3D打印仿古座钟设计
发布时间: 2025-06-14 15:18:43 |
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Arduino
3D打印
智能座钟
ESP32开发板
NTP时间同步

本项目是一款基于3D打印的智能机械座钟,结合仿古设计与现代电子技术。通过ESP32双核架构实现NTP时间同步与电子报时功能,支持自定义音效及夏令时配置。齿轮组由步进电机驱动,确保精准指针运动。可选电池备份与Wi-Fi恢复功能提升实用性,SD卡存储个性化报时音乐,满足用户定制需求。
准备工作:
材料:
以下是需要购买的部件清单:
- 1个 Adafruit Feather ESP32(产品链接)
- 1组 Adafruit Feather ESP32专用“slim”型母座接头(Adafruit)
- 1个 Adafruit Feather Music Maker(产品链接)
- 2个 1.5英寸4欧姆扬声器(产品链接)
- 1组 步进电机、控制器及电缆(TIMESETL 5pcs DC 5V Stepper Motor 28BYJ-48 + 5pcs ULN2003 Driver Board)
- 1个 干簧管(ORD2210V/20-25 AT,Mouser.com,因易碎,建议购买10个备用)
- 9个 直径3mm、厚度1.5mm的钕磁铁(本地模型店)
- 4个 2mm×10mm沉头螺钉(本地五金店)
- 4个 2mm螺母(本地五金店)
- 1条 USB至ESP32数据线(Adafruit)
- 1个 3.7V 1200mAh锂电池(Adafruit,可选)
- 1张 Micro SD卡
1
3D打印部件

所有3D打印部件需以0.15mm层高打印,螺栓和支架使用50%填充率,其余部件使用20%填充率且无需支撑结构。具体部件包括:
- 1个 Axle Gear, Minutes To Hours.stl
- 7个 Bolt, 6mm by 8mm.stl
- 1个 Bolt, Holder, Switch, Reed.stl
- 2个 Bolt, Motor.stl
- 1个 Cover.stl
- 1个 Door.stl
- 1个 Frame.stl
- 1个 Front.3mf 或 Front.stl
- 1个 Gear, Hours.stl
- 1个 Gear, Minutes To Hours.stl
- 1个 Gear, Minutes.stl
- 1个 Hand, Hour.stl
- 1个 Hand, Minute.stl
- 1个 Holder, Switch, Reed.stl
- 1个 Rear.3mf 或 Rear.stl
- 4个 Spacer, Frame PC Boards.stl
- 4个 Standoff, Frame to Front.stl
- 3个 Standoff, Front to Rear.stl
打印完成后,需对移动部件进行测试装配并修整,确保运动顺畅。非移动部件需确保紧密贴合。建议使用细齿锉刀修整接触平台的边缘,尤其是齿轮齿部,以去除残留材料并保证边缘光滑。
FLLG5TAJPADJV26.stl
97.93KB
FNAZNNMJPADJSNJ.stl
259.95KB
FNSH0HXJPADJSNM.stl
493.34KB
FOJTZWAJPADJMRM.stl
383.48KB
FPECEIYJPADJNXX.stl
85.34KB
FL27BGKJPADJOJ8.stl
647.15KB
FTMQU4VJPADJNY1.stl
79.96KB
FOLP5TWJPADJS2D.stl
634.85KB
FRU7TF6JPADJT8T.stl
695.10KB
FKTAQTLJPADJTU4.stl
1009.85KB
F9OWXVGJPADJNCT.stl
484.55KB
FQ5B7QCJPADJVOA.stl
1.77MB
F15HGSDJPADJM6E.stl
672.84KB
F6D7S7OJPADJVNT.stl
1.10MB
FG5R8PMJPADJRH7.stl
418.73KB
FI52S6SJPADJM6D.stl
524.89KB
F5B3BG0JPADJTVI.3mf
4.08MB
FP8KBLJJPADJV23.stl
8.01MB
FUJJYRMJPADJQAQ.3mf
9.40MB
FZWD1X5JPADJRH1.stl
19.04MB
2
安装干簧管











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注意事项:
- 干簧管极其脆弱,操作时需格外小心。
- 弯折干簧管引脚时,务必使用尖嘴钳夹住引脚根部,避免在玻璃管处弯折导致损坏。
- 将干簧管插入 Holder, Switch, Reed.stl 中,调整至指定位置。
- 用尖嘴钳夹住引脚,向支架方向弯折,重复操作另一侧引脚。
- 暂存此组件,待后续接线使用。
3
组装ESP32与Music Maker

- 按照Adafruit官方指南(链接),将Feather ESP32与Feather Music Maker分别安装到“slim”型母座接头上。
- 确保所有连接稳固,避免松动。
4
电路接线





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- 使用4个4mm×10mm沉头螺钉将ESP32与步进电机控制器固定在 Frame.stl 的齿轮侧。
- 接线规则如下:
- ESP32引脚A0 → 步进电机控制器IN1
- ESP32引脚A1 → 步进电机控制器IN2
- ESP32引脚A5 → 步进电机控制器IN3
- ESP32引脚21 → 步进电机控制器IN4
- ESP32引脚GND → 步进电机控制器“-”
- ESP32引脚BAT(电池备份)或USB(非电池模式) → 步进电机控制器“+”
- ESP32引脚27 → 干簧管一根引脚
- ESP32引脚GND → 干簧管另一根引脚
- 使用高强度氰基丙烯酸酯胶水固定导线,提供应力消除。
- 将扬声器正极(+)与负极(-)分别焊接至Music Maker的对应端子,并连接扬声器。
- 完成后,移除电路板。
5
安装MP3文件至Micro SD卡




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F325INLJPADJLL3.zip
4.09MB
6
组装与测试座钟框架













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- 使用2个 Bolt, 4mm.stl 将步进电机固定在框架上,并调整电机轴至垂直位置。
- 将干簧管组件对准框架槽口,用 Bolt, Holder, Switch, Reed.stl 固定。
- 用4个4mm×10mm螺钉、4个 Spacer, Frame to PC Boards.stl 及4个螺母将ESP32与步进电机控制器安装在框架非齿轮侧。
- 将 Gear, Minutes.stl 压入步进电机轴,再将 Gear, Minutes To Hours.stl 与 Axle Gear, Minutes To Hours.stl 组装并固定。
- 将3个钕磁铁堆叠后压入 Gear, Hours.stl 的平面侧。
- 整理步进电机导线,插接控制器接口。
- 装配时钟齿轮组,确保所有齿轮槽垂直(12:00位置)。
- 安装时针与分针。
- 通过USB供电(或电池),加载 MantelClock.ino 代码并完成以下配置:
- 将
HOME_SWITCH_CALIBRATE
设置为true
- 输入Wi-Fi路由器的SSID与密码
- 下载代码后,齿轮会逆时针旋转90度,随后顺时针校准至干簧管触发。
- 若未校准至12:00,调整干簧管支架位置(提前/滞后)。
- 校准完成后,用胶水固定干簧管支架,并设置
HOME_SWITCH_CALIBRATE
为false
。 - 配置时区及夏令时规则(可选)。
F55PGXTJPADWHRA.ino
57.76KB
7
组装座钟前壳






1234
- 将4个 Standoff, Frame to Front.stl 安装到 Front.3mf(或 Front.stl)中。
- 将框架齿轮侧朝上,滑动前壳至框架上,对齐4个支架孔并用 Bolt, 6mm by 8mm.stl 固定。
- 将3个 Standoff, Front to Rear.stl 安装到前壳指定位置。
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最终组装











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- 若使用电池备份,此时可将电池插入ESP32(注意后续操作中齿轮可能移动)。
- 将 Cover.stl 滑入前壳槽口,确保覆盖框架。
- 在 Rear.3mf(或 Rear.stl)中压入3个钕磁铁(方向一致),将后壳对齐前壳槽口并固定。
- 用3个 Bolt, 6mm by 8mm.stl 通过后壳孔与支架连接前壳、后壳及盖板。
- 在 Door.stl 中压入3个钕磁铁,确保与后壳磁铁相吸。
- 安装时针与分针,将USB线从后壳出口引出。
- 若使用电池备份,将电池安装在框架与盖板之间(操作较复杂)。
- 最后安装门板,完成组装。










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