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柴火创客教育工作坊-BigTime工作坊

时间:2015-06-02 14:01:30  作者:  来源:  查看:511  评论:0
导读: BigTime工作坊 自己动手焊接手表 柴火创客空间(资料提供) 李衡延(编) 【主题】Big Time手表焊接工作坊 【年龄】小朋友&喜欢DIY的大朋友 【耗时】3~4h 【必备工具】护目镜、..

BigTime工作坊

自己动手焊接手表

 

柴火创客空间(资料提供) 李衡延(编)

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【主题】Big Time手表焊接工作坊

【年龄】小朋友&喜欢DIY的大朋友

【耗时】34h

【必备工具】护目镜、电烙铁、放大器、焊锡等

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必备工具

【工作坊简介】

第一部分:介绍BigTime手表、相关焊接知识以及注意事项

 

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       精美的盒子,精彩的制作工程,完美的时钟显示效果,这就是BigTime手表制作项目的魅力所在。BigTime手表是一块基于Arduino内核的电子表,最大亮点是它的便携性——玩家可以把最终的作品戴在手上。该制作里面有智能的控制核心IC(单片机),架构简易,显示效果明显,是实用主义的代表作。

      材料清单:

11片预编程的ATmega328双列直插式单片机

2147段数码管

3132.768kHz晶体振荡器

4110kΩ电阻

520.1μF电容

61个微动开关

7120mm纽扣电池卡子

81PCB军工级主板

9120mm纽扣电池

1043mm螺丝

1143mm螺纹嵌件

121个尼龙表带

134片有机玻璃表壳

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        这里的元件,除开大家熟悉的电阻、电容、数码管外,出现了一个较少接触的“晶体振荡器”元件,什么事晶体振荡器呢?它是一种机电器件,是用电损耗很小的石英晶体经精密切割磨削,并镀上电极,焊上引线做成。这种晶体有一个很重要的特性,如果给它通电,它就会产生机械振荡;反之,如果给它机械力,它会产生电,这种特性叫做“机电效应”。它们有一个很重要的特点,其振荡频率与它们的形状、材料、切割方向等密切相关。它经常用于微控制器的时钟源。

5.png                 制作的核心是一块单片机,这里给大家补充一下单片机的基础知识。单片机亦称微控制器,顾名思义,这种计算机的最小系统只用了一片集成电路,即可进行简单运算和控制。因为它体积小,具有较多的引脚,通常都藏在被控机械的“肚子”里。它在整个装置中,起着有如人类大脑的作用,它出了毛病,整个装置就瘫痪了。里面含有较多专业上的器件(例如有数据处理能力的中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O和中断系统定时器/计数器等),高深的东西我们就不研究了,但是从内容来看,例如ATmega328就有28个引脚,所以用普通的焊接是效率非常低下,而且单片机受热要均匀,长期焊接容易造成温度过高而被损坏。所以焊接要有一定的技巧。后面我将教会大家进行单片机引脚拖焊。

第二部分:按照说明书一步一步焊接元器件,遇到问题可求助主讲人

1)工具与材料的准备

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        如图所示,我们有这些零配件需要进行焊接。军工级电路主板1块、单片机1块、数码管等。我们需要将这个零配件安装在主板上。上两期的制作,也介绍了固定元件的方法,这里就不累述了。这个板子单片机焊接具有特别的地方,注意单片机第1脚是被剪掉的,1脚对应的焊盘也是盲孔。这是因为受表壳高度所限,单片机没有配备单片机插座槽,而是直接安装在电路板上,1脚的盲孔可以有效避免方向颠倒的问题,避免了装反拆除的麻烦,也可以认为是一个防插错的设计。

2)预热电烙铁与插件焊接

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        建议使用的是电池式电烙铁,它去掉了累赘的电源线,不用担心漏电的问题,把持部位(重心)也降低了,适合更精细地作业。对于整个板子的焊接,应该力求焊点圆润无毛刺。它的最高温度为450℃,电池最长使用时间为1h,所以对于此类电路板的焊接工作是游刃有余。如果没有电池式烙铁,也可以选用其他烙铁。

        焊嘴是刀型的,易于对单片机芯片进行“拖焊”操作。按下电烙铁的接通按钮,电烙铁发出红色荧光加热信号,约为5s后,通过“划热测试”(把电烙铁放在鼻子附近进行感受热量)感觉烙铁温度是否合适。温度合适后,就可以左手手持焊锡丝,右手烙铁进行焊接。由于单片机在板子上体积有点占地方。所以我们先把外围的元件先焊接好,最后我们才进行“拖焊”。

        “拖焊”,顾名思义,就是有一个拖的过程。本次焊接使用1.0mm锡丝(63度高纯),左手把焊丝打横,平衡于单片机引脚排,右手压下电烙铁,沿着引脚排从上往下,一气呵成完成芯片脚的焊接。单排引脚大约花了20s的时间,平均每个引脚停留的时间约为1s。对于这个操作的过程,有朋友肯定会问,不怕引脚由于焊锡过多而粘连吗?这个问题其实是不需要担心的。第一板子是军工级的板子,厚实耐焊,而且不变形,表面有一层防氧化的”固化层”涂料,可以防止焊接时残留多余的焊锡在板子上,也就是说焊锡在固化层上面是不相溶的,就像油滴落在水面上一样,不会融合,大大减少两脚粘连的情况。第二,平均每个引脚大概是1s的时间,时间短而保证了左手上的焊锡丝不会有多余的焊锡熔化。

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        焊接好单片机后,焊接固定纽扣电池的卡子也没感到吃力,用烙铁头加热3s,金属片就达到吃锡温度,可以牢牢地固定在板子上。对于数码管,使用的是4位一体的数码管,按照板子的正方向进行插接,然后焊接即可。 

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半成品反面

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半成品正面

5)部件组装

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        做好主板后,剩下的就是手工组装的工序了。本表一共分为3层,主板是最中间的一层,表层是两层的有机玻璃保护层,底下是塑料保护层。

        撕掉表壳底板表面的保护贴纸,然后把表带从表壳底板的过孔中穿过,把表带固定在上面。中间两层用来容纳电路板和侧面按钮,在电路板外面要套上有机玻璃,上面的按钮正好可以触动电路板上的微动开关。最后,摆放好最上面一层的表盖,用螺丝固定好,这块DIY的手表就组装完毕了。

(6)测试

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      为了演示效果更好,特意在暗黑的环境下进行测试,演示效果明显,数字清晰没重影。白天测试,显示还是很清晰,不会因为光线强,而对比度下降。

第三部分:完成手表,佩戴并合照留念

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        本期制作过程的图片由臧海波提供。



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