Cómo construir un reloj de palabras: Un vistazo a la última demostración de Tulip App

Puede resultar difícil explicar una plataforma de operaciones SaaS a la gente.

En muchos sentidos, las plataformas se explican mejor a través de la experiencia práctica, no verbalmente. Así que pasamos mucho tiempo pensando en cómo hacer que la gente entendiera exactamente lo que hace Tulip en una sola experiencia.

A lo que llegamos fue a una experiencia de montaje manual en la que la gente construye su propio reloj de palabras de principio a fin.

Lo que esto significaba, en la práctica, es que necesitábamos construir ese reloj de trabajo desde cero, en casa. Así que así es como diseñamos el producto que hay detrás de nuestra última demostración.

Un reloj de palabras es justo lo que parece. Es un reloj que da la hora deletreándola en letra de imprenta en lugar del clásico diseño de esfera o con números digitales.

Creamos este reloj de palabras como una forma de demostrar múltiples facetas diferentes de Tulip : instrucciones de trabajo inteligentes, integraciones de dispositivos, conectividad IoT y análisis. El participante puede ver todo lo que distingue a Tulip en una sola demostración.

En la demostración, cada cliente potencial monta su propio reloj de palabras. Mientras lo hacen, experimentan todo lo que experimentaría un operario de fábrica y, en el proceso, comprueban la potencia y la flexibilidad de Tulip. Al final, los participantes se quedan con el reloj de palabras final como regalo.

Construir el reloj de palabras fue un ejercicio de ingeniería, diseño y fabricación. Queríamos un objeto estético que costara menos de 10 dólares por todo: todas las piezas eléctricas y mecánicas, una fuente de alimentación y una caja.

¿Qué necesita para construir un reloj de palabras?

¿Qué necesita para un reloj de palabras que funcione? He aquí un rápido inventario:

1. Una placa frontal con letras recortadas para mostrar la hora
2. 2. Un difusor para los LED para que la luz tenga una distribución uniforme. Si no utilizara un difusor, probablemente podría ver los LED a través de cada letra.
3. Un estuche o una forma diferente de mantener unidos cada uno de los componentes.
4. Una rejilla 3D en forma de panal para evitar la fuga de luz de cada uno de los LED. Sin esto, si se encendiera un solo LED, la luz se filtraría a las otras letras. Esto haría imposible la lectura del reloj
5. Electrónica - 64 LEDs al menos para un reloj de 8×8 y un microcontrolador para manejarlo todo
6. Una forma de llevar la cuenta del tiempo más precisa que un microcontrolador.
7. El código que hará que el microcontrolador funcione como un reloj de palabras.

Son siete componentes distintos, cada uno con sus propios retos.

Resulta que diseñar un reloj de palabras es más fácil planearlo que hacerlo. He aquí algunas de las formas en que esta tarea se complicó.

Iterar hasta un diseño final

La mayoría de los relojes de palabras utilizan una pieza de metal o madera cortada con láser como placa frontal para bloquear la luz. Buscando entre los diseños de relojes de palabras, me encontré con algunos diseños que utilizaban una placa de circuito impreso (PCB) de banco tanto como placa frontal como difusor de la luz. La serigrafía y el cobre se habían añadido en el negativo de las letras y con un PCB lo suficientemente fino, la luz podía brillar a través como difusor.

Estas características resolvieron tres de nuestros problemas:

1. Al diseñar una placa frontal, conseguimos gratis dos de los otros componentes
2. No necesitábamos añadir un difusor ya que la placa de circuito impreso actuaba como difusor y placa frontal
3. 2. No necesitábamos añadir una carcasa porque podíamos unir mecánicamente la placa trasera con la electrónica a la placa frontal

Con la mayoría de las cuestiones mecánicas resueltas, necesitábamos una cosa más: el panal. Conté con la ayuda de nuestro extraordinario ingeniero de aplicaciones Justin para crear un diseño rápido en Onshape que imprimimos en una de las impresoras 3D Formlabs Form2 que tenemos en nuestros laboratorios. Descubrimos que imprimir directamente sobre la placa de impresión creaba la menor cantidad de distorsión. Pudimos decidir iterativamente las tolerancias y crear un diseño que encajara bien.

Como habíamos decidido renunciar a una carcasa, sabíamos que no debíamos colocar ningún componente eléctrico en la parte trasera. Esto era en parte por seguridad (no queríamos que la gente tocara accidentalmente la parte trasera y cortocircuitara dos cosas) y en parte una elección estética. Esto significaba que todo tenía que caber en la placa, incluido el microcontrolador ATMega.

Si tiene alguna pregunta sobre cómo se ve esto bajo el capó, ¡consulte nuestro Github!

Para el diseño eléctrico y el software - bifurqué un diseño diferente que utilizaba un ATmega328 (el mismo chip que un Arduino) y un bloque de LEDs prefabricado. Pudimos utilizar la mayor parte del código bifurcado (con algunas actualizaciones menores en la frecuencia de actualización y la colocación de las letras). Actualicé el esquema y decidí hacer el diseño en Eagle, en lugar de Altium, para que el diseño fuera más amigable con el código abierto.

Añadimos una característica adicional: un Reloj en Tiempo Real (RTC) y un módulo de batería que mantendría la hora incluso cuando el aparato no recibiera corriente. A menudo, cuando su microondas o estufa pierde la corriente eléctrica, el reloj se pone a cero. Esto se debe a que no dispone de un RTC con pila. Estos pequeños módulos vienen con una pila y solucionan un montón de problemas de diseño con respecto a las pilas. Programamos estos relojes a la hora actual utilizando Tulip y un protocolo serie (i2c) que conectamos directamente a nuestro Gateway.

Con las siete piezas necesarias en funcionamiento, pudimos finalizar el diseño del reloj de palabras completo.

Aprovisionamiento de los componentes y producción en serie

En la escuela o como ingeniero, aquí es donde termina el proceso: has hecho el diseño y tiene buena pinta. Para mí, finalizar el diseño era sólo la mitad del proceso - todavía teníamos que producirlo. Esto significaba encontrar a alguien que hiciera el aprovisionamiento de suficientes componentes para 500 Word Clocks - esto significaba 500 ATMega328s 31500 LEDs, y 4000 resistencias así como muchos otros componentes.

Dado que trabajamos con fabricantes contratados para nuestros principales productos de hardware (Light Kit y Gateway), pudimos utilizar estas relaciones durante la fase de creación de prototipos y producción en serie. Para los proyectos mecánicos más complicados, aquí es donde falla la producción de hardware: encontrar un fabricante que cree piezas de calidad es difícil. Por suerte, gracias a nuestras relaciones establecidas y a la madurez del ensamblaje electrónico en China, pudimos navegar por la producción en masa con relativa facilidad.

El aprovisionamiento de los componentes fue más difícil, ya que éramos muy sensibles a los precios. No queríamos utilizar nuestro proceso típico y hacer que nuestro fabricante contratado comprara las piezas en nuestro nombre. Tampoco queríamos utilizar distribuidores estadounidenses como Digikey o Mouser porque tienen precios elevados y requieren la importación a China

Como la BOM era pequeña y la mayoría de los componentes eran productos básicos, me encargué yo mismo de las compras. Recurrimos a un distribuidor chino, LCSC, para la mayoría de nuestras piezas. Las piezas son baratísimas y, si se paga el envío rápido, llegan más o menos en el mismo tiempo que los distribuidores norteamericanos. Para nuestros componentes clave: los LED y el microcontrolador nos quedamos con los distribuidores norteamericanos.

Tras resolver el aprovisionamiento y hacer llegar todas las piezas a la fábrica, pudimos pasar sin problemas a la producción en serie y recibimos 500 sin montar.

He aquí un rápido desglose de la aplicación del reloj de palabras en la práctica.

1.) Pick-to-Lights guía a los operarios hasta el contenedor del módulo RTC

2.) Programar el RTC

3.) Elija la placa base y el espaciador

4.) Conecte el RTC

5.) Complete el montaje y enchufe el reloj

6.) QA el reloj de palabras en línea

7.) Montaje completo

Si desea construir usted mismo un reloj de palabras y ver de qué va Tulip , visítenos en una de nuestras próximas ferias o programe una demostración hoy mismo.