線性時(shí)鐘詳細(xì)制作教程

相信童鞋們溫暖的小窩里都少不了一塊鐘表，滴滴答答不停走動(dòng)的表針忠實(shí)的指示著時(shí)間。這些圓型時(shí)鐘極具20世紀(jì)特色，現(xiàn)在我就給大家看一些更具后現(xiàn)代感的東西。

這是一個(gè)時(shí)鐘DIY的全部過程：從開始的構(gòu)想到制作流程的每一步，都將原汁原味的呈現(xiàn)出來。

我們要制作的東西，叫做線性時(shí)鐘。什么是線性時(shí)鐘呢？顧名思義，所謂線性時(shí)鐘就是把圓形鐘面上的數(shù)字拉直，然后按直線排列起來。想象一下，要是在家里或是辦公室放著一個(gè)這么Geek的時(shí)鐘，一定會(huì)有種很潮的感覺。

我雄心勃勃，希望將來能把線性時(shí)鐘推向市場(chǎng)，讓它走進(jìn)千家萬戶。如果你看了之后，準(zhǔn)備親自操刀DIY一個(gè)，或是靈光閃現(xiàn)想對(duì)它進(jìn)行改進(jìn)的話，本文提供全套制作方案和使用的零件列表。

這個(gè)線性時(shí)鐘是一個(gè)簡(jiǎn)化版本，用了很多常見的零件。它只是個(gè)檢驗(yàn)可行性的愿型。制作過程并不復(fù)雜，如果零件、工具齊全，一晚上足以搞定。我選擇的元件大都比較容易找到，制作時(shí)也無需對(duì)它們開膛破肚，更用不著太特殊的東西，而且制作精度的要求也不太高。

之后介紹了我試圖改進(jìn)線性時(shí)鐘所做的幾種嘗試以及最終定型方案。我很享受整個(gè)DIY過程，我相信你看過之后肯定也按捺不住、蠢蠢欲動(dòng)了吧。下面就讓我們開始吧！

1 設(shè)定目標(biāo)

這里選取了我設(shè)計(jì)時(shí)畫的部分草圖。

從中可以大致看出線性時(shí)鐘逐漸成形的過程。

這個(gè)過程確實(shí)很辛苦。我甚至因?yàn)榭蓪?shí)現(xiàn)的方法太多，不知如何選擇而陷入僵局。

我提前設(shè)定了一些線性時(shí)鐘應(yīng)該具備的特性：

1、小功率，最好不用電源線，僅用電池就能工作

2、造價(jià)低，適應(yīng)普通零售商店的價(jià)格范圍

3、水平、垂直放置皆可使用

4、指針不走動(dòng)時(shí)不能有噪音

5、重量輕，無需特殊的架子或鉤子就能固定到墻上

6、滿足多數(shù)人審美觀點(diǎn)需求，要有多種樣式、顏色和材料可供選擇

我猶豫了很長(zhǎng)時(shí)間之后，終于選定了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的機(jī)械設(shè)計(jì)方案，即用一個(gè)繞線輪來控制裝有彈簧的蝸牛凸輪的轉(zhuǎn)向，并通過他們來帶動(dòng)齒輪組，控制指針移動(dòng)。

時(shí)鐘信號(hào)來源于一個(gè)石英鐘機(jī)芯，機(jī)芯每秒鐘發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，該信號(hào)可作為時(shí)鐘的計(jì)時(shí)裝置。其實(shí)有很多電子設(shè)備都能實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，比如時(shí)鐘芯片和無線電時(shí)鐘等，但是為了簡(jiǎn)單起見，我還是選擇了石英芯片，因?yàn)槲覍?duì)它比較熟悉，并且有利于控制成本。

為了避免往時(shí)鐘上安裝討厭的電源線，我決定用電池作為時(shí)鐘的能源。因此我主要考慮使用彈簧驅(qū)動(dòng)裝置，這樣電機(jī)之類的就不必使用了，只需每分鐘給個(gè)脈沖信號(hào)就行。但如果按照這個(gè)思路制作，難度會(huì)很大，所以在本文中我將設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化為使用微控制器來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。

看到這里，童鞋們可以直接跳到最后去看看制作完的線性時(shí)鐘是個(gè)神馬模樣。

2 最終定型設(shè)計(jì)

線性時(shí)鐘的設(shè)計(jì)理念是用常規(guī)的原理，設(shè)計(jì)出一個(gè)具有非常規(guī)外形的時(shí)鐘。我想讓制作出的時(shí)鐘達(dá)到這樣一種效果：乍一看根本不像時(shí)鐘，但定睛一看又確確實(shí)實(shí)是個(gè)時(shí)鐘。它具備普通時(shí)鐘的一切要素（指針、數(shù)字等），但是外形卻完全顛覆常規(guī)，令人難以置信?？吹竭@里也許會(huì)有童鞋不理解：“你要做線性時(shí)鐘，可是如果表針走到頭之后怎么辦呢？——不要著急，耐心看下去，我會(huì)給你個(gè)滿意答復(fù)的哦。

從外觀上看，它也不會(huì)令人感到突兀，因?yàn)槲蚁胱屗苋谌氲狡胀彝ブ腥?，所以在顏色和材料的選擇上都考慮了這一點(diǎn)。但是它的外形的確是與眾不同，橫著放，會(huì)讓我們想起老式收音機(jī)上的調(diào)頻指針，豎著放會(huì)讓人聯(lián)想到氣壓計(jì)、溫度計(jì)之類的儀器。

在水平狀態(tài)下時(shí)，它可以懸掛到墻上，或是當(dāng)做書架或者壁爐架使用。豎起來放置時(shí)看時(shí)間可能困難一些，因?yàn)樯舷伦x數(shù)總要比左右讀數(shù)更別扭一些。

3 線性時(shí)鐘原型----簡(jiǎn)介和零件目錄

在完成線性時(shí)鐘制作的過程中，我利用手頭的材料制作出一個(gè)線性時(shí)鐘的原型，用它來驗(yàn)證某些想法的可行性。

制作原型的目的是為了盡快確定可行的制作方案，摸清制作的難度以及需要的時(shí)間，并借此推測(cè)預(yù)定時(shí)間內(nèi)最多能測(cè)試幾個(gè)版本。

下面就是我選擇的制作材料，材料的選擇并非因?yàn)樗鼈兺昝肋m用，只是碰巧想到，或是恰好有現(xiàn)成的，所以換成其他可替換的零件肯定也是沒問題的。

3.1 底座

○ 我用泡沫夾芯板來制作底座，因?yàn)樗亓枯p，而且硬度高，強(qiáng)度大，切割比較方便，切痕清晰。如果沒有泡沫板，那瓦楞紙板也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

3.2 運(yùn)轉(zhuǎn)部分

○ 2個(gè)窗簾導(dǎo)軌----我花了7英鎊（11美元）從John Lewis商店買了個(gè)PVC材料的導(dǎo)軌。導(dǎo)軌需要兩段，它的長(zhǎng)度就是線性時(shí)鐘的長(zhǎng)度。我將一個(gè)125公分的窗簾導(dǎo)軌鋸成了兩段，因此測(cè)試機(jī)的長(zhǎng)度就是62.5厘米。

○ 4個(gè)縫紉機(jī)繞線輪當(dāng)作傳動(dòng)輪----塑料的比較好，而且更便宜。

○ 2個(gè)滑輪安裝在時(shí)鐘另一端----我恰好有滑輪，如果沒有滑輪也可以用縫紉機(jī)繞線輪代替。

○ 繞線要要找稍微粗一點(diǎn)的，還要找些松緊帶，一些輕木片之類的能在導(dǎo)軌槽里來回滑動(dòng)的薄片。

3.3 控制核心

○ 帶有Adafruit Motorshield 的Arduino控制板--用這么智能的裝備貌似是殺雞用牛刀了，因?yàn)槲仪『糜幸粋€(gè)性能不錯(cuò)的板子，所以就直接用上了。步進(jìn)電機(jī)控制的原理并不復(fù)雜，如果你有個(gè)暫時(shí)不用的Arduino兼容板，再有幾片L293芯片，就可以很容易的在面包板上搭建出控制電路來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。你可以直接在Tom Igoe的步進(jìn)電機(jī)專題中查到用Arduino驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的電路。但是，這樣的獨(dú)立電路不如Motorshield自帶的控制庫(kù)性能強(qiáng)勁。

○ 所有版本的邏輯/計(jì)時(shí)部分的代碼都是相同的，只是接口部分代碼可能有少許不同。據(jù)我所知，所有的Arduino兼容板實(shí)現(xiàn)這些功能都是小菜一碟。

○ 2個(gè)步進(jìn)電機(jī)——我測(cè)試的這種步進(jìn)電機(jī)極其便宜，因此轉(zhuǎn)矩不大，精度不高，每轉(zhuǎn)一圈只分成20步，沒花多少銀子就買到了。同時(shí)我還制作了一個(gè)用NEMA17 步進(jìn)電機(jī)組裝的版本，它的性能強(qiáng)勁了不少，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈分為400步，重量在1磅左右，單價(jià)約14英鎊。買到它們之后，我就不再需要廉價(jià)的電機(jī)了。

○ 需要修改Arduino程序中“stepsPerRevolution”的參數(shù)來匹配你所選用的步進(jìn)電機(jī)。

○ 在微控制器（arduino）沒有連接到電腦上的時(shí)候，還要找個(gè)6-9V的直流電源給它供電。

3.4 工具

● 主要就是刀子——不找把鋒利的刀子，泡沫夾芯板就不容易切割整齊。所以最好能找把新的長(zhǎng)刀刃裁紙刀，而且切割的時(shí)候要掌握好要領(lǐng)，最好是像鋸木頭那樣來回輕輕的割，而不要像劈柴那樣用蠻力去砍。

● 粘合劑——常見的帶粘性的東西都用到了：強(qiáng)力膠水，熱熔膠，萬能膠，牛皮紙膠帶。

● 焊接用的電烙鐵或是螺旋接線柱，還有導(dǎo)線。

4 線性時(shí)鐘原型----繞線輪

● 我制作的線性時(shí)鐘大約10cm寬，首先把泡沫板裁剪到大致的寬度。

● 把窗簾導(dǎo)軌粘到上面。

● 泡沫板長(zhǎng)度不太重要，我找到的板子長(zhǎng)度不夠，需要用膠水把兩塊板子粘起來，即使中間留點(diǎn)縫隙影響也不大。我用的膠水就是普通的萬能膠，用它足以應(yīng)付PVC滑軌和泡沫板，但是它能溶解聚苯乙烯材料做的泡沫板，所以用它粘泡沫板邊的時(shí)候要注意。

● 粘滑軌的時(shí)候也要小心些，粘之前，先看看滑軌是否彎曲，要是彎曲，務(wù)必要把它掰直?？梢圆眉粜╅L(zhǎng)條狀的東西卡在滑軌間，并用松緊帶固定，這樣等待膠水晾干時(shí)，滑軌就能保持筆直。擠膠水時(shí)注意要沿著滑軌的邊，盡量避免過量的膠水溶解泡沫板。

5 線性時(shí)鐘原型----繞線輪

● 把兩個(gè)縫紉機(jī)繞線輪粘到一起。

● 粘貼面要打磨平整，然后用強(qiáng)力膠水粘住。

● 在時(shí)鐘運(yùn)行中，一個(gè)輪繞線，另一個(gè)輪放線。你可能會(huì)想：兩個(gè)繞線輪粘在一起，不就相當(dāng)于一個(gè)嗎，那只用一個(gè)長(zhǎng)一些的線筒可不可以呢？嗯，這種想法應(yīng)該是對(duì)的，但是如果這樣的話兩根線可能會(huì)攪在一起，所以為了讓它們運(yùn)行更流暢我使用了兩個(gè)繞線輪。

● 這里還需要設(shè)法把繞線輪和步進(jìn)電機(jī)的軸連在一起。恰好，我的電機(jī)軸上帶有一個(gè)銅環(huán)，剛好能塞到繞線輪的孔里，大小還蠻合適。我用熱熔膠把軸和繞線輪牢牢地固定在一起，要是不放心，你還可以用環(huán)氧樹脂來粘，強(qiáng)度保證給力。

● 這里注意要在繞線輪和電機(jī)外殼之間留點(diǎn)縫隙，確保電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)沒有障礙。縫隙有兩張紙那么厚就可以，在固定的時(shí)候可以預(yù)先拿兩張紙墊到縫隙里，這樣就不用擔(dān)心繞線輪和電機(jī)外殼接觸了。

● 在每個(gè)繞線輪上纏一根比時(shí)鐘稍長(zhǎng)的線，兩根線的方向相反，為確保線頭不松散，把線頭用藍(lán)丁膠（BLU - TACK）粘一下，再裁剪它們到一定長(zhǎng)度。

6 線性時(shí)鐘原型---安裝電機(jī)

● 把和電機(jī)固定好的繞線輪安裝到時(shí)鐘底座端部--安裝的時(shí)候注意高度，要讓繞過上方繞線輪的線恰好能通過滑軌的槽而不會(huì)碰到滑軌。

● 繞線輪上的線要橫穿整條滑軌，然后通過滑軌另一端的惰輪引回來，再繞到繞線輪的另一側(cè)。

● 看起來想繞好這圈線也不容易，如果你有鏈條、傳送帶之類的物品，可以拿來代替繞線。我就用珠鏈（卷簾上的）做過測(cè)試，但是用起來有點(diǎn)滯重，我選的電機(jī)又比較小，用珠鏈傳動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)不流暢。然后把電機(jī)固定在底座上開好的圓槽里，我的電機(jī)小且輕，所以不用做任何處理，摩擦力就能把它們固定住。這樣做優(yōu)點(diǎn)是可以方便調(diào)整，但是缺點(diǎn)是容易受外力影響而掉下來。

7 線性時(shí)鐘原型----惰輪

● 時(shí)鐘的另一端需裝上惰輪（就是不做功的滑輪）。惰輪的位置要放準(zhǔn)，它的一側(cè)應(yīng)對(duì)準(zhǔn)滑軌槽的中線。這樣穿過滑軌槽從繞線輪上引來的線就不會(huì)碰到槽的內(nèi)壁，也就能順利的繞過惰輪了。

● 繞線輪的進(jìn)線側(cè)對(duì)位置的要求就沒有這么苛刻了，只要使線能夠順暢的經(jīng)過整個(gè)時(shí)鐘，再繞回到繞線輪上就行。為了讓出繞線的通路，我在時(shí)鐘內(nèi)側(cè)剪掉了好幾個(gè)“路障”。

●惰輪安放的角度沒特殊要求，只要能保證進(jìn)出線不碰到時(shí)鐘的兩側(cè)就合適。好的，安放成功！是不是看起來很不錯(cuò)哦，不過唯一的不足就是一旦安放完畢就不太容易調(diào)整了。

8 線性時(shí)鐘原型----滑動(dòng)塊和指示器

● 用輕木做個(gè)類似雪橇的有兩條腿的滑動(dòng)塊，用來在滑軌上滑動(dòng)。在其中的一條腿上刻出凹槽來固定繩子。

● 作為一名老手，我制作的時(shí)候沒有先做好再往上裝，而是直接在滑軌上組裝的。

● 安裝好之后，等膠水一干，滑動(dòng)塊可以滑動(dòng)，我就迫不及待的進(jìn)入了下一步的工作。最后，還需要從硬紙板或者其他什么東西裁下幾個(gè)細(xì)條，當(dāng)做時(shí)鐘的指針。

● 下面這個(gè)滑塊就不錯(cuò)，做這樣的滑塊還真是個(gè)技術(shù)活。

9 線性時(shí)鐘原型----繞線

時(shí)鐘的繞線輪直徑和上面繞線的多少密切相關(guān)，繞線越多它體型就越胖，步長(zhǎng)就變得越長(zhǎng)---也就是說，因?yàn)榫€是逐漸繞上去的，電機(jī)每前進(jìn)一步繞線輪上就多繞一些線。這在實(shí)際中會(huì)引起一個(gè)小問題，當(dāng)其中一個(gè)繞線輪繞滿線之后那么傳動(dòng)中的線會(huì)略微變形。

為了補(bǔ)償這個(gè)變化（雖然不嚴(yán)重，但也足以引起一些問題），兩邊的繞線回路可以用一條松緊帶捆在一起。這樣繞線就有了足夠的伸縮性，松的時(shí)候能保持運(yùn)行的流暢，在被拉緊得時(shí)候又能提供足夠的張力保持不變形。

這有一定的難度，我的制作過程都已經(jīng)用圖片展示出來：

● 保證每一對(duì)繞線輪上的線都足夠在時(shí)鐘上繞一圈。也就是說，要把這一對(duì)繞線輪上引出的線從時(shí)鐘另一端的惰輪上繞過再引回來。把兩個(gè)繞線輪上的線截成同樣長(zhǎng)度。

● 每個(gè)繞線輪只繞一半的線，把兩個(gè)繞線輪的線頭沿滑塊槽引到惰輪。

● 用手指捏住兩個(gè)線頭，沿著滑塊槽的方向來回扯動(dòng)，試著讓線在繞線輪來回纏繞幾圈，感覺一下張力的變化程度。這樣松緊帶會(huì)拉到多緊你就心里有數(shù)了。如果變化很小（繞線較細(xì)時(shí)），那么松緊帶就不必放的太松。如果變化很大（繞線較粗時(shí)），這時(shí)就有必要讓松緊帶富余一些了。

● 在兩根線的末端都打上大約一英寸的結(jié)，兩根線不直接連接，而是用一段適當(dāng)長(zhǎng)度的松緊帶連起來，先在松緊帶的一端打一個(gè)結(jié)。

● 把松緊帶打結(jié)的一端捆到從惰輪引來的線上（來自于另一端的收線輪）

● 然后再來回扯一扯線，試試看把松緊帶的節(jié)套到繞線的哪個(gè)位置比較合適，然后再打上結(jié)固定住。我在繞線的線頭上多打了幾個(gè)結(jié)，這樣方便調(diào)整松緊帶的長(zhǎng)短。

● 松緊帶上的結(jié)要能卡到你開的滑動(dòng)塊凹槽上。如果怕不結(jié)實(shí)可以再用膠水粘一下，但是我發(fā)現(xiàn)只要把結(jié)塞進(jìn)槽里，它就不容易跑出來了。

10 線性時(shí)鐘原型----電路部分

● 電路部分主要由一塊Arduino板和一塊Adafruit Motorshield板組成。通常電機(jī)和Arduino板不宜使用同一個(gè)電源供電，但是在這個(gè)DIY中電機(jī)的功率很小，只需要很小的電壓就能驅(qū)動(dòng)。所以我就插了根跳線，讓arduino板的電源同時(shí)給Motorshield供電。

● 接下來又做了幾根4針腳的延長(zhǎng)線，因?yàn)槲业牟竭M(jìn)電機(jī)恰好有幾個(gè)那樣的接口，只是接口上的線稍細(xì)了些。

● 我對(duì)步進(jìn)電機(jī)了解也不太深，只能大致給童鞋們說一說基本原理：步進(jìn)電機(jī)中都有兩個(gè)線圈，對(duì)兩個(gè)線圈輸入一定頻率和極性的脈沖信號(hào)，就能驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子向指定方向旋轉(zhuǎn)。在我所用的步進(jìn)電機(jī)上，這兩個(gè)線圈是相互獨(dú)立的，所以電機(jī)上引出了四根線。關(guān)于這種型號(hào)步進(jìn)電機(jī)的詳細(xì)介紹可以查閱下面。

● 兩根線連接到一個(gè)線圈上，另外兩根連到另一個(gè)線圈。借助萬用表確定怎樣正確連線。然后一個(gè)線圈的兩根線連到Motorshield板的1、2輸出端上，另一線圈連到4 、5輸出端。這里要注意線的極性，不要接反。

● 測(cè)試程序時(shí)無需等待，可以直接把程序中millisPerSecond的值改為200，它的轉(zhuǎn)速就會(huì)變成原來的5倍。你也可以改變步長(zhǎng)，步長(zhǎng)變化會(huì)改變每個(gè)周期電機(jī)移動(dòng)的步數(shù)。

11 線性時(shí)鐘原型---程序

程序其實(shí)并不復(fù)雜，但是你必須要有最新版的Adafruit Motorshield驅(qū)動(dòng)。因?yàn)槠渲械囊粋€(gè)更新在這個(gè)程序代碼里有重要作用。

程序代碼：

程序中有三個(gè)內(nèi)部時(shí)間定義，由三個(gè)整型變量組成：currentSeconds， currentMinutes 和 currentHours。這三個(gè)時(shí)間在程序開始前預(yù)置，并隨著程序運(yùn)行自動(dòng)累加。

程序的主循環(huán)語句記錄開始時(shí)間，然后連續(xù)檢測(cè)時(shí)間是否超過1000毫秒。如果超過的話，內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)間加1（doTick（）），然后觸發(fā)子程序使時(shí)鐘上的指針移動(dòng)（renderTime（））。

doTick（）子程序負(fù)責(zé)累加時(shí)間，由秒到分鐘，由分鐘到小時(shí)，并且在必要時(shí)重置時(shí)間。

renderTime（）子程序的作用是把累加的時(shí)間轉(zhuǎn)換成時(shí)鐘面板上的時(shí)分秒的位置，更準(zhǔn)確的說就是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的步數(shù)。這個(gè)程序能判斷指針當(dāng)前位置，（啟動(dòng)時(shí)設(shè)定在00:00的位置，也就是時(shí)鐘最左邊的位置），通過指針當(dāng)前位置和初始位置的比較來決定步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)方向。

使用Arduino的內(nèi)部計(jì)時(shí)器有時(shí)會(huì)不太可靠。這個(gè)問題有很多解決方法， Arduino主頁 中也介紹了一些讓計(jì)時(shí)更準(zhǔn)確的方法，也可以使用時(shí)間函數(shù)庫(kù)?？紤]到這僅僅是一臺(tái)測(cè)試機(jī)，我采用了一種比較簡(jiǎn)略的解決方案（這貌似是我想偷懶時(shí)的一貫借口哦）。

因?yàn)槲沂褂玫氖茿dafruit公司的Motorshield板，所以便用AFMotor函數(shù)庫(kù)來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。如果你通過其他電路驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，也可以選用Arduino步進(jìn)電機(jī)函數(shù)庫(kù)中的其他一些子程序來加快編程。如果你下載了我的程序，記得文件必須保存為.pde后綴，文件名可以自己修改。

** 程序 **

12 線性時(shí)鐘原型---修改軟件程序

你所選的步進(jìn)電機(jī)不一定和我用的相同，為了使程序適用于不同的電機(jī)要進(jìn)行修改，主要有以下幾處：

1、改變電機(jī)聲明變量的參數(shù)

AF_Stepper hourHand（20， 1）; // hours

AF_Stepper minuteHand（20， 2）; // minutes

第一行，改變數(shù)值20可以設(shè)定電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈移動(dòng)的步數(shù)。一般可設(shè)置為200（就是每步1.8度）。如果你沒有所用電機(jī)的參數(shù)資料，那就只能通過實(shí)驗(yàn)來檢測(cè)了，我相信你肯定能夠設(shè)法得到這個(gè)數(shù)據(jù)。

2、改變stepsPerClock的參數(shù)

int stepsPerClock = 592;

這一步可能比較復(fù)雜，因?yàn)檫@個(gè)數(shù)據(jù)取決于線性時(shí)鐘的長(zhǎng)度，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈的步數(shù)以及繞線輪的直徑，需要利用公式計(jì)算出來。我只計(jì)算了電機(jī)移動(dòng)100步時(shí)滑動(dòng)塊的移動(dòng)距離，通過它就能方便的算出滑動(dòng)塊移動(dòng)整個(gè)時(shí)鐘長(zhǎng)度時(shí)，電機(jī)需要移動(dòng)多少步。這里注意應(yīng)在時(shí)鐘兩端留出余量，防止滑動(dòng)塊從時(shí)鐘兩端滑落。

3、調(diào)整當(dāng)前時(shí)間：

這個(gè)版本的程序中設(shè)置初始時(shí)間不太方便，下一版本中會(huì)進(jìn)行修改，使我們能用Arduino板上的按鈕來改變時(shí)間。

int currentSeconds = 0;

int currentMinutes = 55;

int currentHours = 11;

如果按照上面的值設(shè)定，時(shí)鐘啟動(dòng)時(shí)指針會(huì)指向11點(diǎn)55分。有不少改進(jìn)方法使設(shè)置初始時(shí)間更加智能，但是在原型中這個(gè)程序已經(jīng)夠用了。

我通常設(shè)置的初始時(shí)間比當(dāng)前時(shí)刻晚一分鐘，這樣就留出了往arduino板上燒寫程序的時(shí)間，刷新完程序等到恰好一分鐘時(shí)再按下復(fù)位按鈕。時(shí)鐘剛啟動(dòng)時(shí)，分針可能會(huì)有些錯(cuò)位，偏離整分鐘的位置，不用擔(dān)心，用手調(diào)整到準(zhǔn)確位置就可以了。

4、調(diào)整時(shí)間速度

通過下面這一行代碼可以改變計(jì)時(shí)的速度。在測(cè)試時(shí)我把計(jì)時(shí)速度調(diào)整為實(shí)際的5倍。

int const millisPerSecond = 200;

上面這段代碼設(shè)定每秒鐘為200毫秒，而實(shí)際應(yīng)該是1000毫秒，因此若想調(diào)回實(shí)際時(shí)間時(shí)，只要把200再改為1000即可。

13 線性時(shí)鐘原型----指針、表盤

測(cè)試時(shí)，先用手將滑動(dòng)塊移到起始位置（00:00）然后啟動(dòng)時(shí)鐘。如果你使用的是Arduino開發(fā)環(huán)境，還可以從串口接口的顯示器讀出時(shí)鐘內(nèi)部時(shí)間。當(dāng)內(nèi)部時(shí)鐘數(shù)值改變時(shí)，電機(jī)就會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)，帶動(dòng)時(shí)鐘表盤指針移動(dòng)到相應(yīng)位置。

雖然我知道實(shí)際過程可能沒有那樣簡(jiǎn)單，但是至少理論上是那樣的。

接下來還需要制作表盤，可以打印或者干脆自己動(dòng)手畫一個(gè)，然后把兩個(gè)卡片紙做的指針粘到上面，看，我們的線性時(shí)鐘基本成型！注意兩個(gè)指針距表盤的高度不能相同，否則在移動(dòng)的過程中可能會(huì)“撞車”。此刻你就可以清理一下多余的雜物，再固定上支架，這樣就可以把時(shí)鐘立起來或者是掛起來。還可以再做一個(gè)外殼，把這些電子元件隱藏在里面。

14 原型的改進(jìn)

● 我最開始設(shè)想的時(shí)鐘使用彈簧作驅(qū)動(dòng)，用石英機(jī)芯作時(shí)鐘信號(hào)源，再通過電磁鐵和齒輪傳動(dòng)鏈來帶動(dòng)表針移動(dòng)。

● 線性時(shí)鐘的原型完工后，我開始考慮如何改進(jìn)。它想走進(jìn)千家萬戶的話就必須要能適應(yīng)多種環(huán)境，所以我就想制作一個(gè)更實(shí)用的改進(jìn)版來對(duì)部件進(jìn)行測(cè)試。

● 在改進(jìn)版本中，我將一段兩米長(zhǎng)的鋁制滑軌鋸成兩段，代替原來的pvc滑軌。我原本以為鋁制的滑軌更牢固，因此時(shí)鐘就能做的更長(zhǎng)。可是在測(cè)試中，情況并非如此，鋁制滑軌帶來的改進(jìn)并不明顯。原因是鋁制滑軌并非在所有部分都那么光滑，尤其端部十分粗糙，因?yàn)橛捕雀?，想打磨光滑也很困難。如果最后還要對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行包裝的話，那金屬滑軌就更沒有什么明顯的好處了。

15 改進(jìn)嘗試#1——珠狀鏈環(huán)

● 從卷簾上找一條珠鏈----因?yàn)闀r(shí)鐘長(zhǎng)一米，所以要把它連成一米長(zhǎng)的圓環(huán)---也就是說，所找的珠鏈至少要有兩米才行，這樣才可能連成這個(gè)鏈環(huán)。

● 可是有個(gè)問題，卷簾上只有一個(gè)珠鏈輪，所以我測(cè)繪了它，并和兩個(gè)支架和一些安裝在導(dǎo)軌上的滑動(dòng)塊一同進(jìn)行3D打印。

● 我在http://www.shapeways.com 上把設(shè)計(jì)圖3D打印成實(shí)體零件，下面就是這些零件的STL文件，我相信它們會(huì)對(duì)你有幫助的。

** 圖樣一 **

** 圖樣二 **

** 圖樣三 **

● 剛開始我還用輕木做了兩個(gè)滑輪。它們雖然可以工作，但是邊緣做不圓滑，所以就放棄了。

● 這些設(shè)計(jì)似乎看上去很棒，樣子很漂亮，表面也十分光滑。但正如我猜的那樣，它們有個(gè)缺陷，那就是太重，那兩個(gè)小電機(jī)根本奈何不了它們。如果電機(jī)的轉(zhuǎn)矩能再大一點(diǎn)兒那就是絕配，所以雖然這想法十分簡(jiǎn)潔，現(xiàn)在我也只能放棄。

16 改進(jìn)嘗試#2——繞線和摩擦輪傳動(dòng)

● 我又改回用一段繞線來作為傳動(dòng)帶，用我的小電機(jī)來驅(qū)動(dòng)。不過這次我嘗試用兩個(gè)嚙合齒輪來代替縫紉機(jī)繞線輪。這就能很好的解決繞線輪直徑隨繞線增多而變大的問題。

● 和滑輪一樣，嚙合齒輪也是從Rapid網(wǎng)站訂購(gòu)的。

● 固定在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的黃銅管由K&S Metals公司生產(chǎn)，是我從附近的器材商店淘到的。

● 我又多加了兩個(gè)用塑料薄片裁剪成的引線裝置，它們可以使繞線和齒輪保持對(duì)齊。

● 看似一切都很美妙，也的確能工作，但它們也有很大的局限性，那就是對(duì)工作條件太敏感了。因?yàn)槭沁@套系統(tǒng)是靠摩擦力驅(qū)動(dòng)，所以發(fā)生打滑的概率很大。即便剛開始運(yùn)行很好也不能保證永遠(yuǎn)不出類似問題。我絞盡腦汁也對(duì)它無可奈何，我想所有靠摩擦力驅(qū)動(dòng)的裝置都會(huì)遇到這樣的問題吧。

17 改進(jìn)嘗試#3——繞線輪的回歸

● 所以，最終只好又重新選擇了雙繞線輪，但是我還是做了一些改進(jìn)，適當(dāng)改變其放置位置使繞線更均勻。提前盡量將繞線輪上的線繞均勻，這樣繞線的輪和不繞線的輪才有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

● 它雖然不像珠鏈傳動(dòng)系統(tǒng)那樣簡(jiǎn)單，但是卻很安靜，更重要的是，它們重量輕，價(jià)格低，和這些小電機(jī)搭配很完美。

● 通過以上的過程，童鞋們也能感覺到，設(shè)計(jì)其實(shí)就是一個(gè)不斷改進(jìn)，不斷折中的過程，經(jīng)過這樣的過程才能形成最終的實(shí)際作品。不經(jīng)過辛苦的摸索，直接想把紙上設(shè)想的方案完美轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)是不太實(shí)際的做法。

18 收尾工作

● 我又在時(shí)鐘背后的槽里安上了幾個(gè)支腳，這樣它就能站起來了，如果往這些槽里穿上繩子還可以把它掛在墻上。

● 我覺得我更想給它做個(gè)殼子。

19 裝配電路

最后一步是安裝電路板?？梢韵劝阉鼈冋吃谝粔K小泡沫板上，再將小泡沫板固定到時(shí)鐘背后。為了方便固定，可以在時(shí)鐘背后適當(dāng)?shù)耐谝恍┎邸?/p>

需要用到下面這些材料：

● 幾英寸長(zhǎng)的萬能電路板

● 連接用的導(dǎo)線

● 與Motorshield引腳相匹配的導(dǎo)線插頭

● 3個(gè)按鈕開關(guān)和1個(gè)LED燈（我用的是彎腳型開關(guān)和散光LED，這樣更便于操作。）

● 程序也進(jìn)行了修改，現(xiàn)在時(shí)鐘可以在按鈕的控制下開啟或關(guān)閉，當(dāng)它停止時(shí)，表盤時(shí)間可以由另外兩個(gè)按鈕手動(dòng)調(diào)整。

● 實(shí)現(xiàn)此功能靠的是Alexander Brevig按鈕函數(shù)庫(kù)。有了這些調(diào)節(jié)按鈕，設(shè)置時(shí)間時(shí)就不用再連接電腦，時(shí)鐘也就更實(shí)用了。但是如果萬一時(shí)鐘掉電，還是需要進(jìn)行復(fù)位。

● 對(duì)時(shí)鐘的外觀進(jìn)行修整，使它看上去更像是一件產(chǎn)品。

● 3個(gè)開關(guān)分別連接2腳，9腳和10腳，LED燈連接在13腳。每個(gè)開關(guān)的另一腳都和地線相連，并且每個(gè)引腳都有上拉電阻（內(nèi)置于Arduino板上），所以只要不短路，各引腳默認(rèn)電壓就是+5V。

● 程序會(huì)檢測(cè)開關(guān)上的高（松開按鈕）低（按下按鈕）電平，當(dāng)程序檢測(cè)到按鈕松開時(shí)便開始工作。

** 程序2 **

20 時(shí)鐘指針制作

● 表針、繞線都固定在滑動(dòng)塊上，表針不應(yīng)變形，要始終保持在與表盤距離適當(dāng)?shù)奶囟ń嵌壬稀?/p>

● 一開始我只是用萬能膠把繞線和紙板做成的指針粘到滑動(dòng)塊上。

● 紙板做成的指針制作簡(jiǎn)單，但是卻不易保持形狀----它會(huì)逐漸自動(dòng)展開，這樣就容易和另一個(gè)指針在重合位置時(shí)“撞車”。

● 因此我又制作了一些新的指針，粘上了一些細(xì)鐵絲，這樣指針的形狀就能固定住了，然后再用從衣服上拆下的塑料粘扣把它們粘到滑動(dòng)塊上。

● 用塑料粘扣固定繞線和鐵絲非常牢固，固定好之后，再輕輕地把鐵絲掰到合適的角度上就OK了。

21 總體評(píng)價(jià)及改進(jìn)方向！

在最開頭我就列出了對(duì)線性時(shí)鐘的幾個(gè)要求：

低功耗---最好不用電源，僅靠電池就能使用：沒有達(dá)到

這個(gè)目標(biāo)?，F(xiàn)在的這個(gè)方案使用了一個(gè)arduino板和兩個(gè)步進(jìn)電機(jī)。如果只用電池的話，arduino板上的微處理器尚可堅(jiān)持些時(shí)日，但是再加上兩個(gè)電機(jī)的話，我估計(jì)能堅(jiān)持一周就不錯(cuò)了。雖然現(xiàn)在這個(gè)版本沒達(dá)到設(shè)想要求，但是也能夠接受，因?yàn)槲彝蝗灰庾R(shí)到即便是用電源供電也不一定非要從墻上引出根難看的黑線來。線性時(shí)鐘的電源線完全可以選用漂亮的纖維編織套管包裝，或是用像音箱線一類的扁平電源線。目前的情況看用電池供電還是個(gè)夢(mèng)想，但是我相信這個(gè)設(shè)想可以在一個(gè)不是微處理器和電機(jī)組合的版本中實(shí)現(xiàn)。

造價(jià)低——要在普通零售商店的價(jià)格范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)！至少我這么認(rèn)為。為了回復(fù)一個(gè)讀者的問題，我計(jì)算了一下使用簡(jiǎn)化電路時(shí)（非集成的分立元件電路）的成本，共計(jì)是40美元。如果批量購(gòu)進(jìn)配件的話，這個(gè)成本還可以更低。而且時(shí)鐘的制作并不復(fù)雜，所以人工成本也不高。40美元的成本中不包括外殼，因?yàn)椴煌馁|(zhì)和外觀的外殼價(jià)格也不盡相同，將外殼考慮進(jìn)去時(shí)成本可能更高一些。如果成本按60美元計(jì)算，那批發(fā)價(jià)格可以到 120美元，零售價(jià)格更可高達(dá)200美元以上。聽起來很誘人呦。如果我們?nèi)∠虚g環(huán)節(jié)，進(jìn)行直銷，又能降低部分成本。

水平、垂直皆可使用——實(shí)現(xiàn)！該時(shí)鐘在任何狀態(tài)下都沒有靠重力工作的部件，滑動(dòng)塊和指針都很輕，所以時(shí)鐘在水平和垂直方向都能使用。

指針不走時(shí)不能有噪音----實(shí)現(xiàn)！如果電機(jī)持續(xù)發(fā)出嗡嗡嗡的聲音，那么這個(gè)聲音如果被時(shí)鐘外殼或墻壁放大會(huì)形成惱人的噪音。但是線性時(shí)鐘指針運(yùn)動(dòng)的空閑中電機(jī)不通電，因此也就不會(huì)有持續(xù)的噪音了。但是當(dāng)指針跳動(dòng)時(shí)滑動(dòng)塊還是會(huì)發(fā)出咔咔的聲音，不過我想用些毛氈應(yīng)該能減小噪音。

重量輕——無需特殊的架子或鉤子就能固定到墻上：實(shí)現(xiàn)！試驗(yàn)證明，把塑料的窗簾導(dǎo)軌升級(jí)到鋁制的做法似乎是做了個(gè)無用功，導(dǎo)軌變得更重但是卻沒起到什么作用。但即便是換成鋁制的導(dǎo)軌，墻上的掛鉤也能承擔(dān)起它的重量。加上個(gè)木質(zhì)外殼也不用過分擔(dān)心超重，因?yàn)橄鄬?duì)于懸掛，我更傾向于將線性時(shí)鐘擺放在某個(gè)地方（比如壁爐或書架上）。

滿足多數(shù)人審美觀點(diǎn)——要有多種樣式、顏色和材料供選擇：實(shí)現(xiàn)。之所以提這樣的要求是因?yàn)槲也幌胫谱鞒鰜淼臅r(shí)鐘看起來怪里怪氣，或是和普通家庭的格調(diào)迥異。我始終認(rèn)為我做的時(shí)鐘必須要有方便制作外殼的輪廓，而不能有突出的軸或是鐘擺，否則為了給這些突出物留空間，我就不得不破壞時(shí)鐘的外表了?？粗@制作成功的時(shí)鐘，我很高興，在我給大家講它的制作過程時(shí)，它已經(jīng)在我的桌子上滴滴答答的走了一周了。

不過要想制作成產(chǎn)品，還需要進(jìn)行一些改進(jìn)：

● 用帶齒的鏈環(huán)或是珠狀鏈環(huán)來代替兩根繞線。這樣驅(qū)動(dòng)輪的直徑就不會(huì)變化（因?yàn)樗鼈儾粫?huì)層層堆積）。另外繞線在長(zhǎng)期的運(yùn)行中可能會(huì)變長(zhǎng)，變松，這個(gè)問題可以嘗試用短點(diǎn)的彈簧或是松緊帶來解決。

● 使用獨(dú)立元件組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路來代替Adafruit的motorshield板。motorshield功能非常強(qiáng)大，但是用在這里顯得大材小用。 可以使用幾片L293芯片和一些三極管組成一個(gè)更加簡(jiǎn)單的電路，再搭配一個(gè)功能相對(duì)簡(jiǎn)單的arduino板，這樣成本能降低不少。

● 在時(shí)鐘的起點(diǎn)位置安裝一個(gè)指針位置檢測(cè)器，在指針每次到達(dá)起點(diǎn)時(shí)用來自動(dòng)調(diào)整指針的位置。

● 選擇更好的時(shí)鐘內(nèi)部計(jì)時(shí)方法。其實(shí)有很多方法都能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，我感覺可以用石英鐘上的計(jì)時(shí)芯片來進(jìn)行改進(jìn)。

這些都是今后要改進(jìn)的方向。有些是為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量，有些是為了控制成本。毫無疑問，一個(gè)成本過高的產(chǎn)品即使十分完美也是沒有商業(yè)價(jià)值的。

最后室內(nèi)效果圖：