第1步：收集零件

對于此項(xiàng)目，您將需要以下耗材：

2件11x14（0.093英寸厚）丙烯酸

1 - 1x6板6英尺長。

1 - Arduino Uno

1 - 實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

1 - 步進(jìn)電機(jī)28bjy-48

1 - 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 - UNL2003

1 - 5伏電源

1 - 36英寸LED燈條

1 - 1/4英寸膠合板 - 2x4英尺

1 - 8毫米金屬軸

2 - 608個(gè)滾珠軸承

1個(gè)黑色泡沫板 - 約12 x 12英寸

其他：電線，木螺釘（＃6 x 1 1/4英寸） ），袋裝6x32 x 0.75英寸機(jī)器螺絲+螺母，另一袋4x40 x 0.75機(jī)器螺絲，木材著色劑（可選）

您還需要以下工具：

訪問3D打印機(jī)

使用能夠切割1/4丙烯酸和木材的激光蝕刻機(jī)

用于創(chuàng)建時(shí)鐘案例的表鋸+路由器

步驟2：打印齒輪和塑料零件

首先，您需要打印時(shí)鐘的齒輪和塑料部件。我使用了Prusa I3 MK3，Slic3r和PETG作為我的時(shí)鐘。但是，幾乎任何變化都應(yīng)該適用于該項(xiàng)目。主要的限制是你需要一個(gè)大的印刷床來制作板架和72齒齒輪。

這是您需要打印的文件的簡要說明：

軸承座 - 軸承座固定兩個(gè)608軸承以支撐驅(qū)動(dòng)軸。它在時(shí)鐘上固定在中間板的背面。

耦合器 - 這個(gè)塑料件連接板支架和72齒正齒輪。它長25mm，因此設(shè)計(jì)用于在前板和中間板之間留出兩英寸空間的時(shí)鐘，用于固定軸承。

板支架 - 板支架連接丙烯酸板及其背襯到驅(qū)動(dòng)軸。

軸支架 - 這是一個(gè)8mm直徑環(huán)的文件，用于在軸穿過軸承支架時(shí)將軸固定到位。您需要為項(xiàng)目打印其中兩個(gè)。

直齒輪（18齒） - 此正齒輪擠壓裝配在步進(jìn)電機(jī)的軸上。

正齒輪（72齒）。-這個(gè)齒輪連接到時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)軸，轉(zhuǎn)動(dòng)板架和丙烯酸板。

電機(jī)支架 - 用于固定步進(jìn)電機(jī)的板

基本機(jī)械設(shè)計(jì)如上圖所示。前板連接到旋轉(zhuǎn)的星圖的部分（Rete）。它通過軸連接到72齒齒輪。步進(jìn)電機(jī)（28BYJ48）驅(qū)動(dòng)一個(gè)運(yùn)行時(shí)鐘的18齒齒輪。電機(jī)本身位于電機(jī)支架板上，因此可以在時(shí)鐘的中央板上進(jìn)行調(diào)節(jié)。

固定軸的軸承支撐系統(tǒng)用螺栓固定在時(shí)鐘內(nèi)的中心板上。使用的軸承是普通的608軸承（外徑22毫米，內(nèi)徑8毫米，厚度7毫米），位于軸承支撐件的內(nèi)側(cè)和外側(cè)。軸與齒輪相連，一切都粘在軸上，將它們固定在一起。

齒輪和塑料零件是使用Fusion 360創(chuàng)建的。我對軟件有點(diǎn)新鮮，但附加齒輪生成工具非常適合將它們組合在一起。弄清楚如何使用該軟件是我項(xiàng)目的主要目的之一。

您可以在此處訪問3d部件的設(shè)計(jì)文件：Fusion 360天文時(shí)鐘

步驟3：激光蝕刻丙烯酸部件

Rete（帶有星星的部分）和板（前片）的丙烯酸模板）附在上面。這張星圖設(shè)置為北緯40度左右，對大多數(shù)人來說應(yīng)該很好。地圖本身是使用我在python中編寫的軟件生成的。

https://github.com/jfwallin/star-project

除非你真的喜歡python編碼和天文學(xué)，否則我不建議繼續(xù)挖掘。目前還沒有完整記錄，但如果你想使用它，它是可用的。我花了很多時(shí)間研究星形大小，字體，標(biāo)簽位置等美學(xué)問題。結(jié)果看起來與任何其他平面球類似，當(dāng)然其他平面設(shè)計(jì)也適用于這個(gè)項(xiàng)目。

基本上有兩類文件：

銘牌 - 印有星圖的作品。

rete - 具有您查看星星的窗口的作品通過打印出來。

您不需要打印所有這些內(nèi)容，但我認(rèn)為將它們包含在各種格式中可能會有所幫助。

在我使用python代碼生成Rete和Plate后，我將其導(dǎo)入Adobe Illustrator以添加蝕刻所需的圖形元素。我翻轉(zhuǎn)了星形圖，它在丙烯酸的背面蝕刻，使背光看起來更好。

如果你無法使用激光蝕刻機(jī)，你可以打印板和Rete在紙上，然后將它們粘在膠合板基座上。它沒有發(fā)光的丙烯酸外觀，但它仍然會是一個(gè)很好的時(shí)鐘，在地幔上向你展示每天星星的旋轉(zhuǎn)。蝕刻金屬設(shè)計(jì)會讓時(shí)鐘呈現(xiàn)出一種很酷的蒸汽朋克外觀。

（注意：在拍攝完一些照片后，丙烯酸板模板中有一處更正。）

步驟4：激光蝕刻木制零件

用于膠合板零件的Adobe Illustrator文件時(shí)鐘附在上面。有四個(gè)膠合板部件需要激光切割。您可以輕松地使用CNC機(jī)器制造這些零件，甚至可以使用臺鋸和滾動(dòng)鋸切割。你只需要匹配最后一步板和鐘前的印刷部件。

鐘表背膠合板 - 這只是一塊11x11英寸的1/8英寸膠合板，作為后面的時(shí)鐘。我在上面放了一個(gè)明星設(shè)計(jì)，因?yàn)樗雌饋砗芸帷?/p>

鐘表中心 - 膠合板 - 這也是一塊11x11的膠合板，但我把它從3/8英寸的膠合板上切下來。它的驅(qū)動(dòng)軸中心有一個(gè)9毫米直徑的孔。步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)軸和時(shí)鐘電子元件安裝在此件上。

時(shí)鐘前膠合板 - 這是時(shí)鐘的前端。同樣，這是一塊11x11英寸的1/8英寸膠合板。它的中心有一個(gè)圓孔，還有4個(gè)孔，用于將6x32螺絲固定在前面。

鐘板式膠合板 - 這種膠合板（1/8英寸）允許您安裝有機(jī)玻璃板。你最終會在膠合板和丙烯酸樹脂之間夾一塊黑色泡沫板。這件也安裝在3d打印的板架上。

步驟5：組裝時(shí)鐘盒

裝有時(shí)鐘的盒子由一塊約6英尺長的1x6木頭制成。

基本的想法是制作一個(gè)盒子，用于將16x11英寸的木塊固定在dado凹槽中。我的盒子尺寸為12英寸，內(nèi)部尺寸為10.5英寸。所有鐘表都需要有三個(gè)dado凹槽。對于我的版本，我需要12x6x0.75的木塊和10.5x6x1的兩塊木頭。

時(shí)鐘正面和背面的凹槽距離大約1/2英寸木制件的正面和背面。我在路由器表上使用1/8路由器位來制作這些插槽。在用膠合板檢查合身后，我將路由器工作臺柵欄偏移了一個(gè)微微（以英制單位約1/32英寸），然后再次通過。

保持中心板的中心dado凹槽也在路由器工作臺上切割，因?yàn)槲以谀z合板中使用了3/8，我對路由器工作臺圍欄進(jìn)行了進(jìn)一步調(diào)整以使更寬洞。在框中的字體板和中心板之間有大約2英寸的空間，因此請相應(yīng)地調(diào)整表格。

對于兩次削減，我為每個(gè)棋盤做了幾次傳球。我還跑了幾次板，以確保切割干凈。

兩個(gè)側(cè)板的爸爸是全長的。然而，對于較長的頂部和底部部件，我在路由器工作臺上使用兩個(gè)止動(dòng)塊將刀片插入距離木材件的開始和結(jié)束約1/2英寸的木材中?；旧希也幌Ｍ谕鈿さ耐饷婵吹桨疾?。所有凹槽的深度約為1/4，以便固定膠合板。

切割后的碎片，暫時(shí)將表殼和粗砂組裝在任何可能會伸出的邊緣。您還需要從時(shí)鐘盒的外部部分取下任何鋒利的邊緣。如果您對表殼感到滿意，請取下頂部面板，確保膠合板實(shí)際上適合您布置的凹槽。我發(fā)現(xiàn)我需要用臺鋸從板上取下1/8，以便在我創(chuàng)造的盒子里舒適地貼合。

因?yàn)檫@是一個(gè)原型，所以我在這個(gè)項(xiàng)目的案例中做了幾個(gè)角落。我用楊樹作為我的時(shí)鐘，但只是因?yàn)槲业纳痰昀镉幸粔K董事會隨時(shí)可用。櫻桃或核桃看起來會更好看。我還使用簡單的螺絲接頭將它與簡單的重疊結(jié)構(gòu)保持在一起。螺釘將位于時(shí)鐘的頂部和底部，因此當(dāng)它在壁爐旁的地幔上時(shí)它們不會非常明顯。 （另外，我提到這是原型嗎？）。下一個(gè)版本的時(shí)鐘將使用斜接接頭。

步驟6：為時(shí)鐘組裝機(jī)械部件

組裝時(shí)鐘的機(jī)械部件需要幾分鐘，但它相對簡單。

將星形板，膠合板，72齒正齒輪和塑料板支架連接在一起：

使用膠合板支架作為模板，將一塊黑色泡沫芯板切成相同尺寸。我用Exacto刀來制作這件作品，但滾動(dòng)鋸也可以起作用。 （重要提示：請勿激光切割泡沫核心。它會產(chǎn)生有毒煙霧。）

將木制支架置于3d打印的印版托盤上。測量然后鉆四個(gè)螺孔，使其與塑料托架中的螺孔對齊。使用6x32 1英寸螺栓和螺母將塑料托架固定到膠合板固定器上。在泡沫板上切小孔以容納螺栓頭。

將丙烯酸星形板，帶有螺孔的泡沫板和膠合板一起夾在中間。膠合板和丙烯酸星形板上有四個(gè)孔。您需要使用6x32 1英寸螺釘將這些部件連接在一起。當(dāng)然，您需要在泡沫芯板和相應(yīng)位置的建筑紙上鉆一個(gè)孔。

將耦合器粘貼到印版載體上。我在標(biāo)簽和孔之間增加了0.1毫米的公差，以確保它適合。

將72齒正齒輪粘貼到托架上。這將完成時(shí)鐘星形板的組裝。我用Gorilla膠水將72齒齒輪，耦合器和板托架粘合在一起。

步驟7：開始組裝時(shí)鐘案例

組裝前板：使用4個(gè)6x32 1英寸（或甚至3/4英寸）螺栓和螺母將丙烯酸塑料板擰到時(shí)鐘的膠合板前板上。/p》

添加背光LED燈條：

取下LED燈條并將其固定在時(shí)鐘的中間板和時(shí)鐘的前面板之間。 （這可能有助于移除時(shí)鐘的前板以執(zhí)行此操作。）。確保條帶牢固固定，不會干擾時(shí)鐘機(jī)構(gòu)或步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。您可能希望使用訂書釘或膠水將其固定到位。將膠合板前面裝上丙烯酸塑料外殼放入時(shí)鐘盒中。將帶有時(shí)鐘機(jī)構(gòu)的中間板放入時(shí)鐘盒中。確保小心地穿過中間板運(yùn)行LED燈條的電源線。為了做到這一點(diǎn)，在電路板底部放置了一個(gè)孔。

步驟8：組裝中間板并連接時(shí)鐘

現(xiàn)在是把時(shí)鐘的中間盤放在一起的時(shí)間。這包括驅(qū)動(dòng)軸和電機(jī)的機(jī)械支撐，以及項(xiàng)目電子設(shè)備的接線。

將軸承座和步進(jìn)電機(jī)安裝在中間板上：

使用兩個(gè)6x32螺栓和螺母將步進(jìn)電機(jī)安裝到中間板上。將電線從步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行到電路板背面。將3d打印軸承固定，并將兩個(gè)608軸承擠壓到支架的前部和后部。如果您的3d打印機(jī)稍微關(guān)閉，您可能需要調(diào)整此部件，但是我設(shè)法使用PETG和我的Prusa打印機(jī)進(jìn)行了緊密配合。將支架固定在中間板的背面。將時(shí)鐘機(jī)構(gòu)組裝到驅(qū)動(dòng)軸上：將8毫米金屬軸推過72齒正齒輪并穿過塑料孔板，使其緊靠膠合板支架。將8毫米金屬軸的另一端穿過中心板和軸承座。將中央板放入盒子中，確保有足夠的間隙讓星形輪在螺絲后面旋轉(zhuǎn)，將前塑料盒固定到位。測量并標(biāo)記切割軸的位置，使其適合放入盒子中。在軸承前后，您需要有足夠的軸粘在兩個(gè)軸鎖片上。完成此測量后，拆下齒輪/板組件并將軸從軸承座中取出。使用鋼鋸切割軸，使其完全貼合在機(jī)殼內(nèi)，但也可以從軸承座的后部伸出0.5到1厘米的長度。將軸切割成合適的長度后，將板/72齒正齒輪重新組裝到板上并將其粘合到位。在組件后面添加一個(gè)軸鎖，然后將軸穿過軸承座。重新確認(rèn)配合后，將軸鎖膠粘到軸上。將第二個(gè)軸鎖定在軸承座后面的軸上。

時(shí)鐘機(jī)構(gòu)的順序?yàn)椋?/p>

丙烯酸板

泡沫芯板

膠合板支架

3d打印板支架

耦合器

72齒輪

軸鎖

中央支撐板軸承+軸承座+軸承軸鎖

軸鎖

最后一步，壓入18齒正齒輪在步進(jìn)電機(jī)上。調(diào)整并擰緊步進(jìn)電機(jī)，使72齒和18齒齒輪嚙合在一起并平穩(wěn)移動(dòng)。將步進(jìn)電機(jī)螺栓擰緊到位。

連接電子設(shè)備：

時(shí)鐘接線圖相對簡單。您需要將實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊連接到SDA和SCL引腳，以及Arduino上的+5 V和接地。您還需要將UNL2003A步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器上的IN1至IN4引腳連接到Arduino上的引腳8至11，并連接地線。需要在Arduino的地和引腳7之間連接一個(gè)開關(guān)和一個(gè)1k歐姆的電阻。最后，需要將電源連接到UNL 2003A板和5伏電源的Arduino。

以下是一組更詳細(xì)的說明：

在按鈕的一側(cè)焊接電線。將其連接到Arduino上的引腳7。

在按鈕的另一側(cè)焊接1k電阻，使輸入按鈕在未按下時(shí)接地。在按鈕的另一側(cè)，將其連接到+5伏。/li》

將引腳8，9，10和11之間的四根導(dǎo)線連接到UNL 2003A引腳IN1，IN2，IN3和IN4。

將實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊上的SCL和SDA點(diǎn)連接到Arduino上的正確引腳。

將Arduino的接地連接到實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊和UNL 2003A板。

為您的5伏電源（2安培應(yīng)該足夠）創(chuàng)建一個(gè)功率分配器，并將其連接到Arduino和UNL 2003A板。

最后，您需要將LED電源連接到時(shí)鐘的中間層并穿過機(jī)箱背面。您將需要LED控制器伸出背面，以便您可以更改時(shí)鐘上的照明模式。

您需要將+5伏電壓連接到步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器并且+6到+ +到Arduino 12伏。我嘗試使用單個(gè)電源沒有成功，但如果我有更多的時(shí)間，我可能會使用帶有功率調(diào)節(jié)器的2安7伏系統(tǒng)用于步進(jìn)器。

確保緊張電機(jī)和齒輪之間既不太緊也不太損失。仔細(xì)檢查一切。當(dāng)所有接線都已就位且部件已固定好后，小心地將組件滑入到位。

然而 - 請勿連接電源。我們需要先對電路板進(jìn)行編程！

步驟9：編程Arduino

對Arduino進(jìn)行編程非常簡單。這就是代碼的工作原理：

當(dāng)代碼啟動(dòng)時(shí)，它會初始化一個(gè)步進(jìn)計(jì)數(shù)器并從實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊中獲取時(shí)間。還初始化了電機(jī)的步數(shù)，以及有關(guān)系統(tǒng)的一些其他變量。

時(shí)間從當(dāng)?shù)貢r(shí)間轉(zhuǎn)換為本地星際時(shí)間。由于地球在繞軸旋轉(zhuǎn)時(shí)圍繞太陽旋轉(zhuǎn)，因此恒星旋轉(zhuǎn)所需的時(shí)間比旋轉(zhuǎn)到太陽（平均）位置所需的時(shí)間短約4分鐘。代碼中的Sidereal time子例程已從此站點(diǎn)修改。但是，代碼中存在一些錯(cuò)誤，因此我更新了使用美國海軍天文臺創(chuàng)建的完整近似恒星時(shí)間算法。

當(dāng)主循環(huán)開始時(shí)，它會計(jì)算自打開時(shí)鐘以來經(jīng)過的時(shí)間（以星期幾小時(shí)為單位）。然后，它會查看當(dāng)前的步進(jìn)計(jì)數(shù)器，并計(jì)算應(yīng)添加的步數(shù)，以便時(shí)鐘的旋轉(zhuǎn)與當(dāng)前時(shí)間對齊。這個(gè)步驟被發(fā)送到Arduino以移動(dòng)磁盤。

如果在主循環(huán)中按下按鈕，則磁盤以更快的速度向前移動(dòng)。這允許您將磁盤設(shè)置為當(dāng)前時(shí)間和日期。電源復(fù)位后，時(shí)鐘不會保留步數(shù)，也沒有編碼器來指示磁盤的絕對位置。我可以在項(xiàng)目的未來版本中添加它。

移動(dòng)時(shí)鐘后，系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)一段時(shí)間，并重復(fù)最后兩步。

我用步進(jìn)器做了一堆實(shí)驗(yàn)確保我知道一次旋轉(zhuǎn)需要多少步驟才能完成。對于我的步進(jìn)器，使用標(biāo)準(zhǔn)的Arduino Stepper庫是512 x 4。在代碼中，我將RPM設(shè)置為1.盡管在設(shè)置時(shí)鐘時(shí)速度非常慢，但更高的速度往往會有更多錯(cuò)過的步驟。

步驟10：將其插入并設(shè)置時(shí)間。

上傳代碼后，將電源連接到Arduino和步進(jìn)器。插入所有東西，包括背光。使用遙控器打開燈。

現(xiàn)在您需要按下按鈕以對齊時(shí)間和日期。只需確保外部塑料rete上的當(dāng)前時(shí)間與內(nèi)部丙烯酸板上的月和日對齊。恭喜！你有一個(gè)天文鐘。

一旦設(shè)定好時(shí)間，你應(yīng)該每8秒左右從步進(jìn)器獲得一次脈沖以更新星形場。這是一個(gè)24小時(shí)的慢速旋轉(zhuǎn)，所以不要指望對此采取很多行動(dòng)。顯然，你可以（并且應(yīng)該?。┩瓿砂讣?。

正如我所說，這是一個(gè)原型。我對他的結(jié)果感到滿意，但我會在下一個(gè)版本中稍微調(diào)整一下。當(dāng)我重建它時(shí)，我可能會使用NEMA步進(jìn)器而不是廉價(jià)版本。我認(rèn)為保持力和可靠性會使它們更容易使用。傳動(dòng)裝置工作得很好，但我覺得我在設(shè)計(jì)的齒輪上放了太多的游戲。我可能會以不同的方式做到這一點(diǎn)。