二进制时钟（Matrix版） DF创客社区

nille 发表于 2014-11-7 16:01:38

二进制时钟（Matrix版）

nille程晨顺手智造

之前的手工版binWatch被很多人吐槽说不好看，我这个理工男的审美真是伤不起呀。经受了多次精神刺激之后，本人决定再做一个版本的binWatch——Matrix版。

模块就选用DFRobot的可编程8x8点阵模块，如下图所示

该模块内部使用的是Leonardo的ATmega32U4，所以我们通过模块上的MicroUSB 端口就能够直接烧写程序，另外模块内置了3.7V/140mAH的锂电池，这样就省去了我们单独添加电源的问题。
显示方面，本人对于整个表面64个LED的规划如下

第一排从右往左的5个灯用来表示小时时间的二进制显示，5个LED可表示的最大数是31，我们只需要显示到23就可以了；第二排从右往左的6个灯用来表示分钟时间的二进制显示，6个LED可表示的最大数是63，我们只需要显示到59就可以了；第三行作为分割行是不现实任何东西的；再往下的5行能够显示两位数字，本人就用这块区域来显示文字化的两位数，显示的内容要依据第一、二排的第一个LED。当第一排的第一个LED点亮时，下方的数字区就显示的是小时数；当第二排的第一个LED点亮时，下方的数字区就显示的是分钟数。第一、二排的LED同一时间只有一个点亮，而切换显示内容的功能我们交给了模块上的轻触按键。
在DF的网站上找到模块相对应的原理图，根据矩阵LED、轻触按键和控制板的连接关系定义变量及数组如下。
byte row = {9, 8, 4, A3, 3, 10, 11, 6};
byte col = {2, 7, A5, 5, 13, A4, 12, A2};
//触碰按键接在A1口
int pushButton = A1;
另外我们需要定义一个8*8的矩阵，用来保存显示在LED矩阵上的内容。
byte picture=
{
{0,0,0,1,1,1,0,1},
{0,0,0,1,0,1,1,1},
{0,0,0,0,0,0,0,0},
{0,1,1,0,0,1,1,0},
{1,0,0,0,1,0,0,0},
{1,0,0,0,1,0,0,0},
{0,1,1,0,0,1,1,0},
{0,0,0,0,0,0,0,0}
};

接着再定义如下几个变量，其中oldTime用来和millis()配合实现一个定时的功能，而变量valueH、valueM、valueS则是用来保存小时、分钟、秒3个量。
unsigned long oldTime;
int valueH，valueM，valueS;

程序的主体如下。
void setup(void)
{
//初始化连接LED矩阵的管脚
LED_Init();
//初始化连接轻触按键的管脚
pinMode(pushButton, INPUT);
oldTime=millis();
//串口波特率为9600，用于校对时间
Serial.begin(9600);
}

void loop(void)
{
//控制显示区
Draw_Pic();

//利用函数millis()和变量oldTime来定时，这里我的定时时间为1秒，即1000毫秒
if(millis()-oldTime>=1000)
{
oldTime = millis();

//秒的变量加1
valueS = valueS + 1;

//判断秒的变量是否达到60秒，如果达到60秒就要进位，将分钟数加1
if(valueS >= 60)
{
   valueS = 0;
   valueM = valueM + 1;

   //判断分钟的变量是否达到60，如果达到60就要进位，将小时数加1
   if(valueM>=60)
   {
   valueM = 0;
   valueH = valueH + 1;

   //判断小时的变量是否达到24
   if(valueH>=24)
   {
      valueH = 0;
   }
   }

   //以二进制方式显示小时和分钟的值
   Show_Bin(valueH,valueM);
}

//判断轻触按键的状态，以决定数字显示区是显示小时还是分钟
if(digitalRead(pushButton))
{
   //如果按键抬起则显示分钟值，同时切换左上角的显示指示
   picture=0;
   picture=1;
   Show_Num(valueM);
}
else
{
//如果按键按下则显示小时值，同时切换左上角的显示指示
picture=0;
picture=1;
Show_Num(valueH);
}
}

//查询是否收到数据来设定时间
setTime();
}

以下是各个函数的具体实现代码，都是一些基础内容，包括LED矩阵的显示，数字的二进制处理、串行数据的接收处理等，有些内容可以参考前两个版本的binWatch，有些内容可以参考Arduino的基础例程，这里就不详细介绍了。
这里要说明一点，在程序中，除了函数Draw_Pic，其他显示的操作都是对数组picture的修改，实际上程序的执行过程是修改了数组picture中的某些变量，然后在函数Draw_Pic中调用数组picture来实现显示。
/////////////////////////////////////
//设置时间，格式为HxxMxx，xx为两位数字
/////////////////////////////////////
void setTime(void)
{
if( Serial.available())
{
if('H'== Serial.read())
{
   while(!Serial.available());//hour
   int recData = Serial.read() ;

   while(!Serial.available());//min
   valueH = (recData - 0x30)*10+Serial.read()-0x30;

   Serial.println("Hour set ok");
}
if('M'== Serial.read())
{
   while(!Serial.available());//hour
   int recData = Serial.read() ;

   while(!Serial.available());//min
   valueM = (recData - 0x30)*10+Serial.read()-0x30;

   Serial.println("Min set ok");
}
Show_Bin(valueH,valueM);
}
}

/////////////////////////////////////
//连接LED矩阵的管脚初始化
/////////////////////////////////////
void LED_Init(void)
{
for (byte thisPin = 0; thisPin < 8; thisPin++)
{
pinMode(col, OUTPUT);
pinMode(row, OUTPUT);
digitalWrite(row, LOW);
digitalWrite(col, HIGH);
}
}

/////////////////////////////////////
//根据变量数组picture绘制显示区
/////////////////////////////////////
void Draw_Pic()
{
for (byte thisRow = 0; thisRow < 8; thisRow++)
{
   pinMode(row, OUTPUT);
   digitalWrite(row, HIGH);
   for (byte thisCol = 0; thisCol < 8; thisCol++)
   {
         pinMode(col, OUTPUT);
         digitalWrite(col, !picture);
         if (picture == HIGH)
         {
            delayMicroseconds(80);
            digitalWrite(col, HIGH);
         }
   }
   digitalWrite(row, LOW);
}
}

/////////////////////////////////////
//以二进制方式显示时间
/////////////////////////////////////
void Show_Bin(int _hour,int _min)
{
int _showTemp = _hour;
int i;
for(i=7;i>2;i--)
{
if(_showTemp%2 == 1)
{
   picture=1;
}
else
{
   picture=0;
}
_showTemp = _showTemp/2;
}

_showTemp = _min;
for(i=7;i>1;i--)
{
if(_showTemp%2 == 1)
{
   picture=1;
}
else
{
   picture=0;
}
_showTemp = _showTemp/2;
}
}

/////////////////////////////////////
//数字区显示
/////////////////////////////////////
void Show_Num(int _value)
{
for (int i = 0; i < 8; i++)
{
picture = 0;
picture = 0;
picture = 0;
picture = 0;
picture = 0;
}
switch(_value/10)
{
case 0:
   break;
case 1:
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   break;
case 2:
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
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   picture=1;
   picture=1;
   break;
case 3:
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   break;
case 4:
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case 5:
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   break;
case 6:
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   break;
case 7:
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   break;
case 8:
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case 9:
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   picture=1;
   break;
default:
   break;
}
switch(_value%10)
{
case 0:
   if(_value!=0)
   {
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   picture=1;
   }
   break;
case 1:
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   break;
case 2:
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   break;
case 3:
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   break;
case 4:
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   break;
case 5:
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   break;
case 6:
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   break;
case 7:
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   break;
case 8:
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   break;
case 9:
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   picture=1;
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   picture=1;
   picture=1;
   break;
default:
   break;
}
}

程序完成后，还需要想个办法把这个8x8点阵模块固定在手腕上，makerpapa的建伟同学帮我设计了一个类似于手表的外壳，整体完成之后如下图所示。图中所显示的时间是12点49，第一排LED从右往左，点亮的LED是第3个和第4个，所以就是2（3-1）+2（4-1）=12。分钟的量我们直接看数字显示区就好。而binWatch的表带是用本人用粘扣手工缝纫而成的。

当模块侧面的按键按下是数字显示区就显示的是小时，弹起的话就显示的是分钟。要是想锻炼一下算术的话那就自己数点算时间吧。
带着闪闪发光的手表，我心想要不要自己也尝试设计一下这个手表的外壳，之前在翻译《解析3D打印机》的书中还是学到一些3D建模的知识。
建模之前先要确定一下模块的大小，在DFRobot的网站上能够查到显示模块的大小是32mm×32mm×16mm，手表外壳壁厚2mm。有了这两个基本数据就可以开始建模了，建模软件方面本人选择了被Google收购的SketchUp。
打开SketchUp后，在模板中选择“产品设计与木器加工-毫米”这一项。

在软件界面中打开“大工具集”，我们在使用时直接用鼠标选择工具集中的相应工具就可以了，比如绘制方形、圆形，拉伸、移动等等。

首先选择绘制方形的工具，因为模块的尺寸是32mm×32mm，而壁厚是2mm，所以这个方形的大小应该是36mm×36mm（32+2+2），软件中可以直接在右下角的尺寸框中输入相应的尺寸，这里我们输入36，36就得到了一个36mm×36mm的正方形。

接着使用推/拉工具将正方形拉高，模块的高度是16mm，我们留2mm的富余，拉伸高度定位18mm，同样的我们直接在右下角的尺寸框中输入18就可以了。此时就得到了一个36mm×36mm×18mm的立方体。

然后使用偏移工具将上表面的正方形边沿向内偏移2mm，作为外壳的厚度。

还是使用推/拉工具将刚才向内偏移2mm的正方形向下推18mm，这样就得到了一个只有外壳的方框。我们的显示模块到时就放在这个方框中。

第二步就是要绘制外壳表面两侧用来连接表带的耳朵。在方框一侧的底部绘制一个36mm×4mm×2mm的长方体。

使用偏移工具将长方体的顶面边沿向内偏移2mm，因为顶面的宽度本身只有4mm，所以偏移之后会得到一条线段，线段的两个端点距离两边的垂直距离为2mm。

使用线条工具将线段的两个端点用垂直线段连接到外壳的外表面上，咱耳朵的上表面形成一个小的长方形。

同样使用推/拉工具将这个面向下推2mm，形成一个开口。这样一侧的耳朵就做好了。

用同样的方式在另外一次也制作一个耳朵。

此时我们的外壳整体基本上就算完成了，最后一步是要在外壳没有耳朵的一侧留一个开口。大家注意的话会发现，显示模块上的开关和轻触按键是在32mm×32mm的范围之外的，同时我们希望模块的MicroUSB 端口能漏在外面，方便下载程序和设定时间。外壳上的开口就是要把这些东西漏出来。我们用卡尺测量一下MicroUSB 端口的厚度，不到4mm，我们就按照4mm来设计。

在外壳方框的内壁上，在距离底边4mm位置画一条直线。

使用推/拉工具将下方形成的小的长方体向外推2mm形成一个开口。

最后用擦除工具将方框和耳朵连接处之间的线段擦除掉，这一点非常重要，这样耳朵和方框才能连接成统一的整体，完成后如下图所示。此时我们的binWatch外壳建模就完成了。

为了能够使用3D打印机打印我们的手表外壳，需要将这个模型导成STL格式。在SketchUp中的文件格式是不适用于3D打印的，所以我们需要给SketchUp安装一个插件进行格式转换。这是由Nathan Bromham写的格式转换插件，可以从Guitar-List的网站www.guitar-list.com/download-software/convert-sketchup-skp-files-dxf-or-stl上下载，下载安装完成后，SketchUp中在Tool菜单下应该能够找到Export to DXF or STL选项。

我们在Cura中打开导出后的stl文件，如下图所示。然后再将这个stl文件转换成3D打印机可用的g-code文件，就能够使用3D打印机打印了。
本人制作的stl文件

打印完成后，在两个耳朵上缝上一段粘扣。

最后把两个粘扣粘在一个表带上，Matrix版的binWatch就完成了。一起来作一个吧

Ricky 发表于 2014-11-7 22:24:17

这货我喜欢。。。。做个玩。

heinau 发表于 2014-11-21 10:52:48

教程好专业！
哈哈哈这次的手表比上次的好看多啦~~理工男的审美还是可以抢救一下的嗯

nille 发表于 2014-11-21 12:49:47

heinau 发表于 2014-11-21 10:52
教程好专业！
哈哈哈这次的手表比上次的好看多啦~~理工男的审美还是可以抢救一下的嗯 ...

提供模型下载，也可以自己画一个。

Ash 发表于 2014-11-21 16:59:53

对于二进制这个东西 /(ㄒoㄒ)/~~只能说不明觉厉..

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