第1步：收集零件

對于此項目，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 - 實時時鐘模塊

1 - 步進電機28bjy-48

1 - 步進驅動器 - 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個滾珠軸承

1個黑色泡沫板 - 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英寸機器螺絲+螺母，另一袋4x40 x 0.75機器螺絲，木材著色劑（可選）

您還需要以下工具：

訪問3D打印機

使用能夠切割1/4丙烯酸和木材的激光蝕刻機

用于創建時鐘案例的表鋸+路由器

步驟2：打印齒輪和塑料零件

首先，您需要打印時鐘的齒輪和塑料部件。我使用了Prusa I3 MK3，Slic3r和PETG作為我的時鐘。但是，幾乎任何變化都應該適用于該項目。主要的限制是你需要一個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608軸承以支撐驅動軸。它在時鐘上固定在中間板的背面。

耦合器 - 這個塑料件連接板支架和72齒正齒輪。它長25mm，因此設計用于在前板和中間板之間留出兩英寸空間的時鐘，用于固定軸承。

板支架 - 板支架連接丙烯酸板及其背襯到驅動軸。

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

直齒輪（18齒） - 此正齒輪擠壓裝配在步進電機的軸上。

正齒輪（72齒）。-這個齒輪連接到時鐘的驅動軸，轉動板架和丙烯酸板。

電機支架 - 用于固定步進電機的板

基本機械設計如上圖所示。前板連接到旋轉的星圖的部分（Rete）。它通過軸連接到72齒齒輪。步進電機（28BYJ48）驅動一個運行時鐘的18齒齒輪。電機本身位于電機支架板上，因此可以在時鐘的中央板上進行調節。

固定軸的軸承支撐系統用螺栓固定在時鐘內的中心板上。使用的軸承是普通的608軸承（外徑22毫米，內徑8毫米，厚度7毫米），位于軸承支撐件的內側和外側。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創建的。我對軟件有點新鮮，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目的主要目的之一。

您可以在此處訪問3d部件的設計文件：Fusion 360天文時鐘

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。這張星圖設置為北緯40度左右，對大多數人來說應該很好。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，否則我不建議繼續挖掘。目前還沒有完整記錄，但如果你想使用它，它是可用的。我花了很多時間研究星形大小，字體，標簽位置等美學問題。結果看起來與任何其他平面球類似，當然其他平面設計也適用于這個項目。

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容，但我認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，我將其導入Adobe Illustrator以添加蝕刻所需的圖形元素。我翻轉了星形圖，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，你可以打印板和Rete在紙上，然后將它們粘在膠合板基座上。它沒有發光的丙烯酸外觀，但它仍然會是一個很好的時鐘，在地幔上向你展示每天星星的旋轉。蝕刻金屬設計會讓時鐘呈現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文件時鐘附在上面。有四個膠合板部件需要激光切割。您可以輕松地使用CNC機器制造這些零件，甚至可以使用臺鋸和滾動鋸切割。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，作為后面的時鐘。我在上面放了一個明星設計，因為它看起來很酷。

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。它的驅動軸中心有一個9毫米直徑的孔。步進電機，驅動軸和時鐘電子元件安裝在此件上。

時鐘前膠合板 - 這是時鐘的前端。同樣，這是一塊11x11英寸的1/8英寸膠合板。它的中心有一個圓孔，還有4個孔，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：組裝時鐘盒

裝有時鐘的盒子由一塊約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，內部尺寸為10.5英寸。所有鐘表都需要有三個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，因為我在膠合板中使用了3/8，我對路由器工作臺圍欄進行了進一步調整以使更寬洞。在框中的字體板和中心板之間有大約2英寸的空間，因此請相應地調整表格。

對于兩次削減，我為每個棋盤做了幾次傳球。我還跑了幾次板，以確保切割干凈。

兩個側板的爸爸是全長的。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止動塊將刀片插入距離木材件的開始和結束約1/2英寸的木材中。基本上，我不希望在外殼的外面看到凹槽。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，確保膠合板實際上適合您布置的凹槽。我發現我需要用臺鋸從板上取下1/8，以便在我創造的盒子里舒適地貼合。

因為這是一個原型，所以我在這個項目的案例中做了幾個角落。我用楊樹作為我的時鐘，但只是因為我的商店里有一塊董事會隨時可用。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構保持在一起。螺釘將位于時鐘的頂部和底部，因此當它在壁爐旁的地幔上時它們不會非常明顯。 （另外，我提到這是原型嗎？）。下一個版本的時鐘將使用斜接接頭。

步驟6：為時鐘組裝機械部件

組裝時鐘的機械部件需要幾分鐘，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，但滾動鋸也可以起作用。 （重要提示：請勿激光切割泡沫核心。它會產生有毒煙霧。）

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孔。您需要使用6x32 1英寸螺釘將這些部件連接在一起。當然，您需要在泡沫芯板和相應位置的建筑紙上鉆一個孔。

將耦合器粘貼到印版載體上。我在標簽和孔之間增加了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：開始組裝時鐘案例

組裝前板：使用4個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鐘的中間板和時鐘的前面板之間。 （這可能有助于移除時鐘的前板以執行此操作。）。確保條帶牢固固定，不會干擾時鐘機構或步進電機的旋轉。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鐘盒中。將帶有時鐘機構的中間板放入時鐘盒中。確保小心地穿過中間板運行LED燈條的電源線。為了做到這一點，在電路板底部放置了一個孔。

步驟8：組裝中間板并連接時鐘

現在是把時鐘的中間盤放在一起的時間。這包括驅動軸和電機的機械支撐，以及項目電子設備的接線。

將軸承座和步進電機安裝在中間板上：

使用兩個6x32螺栓和螺母將步進電機安裝到中間板上。將電線從步進電機運行到電路板背面。將3d打印軸承固定，并將兩個608軸承擠壓到支架的前部和后部。如果您的3d打印機稍微關閉，您可能需要調整此部件，但是我設法使用PETG和我的Prusa打印機進行了緊密配合。將支架固定在中間板的背面。將時鐘機構組裝到驅動軸上：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，將前塑料盒固定到位。測量并標記切割軸的位置，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，使其完全貼合在機殼內，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軸鎖，然后將軸穿過軸承座。重新確認配合后，將軸鎖膠粘到軸上。將第二個軸鎖定在軸承座后面的軸上。

時鐘機構的順序為：

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齒正齒輪在步進電機上。調整并擰緊步進電機，使72齒和18齒齒輪嚙合在一起并平穩移動。將步進電機螺栓擰緊到位。

連接電子設備：

時鐘接線圖相對簡單。您需要將實時時鐘模塊連接到SDA和SCL引腳，以及Arduino上的+5 V和接地。您還需要將UNL2003A步進驅動器上的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之間連接一個開關和一個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。

以下是一組更詳細的說明：

在按鈕的一側焊接電線。將其連接到Arduino上的引腳7。

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

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

將實時時鐘模塊上的SCL和SDA點連接到Arduino上的正確引腳。

將Arduino的接地連接到實時時鐘模塊和UNL 2003A板。

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

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

您需要將+5伏電壓連接到步進驅動器并且+6到+ +到Arduino 12伏。我嘗試使用單個電源沒有成功，但如果我有更多的時間，我可能會使用帶有功率調節器的2安7伏系統用于步進器。

確保緊張電機和齒輪之間既不太緊也不太損失。仔細檢查一切。當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行編程！

步驟9：編程Arduino

對Arduino進行編程非常簡單。這就是代碼的工作原理：

當代碼啟動時，它會初始化一個步進計數器并從實時時鐘模塊中獲取時間。還初始化了電機的步數，以及有關系統的一些其他變量。

時間從當地時間轉換為本地星際時間。由于地球在繞軸旋轉時圍繞太陽旋轉，因此恒星旋轉所需的時間比旋轉到太陽（平均）位置所需的時間短約4分鐘。代碼中的Sidereal time子例程已從此站點修改。但是，代碼中存在一些錯誤，因此我更新了使用美國海軍天文臺創建的完整近似恒星時間算法。

當主循環開始時，它會計算自打開時鐘以來經過的時間（以星期幾小時為單位）。然后，它會查看當前的步進計數器，并計算應添加的步數，以便時鐘的旋轉與當前時間對齊。這個步驟被發送到Arduino以移動磁盤。

如果在主循環中按下按鈕，則磁盤以更快的速度向前移動。這允許您將磁盤設置為當前時間和日期。電源復位后，時鐘不會保留步數，也沒有編碼器來指示磁盤的絕對位置。我可以在項目的未來版本中添加它。

移動時鐘后，系統進入休眠狀態一段時間，并重復最后兩步。

我用步進器做了一堆實驗確保我知道一次旋轉需要多少步驟才能完成。對于我的步進器，使用標準的Arduino Stepper庫是512 x 4。在代碼中，我將RPM設置為1.盡管在設置時鐘時速度非常慢，但更高的速度往往會有更多錯過的步驟。

步驟10：將其插入并設置時間。

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

現在您需要按下按鈕以對齊時間和日期。只需確保外部塑料rete上的當前時間與內部丙烯酸板上的月和日對齊。恭喜！你有一個天文鐘。

一旦設定好時間，你應該每8秒左右從步進器獲得一次脈沖以更新星形場。這是一個24小時的慢速旋轉，所以不要指望對此采取很多行動。顯然，你可以（并且應該！）完成案件。

正如我所說，這是一個原型。我對他的結果感到滿意，但我會在下一個版本中稍微調整一下。當我重建它時，我可能會使用NEMA步進器而不是廉價版本。我認為保持力和可靠性會使它們更容易使用。傳動裝置工作得很好，但我覺得我在設計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。