。在加工兩面后，我用滾動(dòng)鋸切割標(biāo)簽并將它們平滑打磨。

我已經(jīng)包含了用于制作所有零件的fusion360 CAD文件（包括表殼和側(cè)面開(kāi)關(guān)），但如果你試圖制作零件，請(qǐng)使用自己的判斷。如果出現(xiàn)問(wèn)題并且中斷，我不負(fù)責(zé)任。

提示使夾具更加準(zhǔn)確：首先加工與機(jī)器接口的任何部件，然后將其放在最后的位置，然后將其加工到最終尺寸。這可以確保許多小錯(cuò)誤不會(huì)使表殼復(fù)位并將表殼放在錯(cuò)誤的位置。這一知識(shí)是由一堆廢鋁帶給你的。

第五步：加工案例

起始鋁坯可以在第一張圖片中看到。我使用1-1/4“孔鋸去除中心，這節(jié)省了相當(dāng)多的加工時(shí)間。

如上一步所述，有3種設(shè)置來(lái)加工表殼。第一次設(shè)置加工后見(jiàn)圖2.我首先使用1 1/8“立銑刀（底部平放）去除大部分材料。然后我切換到1/32“立銑刀切割4個(gè)螺孔。要切割螺孔中的螺紋，然后使用M1.6螺紋銑刀（來(lái)自Harvey工具）。我使用的具體設(shè)置包含在Fusion360 CAD文件。

圖3顯示了加工完成后的第二個(gè)設(shè)置，第4個(gè)圖片顯示了加工前的第三個(gè)設(shè)置。

第二個(gè)設(shè)置是使用1/8“立銑刀加工去除大部分材料然后我快速使用1/8“球磨機(jī)（圓端）切割曲面。第三種設(shè)置的操作也是相同的。

第二種設(shè)置需要使用另一種專(zhuān)用工具，一種帶有改良心軸的3/4“縱切鋸，因此它可以與表殼緊密貼合切割鋸以16500轉(zhuǎn)/分鐘的速度旋轉(zhuǎn)，以30毫米/分鐘的速度移動(dòng)。這個(gè)速度推動(dòng)了其他工具的能力，因此可能需要將其減速更多。此步驟如上圖所示。

如果您想了解有關(guān)CNC加工細(xì)節(jié)的更多信息，我會(huì)指出您在YouTube上的NYC CNC，他們比我在這里做得更好。

僅供參考那些知道它意味著什么的人，在1/8“立銑刀的othermill v2上使用的設(shè)置是16400 RPM（163.5 m/min），300 mm/min，1 mm切削深度和1.3mm切削寬度。

由于其他工廠沒(méi)有足夠的z高度來(lái)保持手表側(cè)面，我需要手動(dòng)鉆表帶的孔和側(cè)面開(kāi)關(guān)的孔。為了幫助將它們定位在手表不規(guī)則形狀的兩側(cè)，我在3D上打印了一些指南，如圖5-7所示。為了提高鉆孔精度，必須盡可能將鉆頭放入卡盤(pán)中;這使得鉆頭更難徘徊。

側(cè)面開(kāi)關(guān)孔是非圓形的形狀，因此在鉆頭開(kāi)始后需要精煉，這是使用瑞士文件完成的。使用卡尺我測(cè)量當(dāng)前孔并將其歸檔到正確的尺寸?？讘?yīng)距離頂面4.6 mm，距離底面3.8 mm，距離每個(gè)凸耳最遠(yuǎn)點(diǎn)25.8 mm。我建議在YouTube上觀看Clickspring以獲取靈感，同時(shí)提交漏洞。

第6步：加工側(cè)開(kāi)關(guān)

此步驟中使用的文件包含在加工設(shè)置中的zip文件中。

側(cè)面開(kāi)關(guān)的加工非常類(lèi)似于MechWatch外殼。使用與殼體相同的設(shè)置，使用1/8“立銑刀銑削。接下來(lái)在曲面上使用1/8”球磨機(jī)，設(shè)置與以前相同。

在加工前后的圖片3-4中可以看到第二種設(shè)置。 1/8“立銑刀，1/8”球磨機(jī)，1/32“立銑刀，然后M1.6螺紋銑刀。（有一個(gè)螺紋孔可將其固定在板上的開(kāi)關(guān)上）。

我用一個(gè)較大的鋁片來(lái)加工開(kāi)關(guān)有兩個(gè)原因。第一個(gè)原因是我可以?shī)A住兩側(cè)而不是意外磨碎固定它的那塊。第二個(gè)是當(dāng)我將它放入槽中進(jìn)行第三次操作時(shí)它可以仍然被鉗制（見(jiàn)圖5）。

第7步：加工案例返回

手表底部由丙烯酸制成，由于感應(yīng)充電，它必須是非金屬的。我使用一些鋁制的切口將邊緣（每個(gè)12.7mm厚）和雙面膠帶固定住它到位了。

由于塑料比鋁更容易加工，因此CNC設(shè)置可能更具侵略性。從1/8“立銑刀開(kāi)始，設(shè)置為16500 RPM，切削速度為600 mm/min，切削深度為1.5 mm，切削寬度為1 mm。要切割精細(xì)的細(xì)節(jié)，請(qǐng)使用1/32”立銑刀相同的設(shè)置，但0.25毫米的切割深度和0.3毫米的切割寬度。

從日志中轉(zhuǎn)動(dòng)牙簽后（我應(yīng)該使用更薄的庫(kù)存，但這就是我所擁有的）我讓手表背面完成。它將電磁鐵形狀切入其中以保持手表薄。

為了將它從床上取下，我將一個(gè)艾倫鍵放在T形槽中并輕輕撬起，在它開(kāi)始時(shí)移動(dòng)到下一個(gè)點(diǎn)放松。

最后一步是鉆一個(gè)鉆頭并輕輕地埋頭底部的孔。我這樣做是手工轉(zhuǎn)動(dòng)鉆頭。我發(fā)現(xiàn)保持居中和控制更容易。

此步驟中使用的文件再次包含在加工設(shè)置中的zip文件中。

步驟8： Watch Assembly

這是最有價(jià)值的一步，將所有零件組裝到最終手表中。所有排列的部分（減去24毫米寬表帶和24毫米長(zhǎng)1.5毫米直徑快速釋放彈簧條）如圖1所示。

第一部分很棘手，因?yàn)槲矣嗁?gòu)的直徑為40毫米的O形圈實(shí)際上接近37毫米，因此需要伸展并快速安裝。如圖2所示，使用球形內(nèi)六角扳手的一端將其沿凹槽滾動(dòng)到位。

當(dāng)O形圈正確固定時(shí)，按壓水晶（直徑40 mm，1.5mm）厚度）進(jìn)入表殼。 O形圈應(yīng)該保持在適當(dāng)位置，同時(shí)幾乎看不見(jiàn)。

現(xiàn)在是時(shí)候安裝電子設(shè)備了。首先，用無(wú)絨布擦拭晶體內(nèi)部，然后將電子元件安裝在外殼中，注意按鍵以保持方向平直。 PCB應(yīng)牢固地安裝在外殼中，但如果它松動(dòng)，可以用鑰匙上的一小滴超級(jí)膠水將其固定到位。

一旦電子元件進(jìn)入，側(cè)面開(kāi)關(guān)就適合通過(guò)孔和安裝在PCB上的開(kāi)關(guān)。如圖4所示，M1.6固定螺釘將兩個(gè)部件固定在一起。

接下來(lái)，線(xiàn)圈上較長(zhǎng)的電纜需要折疊起來(lái)并塞在不會(huì)摩擦任何暴露的電觸點(diǎn)的地方。

倒數(shù)第二步是將其全部關(guān)閉，然后將塑料外殼用4個(gè)M1.6螺絲固定。重要的是要注意背面的形狀與線(xiàn)圈形狀對(duì)齊?？赡苄枰{(diào)整導(dǎo)線(xiàn)位置以使其更合適。

最后一步是使用快拆彈簧桿連接表帶（圖8-9）。根據(jù)所選擇的頻段，可能需要修改頻段以使用彈簧條。對(duì)于所示的鯊魚(yú)網(wǎng)帶，我使用線(xiàn)切割器創(chuàng)建一個(gè)小孔以容納快速釋放機(jī)制。

步驟9：最終注釋

手表現(xiàn)已完成！

只是一些注意事項(xiàng)：側(cè)面開(kāi)關(guān)有時(shí)會(huì)變得有點(diǎn)粘，要解決這個(gè)問(wèn)題可能是必要的通過(guò)松開(kāi)固定螺絲，將開(kāi)關(guān)靠近機(jī)身并重新擰緊螺絲來(lái)擴(kuò)大孔或調(diào)整開(kāi)關(guān)位置。

為手表充電我在Adafruit附近制作了一個(gè)定制充電座齊充電器見(jiàn)于第二張圖片，但這是另一個(gè)時(shí)間的主題。

無(wú)論選擇何種充電器，重要的是要注意不金屬可以在線(xiàn)圈和充電器之間。因?yàn)槲疫x擇的樂(lè)隊(duì)是金屬，它需要繞著充電器