原创基于STC15W单片机的OLED手表18B20温度计制作1.0版

ID:249376 · 发表于 2018-7-14 21:26

本文详细介绍了自制手机温度计的过程，并给出在某宝上元件和工具价格清单，附件给出STC15系列单片机驱动18B20源代码和BCP文件，表壳表带3D打印文件-STL格式和官方单片机说明书。便于DIY，联系本文作者QQ:dvxchen

简介：
1. 表壳和表带
网上有很多3D表壳模型，这里用的是IWATCH 42mm表壳。某宝网络3D打印店打好，直接可以用了，如果要修改的，可以修改原文件再送网络3D打印店。或者硅胶翻模，用环氧树脂再造。环氧树脂在某宝上可以搜‘水晶滴胶’，透明的，用它翻制表壳的好处就是加工方便，电钻打孔和钢锉刀加工都非常方便，还可以掺入色精上色。
2. 显示屏的选择
OLED显示屏比起液晶屏的好处就是可以显示任何你想显示的任何东西，而液晶屏是需要定制的，开模费比较贵，小规模DIY是不经济的。选好表壳以后， OLED显示屏的尺寸大概也就定了，是0.96寸屏， IIC接口，大小是26*26mm，正好放得下。
3. 电池的选择
现在普遍用（聚合物）锂电池，体积和纽扣电池大小差不多，如果不担心充电的麻烦（和手机一样的情况），大概一次充电也可以用上好多天了。电池的尺寸大概就是选择032525（3mm厚*25mm长*25mm长），这个是最大尺寸的了。大约300mAh。考虑到电量就这么一点，这里介绍的是用开关控制电源供电而不是待机模式，开关按下MCU+OLED+18B20工作，开关释放全部断电，这样的好处是节省电量，缺点是每次开机18B20初始化时间比较长。
4. 单片机的选择
表内容积比较小，所以基于STC15W单片机-STC15W048AS， TSSOP20脚贴片封装，电压2.4-5.5，用锂电池（3-4.2伏）正好，内存8K， OLED显示屏驱动大概6K（IIC总线），剩下2K驱动18B20温度传感器大概也是够了。无需外部晶振。
5. 电路板和线路
自己DIY PCB单面电路板（0.5mm厚），当然这么小的表壳，排针排母是放不进去的。PCB单面电路板的好处是不需要到处焊接飞线，看上去比较干净。电路板用AD绘制，激光打印到转印纸，再用熨斗烫到单面电路板，用环保腐蚀剂腐蚀，最后用砂皮抛光。一般TSSOP20封装的单片机芯片，对初学者来说焊接比较困难，建议用热风枪和焊浆，涂一涂，吹一吹就好了，以后还可以用热风枪拿下，反复利用。
6. 日常维护的考虑
基于软件更新和充电的考虑，在电路设计中加入USB接口，比如Micro USB口，配合USB-TTL模块，四线分别是（5伏，接地，TXD，RDX），充电要配合涓流充电模块给聚合物锂电池充电。USB-TTL模块和涓流充电模块体积比较大，也不考虑放置在表壳内。

步骤：
从上面的简介可以看出DIY是一个各方面综合的一种创新活动。结合了电子电路，程序设计，产品外形设计，物料加工等各个步骤的能力。各个方面都要做到位才能完成。当然我们要一步一步来，有了成就感才能保障继续往下走，完成这个作品。
1. 电路设计和BCP制作
STC15W408AS 这个51单片机比较小型，由于太小，不够熟悉的可以先买一个经典的STC89C52开发板结合18B20温度传感器通过串口（数码管等）感受一下温度读取的大概过程，下面是TSSOP20的引脚图，可以从STC官网得到：

PCB电路设计是用到了AD如下，先用直尺在表壳上测量，毫米换算到mil是除以0.0254，比如表壳内径宽33mm，33/0.0254=1299mil，用红线在Top层勾画出表壳的内部尺寸，黄色是Top Overlay 层辅助线：中间框内芯片是TSSOP20封装的STC15W408AS向左旋转90度，右上框内是18B20的三个管脚，圆形向上，三个角从下向上穿出，下负上正，上拉电阻是贴片0603封装，比较小巧。最右面是Micro USB。左上框内是OLED的IIC两个数据线接口和正负极接口。

*黄线是Top Overlay 层，所以不会被打印出来。
打印预览图，是镜面反向的，印到覆铜板上就正常了，边框部分最后可以用刻刀裁去：上下左右四个方框对应OLED显示屏的螺丝位置孔。

打印的时候，使用激光打印机先打印出一张，裁取一小块大小比打印出来尺寸略大的热转印纸，背面用双面胶固定在打印纸上，热转印纸光面向上，覆盖住打印图形区域。把贴上热转印纸打印第二次，让打印墨粉同样覆盖在热转印纸上。检查打印图形必须完整，用剪刀剪下热转印纸和后面粘牢的打印纸，不用剥离。
覆铜板（单面）用砂皮沾水打磨铜面，铜面的打磨需要充分，不然转印会不完整，用封箱带把热转印纸光面和铜面接触压牢，注意封箱带不用太多覆盖铜面，不然铜面上有胶的部分清除不干净，以后就不能用了，胶带可以固定在铜面的另一面。
电熨斗上电，开到最大，覆铜板下面用平整的厚纸（无字的，不然电熨斗会把油墨字印得到处都是）垫牢，上面覆盖一张薄的餐巾纸，电熨斗压上，可以变换位置保证覆铜板转印部分充分受热。一般3分钟差不多了，铜板冷却后可以用手剥离转印纸。检查线路完整不要有断线，一般比较完美，成功率90%，如果有掉粉末可以用油性笔补一下，或者用砂皮打掉重新来。
由于选用的单面覆铜板比较薄，沾上墨粉的覆铜板用美工裁刀裁下，环保蚀刻剂倒入塑料制品中，如小塑料杯，覆盖杯底即可，加一点水，覆盖杯底即可。完全溶解后放入裁下的电路板，摇动，直到有铜的部分被完全腐蚀，一般十几分钟。准备一个塑料瓶收集腐蚀液，或者用餐巾纸吸附，作为固体废料放入垃圾袋丢弃，不要接触水斗和下水道，会腐蚀，使水斗上有斑迹，以后再也擦不干净了。
覆铜板用砂纸再次打磨去墨粉，有尝试用镀锡液，不过效果不理想，在干糙环境下铜面一般不会快速氧化，需要用的时候用砂皮再次打磨即可。
先安装最便宜的元器件，首先是电阻， 0603贴片规格的4.7K电阻看上去比较小，用刮刀取出极小量的锡浆均匀涂在放置电阻线路的两头，不要短路，取出用镊子轻轻取出电阻放置在电路板上，用放大镜仔细观察，这个锡浆是不会干的，有足够的时间观察和摆放电阻直到完全满意和放心。
电路板放平在隔热板上，用热风枪由上到下垂直对准电阻吹送热风，温度220，风力1档 (下同)，大概一分钟左右你可以看到亮晶晶的反光，就是说锡浆变成流动的锡液了，奇妙的现象是锡液会自动包裹在电阻的两头，没有铜的地方它是不会过去的。用万用表电阻20K档测试电阻线路两头，应该大致4.7K。如果是0，表示锡浆上得过分了，短路了，你可以用热风枪吹送热风，用镊子轻轻拨动电阻，一会儿就可取下，重新用砂皮打磨，去除焊锡，再上锡浆，放置电阻，直到万用表检测通过。
安置Micro USB母座同样靠吹，用手工0.6毫米小钻头为两侧的定位孔打孔。确保Micro USB母座可以固定于定位孔，用同样的方法对四个接触脚上锡浆，然后用台式放大镜的夹子固定母座和线路板。用热风枪对准USB母座吹送热风，直到看到亮晶晶。用万用表电阻200档，这次主要是检测四个接触脚的通路和短路，互相之间不短路，每个触脚都通路。（注意：有一个脚是不使用的）。然后，用公头插入母座，检查公头上引出的金属脚和线路板的线路的联通性完好。最后用电洛铁焊接母座周围的两个固定脚于电路板的铜片部分。
焊接18B20温度传感器，18B20的三个管脚，圆形向上，电路板用0.6毫米钻头打洞，三个角从下向上从覆铜层穿出，用电洛铁焊牢，过长的管脚部分剪掉。用万用表电阻档检查三个管脚是否焊牢。
最后吹的是单片机芯片，少量的锡浆涂于电路板各脚的覆铜，放置好就可以吹了，吹好后同样需要用万用表检查，除了连接正极和负极的两个管脚之间为240欧左右，其它管脚间均为不通。把电路板抬起让光线从背部通过，肉眼观察各个管脚间无焊锡，然后通过单片机的程序烧录检查: Micro USB公头的四个引出脚分别焊接不铜颜色飞线，黑接飞地，红接正，绿接TxD,黄接RxD.飞线另一头可以连接排针或排母。同样USB-TTL的地线，TxD, RxD,可以直接通过杜邦线，排针排母和飞线连接，正极要接一个开关再接飞线的正，在下载程序的时候需要按动这个开关让单片机进入烧制程序模式。如果程序可以完成下载和烧录，说明电路板单片机部分制作成功。
表壳表带表面
3D文件发给3D打印网店，无非是确认和讨价还价，不发顺丰，不开票，表壳30元可以砍到20元，打印好的表壳模板是制作表壳的开始，因为表壳上面要开洞引出Micro USB, 温度传感器暴露在外面测温会比较精确。还要引出电源开关，IWATCH表面部分不能打印，原因是不透明（3D透明材质比较贵），超薄（精度也达不到要求），和OLED屏配合不好，这个表面可以自己做。
找一个比3D表壳大一点的，深一点，不漏水的盒子，3D表壳表面涂抹少量凡士林，面向上放入其中，周围略有空间即可，取5毫升硅胶，滴入十几滴固化剂（100:1），搅拌均匀，倒入盒子，用一根木筷子沿着表壳周围探一遍，特别是连接表带的凹槽里面，确保空气被赶走，高度是全覆盖表壳即可，夏天静置2个小时，冬天时间长一些，硅胶就固化了。把硅胶块取出，反过来，表背向上，用刻刀切去表背覆盖的硅胶不要了，然后挤压硅胶，3D表壳就可以取出，磨具就好了。
取5毫升水晶滴胶，硬胶，加入1.5毫升固化时候剂（3:1），加入色膏（可选），搅拌均匀，倒入硅胶磨具，这个时间要长一些，夏天24小时，冬天要两天。
表带制作相仿，表带有两个部分，涂好凡士林，这次的盒子要长一些薄一些，制作水晶滴胶的时候，靠近表壳的连接部分用倒入搅拌均匀的硬胶，两三个小时后，在硬胶未干的时候倒入搅拌均匀的超软胶。
表壳和表带都干了之后，可以连接在一起，不过由于滴胶软，还是要用滴胶胶水（牙膏胶）连接，放置一天就好了。
表面部分，3D网店不能打，自己做。用两片1毫米厚的有机玻璃用勾刀裁好，大小如表面部分，上面一片挖空OLED屏幕大小的部分，下面一片挖空OLED屏幕电路板大小的部分，IIC焊孔部分钻孔，把屏幕放入，使得屏幕完全埋入。两片有机玻璃用有机玻璃胶胶好，上面贴一层透明胶片，用双面胶固定。同样放入略大多余部分一点的盒子，透明胶片一面向下，倒入硅胶2毫升最多了，覆盖即可，制模后反过来，切除表面的硅胶，就可取出，同样用水滴硬胶倒入，最后制成表面。
屏幕的四个焊孔用彩色飞线焊接后引出，长度大致3厘米左右，把屏幕放入，用2毫米钻头开四个定位孔，用2毫米塑料镙丝从表面穿入，屏幕背面螺母固定，镙丝多余部分用裁刀切去。
下面要在表壳侧面开孔引出Micro USB母座和温度传感器，在表壳里放置锂电池，确定孔的高度，拿出电池，用2毫米钻头在右侧面开长孔，3毫米钻头开园孔，使得母座和传感器可以穿出。如果直接修改3D文件开孔，送打印店制备也是可以的。
最后在装入表壳前需要做下列事情:
锂电池正极用红色飞线接开关一脚，开关另脚用飞线接电路板左上的焊盘，锂电池负极直接用黑色飞线连线路板负极焊盘。
屏幕引出的四根飞线接电路板上方四个焊盘。
按动开关，检查温度是否正常显示。
把电池，电路板依次放入表壳，最后盖上表面，在表面四周打四个1毫米镙丝孔，用3毫米钻头再打孔，不要穿透，用镙丝固定，镙丝头正好埋入表面。
不过镙丝头不好看，用打印机制作表面贴片，打四个孔让塑料镙丝露出，在表面四周用双面胶固定帖片于表面。
完工。
充电和维护

后记
想说的是万能的某宝让DIY变得可能，买配件的时侯你也可以一次买齐，节省运费，不过既然是DIY就不用考虑运费了，每次买一点，做不下去了，换别的做做，也不会浪费。还有就是接下来可以考虑把其它功能加进去，有的需要硬件，比如时钟芯片，让手表真正实现计时功能。表壳内部就那么大，所以尽量选型的时候要考虑体积最小的，当然性价比也要考虑。有的需要软件功能，留置的Micro USB就是在不拆机的情况下更新软件功能，比如电量显示，串口调试等等。还有就是考虑表壳内部再扩大，电池完全可以埋入表背，这样以后可以放双层电路板，增加更多的功能。
除了腐蚀剂危险以外，其实这还是个益智教育过程，家长和小孩子可以一起玩，小女孩可以玩表壳表带调色，大一点的小孩可以学习电路搭建，学习编程语言，再大一点可以学会编辑3D打印文件，再大点的孩子自己设计功能，开公司把自己的作品拿到网上去卖了。哈哈

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ID:249376 · 发表于 2019-8-1 16:10

表带的制作：用上述方法制作表带很容易脱落，新的方法是购买硅胶表带，用牙签穿过，再用滴胶固定在表壳上比较好

ID:249376 · 发表于 2019-8-1 16:27

文中表带的制作不够理想，不能用滴胶，因为来回折几下就断了，制作如下：
1. 某宝购买硅胶表带， 20mm的。
2. 表带头部有孔，用牙签穿过，两头分别留几毫米，多余部分折断。
3. 表带嵌入表壳两边的凹槽中，两边用橡皮泥封住，用硬的水晶滴胶滴入。
4. 等干了，就固定住了。

ID:11792 · 发表于 2019-7-27 16:04

感谢分享

ID:249739 · 发表于 2019-9-11 01:01

谢谢分享

ID:105826 · 发表于 2019-9-11 16:40

这个有想法，就是这个OLED应该很费电吧

ID:65480 · 发表于 2019-9-17 22:09

非常好，谢谢分享！

ID:246783 · 发表于 2020-3-14 21:17

表带固定可以考虑，上下各留矩形口，这样应该结实点

ID:261024 · 发表于 2020-4-20 09:55

随便点了一下附件资料，就自动下载，没经确认就扣我5个黑币。还是感谢楼主的分享精神。

ID:249376 · 发表于 2021-11-15 17:50

如果发现时间在跳动，试试在SDA，SCK管脚上配置上拉电阻

ID:249376 · 发表于 2021-11-15 17:57

1. 如果时间有闪烁或问号，请在SDA，SCK加载上拉电阻

ID:249376 · 发表于 2021-11-15 18:06

watch final STC15W408AS DS3102 -考虑电池-方案2.PcbDoc.zip (568.33 KB, 下载次数: 2)

ID:249376 · 发表于 2021-11-15 18:08

本帖最后由 dvxchen 于 2021-11-17 21:04 编辑

时间模块选用了 DS1302

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