基于XIAO的翻頁(yè)顯示器設(shè)計(jì)

這次小編給大家?guī)?lái)的是來(lái)自瑞士的 Maker drtonis 博士的翻頁(yè)顯示器項(xiàng)目。

過(guò)年在網(wǎng)上逛的時(shí)候,看到一個(gè)叫Vestaboard的翻蓋顯示器,挺酷的一個(gè)翻蓋展示,但價(jià)格貴得要死。我琢磨了一下,決定自己動(dòng)手做一個(gè),就當(dāng)滿足一下小興趣。

我最初的計(jì)劃很簡(jiǎn)單。我是做硬件的,所以我的DIY版本不會(huì)做得那么高端。控制器我覺(jué)得用ESP芯片做就行了,它可以連WiFi更新時(shí)間或者連網(wǎng)站。所以我的DIY版就主要集中在硬件方面,軟件部分比較簡(jiǎn)單,以后可以慢慢改進(jìn)。主要的設(shè)計(jì)用Fusion360畫圖,打印件我有3D打印機(jī)。

一般人寫這種成功項(xiàng)目的文章,但我這個(gè)有點(diǎn)不同。整個(gè)項(xiàng)目我忙活了將近7個(gè)月,結(jié)果還是不太滿意。主要問(wèn)題等下討論。不過(guò),我對(duì)我的構(gòu)思和制作思路還是很滿意的,就是一些結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)。最后為了完成這個(gè)項(xiàng)目,我讓顯示部分勉強(qiáng)工作了。非常感謝Seeedstudio贊助了XIAO ESP32和PCBA,我真的需要他們的幫助,因?yàn)檫@個(gè)項(xiàng)目成本比我平時(shí)DIY要高多了。與Seeed的溝通非常專業(yè),他們也給了很大支持。

材料清單

硬件：

XIAOESP32C3 * 1

28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī) 5V *36

PCB 28BYJ-48 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板 *3

A3144霍爾傳感器 *36

軟件：

Fusion 360

Arduino IDE

其他：

3D打印機(jī)

耗材

杜邦線若干

M３螺絲

３*１ｍｍ磁鐵若干

自貼紙

更多的時(shí)間、耐心

第一步：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目之前結(jié)構(gòu)部分最重要的設(shè)計(jì)就是翻頁(yè)裝置，這里需要保持翻頁(yè)簾的流暢性同時(shí)還要保證滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)不會(huì)卡死，因?yàn)槭荄IY 3D打印很難保證每個(gè)翻頁(yè)裝置的精度可以讓其流暢運(yùn)行。

Vestaboard的顯示器的轉(zhuǎn)輪使用了64個(gè)翻頁(yè)簾，為了盡可能還原，因此也采用相同的數(shù)量，顯示比例為22:6，翻頁(yè)簾的制作數(shù)量為22*6*64，對(duì)于DIY來(lái)說(shuō)確實(shí)是個(gè)天文數(shù)字，因此最終將翻頁(yè)簾的數(shù)量控制在2304，顯示比例為12:3。

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后就是漫長(zhǎng)的3D打印制作環(huán)節(jié)。

第二步：控制功能驗(yàn)證

對(duì)于需要同時(shí)控制大量步進(jìn)電機(jī)的項(xiàng)目而言，普通開(kāi)發(fā)板和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)板直連的方式肯定是不可取的，因?yàn)闆](méi)有哪一款開(kāi)發(fā)板可以有上百個(gè)IO口，因此這里需要使用移位寄存器，這種方式幾乎杜絕了引腳不夠用的問(wèn)題。電機(jī)的齒輪減速比為64：1，步距角為5.625度（360/5.625 = 64步）。這意味著一個(gè)電機(jī)需要 64*64 = 4096 步才能讓輸出軸轉(zhuǎn)上一圈，因此移位寄存器使用 64 位/字符是比較合適的。

關(guān)于歸位——滾輪位置檢測(cè)的問(wèn)題，這里使用了A3144霍爾傳感器通過(guò)檢測(cè)滾輪上的磁鐵的位置來(lái)判斷當(dāng)前滾輪是否歸位。

第三步：翻頁(yè)簾制作

翻頁(yè)簾是整個(gè)設(shè)計(jì)中最脆弱的部分，需要有足夠的平整度還要足夠輕薄，否則整個(gè)設(shè)備的重量和功耗就會(huì)成倍增加，在這里使用3D打印完成該環(huán)節(jié)的制作。翻頁(yè)簾上的文字使用貼紙粘貼（雖然每張紙都很薄但是幾千張紙加起來(lái)還是很厚）

第四步：PCB設(shè)計(jì)

因?yàn)樾枰?qū)動(dòng)多個(gè)步進(jìn)電機(jī)傳統(tǒng)的固定方式不太友好，包括線路整理，所以這里使用PCB打樣，將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、移位寄存器、霍爾傳感器、供電全部集成在一塊板子上，這里用到了Seeed Studio的Fusion業(yè)務(wù)，他們免費(fèi)幫我制作了需要用到的PCB板。在使用A3144時(shí)一定需要正確安裝，錯(cuò)誤的安裝方式會(huì)導(dǎo)致元件發(fā)熱，嚴(yán)重時(shí)會(huì)讓打印件發(fā)生形變，以至于轉(zhuǎn)輪卡死。經(jīng)過(guò)測(cè)試后將A3144與磁鐵的距離控制在1.3毫米是比較合理的。

第五步：組裝搭建

在整體組裝值之前需要先對(duì)單獨(dú)的轉(zhuǎn)輪進(jìn)行測(cè)試，看看它們是否可以流暢的轉(zhuǎn)動(dòng)

總的打印零件包括

轉(zhuǎn)輪架36?個(gè)??

轉(zhuǎn)輪 36個(gè)翻頁(yè)簾 36*64個(gè)

第六步：代碼

為方便后期更新固件，代碼可以使用OTA的方式升級(jí)

目前代碼運(yùn)作邏輯是：

上電歸位

顯示完成后展示白色背景

翻轉(zhuǎn)到指定頁(yè)面

之后代碼會(huì)陸續(xù)更新日歷顯示、天氣狀況、時(shí)鐘等信息，如果大家對(duì)作品感興趣歡迎訪問(wèn)鏈接：https://github.com/drtonis/FlapClock

小貼士

Fab Academy 是一個(gè)由麻省理工學(xué)院比特與原子中心的 NeilGershenfeld 主導(dǎo)的數(shù)字化制造項(xiàng)目，基于麻省理工的快速原型課程——MAS 863：如何制造（幾乎）任何東西。它提供長(zhǎng)達(dá)5個(gè)月的數(shù)字制造項(xiàng)目，可以在任意一個(gè)參與的實(shí)驗(yàn)室里開(kāi)展。2023年，XIAO首次作為Fab Academy 學(xué)員學(xué)習(xí)課程中的指定教具，支持學(xué)員進(jìn)行項(xiàng)目學(xué)習(xí)和創(chuàng)作，今年的畢業(yè)項(xiàng)目如果大家有興趣，歡迎移步進(jìn)行了解。

關(guān)于XIAO開(kāi)發(fā)板

Seeed Studio XIAO是一系列緊湊型開(kāi)發(fā)板，擁有強(qiáng)大的微控制器和豐富的外設(shè)。所有XIAO開(kāi)發(fā)板均采用SAMD21、nRF52840和ESP32C3等功能強(qiáng)大的流行芯片，特別適合應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、機(jī)器學(xué)習(xí)、可穿戴設(shè)備的原型開(kāi)發(fā)。此外，它所有表面的電子元器件都放置在電路板的同一側(cè)，郵票孔和貼片封裝設(shè)計(jì)可以讓用戶輕松地將XIAO集成到自己的電路板中，以實(shí)現(xiàn)快速批量生產(chǎn)，如果大家有興趣，歡迎移步進(jìn)行了解。

審核編輯：湯梓紅