沙漏，曾是古人主要的计时工具，随着时代的发展，更多更先进的技术工具逐渐取代了它，从机械钟表到石英钟表，从数码管到电子表，从LED点阵再到现在的智能手机，时间的显示越来越精准，但我还是更喜欢沙漏这种时间流逝的感觉，那么能不能以现代的电子技术给沙漏赋予新的形态呢？

材料准备

“沙子”载体

        既然要用电子的方式模拟流沙，那首先要确定一种载体来显示沙粒。为了更符合人们对砂粒的直觉，载体的显示效果要有颗粒感，并且这个沙漏定位是桌面摆件，所以体积尽可能的小一些，综合考虑，选择MAX7219驱动的8X8点阵屏作为赛博沙子的载体，就是户外广告的那种屏幕。

主控芯片

        出于简单易用的考虑，要选一个适配Arduino开发环境的芯片，当前比较流行的是ESP32和rp2040，二者最大的区别是ESP32有WiFi功能，这个沙漏没有联网的需求，芯片选择RP2040。开发板也尽可能的找一款体积小巧的，便于整体的小型化，最后选择了微雪RP2040-zero，

        它的长和宽只有23.5mm X 18mm，完美符合预想。

电子陀螺仪

        赛博沙漏也要同真的沙漏一样，整体翻转后沙子反向流动，这就需要某个传感器来检查沙漏的姿态，以此为依据决定沙子的流行，这里直接选择最简单易用的MPU6050电子陀螺仪模块，该模块非常流行，实例丰富，可以很快的上手使用。

电源部分

        最后就是电源部分，我希望它是完全独立的，可以任意移动的，这就需要使用电池对它供电。

        任意的3.7V锂电池都可以，唯一的要求就是体积尽可能的小一些。我选择了一块400mAh的软包锂电池，只有20*37*5mm的小巧体积。

        另外还需要一个电源管理模块来负责电池的充放电功能，这里选用了5V充放电一体模块，它小小的体积还集成了电压转化的功能，可以通过它直接给点阵屏模块输出5V的标准电压，非常方便。

外壳制作

        外壳的设计思路就是造型尽可能的简单，体积尽可能的小巧。使用SolidWorks对外壳进行绘制

        然后再用3D打印将它制作出来，使用最普通的PLA耗材就可以。

        这里推荐拓竹的打印机，省心好用，全自动打印，再也不用为调平调试等问题烦恼，简单到只要把文件拖进去，然后等待取零件就可以了。适合喜欢DIY但是不想费心调试机器的小伙伴。

        并且打印速度，打印质量无可挑剔（上图的零件就是拓竹机器打印的），在我这个多年的3D玩家看来，非常完美了。

整体组装

        元件数量比较少，且都是成品模块，所以就不要绘制PCB了，直接飞线就可以。按照接线图将所有模块连接好，塞进外壳里就OK。

        在很小的空间里飞了十多根线，可能会有点乱，但这都没关系，等下盖上后盖就好了，眼不见心不烦。

程序源码（完整）

        有编码经验的可以自行更改引脚，或者改用其他开发板。

        如果完全按照我的方案制作，那么在Arduino环境下，选择waveshare RP2040 ZERO开发板，直接编译下面的源码就可以。

实现效果

  包含了：思路 + 过程 + 完整效果，敬请欣赏~

总结

        这个赛博沙漏基本达到了预期的效果，通过电子技术的方式实现了流沙的效果，且有着很符合直觉的物理效果，是个非常有意思的桌面摆件。

        不过仍有可以改进的地方，目前“一粒沙子”的流动是一秒钟，一次翻转的时间就是8x8=64秒，考虑实用性的话这个时间有点短。尽管可以通过修改源码的方式调整时间间隔，但每次都改源码太麻烦了。

        之后考虑增加一些常用的时间间隔预设，再增加两个按键来切换间隔，并且在切换的时候通过点阵屏显示出当前的设置，最后长按该键应用设置，这样它就不仅是一个有趣的电子玩具，同时也是一个有实用价值的计时工具了。