Chiếc đồng hồ đo điện volt phiên bản nâng cấp: Khi thiết kế mạch điện là nghệ thuật chế tác gỗ

Vào năm 2019, tôi từng tự làm một chiếc đồng hồ đo điện volt đơn giản và đặt nó trên bàn làm việc. Ý tưởng này vẫn rất thú vị, nhưng hầu hết các thiết kế tôi thấy trên mạng thường quá phức tạp hoặc không được đẹp mắt. Vì vậy, tôi quyết định xây dựng một phiên bản cải tiến và ghi lại quá trình này một cách chi tiết.

Mô phỏng thiết kế mới trong Rhino3D

Thiết kế mặt đồng hồ và tùy chỉnh

Quá trình bắt đầu với bản mô phỏng 3D trong Rhino3D. Tôi chọn ba đồng hồ đo điện bảng 90° giá rẻ từ Amazon (khoảng 9 USD). Sau khi tháo rời và đo đạc chính xác, tôi in các decal thay thế lên giấy dán.

Điểm đặc biệt là mặt giờ có 13 vạch chia (từ 0 đến 12), trong khi mặt phút và giây có 61 vạch chia (từ 00 đến 60). Lý do là tôi muốn kim chuyển động liên tục; ví dụ lúc 11:30, kim giờ không thể đứng yên ở số 11 mà phải di chuyển về phía vạch thứ 12.

Chế tác vỏ gỗ bằng CNC

Một vấn đề lớn của các loại đồng hồ giá rẻ "Baomain 65C5" là phần viền nhựa trông rất thô kệch. Tôi quyết định giấu chúng đi và sử dụng một hoa văn lõm trên mặt trước để tạo điểm nhấn. Điều này khiến việc cắt mặt trước và sau bằng máy phay CNC trở nên hiệu quả hơn so với làm thủ công.

Uốn gỗ thủ công bằng khuôn bên trong

Thách thức lớn nhất là làm vỏ cong hai bên. Để uốn một tấm gỗ phẳng thành hình cong liền mạch mà không cần dụng cụ hấp hơi nước chuyên dụng, tôi đã cắt một loạt rãnh bên trong thành gỗ. Điều này giúp gỗ dẻo hơn và dễ uốn cong theo khuôn.

Gỗ được làm ẩm, kẹp vào khuôn và để khô trong vài ngày. Sau đó, tôi dán thành gỗ cong vào mặt trước và sau, sử dụng một khuôn gỗ ép từ gỗ vụn để đảm bảo sự khớp nối chính xác mà không cần thao tác kẹp cầu kỳ.

Mạch điện và lập trình

Mạch điện khá đơn giản và chỉ mất khoảng một giờ để hoàn thiện. Tôi sử dụng vi điều khiển AVR128DB28 "huyền thoại", cấp nguồn từ adapter cắm tường, và giao tiếp với thạch anh 8 MHz (ECS-80-18-4X-CKM). Các đồng hồ đo được nối trực tiếp đến ba chân ra kỹ thuật số (PC0, PC1, PC2). Hai nút bấm nhỏ được lắp ở mặt sau để chỉnh giờ.

Điểm thú vị là mạch không cần bộ chuyển đổi số-sang-analog (DAC) hay bất kỳ linh kiện bổ sung nào để điều khiển đồng hồ. Thay vào đó, tôi chỉ sử dụng chuỗi xung kỹ thuật số tần số cao. Quán tính của kim đồng hồ sẽ làm phần còn lại, giúp kim dừng ở vị trí trung bình tùy thuộc vào chu kỳ làm việc (duty cycle) của tín hiệu do phần mềm điều khiển.

Mã nguồn có thể xem tại đây; nó rất ngắn gọn và được chú thích rõ ràng. Ý tưởng cơ bản là sử dụng ngắt bộ hẹn giờ để tăng bộ đếm 10 Hz đồng bộ với thạch anh. Vòng lặp chính sẽ tính toán chu kỳ làm việc phù hợp và tự động đảo trạng thái các chân ra. Mặc dù chip có module PWM phần cứng, nhưng ứng dụng này đủ đơn giản nên việc sử dụng nó không mang lại lợi ích gì đáng kể.

Chiếc đồng hồ hoàn thiện sau khi mài và sơn

Đây là thành quả sau khi mài nhẵn và phủ một lớp sơn lắc nitrocellulose. Kết quả khá ấn tượng với sự kết hợp giữa công nghệ điện tử cổ điển và vẻ đẹp của gỗ tự nhiên.

"Đôi khi, thiết kế mạch điện chủ yếu là về gỗ."

Dự án này là một ví dụ điển hình cho thấy việc làm đồ DIY (tự làm) không chỉ đòi hỏi kiến thức về phần cứng và lập trình, mà còn cả sự khéo léo và tư duy thẩm mỹ trong thiết kế cơ khí.