Многие начинающие радиолюбители, да и не только, любят «изобрести велосипед» — каждому хочется построить СВОИ электронные часы. Меня эта участь так же не миновала. В Интернете конструкций часов предостаточно, но часов на светодиодных матрицах среди них единицы. В русскоязычном интернете я нашел лишь одну полностью законченную конструкцию с описанием.
В то же время, светодиодные матрицы в последнее время сильно упали в цене, и их стоимость может даже меньше, чем семисегментне индикаторы того же размера.
Вот к примеру примененные GNM23881AD при размере 60х60мм куплены мной за полтора доллара (три индикатора обошлись в четыре с половиной доллара), за такие деньги врядли купишь четыре семисегментных индикатора таких-же размеров.
Но разместить информации на матричном индикаторе, получится намного больше. Кроме цифровой индикации, на светодиодной матрице можно отобразить различные буквы, знаки, а при помощи бегущей строки и текст.
Проанализировав всё это, было принято решение построить многофункциональные часы на светодиодных матрицах, при этом было желание не усложнять схему больше, чем на семисегментных индикаторах. Ещё хотелось, что-бы схема была многофункциональная и не похожа на другие. Вот так и родилась вот эта схема.
- (для увеличения, щелкните мышкой по схеме, откроется в новой вкладке)
- Функционал часов:
Время, календарь, дни недели. (учитывается високосный год, но перехода на летнее/зимнее время нет).
Сохранение работоспособности часов при отключении внешнего источника питания (потребление тока всего 15мкА).
Коррекция хода часов + — 59,9сексутки, шаг 0,1сек.
9 будильников. Три из них «одноразовые», а 6 — «постоянные», настраиваемые индивидуально по дням недели.
Длительность звукового сигнала для каждого будильника индивидуально настраиваемая (1-15мин).
Звуковое подтверждение при нажатии кнопок (функция отключаемая).
Каждый час звуковой сигнал (функция отключаемая). С 00-00 до 08-00 режим сна, сигнал не подаётся.
- 1 или 2 температурных датчика (Улица и дом).
- Настраиваемая бегущая строка, при помощи которой можно вывести всю информацию (кроме времени)
- Коррекция хода, и установки «бегущей строки» — сохраняются в памяти даже при отключении резервного источника питания.
«Сердцем» часов была выбрана AtMega16A, критерием сыграли ее дешевизна, достумность. Ее 40 ног позволят реализовать все задумки. Было желание схему максимально упростить, и поэтому весь функционал был возложен на контроллер.
В итогеполучилась схема всего на двух микросхемах, контроллер и регистр TPIC6B595. Если нет возможности достать TPIC6B595, то вполне возможно заменить его на 74НС595 + ULN2803. Все варианты были проверены.
Ещё можно попробовать заменить на TPIC6С595, но она слабовата, и немного грелась, но работала довольно стабильно.
Отсчет времени осуществляется с помощью асинхронного таймера – Т2. При пропадании основного питания ход часов сохраняется.При этом почти вся схема обестачивается, а контроллер запитывается от аккумулятора, батарейки или ионистора. Было желание «по играться» с ионистором, вот поэтому и применил его.
Часы потребляют в дежурном режиме около 15мкА. При резервном питании от ионистора на 1Ф, емкости хватило на четверо суток, чего вполне достаточно для поддержания хода часов при перебоях в сети. Если использовать батарейку СR2032, то заряда хватит на полтора года. Контроллер прослушивает наличие сети через выв. PB3 (инвертирующий вход компаратора).
Напряжение питания подается через делитель R2-R3 на выв. РВ3, и примерно равно 1,5 В. Если напряжение питания снизится до 4,1 вольта, то напряжение на выв. РВ3 станет меньше 1,2 В, при этом сгенерируется прерывание от компаратора, и в обработчике этого прерывания выключаются все «лишние» узлы контроллера и сам контроллер усыпляется.
В этом режиме продолжает работать только отсчитывающий время таймер Т2. При появлении внешнего питания, напряжение на РВ3 снова подымится выше 1,23в, контроллер «увидев» это, переведет все узлы в рабочее состояние. Если вместо ионистора, будет использоваться батарейка СR2032, то её нужно подключить через диод(предпочтительно диод шоттки).
Анод диода подключается к + батарейки, а катод к катоду VD1.
В обычном режиме на экране отображается время в формате часы-минуты. С интервалом в одну минуту происходит запуск бегущей строки. Бегущей строкой отображается день недели, дата, год, темп. дома, и темп. на улице.
Бегущая строка настраиваемая, т.е. можно включить/выключить отображение любого из элементов. (я например всегда отключаю отображение года).
При выключении всех элементов, бегущая строка не запускается, и часы постоянно отображают текущее время.
9 будильников разделены на 3 одноразовых и 6 многоразовых. При включении будильников 1-3, они срабатывают только один раз. Для того чтоб они сработали еще раз, их нужно повторно включать вручную. А будильники 4-9 многоразовые, т.е.
они будут срабатывать ежедневно, в установленное время. Кроме того эти будильники можно настроить на сработку только в определенные дни недели. Это удобно, например если не хотите чтоб будильник разбудил Вас в выходные.
Или например Вам нужно просыпаться в будние дни в 7-00, а в четверг в 8-00, а на выходных будильник не нужен. Тогда настраиваем один многоразовый на 7-00 в понедельник-среду и пятницу, а второй на 8-00 в четверг…..
Кроме того все будильники имеют настройку длительности сигнала, и если Вам, для того чтоб проснуться, мало сигнала в течении 1 минуты, то можно увеличить его на время от 1 до 15мин.
Коррекция хода производится один раз в сутки, в 00-00.
Если часы спешат к примеру на 5 сек в сутки, то в 00-00-00 время установится в 23-59-55, если же часы отстают, то в 00-00-00 время установится в 00-00-05. Шаг коррекции – 0,1 сек.
Максимальная коррекция – 59,9 сек/сутки. С исправным кварцем больше вряд ли понадобиться. Коррекция осуществляется и в дежурном режиме при питании от батареи.
Можно применить любые светодиодные матрицы 8*8 светодиодов с общим катодом. Как уже говорилось, я применил GNM23881AD. Но можно «набрать» матрицу и из отдельных светодиодов. Микроконтроллер AtMega16a можно заменить на «старый» AtMega16 с буквой L. При этом, теоретически должен немного увеличится ток потребления от батарейки.
Наверное будет работать и просто AtMega16, но могут возникнуть проблемы при работе от батарейки. Диод D1 — желательно любой диод шоттки. С обычным выпрямительным тоже работает, но чтоб обезопасить себя от различных глюков, связанных с тем что часть схемы питается напряжением «до диода», а часть «после диода» лучше поискать шоттки.
Транзистор VT1 – любой n-p-n.
Управление часами осуществляется двумя кнопками. Их количество можно было довести до 8шт, не добавляя больше вообще ни одного компонента, кроме самих кнопок, но захотелось попробовать «выкрутится» всего двумя. Кнопки условно названы «ОК» и «ШАГ».
Кнопкой «ШАГ» как правило происходит переход к следующему пункту меню, а кнопкой «ОК» изменение параметров текущего меню. Сигнал сработавшего будильника также выключается кнопками «ОК» или «ШАГ». Нажатие любой кнопки во время сигнала будильника отключает его.
Схема управления получилась такой:
Конструктивно часы выполнены на одной печатной плате. Размер печатной платы выбран под размер индикаторов. Минимальная ширина дорожекпечатной платы – 0,4мм, расстояние между дорожками– 0,4мм. Так что методом «ЛУТа» можно без труда вытравить плату самостоятельно.
SMD элементы расположены с одной стороны платы. А индикаторы с другой. стороны Получился миниатюрный блок, который можно легко встроить в какой нибудь небольшой плоский корпус.
Корпус собран из стеклотекстолита методом пайки, прошпаклеван и покрашен в цвет «спелая вишня». Стекло передней панели – обычное тонированное стекло.
Окончательный вариант.
Проект в протеусе у меня не захотел работать, отлаживал в железе. Если у кого получится собрать в протеусе, и нормально заработает — высылайте, проект обязательно будет выложен.
- Если есть интересные идеи по добавлению функционала – пишите в х, реализую все, на что хватит сил и мозгов (правда кодер с меня слабенький…).
- Видео работы часов
- Элемент video не поддерживается вашим браузером. Скачайте видео
(не получается нормально у меня снять видео. Изображение на самом деле плавное и четкое, но на видео дергается и «рвется»….)
Fuze bit
- Прошивка и исходник на си (CodeVision_AVR_2.05)
- Плата Lay
- Автор — O-LED
- Статья размещена с разрешения автора.
Самодельные электронные часы, элементная база — часть 2
Привет, geektimes! В первой части статьи были рассмотрены принципы получения точного времени на самодельных часах. Пойдем дальше, и рассмотрим, как и на чем это время лучше выводить.
1. Устройства вывода
Итак, у нас есть некая платформа (Arduino, Raspberry, PIC/AVR/STM-контроллер, etc), и стоит задача подключить к нему некую индикацию. Есть множество вариантов, которые мы и рассмотрим.
Сегментная индикация
Тут все просто. Сегментный индикатор состоит из обычных светодиодов, которые банально подключаются к микроконтроллеру через гасящие резисторы. 
Осторожно, траффик! Плюсы: простота конструкции, хорошие углы обзора, невысокая цена. Минус: количество отображаемой информации ограничено. Конструкции индикаторов бывают двух видов, с общим катодом и общим анодом, внутри это выглядит примерно так (схема с сайта производителя).
Есть 1001 статья как подключить светодиод к микроконтроллеру, гугл в помощь. Сложности начинаются тогда, когда мы захотим сделать большие часы — ведь смотреть на мелкий индикатор не особо удобно. Тогда нам нужны такие индикаторы (фото с eBay):
Они питаются от 12В, и напрямую от микроконтроллера просто не заработают. Тут нам в помощь приходит микросхема CD4511, как раз для этого предназначенная. Она не только преобразует данные с 4-битной линии в нужные цифры, но и содержит встроенный транзисторный ключ для подачи напряжения на индикатор. Таким образом, нам в схеме нужно будет иметь «силовое» напряжение в 9-12В, и отдельный понижающий преобразователь (например L7805) для питания «логики» схемы.
Матричные индикаторы
По сути, это те же светодиоды, только в виде матрицы 8х8. Фото с eBay:
Продаются на eBay в виде одиночных модулей либо готовых блоков, например по 4 штуки. Управление ими весьма просто — на модулях уже распаяна микросхема MAX7219, обеспечивающая их работу и подключение к микроконтроллеру с помощью всего лишь 5 проводов. Для Arduino есть много библиотек, желающие могут посмотреть код.
Плюсы: невысокая цена, хорошие углы обзора и яркость. Минус: невысокое разрешение. Но для задачи вывода времени вполне достаточно.
ЖК-индикаторы
ЖК-индикаторы бывают графические и текстовые. 
Графические дороже, однако позволяют выводить более разнообразную информацию (например график атмосферного давления). Текстовые дешевле, и с ними проще работать, они также позволяют выводить псевдографику — есть возможность загружать в дисплей пользовательские символы. Работать с ЖК-индикатором из кода несложно, но есть определенный минус — индикатор требует много управляющих линий (от 7 до 12) от микроконтроллера, что неудобно. Поэтому китайцы придумали совместить ЖК-индикатор с i2c-контроллером, получилось в итоге очень удобно — для подключения достаточно всего 4х проводов (фото с eBay).
ЖК-индикаторы достаточно дешевые (если брать на еБее), крупные, их просто подключать, и можно выводить разнообразную информацию. Единственный минус это не очень большие углы обзора.
OLED-индикаторы
Являются улучшенным продолжением предыдущего варианта. Варьируются от маленьких и дешевых с диагональю 1.1″, до больших и дорогих. Фото с eBay.
Собственно, хороши всем кроме цены. Что касается мелких индикаторов, размером 0.9-1.1″, то (кроме изучения работы с i2c) какое-то практическое применение им найти сложно.
Газоразрядные индикаторы (ИН-14, ИН-18)
Эти индикаторы сейчас весьма популярны, видимо из-за «теплого лампового звукасвета» и оригинальности конструкции. 
(фото с сайта nocrotec.com)
Схема их подключения несколько сложнее, т.к. эти индикаторы для зажигания используют напряжение в 170В. Преобразователь из 12В=>180В может быть сделан на микросхеме MAX771. Для подачи напряжения на индикаторы используется советская микросхема К155ИД1, которая специально для этого и была создана. Цена вопроса при самостоятельном изготовлении: около 500р за каждый индикатор и 100р за К155ИД1, все остальные детали, как писали в старых журналах, «дефицитными не являются». Основная сложность тут в том, что и ИН-хх, и К155ИД1, давно сняты с производства, и купить их можно разве что на радиорынках или в немногих специализированных магазинах.
2. Выбор платформы
С индикацией мы более-менее разобрались, осталось решить, какую аппаратную платформу лучше использовать. Тут есть несколько вариантов (самодельные я не рассматриваю, т.к. тем кто умеет развести плату и припаять процессор, эта статья не нужна).
Arduino
Самый простой вариант для начинающих. Готовая плата стоит недорого (около 10$ на eBay с бесплатной доставкой), имеет все необходимые разъемы для программирования. Фото с eBay:
Под Arduino есть огромное количество разных библиотек (например для тех же ЖК-экранов, модулей реального времени), Arduino аппаратно совместима с различными дополнительными модулями. Главный минус: сложность отладки (только через консоль последовательного порта) и довольно-таки слабый по современным меркам процессор (2КБайт RAM и 16МГц). Главный плюс: можно сделать много чего, практически не заморачиваясь с пайкой, покупкой программатора и разводкой плат, модули достаточно соединить друг с другом.
32-разрядные процессоры STM
Для тех кто захочет что-то помощнее, есть готовые платы с процессорами STM, например плата с STM32F103RBT6 и TFT-экраном. Фото с eBay:
Здесь мы уже имеем полноценную отладку в полноценной IDE (из всех разных мне больше понравилась Coocox IDE), однако понадобится отдельный программатор-отладчик ST-LINK с разъемом JTAG (цена вопроса 20-40$ на eBay). Как вариант, можно купить отладочную плату STM32F4Discovery, на которой этот программатор уже встроен, и его можно использовать отдельно.
Raspberry PI
И наконец, для тех кто хочет полной интеграции с современным миром, есть одноплатные компьютеры с Linux, всем уже наверное известные Raspberry PI. Фото с eBay: Это полноценный компьютер с Linux, гигабайтом RAM и 4х-ядерным процессором на борту.
С краю платы выведена панель из 40 пинов, позволяющая подключать различную периферию (пины доступны из кода, например на Python, не говоря о C/C++), есть также стандартный USB в виде 4х разъемов (можно подключить WiFi). Так же есть стандартный HDMI.
Мощности платы хватит к примеру, не только чтобы выводить время, но и чтобы держать HTTP-сервер для настройки параметров через web-интерфейс, подгружать прогноз погоды через интернет, и так далее. В общем, простор для полета фантазии большой.
С Raspberry (и процессорами STM32) есть одна единственная сложность — ее пины используют 3-вольтовую логику, а большинство внешних устройств (например ЖК-экраны) работают «по старинке» от 5В.
Можно конечно подключить и так, в принципе заработает, но это не совсем правильный метод, да и испортить плату за 50$ как-то жалко. Правильный способ — использовать «logic level converter», который на eBay стоит всего 1-2$. Фото с eBay: Теперь достаточно подключить наше устройство через такой модуль, и все параметры будут согласованы.
ESP8266
Способ скорее экзотический, но довольно-таки перспективный в силу компактности и дешевизны решения. За совсем небольшие деньги (около 4-5$ на eBay) можно купить модуль ESP8266, содержащий процессор и WiFi на борту.
Фото с eBay: Изначально такие модули предназначались как WiFi-мост для обмена по serial-порту, однако энтузиастами было написано множество альтернативных прошивок, позволяющих работать с датчиками, i2c-устройствами, PWM и пр. Гипотетически вполне возможно получать время от NTP-сервера и выводить его по i2c на дисплей.
Для тех кто хочет подключить много различной периферии, есть специальные платы NodeMCU с большим числом выводов, цена вопроса около 500р (разумеется на eBay): Единственный минус — ESP8266 имеет очень мало памяти RAM (в зависимости от прошивки, от 1 до 32КБайт), но задача от этого становится даже интересней.
Модули ESP8266 используют 3-вольтовую логику, так что вышеприведенный конвертор уровней тут также пригодится. На этом вводный экскурс в самодельную электронику можно закончить, автор желает всем удачных экспериментов.
Вместо заключения
Я в итоге остановился на использовании Raspberry PI с текстовым индикатором, настроенным на работу с псевдографикой (что вышло дешевле чем графический экран той же диагонали). Сфоткал экран настольных часов во время написания этой статьи.
Часы выводят точное время, взятое из Интернета, и погоду которая обновляется с Яндекса, все это написано на Python, и вполне работает уже несколько месяцев. Параллельно на часах запущен FTP-сервер, что позволяет (вкупе с пробросом портов на роутере) обновить на них прошивку не только из дома, но и из любого места где есть Интернет.
Как бонус, ресурсов Raspberry в принципе хватит и для подключения камеры и/или микрофона с возможностью удаленного наблюдения за квартирой, или для управлением различными модулями/реле/датчиками. Можно добавить всякие «плюшки», типа светодиодной индикации о пришедшей почте, и так далее. PS: Почему eBay?
Как можно было видеть, для всех девайсов приводились цены или фото с ебея.
Почему так? К сожалению, наши магазины часто живут по принципу «за 1$ купил, за 3$ продал, на эти 2 процента и живу». В качестве простого примера, Arduino Uno R3 стоит (на момент написания статьи) 3600р в Петербурге, и 350р на eBay с бесплатной доставкой из Китая. Разница действительно на порядок, безо всяких литературных преувеличений.
Да, придется подождать месяц чтобы забрать посылку на почте, но такая разница в цене думаю, того стоит. Но впрочем, если кому-то надо прямо сейчас и срочно, то наверно и в местных магазинах есть выбор, тут каждый решает сам.
Многофункциональные часы на матричных индикаторах
На просторах Интернета нет недостатка в разного рода электронных часах. Солидно смотрятся часы на матричных индикаторах, например, известная схема с радиокота, но хотелось, чтобы были с индикацией не только часов и минут, но и секунд. Решил создать такие часы, добавив еще и некоторые другие функции.
Представленные здесь электронные часы, кроме того, позволяют измерять температуру в помещении.
Есть четыре независимых будильника, а так же индикатор календарных событий, который сигнализирует о наступлении таких событий, как годовщина, день рождения и т.д..
Позволяют изменять яркость в ручном и автоматическом режиме, что резко улучшает комфортность восприятия в темное время суток, и наконец, управляются любым пультом от БРА либо локальными кнопками.
Основные характеристики:
- Напряжение питания (В) ………… .…………………… 5
- Ток потребления (мА) …………………………………. 100 — 200
- Общий размер матрицы (пикселей) …………………… 8 х 40
- Пределы измеряемой температуры (градусов) …….…. -40 — +99.5
- Точность измерения температуры (градусов) ……….. 0.5
- Пределы суточной коррекции хода (секунд) …………. -9.9 — +9.9
- Число градаций изменения яркости …………………… 31 + режим «авто»
- Количество будильников ………………………………. 4
- Объем текста каждого будильника (символов) ……….. 11
- Количество индикаторов событий …………………….. 14
- Объем текста для каждого события (символов) ….……. 15
- Управление режимами …………………………………. Кнопками/любым пультом
Принципиальная схема часов условно разделена на индикаторную и «контроллерную» части, представленные на рисунках ниже. Нумерация элементов единая и далее, при описании, будем рассматривать схему как одно целое.
Схема индикации
Схема управления
Индикация осуществляется на пяти матричных индикаторах HL1-HL5 типа 1088BS размерами 32х32 мм, с управлением при помощи сдвиговых регистров.
Для управления по столбцам используются регистры DD1-DD5 типа 74HC595D с возможностью записи информации для параллельного вывода, у которых тактовые входы и входы записи данных соответственно объединены, а информационные входы и выходы соединены последовательно.
Для управления по строкам (соответствующие выводы индикаторов объединены) применена микросхема TPIC6B595 с аналогичным принципом работы, но имеющий на параллельных выходах мощные ключи на полевых транзисторах. Она допускает на этих выходах импульсные втекающие токи до 400мА.
Токоограничительные резисторы R1-R40 выбраны так, что с учетом сопротивления выходов 74HC595, ток каждого светодиода в импульсе составляет около 10 мА, а общий максимальный ток – те же 400мА. На все регистры DD1-DD6 информация загружается последовательно и единовременно записывается в выходные защелки, что обеспечивает отсутствие всякого рода паразитных свечений элементов индикатора.
Собственно управление регистрами осуществляется посредством трех портов микроконтроллера (МК) DD7, в прерываниях от таймера TMR0 интервалом 2 мс, что обеспечивает общую частоту смены информации 63 Гц.
Так же с МК на 9 вывод DD6 (включение-выключение выходов) поступает сигнал ШИМ для изменения яркости индикаторов. МК DD7 выбран типа PIC16F88, который отличается от популярного PIC16F628A наличием АЦП и вдвое емкой памятью программ.
МК работает от внутреннего генератора на частоте 8 МГц (еще одно отличие от 628A).
В устройстве применена микросхема часов реального времени DS1307, которая обеспечивает счет и хранение секунд, минут, часов, дня недели, даты (включая год от 0 до 99).
При начальной инициализации DS1307 настраивается в режим, при котором на выводе 7 присутствует меандр с частотой 1 Гц, который подается на вход RB0 МК. По этому входу включено прерывание, где один раз в секунду устанавливается специальный флаг.
В основной программе посредством этого флага один раз в секунду выполняются основные действия: считывание данных с DS1307, индикация времени, проверка на совпадение будильников и индикаторов событий, установка яркости в автоматическом режиме.
Дополнительная батарея BAT1 позволяет сохранять данные в отсутствии напряжения питания устройства практически неограниченное время. МК управляет DS1307 по шине I2C портами RB1, RB2. Так же по I2C управляется и датчик температуры – микросхема DS1621.
Устройство управляется с помощью кнопок S1 и S2, подключенных соответственно к портам МК RA4, RA2. Функции кнопки S1 могут выполняться с помощью любого пульта от БРА с помощью схемы на приемнике DA1 типа TSOP48 и одновибратора на D-триггере DD8.1 и элементах C8, R47 и D1. Длительность сигнала одновибратора выбрана 0.
2 с, что обеспечивает преобразование пачек коротких импульсов с выхода DA1 в импульсы этой длительности при коротком нажатии и в непрерывный сигнал при удержании нажатой любой кнопки пульта. Сигнал с инверсного выхода триггера через диод D2 дублирует кнопку S1. С помощью элементов R48, HL6 организована индикация этого факта.
.
На втором триггере микросхемы DD8.2 и пьезокерамическом излучателе LS1 собрана схема звуковой сигнализации при срабатывании будильника либо индикатора события. На счетный вход триггера поступает сигнал ШИМ с выхода МК частотой 8 кГц. При сигнале логического 1 на объединенных входах R и S триггера на обоих выходах присутствует лог.1 и звук отсутствует.
При наступлении события индикации МК с частотой 1 Гц меняет уровень на этих входах и на выходах триггера с этой периодичностью возникают противофазные импульсы с частотой 4000 Гц. Так как эта частота – резонансная для данного излучателя, возникает громкий прерывистый сигнал. Программно приняты меры для сохранения импульсом ШИМ и при крайних значениях яркости.
На элементах FR1, R45 и C6 собран датчик освещенности. МК с помощью встроенного АЦП считывает зависящее от освещения напряжение с этого делителя и выставляет соответствующий коэффициент заполнения ШИМ сигнала.
Питается устройство напряжением +5В, поступающим на разъем J1 и далее через фильтрующие цепи R41C3C4, R42C5, C7R46 на элементы схемы. Цепь R49 D3 защищает устройство от случайного подключения чрезмерного либо обратного напряжения. Удобно применить в качестве ИП зарядное устройство для смартфонов на 5 Вольт.
Устройство собрано на печатной плате из стеклотекстолита с односторонней металлизацией размерами 60 мм на 170 мм
DD1-DD5 применены в корпусе SO16, DD6 – в корпусе SOIC20. DD8 использована в корпусе DIP. Ее можно заменить отечественной К561ТМ2. DD9, DD10 – в корпусах SO8. Почти все SMD резисторы и конденсаторы – типоразмера 0805, C1,C7,C3,C5 – типоразмера 1206. Кварцевый резонатор лучше выпаять со старой материнской платы – они, как правило, стабильнее.
Фоторезистор FR1, при замене на другой, должен быть с темновым сопротивлением примерно 1 – 2 МОм. Батарея BAT1 типа CR2032 установлена на стандартном держателе. Ее можно заменить любой, подходящей по размеру, напряжением 3В. При замене пьезоизлучателя на другой очень желательно, чтобы резонансная частота была близка к 4000 Гц.
Фотоприемник можно выпаять со старого телевизора. Светодиод – любой яркий, красного свечения. Диоды можно заменить на КД521, КД522. Стабилитрон – напряжением 5.6В и желательно мощностью не менее 1 Вт.
Так как примененные матричные индикаторы оказались с общим анодом, пришлось при разработке платы установить их с поворотом на 90 градусов и использовать строки как колонки и наоборот. При замене на индикаторы с общим катодом, например 1088AS, придется полностью изменить схему подключения. Кнопки – любые тактовые, угловые.
При закрытии индикаторов спереди цветным оргстеклом наблюдались ошибочные срабатывания DA1 отраженным яркостным сигналом от индикаторов. Этот эффект легко устраняется вклеиванием экрана из черной бумаги между индикатором и фотоприемником.
В налаживании правильно собранное устройство обычно не нуждается. Однако, если не устраивает имеющаяся зависимость освещенности и соответствующей яркости индикатора в авторежиме, следует подобрать номинал резистора R45. При этом, меньшее сопротивление соответствует меньшей яркости при данной освещенности.
Внешний вид собранной платы показан на фотографиях.
Причина не очень красиво припаянных токоограничительных резисторов в том, что после изготовления платы выяснилось, что типономинал оных не 0805, а 1206. Пришлось как-то припаять…
Программа управления контроллером написана на языке Си и оттранслирована в среде MikroC for PIC. Слово конфигурации содержится в прошивке и заносится автоматически.
Авторская ориентация часов – матрицы сверху, что минимизирует возможное воздействие от деталей схемы на температуру микросхем DD9, DD10. Однако, если кому-то понравится расположение часов матрицами вниз, следует перед трансляцией программы изменить в файле “watch.
c” значение параметра в самой первой строке с 1 на 0 согласно комментарию. Прошивка прилагается для обоих случаев.
Так же возможно изменить шрифт цифр на тонкий (по умолчанию – жирный), аналогичный буквам (это, кстати, несколько снизит потребляемый ток в исходном режиме). Для этого в первой строке в файле “font.c” надо изменить значение параметра “font_2” с 1 на 0.
Теперь перейдем к описанию режимов часов и работы с ними.
Сразу при включении, часы переходят в основной режим – индикации времени. При этом, цифра часов и минут высотой 8 пикселей, а секунд – 7 (в целом каждая цифра или буква изображается в поле 5х8 пикселей, цифры секунд – 5х7).
При нажатии на кнопку S1 или любой кнопки пульта (эти действия эквивалентны и далее будем иметь в виду, что когда речь идет о нажатии кнопки S1, то же происходит и по сигналу с пульта) с помощью бегущей строки отображается текущая полная дата и день недели.
Если больше не предпринимать никаких действий, спустя 16 сек. устройство возвращается в исходное состояние – индикации времени. Если же нажать кнопку S1 еще раз во время индикации даты, то начинается индикация температуры тоже посредством бегущей строки в течении 16 сек.
(повторное нажатие кнопки – возврат в исходное состояние сразу).
При непрерывном нажатии на кнопку S1 в течении 9 секунд, часы переходят в режим «МЕНЮ», о чем говорит соответствующая надпись. Столь длительное нажатие для этого выбрано в целях уменьшения вероятности случайного попадания в меню при обычном пользовании пультом (собственно для управления бытовой техникой).
Далее следует небольшое отступление — поясним работу с кнопками в целом. Управление часами сделано так, что все действия с ними можно произвести с помощью одной лишь кнопки S1 (или пультом). Ведь часы могут висеть высоко на стене, и доступ будет только к кнопке S1 (через пульт).
Итак, перебор пунктов меню, так же как перебор из списка будильников либо событий производится короткими (до 3 сек.) нажатиями S1, а переход в выбранный пункт – длинное (более 3 сек.) нажатие. Без воздействия в течении 15 – 30 сек. (в зависимости от конкретного режима) – возврат в исходное состояние.
Там же, где происходит изменение значения какого-то параметра, короткое нажатие увеличивает значение не 1, а удерживание более 2 сек. — значение увеличивается автоматически примерно 3 раза в секунду. Здесь отсутствие воздействия в течении некоторого настраиваемого (от 5 до 8 сек.) времени приводит к переходу к следующему параметру с сохранением текущего параметра.
Вот здесь и можно использовать кнопку S2 – для сохранения параметра с переходом к следующему без ожидания, сразу. Так, держа часы в руках можно значительно ускорить подобные манипуляции.
Вернемся к пункту «МЕНЮ». Здесь пять пунктов: УСТАНОВКА, КОРРЕКЦИЯ, БУДИЛЬНИК, СОБЫТИЯ, НАСТРОЙКИ. Расскажем о каждом по порядку.
УСТАНОВКА. Здесь производится установка текущих даты и времени. Изменяемый параметр вначале выделяется инверсией, которая исчезает с началом изменений.
Значения меняются только в большую сторону, с переходом с максимального значения (при ее достижении) к минимальному и далее по кругу. В самом конце, когда дата и часы с минутами выставлены, в месте секунд будут инверсные нули.
Здесь надо в момент обнуления эталонных секунд нажать S1 и часы перейдут в исходное состояние с измененными датой и временем.
КОРРЕКЦИЯ. С течением времени, неминуемо возникает ошибка в ходе часов. Для ее коррекции и служит данный пункт. Предварительно надо замерить «уход» часов в течении 10 суток. Предположим, часы спешат на 58 секунд. Входим затем в этот режим, о чем говорит строка «уход за 10 суток».
При нажатии S1 строка сменяется статичной надписью «ХХ сек», где ХХ – текущее значение коррекции, предположим 31. Так как часы спешат, отнимаем от данного значения наши 58 сек. (если отстают – прибавляем). Набираем полученные (-27) сек. После выхода это значение сохранится в EEPROM.
Интервал вводимых значений – от -99 до 99, знак меняется при переходе через 0. Коррекция происходит каждый день в 00:00:19, для чего целая от одной десятой значения коррекции (в нашем случае (-2)) добавляется к текущему времени, а остаток (у нас (-7)) сохраняется в EEPROM и в следующий раз прибавляется к коэффициенту до обработки.
То есть через день от времени отнимется 3 секунды и сохранится (-4) (-27-7 = -34).
БУДИЛЬНИК. При входе в этот пункт на экране бежит стока, состоящая из: номер (1-4), признак включенности (“+” или “-“), время срабатывания, название будильника (текст из 11 знаков). По умолчанию, например, во втором будильнике, будут данные: «2. – 12:00 БУДИЛЬНИК-2».
Короткими нажатиями можно переходить из одного будильника в другой, долгим нажатием переходим в текущий будильник, где можно изменять данные, включать – отключать выбирать активность для каждого дня недели, установить время срабатывания, изменять текст название путем перебора знаков каждой позиции.
Вся информация о четырех будильниках хранится в свободной памяти микросхемы DS1307 (56 байт) . При совпадении текущего времени с каким-нибудь включенным и активным в этот день недели будильником выводится строка с данными об этом будильнике, с прерывистым звуковым сигналом, в течении одной минуты.
Сигнал будильника можно «досрочно» прервать нажатием кнопки S1.
СОБЫТИЯ. При входе в этот пункт, на индикаторе при коротких нажатиях кнопки, попеременно пробегают активные события плюс пункт «ДОБАВИТЬ НОВОЕ». По умолчанию активных событий нет, поэтому, будет только приглашение о добавлении нового события. Формат активного события: « ».
Когда все 14 событий активны, пункт «ДОБАВИТЬ НОВОЕ» не выводится и новое событие можно добавить только вместо какого либо из существующих. Длительным нажатием переходим в режим редактирования события. Здесь можно включить-отключить, изменить дату, а так же написать свой текст, соответствующий данному событию.
Все изменения сохраняются в энергонезависимой памяти МК (EEPROM).
На совпадение с датами событий текущая дата проверяется каждый день в 8:00, и при совпадении выводится строка из текущей даты и текста события с прерывистым звуковым сигналом в течении одной минуты. Такой сигнал будет подаваться каждый час до 19:00, при условии, что он не был прерван кнопкой. Прерванный кнопкой сигнал уже не повторяется.
НАСТРОЙКИ. При входе в этот режим, на экран выводится сообщение типа «ЯРК.ХХ», где «ХХ» — текущая яркость. Нажатиями кнопки S1 это значение можно изменять в пределах от 1 до 31 либо выставить значение «АВ», что означает «автоматически». При изменении значения яркости, сразу наглядно меняется реальная яркость индикатора.
При сохранении автоматического режима, яркость индикации часов впоследствии изменяется без вмешательства, в зависимости от уровня освещенности в помещении. В этом случае, попадаем в пункт установки минимальной яркости для авто-режима (выводится «МИН.ХХ»). Это значение лучше выставлять в условиях минимально ожидаемой освещенности.
Если в предыдущем пункте было выставлено конкретное числовое значение яркости, данный пункт пропускается.
Следующий пункт настроек – регулировка времени ожидания до сохранения значений разного рода изменяемых параметров в пределах от 5 до 8 секунд. При минимальном значении этого параметра — есть опасность сохранить ошибочные значения, при максимальном – увеличивается общее время ввода данных с пульта. Пользователь выбирает комфортное для него значение.
- Все настройки сохраняются в EEPROM памяти МК и не теряются при пропадании питания.
- В приложении, кроме исходного кода и прошивок имеются Proteus-модель и плата в формате Lay6.
- Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
Arduino электронные часы своими руками на основе микроконтроллера
Существует множество способов собрать электронные часы своими руками: схемы широко представлены в литературе и сети Интернет. Большинство современных реализаций построено на основе микроконтроллеров.
Выполнение таких проектов зачастую требует обширных практических навыков и теоретических знаний в области электроники: умения пользоваться специализированным программным обеспечением, создавать в домашних условиях печатные платы методом травления в хлорном железе, хорошо паять.
Также необходимо иметь множество инструментов и расходных материалов.
Однако существует простой и доступный способ собрать электронные часы своими руками в домашних условиях: использовать платформу Arduino.
Она представляет собой программно-аппаратный комплекс, специально предназначенный для обучения основам программирования и электроники.
C помощью Arduino любой человек, даже без специальной предварительной подготовки, сможет построить электронные часы своими руками: схемы принципиальные, инженерные программы и даже паяльник не понадобятся!
Соединение всех электронных компонентов проводится на специальной контактной («беспаячной») макетной плате, что исключает риск получения ожогов, порезов и других травм — поэтому заниматься с конструктором Arduino можно и вместе с детьми. А наглядный способ представления принципиальной схемы поможет не ошибиться при сборке устройства.
Шаг 1. Список компонентов
Чтобы собрать простые часы на светодиодных матрицах вам потребуется всего несколько дешёвых компонентов:
- платформа Arduino. Подойдут самые простые модели — Arduino Nano или Micro;
- контактная макетная плата;
- соединительные провода для макетной платы;
- модуль часов реального времени Adafruit DS3231;
- светодиодный матричный модуль 32×8 MAX7219;
- две кнопки.
Также понадобится персональный компьютер и USB—mini-USB кабель для загрузки программы управления в память Arduino IDE. Вот и всё — паяльник, щипцы для снятия изоляции, монтажные ножи и прочие профессиональные инструменты не нужны: все операции выполняются руками. Разве что в некоторых случаях удобнее использовать пинцет, но можно обойтись и без него.
Детали для сборки электронных часов на Arduino
Шаг 2. Сборка электронной схемы
Схема электронных часов с индикацией на светодиодах с применением Arduino даже для неопытных радиолюбителей покажется довольно простой. Для сборки требуется всего несколько проводников. Таблица подключений:
- Модуль Arduino → светодиодная матрица 32×8 MAX7219
- D6 — DIN
- D5 — CLK
- D4 — CS
- GND — GND
- 5V — VCC
- Модуль Arduino → часы реального времени Adafruit DS3231
- A4 — SDA
- A5 — SCL
- GND — GND
- 5V — VCC
- Модуль Arduino → кнопки
- D2 — кнопка 1
- D3 — кнопка 2
- Второй вывод кнопок соединяется с землёй GND.
- Следует лишь обратить внимание и запомнить, каким образом замкнуты между собой контактные отверстия на макетной плате. Следующая схема иллюстрирует способ внутреннего соединения контактных отверстий:
Схема электрических подключений макетной платы
Два ряда (1 и 4) с обеих сторон замкнуты горизонтально — обычно они используются как линия питания +5V и земля GND. Все внутренние контакты (2 и 3) замкнуты вертикально. При этом монтажная плата как вертикально, так и горизонтально разделена на две независимые друг от друга симметричные части. Это позволяет, например, собрать два разных устройства на одной плате.
Схема электронных часов с индикацией на светодиодах, а также расположение элементов на монтажной плате представлена на иллюстрации:
Тщательно проверьте соответствие всех соединений указанной схеме. Также убедитесь в том, что проводники хорошо закреплены в контактных отверстиях монтажной платы.
Внешний вид собранного устройства
Шаг 3. Прошивка Arduino
После того как сборка и проверка схемы завершена, можно приступать к загрузке управляющей программы (или «прошивки») в память Arduino.
Интерфейс среды разработки Arduino IDE
Для этого нужно установить бесплатную официальную среду разработки — Arduino IDE [https://www.arduino.cc/en/Main/Software]. Также вам потребуется исходный код проекта, который вы можете скачать ниже в архиве со всеми библиотеками и скетчем, а если вам нужен просто скетч — его можно скопировать отдельно:
Загрузка...
