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더 나은 전압계 시계

 (lcamtuf.substack.com)
1P by GN⁺ 9시간전 | ★ favorite | 댓글 1개
  • 새 전압계 시계는 아날로그 패널 전압계 3개로 시·분·초를 표시하며, 기존 인터넷 설계보다 단순하고 보기 좋게 문서화됨
  • Baomain 65C5 5V 패널 미터를 분해해 전면 치수를 재고, 접착 용지에 대체 눈금판을 인쇄해 시계 표시로 바꿈
  • 시침은 0~12의 13개 구간, 분침·초침은 00~60의 61개 구간으로 나눠 바늘이 숫자 사이를 연속적으로 이동함
  • 인클로저는 단풍나무를 CNC 밀로 가공하고, 둥근 측면 벽은 내부 노치·습윤·클램핑으로 휘어 이음새 없는 외형을 만듦
  • 회로는 AVR128DB28과 크리스털, 버튼 2개, 디지털 핀 3개로 단순하며 DAC 없이 1비트 펄스열의 듀티 사이클로 미터를 구동함

설계와 제작

  • 2019년에 만든 첫 전압계 시계는 전통적인 시계판 대신 아날로그 패널 전압계로 시간을 표시했으며, 새 버전은 기존 인터넷 설계보다 단순하고 미적으로 나은 형태를 목표로 제작됨
  • 새 설계는 Rhino3D의 거친 목업에서 시작했고, Amazon의 범용 90° 패널 전압계 3개를 사용함
  • Baomain 65C5 5V 패널 미터는 약 $9짜리 부품이며, 분해 후 전면 치수를 측정하고 접착 용지에 대체 눈금판을 인쇄해 커스터마이즈함
  • 인쇄 가능한 PDF 템플릿은 meter_clock2.pdf로 제공됨
  • 시침 게이지는 0~12의 13개 구간, 분침과 초침 게이지는 00~60의 61개 구간으로 구성됨
    • 각 바늘이 끊기지 않고 연속적으로 움직이도록 하기 위한 선택임
    • 예를 들어 11:30에는 시침이 11에 멈추지 않고 12번째 구간을 향해 이동해야 함
  • 저가형 Baomain 65C5 미터의 플라스틱 플랜지를 가리고 전면 패널을 단조롭지 않게 만들기 위해 오목한 장식 패턴을 적용함
  • 첫 버전처럼 손으로 인클로저를 만드는 대신, 전면과 후면은 CNC 밀로 가공함
    • 재료는 작업장에서 다시 켜고, 직각을 맞추고, 대패질한 단풍나무 목재임
  • 둥근 측면 벽은 이음새 없는 외형을 위해 평평한 나무 조각을 형상 템플릿에 맞춰 휘어 제작함
    • 스팀 벤딩 지그 없이 처리하기 위해 측면 벽 안쪽에 여러 개의 내부 노치를 잘라 나무가 더 쉽게 휘도록 함
    • 나무를 적시고 클램프로 고정한 뒤 말렸으며, 며칠 뒤 휘어진 측면 벽을 전면·후면에 접착함
    • 정확한 맞춤을 위해 폐합판으로 만든 외부 템플릿을 사용해 클램프와 래칫 스트랩을 다시 복잡하게 다루지 않도록 함
  • 조립된 본체는 샌딩 후 니트로셀룰로오스 래커를 칠해 초기 장착 상태를 완성함

회로와 동작 방식

  • 회로는 약 한 시간 정도 걸린 단순한 구성으로, AVR128DB28 MCU를 사용하고 벽면 어댑터로 전원을 공급함
  • MCU는 8MHz 크리스털 ECS-80-18-4X-CKM에 연결됐으며, 32.768kHz 크리스털도 사용할 수 있음
  • 세 패널 미터는 디지털 출력 핀 PC0, PC1, PC2에 연결됨
  • 후면의 작은 푸시버튼 두 개는 입력 핀 PD6, PD7에 연결되어 시간 설정에 사용됨
  • 미터 구동에는 DAC나 추가 부품이 필요하지 않음
    • 비교적 높은 주파수의 1비트 디지털 펄스열을 사용함
    • 미터의 관성과 내부 코일의 인덕턴스가 나머지를 처리하며, 소프트웨어로 제어한 듀티 사이클에 따라 중간 위치에 안정됨
  • 코드는 meter_clock2.c에서 볼 수 있고, 짧고 주석이 잘 달려 있음
  • 동작의 핵심은 크리스털과 동기화된 타이머 인터럽트로 10Hz 카운터를 증가시키는 방식임
    • 이후 메인 이벤트 루프가 적절한 듀티 사이클을 계산하고 출력 핀을 수동으로 토글함
    • 칩에는 하드웨어 PWM 모듈이 있지만, 애플리케이션이 단순해 PWM 회로를 써도 실질적인 이점이 없음
  • 11:59:59 부근에서 촬영한 롤오버 영상은 Video 3로 제공됨

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GN⁺ 9시간전  [-]
Hacker News 의견들

  • 2014년쯤 누군가의 Arduino 기반 전압계 시계를 봤는데, 아마 여기였던 것 같음: https://maniacallabs.com/2014/07/08/meter-clock-pt1/
    꽤 멋지다고 생각했지만, 물건에 비해 조금 비쌌음
    그래서 PIC 칩으로 직접 만들었음: https://www.n1kdo.com/meter-clock/index.html
    내 것은 정확한 시계라기보다 책상 위에 두고 대화를 끌어내는 흥미로운 장식품에 가까움

  • 이런 프로젝트는 늘 즐거움. 예술적으로 멋지고, 온갖 아이디어를 떠올리게 해줘서 좋음

    • 깔끔한 목공 작업이 단순하고 우아한 설계와 결합된 걸 보는 건 확실히 좋음
      머리의 여러 영역을 동시에 쓰게 만드는 방법이기도 함

  • 재미있게도 나도 패널 미터를 만지고 있었음
    지금 아날로그 컴퓨터를 마무리하는 중인데, 아날로그 값을 디지털로 바꿔 LCD에 표시하려고 ADC를 붙였음. ESP32 개발 보드를 썼고, 패널 미터보다 유연하고 오실로스코프보다 저렴했음
    하지만 “모사된” 패널 미터를 보는 건 아날로그 컴퓨터의 취지를 좀 흐리는 것 같아서, 내 아날로그 컴퓨터에서 이 시계에 쓰인 것 같은 실제 패널 미터로 연결하는 작은 PCB를 만들었음
    아날로그 컴퓨터에서 스프링+질량 시뮬레이션을 돌리면서 LCD/ESP32의 패널 미터 표현과 실제 패널 미터가 동시에 움직이는 걸 보니 모든 게 딱 와닿았음

  • 너무 멋짐! 전자 회로는 아마 쉽게 만들 수 있을 것 같은데, 이런 프로젝트에는 목공 도구가 필요하고 내 작은 원룸에는 둘 공간이 없음
    아내가 그런 도구를 사는 걸 좋아하지 않을 것도 같고, 그건 또 다른 문제임

    • 근처에 메이커스페이스나 해커스페이스가 있다면 CNC 라우터가 있을 수 있음. 앞판이 양면 가공일 것 같다는 점만 빼면 꽤 간단하고, Shopbot이나 비슷한 장비만으로 전부 만들 수 있음
      최악의 경우 FreeCAD를 배우고 콜릿($10~$50)과 비트(두 개 사면 약 $50~$75)를 사야 할 수도 있음. 운이 좋으면 쓸 수 있는 소프트웨어와 공구가 이미 있을 수 있음
      직업적으로 가구를 만들고, 메이커스페이스에서 일해봤고, 그곳 Shopbot으로 비슷한 복잡도의 프로젝트를 해본 경험에서 하는 말임
      덧붙이면, 앞판의 게이지 주변 턱 홈을 생략하면 단면 CNC 작업으로 만들 수 있어서 훨씬 쉬워짐. 조심해서 작업하면 휴대용 라우터와 턱 홈 비트로도 가능함
    • 지역 도서관도 확인해볼 만함. 어떤 곳은 빌리거나 현장에서 쓸 수 있는 별별 공구를 갖추고 있음

  • 최근 Princess Auto에서 이런 잉여 미터를 엄청 싸게 팔아서 하나 만들었음. 개당 1달러 조금 넘는 수준이라 많이 샀음
    내가 만든 건 이만큼 예쁘진 않지만, 시간을 표시하는 방식으로는 정말 좋고 사람들이 보면 살짝 신기해함

  • 좋음! 높은 값에서 낮은 값으로 갈 때 오버슈트와 튐을 막는 조정만 조금 있으면 되겠음

    • 아니, 그 튐이 멋짐
    • 그러려면 100% 듀티 사이클에서 0% 듀티 사이클로 순간 전환하지 말고, 1초의 상당 부분이나 아예 1초 동안 듀티 사이클을 선형으로 낮추면 됨
      다른 사람이 말했듯 오버슈트가 멋져 보일 수는 있지만, 값싼 패널 전압계가 그런 충격을 아주 많이 견디지는 못할까 봐 걱정됨
    • 뭐라고? 디지털에서는 그 효과를 내려면 코드 줄을 일부러 더 추가하는데?
      ;-)
    • 코드가 늘어나면서 더 나빠지는 흐름은 따라갈 필요 없음

  • 멋짐! 그래도 회로에 연산 증폭기 한두 개쯤은 있길 기대했음 ;)

  • 무작위 아이디어:
    전압은 시, 전류는 분으로 쓰고
    그 결과 전력이 무지갯빛 전구를 구동하게 하는 방식

    • 아이디어를 완전히 이해한 건 아닌 것 같음. 전류계에 흐르는 전류는 전압과 백열등(?)의 저항에 따라 달라짐. 분 단위로 전류를 바꾸려면 디지털 저항이나 전위차계가 필요할 것 같은데, 그걸 제안한 건가?
      방금 영어에서는 ‘amperemeter’보다 ammeter라고 더 흔히 부른다는 걸 알았는데, 너무 직관적이지 않아서 나는 ‘amperemeter’가 더 좋음

  • 이런 아날로그 장치를 디지털 출력으로 구동한다는 점이 마음에 듦. PWM을 쓴 게 영리함

  • 제작물 자체는 정말 훌륭함! 이건 완전히 내 개인적인 걸림돌이지만, 초침이 리셋되어야 하는 방식은 끝없이 거슬림 :/

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