01 / / atch: 12 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:54

01 / / / atch, потому что … «в мире есть 10 типов людей: те, кто читает двоичный код, и те, кто не читает» - слэш-девиз. 01 / / / atch - это двоичные наручные часы с светодиодный дисплей. Дополнительные функции доступны через систему прокручиваемого меню на светодиодной матрице 3x4. Текущие функции включают в себя: измеритель напряжения, двоичный счетчик, клубный режим и отображение времени. Часы полностью программируемые. Будущие обновления прошивки будут включать в себя: секундомер / таймер, будильник, велосипедный спидометр / одометр, регистрацию данных и расширенное меню конфигурации. Посмотрите это в действии: https://www.youtube.com/embed/l_tApl3JmmM Все файлы проекта в архиве.zip на этой странице. Схема и печатная плата в формате Cadsoft Eagle. Прошивка в mikroBasic. Текст этой инструкции включен в виде файлов.odt (OO.org/open text) и.pdf. Верхний слой печатной платы (зеркальный) включен в виде файла. PDF, готового для переноса тонера или обработки фотографий. Он копируется несколько раз на одном листе, потому что мне приходится дублировать прозрачные пленки. 01 / / / atch был вдохновлен Mini Dotclock и последующим разговором в области комментариев: https://www.instructables.com / ex / i / 47F2F12223BA1029BC6B001143E7E506Это также полшага к часам nixie для поверхностного монтажа, над которыми я работаю. Проект 01 / / / atch представляет собой введение в компоненты для поверхностного монтажа и логику отсчета времени без дополнительной сложности источника питания с газоразрядными лампами. (https://www.instructables.com/ex/i/2C2A7DA625911029BC6B001143E7E506/?ALLSTEPS) Небольшой поиск в Google показал эти двоичные часы на thinkgeek: https://www.thinkgeek.com/gadgets/watches/6a17/The 01 / / / atch основан на PIC16F913 / 6. Этот PIC был первоначально выбран потому, что у него был аппаратный драйвер ЖК-дисплея. Я подумал, что смогу превратить ЖК-драйвер в мультиплексор светодиодов с несколькими транзисторами. Оказалось, что это не так. Это по-прежнему хороший выбор, потому что в нем много места для программирования и очень мало ограниченных контактов ввода-вывода. Стоимость F913 в Mouser. PIC16F913 составляет около 2 долларов США. Подробности: https://www.microchip.com/stellent/idcplg? IdcService = SS_GET_PAGE & nodeId = 1335 & dDocName = en020199PIC16F916 Подробности (такие же, как у 913, но с дополнительным пространством для программы): https:// microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1335&dDocName=en020201PIC16F913/6 Datasheet (формат PDF): https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41250E.pdf из файлов Eagle Board с Eagle3D и POV ray: https://www.matwei.de/doku.php? id = en: eagle3d: eagle3d

Шаг 1. Дисплей

Бинарный дисплей состоит из 12 светодиодов в матрице 3х4. Каждый столбец из четырех светодиодов представляет собой четырехбитный полубайт. Каждый столбец может отображать 0-15 в двоичном формате (1 + 2 + 4 + 8 = 15). Время отображается в трех строках в виде часов / десятков минут / минут. Это не настоящий двоичный файл, а упрощенное подмножество, которое упрощает чтение часов. Например, часы thinkgeek используют «более точный» двоичный код для представления минут целым байтом. Что бы я ни предпочел, настоящий компьютерщик будет отображать время, используя эпоху Unix, в двоичном формате! (https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_timestamp) Светодиодный мультиплекс прост. Ряды (4) подключаются к выводам ПОС через токоограничивающие резисторы. Для каждой строки используется только один токоограничивающий резистор, потому что всегда горит только один светодиод на строку. Светодиоды работают при 20 мА с использованием резисторов на 56 Ом (56 Ом при 3 В = 20 мА). Светодиоды могут быть установлены выше, потому что они мультиплексированы, в таблице данных указано что-то около 40 мА. Я считаю, что при мультиплексировании всего 20 мА они слишком яркие. Столбцы (3) подключены к земле через NPN-транзисторы. Транзисторы переключаются выводами PIC через резисторы 1 кОм. Мультиплексирование функционирует, заземляя столбец светодиодов через транзистор, одновременно зажигая правильные строки светодиодов для этого столбца. Это повторяется для каждого столбца в короткой последовательности, заставляя матрицу постоянно светиться. PIC Timer0 управляет мультиплексом. Он считает до 256, а затем изменяет значения строки и заземленный столбец. Транзистор: NPN-транзистор, NPN / 32 В / 100 мА, (Mouser # 512-BCW60D $ 0,05).

Шаг 2: выбор светодиода

В этих часах использовались желтый и красный светодиоды размером «1206» с токоограничивающим резистором на 56 Ом. Цвета были выбраны по невысокой цене. Красный, желтый и оранжевый светодиоды стоят около 10 центов каждый, а синие светодиоды - 40 центов и выше. К тому же синий светодиод теперь явно не крутой. Если найдешь фиолетовый, дай мне знать.

На картинке показаны 5 типов светодиодов, которые я прослушивал. Номер в каталоге Mouser Производитель Цвет Стоимость 859-LTST-C171KRKT Lite-On SMT LED Красный, прозрачный 0,130 $ 859-LTST-C171KSKT Lite-On SMT LED Желтый, прозрачный 0,130 $ 859-LTST-C150KFKT Lite-On SMT LED оранжевый, прозрачный 0,130 $ 638- 121SURCS530A28 Everlight LED SMD Red Water Clear $ 0,110 638-1121UYCS530A28 Everlight LED SMD Yellow Water Clear $ 0,110 В прототипе часов использовались красный и желтый Everlight. Мне больше нравятся красный и оранжевый Lite-On, они будут использоваться на следующих часах, которые я сделаю.

Шаг 3: Интерфейс / кнопки

Гиковским часам нужен оригинальный интерфейс. Емкостные сенсорные датчики сейчас в моде, но требуют довольно много дополнительных компонентов. Вместо этого я выбрал сенсорный датчик на основе транзистора Дарлингтона с контактными разъемами в качестве точки контакта. Что может быть интереснее булавки? Ничего. Впервые я увидел эту идею здесь: (https://www.kpsec.freeuk.com/trancirc.htm): Пара Дарлингтона достаточно чувствительна, чтобы реагировать на небольшой ток, проходящий через вашу кожу, и ее можно использовать для сделайте сенсорный переключатель, как показано на схеме. Для этой схемы, которая просто зажигает светодиод, два транзистора могут быть любыми транзисторами малой мощности общего назначения. Резистор 100 кОм защищает транзисторы, если контакты соединены с помощью куска провода ». К этой простой конструкции был добавлен транзистор PNP (вместо светодиода на схеме), чтобы он мог давать высокий / низкий выходной сигнал PIC. Между выводом PIC и землей был добавлен понижающий резистор, чтобы предотвратить ложное нажатие кнопки. Этот переключатель является твердотельным, водонепроницаемым и маломощным - с добавлением оригинальности коннекторов контактов. Переключатели отключаются от дребезга с помощью Timer2 на PIC. При нажатии переключателя Timer2 (8-битный таймер) запускается с предварительным делителем на 16 и последующим делителем. При прерывании от Timer2 PIC проверяет, нажаты ли кнопки. После двух последовательных прерываний без нажатия кнопок таймер останавливается, и кнопки настраиваются для дальнейшего ввода. Верхний переключатель подключается к контакту прерывания PIC. Вход на этот вывод может вывести PIC из спящего режима. Это позволяет нам использовать изящную технику управления питанием: PIC находится в режиме низкого энергопотребления, когда дисплей не используется. Ввод с помощью кнопок пробуждает PIC и возобновляет работу. Транзисторы: транзистор Дарлингтона, SOT-23, (Mouser # 512-MMBT6427, 0,07 доллара США). Транзистор PNP, SOT-23, (Mouser # 512-BCW89, 0,06 доллара США).

Шаг 4: Учет времени

В примечании к приложению Microchip 582 описаны основные принципы, лежащие в основе маломощных часов на основе PIC. (Http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en011057) Часы просты и элегантны. Часовой кристалл 32,768 кГц подключен к контактам генератора timer1 PIC. Timer1 отлично подходит для этого, потому что он может увеличиваться, даже когда PIC спит. Таймер 1 настроен на отсчет до 65536 (2 секунды при 32,768 кГц) и вывод PIC из спящего режима с помощью прерывания. Когда PIC просыпается, время увеличивается на две секунды. PIC активен и потребляет энергию лишь на короткое время каждые несколько секунд. Я использовал дешевый кварцевый кристалл от Citizen. Я думал, что имя Citizen может придать моим часам законный статус. CFS206 (12,5 пф) имеет точность около +/- 1,7 минуты в год (20 частей на миллион). Два конденсатора емкостью 33 пФ замыкают внешнюю кристаллическую цепь. 33pF, вероятно, многовато, но он был доступен на месте по разумной цене. Для более точного времени можно использовать кристалл получше. Кристалл: Citizen KHz Range Crystals, 32,768 кГц, 12,5 пФ, (mouser # 695-CFS206-327KFB, 0,30 долл. США). Конденсаторы: 2x33 пФ, 1206 SMD.

Шаг 5: измеритель напряжения

Как будто мы не дошли до глубины фанатизма с двоичными часами, мы вставляем опорное напряжение и входной контакт, чтобы создать измеритель напряжения. Опорным напряжением является Microchip MCP1525. Это источник опорного напряжения 2,5 В с рабочим диапазоном от 2,7 до 10+ В. На изображенных часах используется корпус TO-92, хотя в будущих часах будет использоваться версия для поверхностного монтажа (SOT-23). Источник опорного напряжения питается от вывода PIC, поэтому его можно отключить для экономии энергии. На данный момент мы можем измерить напряжение до 2,5 вольт с помощью аналогово-цифрового преобразователя PIC. Мы делаем еще один шаг и добавляем резисторный делитель напряжения ко входу мультиметра. Используя два резистора (100K / 10K), мы делим входное напряжение на 11, что дает новый входной диапазон ~ 30 вольт. Это хороший момент, который включает в себя все низкие напряжения, с которыми мы, вероятно, столкнемся (батареи 1,2 / 1,5 В, плоские элементы питания 3 В, логические схемы 5 В, батареи 9 В и шины питания 12 В). Резистор 22 кОм может быть заменен резистором 10 кОм, что дает меньший диапазон, но более высокое разрешение. Электронная таблица, прилагаемая к этому руководству, может помочь вам выбрать значения резисторов. Заземляющие и измерительные датчики подключаются к программному заголовку на задней панели часов. MCP1525 Подробности: https://www.microchip.com/stellent/idcplgidcplg? IdcService = SS_GET_PAGE & nodeId = 1335 & dDocName = en019700

Шаг 6: Программирование заголовка / внешних подключений

Часы «программируемые». Заголовок ICSP вынесен на задний план, чтобы можно было установить новую прошивку. Заголовок представляет собой ряд низкопрофильных гнездовых розеток, которые я нашла в моем местном магазине электроники. То же самое можно получить, разрезав качественный DIP-разъем пополам. Я соединяю свой штекер ICSP с «переключателем пола» со штыревым разъемом - вставляю кусок штыревого наконечника в гнездо, затем подключаю штекер ICSP к контактному штырю. Вам понадобится программист ICSP, чтобы установить новое программное обеспечение в часы. Простой программатор JDM2 ICSP включен в файлы Cadsoft Eagle.

Когда заголовок ICSP не используется для программирования, его можно использовать для сбора данных, регистрации событий и т. Д. Все выводы ICSP доступны для использования, как указано в таблице ниже. Вывод измерителя напряжения (вывод 1/6) в значительной степени предназначен для этого использования из-за делителя напряжения. Мультиметр - АЦП, ввод / вывод, с резистивным делителем. (PIN2, PORTA0 / AN0) MCLR - только входной контакт. Вход триггера Шмитта для зашумленных сигналов. (PIN1, RE3) Vcc - +3 вольта Vss - контакт заземления Данные - ввод / вывод с прерыванием при изменении, опционально слабое подтягивание (PIN27, RB6) Часы - ввод / вывод с прерыванием при изменении, вариант слабого подтягивания (PIN28, RB7)

Шаг 7: Прошивка

Прошивка написана с использованием бесплатной версии mikroBasic. Текущая прошивка - v0.1. Будущие прошивки, вероятно, будут написаны на C. Параметры конфигурации задаются в прошивке. Они должны быть следующими: MCLR - DISABLEDBODEN / BOREN - DISABLEDWDT - DISABLEDOscillator -Internal Osc, NO clock-out. Мне не удалось запрограммировать 16F913 с помощью моего любимого программного обеспечения для программирования PIC (WinPIC800), но WinPIC DL4YHS работал отлично (https://www.qsl.net/dl4yhf/winpicpr.html).v0.1Configuration/Menu System - Параметры меню прокручиваются по дисплею и выбираются / расширяются с помощью двух кнопок ввода. Время - отображает время в двоичном формате (по умолчанию при нажатии кнопки). Klik - счетчик. Иногда я занимаюсь подсчетом. Считается трафик, считается птица, что угодно. Сабвуферы 01 / / / atch в качестве двоичного счетчика. Клубный режим - настоящая стоимость любых часов определяется их «клубным» режимом. 01 / / / atch использует генератор случайных чисел для мигания шаблонов на светодиодном дисплее. Также возможно включение фрагментов слов, используя внутреннюю библиотеку матричных шрифтов (будет больше). Скорость можно регулировать с помощью кнопки 1. Окончательный пакет обновления клуба будет включать датчик температуры, который контролирует скорость изменения рисунка. По мере того, как владелец нагревается, рисунки меняются быстрее. Вольт - вольтметр. В настоящее время показывает необработанное чтение АЦП в 10 битах. Будет обновлено до фактического значения напряжения в v0.2. Set - Установить время. Exit - Выйти из меню, перевести PIC в спящий режим.

Шаг 8: система прокручиваемого меню

Система прокручиваемого меню Доступ к функциям осуществляется через систему прокручиваемого меню. Пункты меню загружаются в виде растровых изображений в массив и непрерывно прокручиваются «вверх». Прокрутка основана на множестве драйвера мультиплексора Timer0. Меню прокрутки «истекает» с использованием кратного таймера1 (счетчика секунд) примерно через 10 секунд. Параметры меню (с помощью часов) (Это относится к версии прошивки 0.1). Когда в часы вставлен новый аккумулятор, отображается сообщение «SET» 'по умолчанию. Нажмите кнопку 2, чтобы войти в установленный режим. Будет отображено текущее время (12:11). Используйте кнопку 1 для увеличения часов, нажмите кнопку 2, чтобы перейти к следующей единице времени (часы, десятки минут, минуты). После установки минут нажмите кнопку 2, чтобы сэкономить время и вернуться в меню прокрутки. Для экономии энергии дисплей и PIC обычно выключены. Нажмите кнопку 1, чтобы разбудить PIC и отобразить текущее время в течение 10 секунд. Нажмите кнопку 2, пока отображается время, чтобы получить доступ к системе прокручиваемого меню. Функции часов доступны через прокручиваемое меню. Нажмите кнопку 1, чтобы перейти к следующему пункту меню, нажмите кнопку 2, чтобы выбрать пункт меню. Посмотрите, как это работает: https://www.youtube.com/embed/l_tApl3JmmMB Функции кнопок для каждого пункта меню описаны в таблице. ниже. B1 и B2 - это аббревиатуры кнопок 1 и 2.

Шаг 9: Дорожная карта прошивки

v0.2

Подтверждение выхода / диалог. Настройка - Расширьте параметры настройки, включив в них: Продолжительность включения / тайм-аут меню (и режим постоянного включения). Яркость (скважность). Скорость прокрутки. Меню Font Upgrade -'E 'и' B 'выглядят очень плохо, используйте' e ',' b '. Перейдите на осциллятор 1 МГц или 32,768 кГц (4 МГц в версии 0.1). v0.3 Секундомер (приращение времени вперед) - начинает отсчет секунд, затем увеличивает минуты и часы после предела отображения 15:59. Таймер / Будильник (инкремент времени в обратном направлении) - Таймер уменьшения приращения, все светодиоды мигают, когда таймер достигает 0. EEPROM (запись значений во флеш-память) - Сохранение напряжений, счетчиков, опций, времени секундомера и т. Д. Для прошивки памяти EEPROM. -Журнал количества дней работы с момента замены батареи. Также: количество часов с включенным дисплеем. v0.4 Внешние аппаратные функции (с использованием заголовка ICSP): Регистрация событий при прерывании. Велосипедный одометр / спидометр. Регулируемый дисплей единиц (двоичный или десятичный шрифт).

Шаг 10: печатная плата

Печатная плата и схема выполнены в формате орла. Я также включил кучу библиотек, которые использовал для создания платы, которая может понадобиться.

Печатная плата в основном состоит из компонентов для поверхностного монтажа. Плата была изготовлена со струйной прозрачной пленкой на фотопозитиве. Это была моя первая плата для поверхностного монтажа (как травление, так и сборка). Я сделал одностороннюю плату и использовал перемычки для дорожек нижнего слоя. Плата была изготовлена специально для Olimex, поэтому при разработке платы использовался их файл проверки правил 10 мельниц. Нет ничего ужасно маленького, но это определенно сложно. Все было спаяно вручную с использованием утюга за 10 евро, липкой ленты и яркого света. Увеличительное стекло не понадобилось. Кристалл остался в качестве компонента для поверхностного монтажа. Металлическая банка - это отличительный элемент, который гораздо более узнаваем, чем черный ящик для поверхностного монтажа. В прототипе на картинке также используется источник опорного напряжения TO-92 - последняя печатная плата указывает на версию SOT-23, которой у меня (пока) не было под рукой, когда я делал плату. Схема и плата находятся в архиве проекта (формат Cadsoft Eagle - бесплатная версия www.cadsoft.de). Размещение компонентов можно увидеть в файле платы. Я также сделал PDF-файл с зеркальным отображением и копированием верхнего слоя несколько раз. Это должно быть готово для переноса тонера или обработки фотографий. Список деталей (сквозное отверстие) 32,768 кГц Watch Crystal (металлическая банка 0206) Контактный заголовок -x4 Заголовок для программирования - 6 контактов Список деталей (поверхностный монтаж) SO-300 PIC16F1206 Конденсатор 0,1 мкФ 1206 Конденсаторы 33pf - x2 1206 светодиод (желтый, красный, оранжевый и т. д.) -x12 1206 Резистор - 4x56 Ом 1206 Резистор - 3x1Kohm 1206 Резистор - 3x10Kohm 1206 Резистор - 3x100Kohm Транзистор SOT-23 NPN (100 мА или более) Транзистор SOT-23 PNP (общего назначения) Транзистор Дарлингтона SOT-23 NPN (общего назначения, hfe ~ 10000) SOT-23 MCP1525 Опорное напряжение (2,5 В) Батарея CR2032 3В литиевая

Шаг 11: установка часов

Чтобы часы можно было использовать на каждый день, нужен футляр. Я посетил AFF Materials (https://www.aff-materials.com/), чтобы купить полиэфирную смолу. Один приятный парень посоветовал мне вместо этого использовать прозрачную эпоксидную смолу. По его словам, усадка полиэфирной смолы составляет ~ 5%, что может привести к поломке соединений на печатной плате. Бесцветная эпоксидная смола дает усадку только на ~ 2%. Он также предположил, что газы из полиэстера могут повредить компоненты во время его отверждения. Я никогда раньше не работал с прозрачной эпоксидной смолой, поэтому сделал несколько пробных отливок. Я начал с того, что бросил несколько образцов в лоток для кубиков льда. Подсолнечное масло, силиконовая смазка и силиконовая велосипедная смазка были протестированы в качестве разделительных агентов. Один образец был сделан без разделительного агента. Силиконовые смазки рассыпались по дну формы и оставляли на эпоксидной смоле вмятины. Контроллер присасывается ко дну формы. Масло работало довольно хорошо, но оставило небольшой осадок на эпоксидной смоле. Затем мне нужно было узнать, как сделать многослойную отливку из этого материала. Полиэфирную смолу обычно заливают слоями. Первому слою дают застыть (около 15 минут) до состояния геля. На первый слой кладется предмет, а поверх заливается второй слой свежей смолы. Время работы моей эпоксидной смолы около 60 минут. Залил первый слой и через 30 минут проверил - все еще мягкий. Примерно через 1 час 15 минут первый слой затвердел достаточно, чтобы на него положить какой-нибудь предмет. Для этого теста я положил тестовую плату светодиодов, показанную на шаге 2, лицевой стороной вниз на первый слой и покрыл слоем свежей эпоксидной смолы. Это сработало отлично, светодиоды не выскочили из платы. Я пришел к выводу, что при отсутствии надлежащей формы самая чистая поверхность, которую я могу сделать, - это поверхность раздела воздух / эпоксидная смола. «Вершина» кастинга имеет существенный промах. Мискус ограничен самым краем корпуса и легко удаляется болгаркой. Для первого настоящего теста мне понадобилась прямоугольная пластиковая форма. Лучшим вариантом, который я нашел, был контейнер «smer kaas». Он был не идеален, поэтому я уменьшил его с помощью нескольких слоев вспененного сердечника, обернутого лентой. Это не было звездным слепком, но выбор верхней части в качестве поверхности дисплея дал мне некоторую свободу действий. Форму слегка протерли маслом о бумажное полотенце. Я отказался от процедуры многослойной заливки сверху. Я припаял провода от держателя батарейки типа «таблетка» к печатной плате. Держатель ячеек был приклеен горячим клеем (хорошо, приклеен липкой лентой) к нижней части печатной платы. Батарейный отсек был заполнен липкой лентой, а программный заголовок защищен еще большей липкой лентой (пластилин также отлично подойдет). Затем его поместили лицевой стороной вверх в форму. Липкая застежка, защищающая аккумулятор и жатку, была плотно прижата к дну формы, фиксируя часы на месте. В форму заливали прозрачную эпоксидную смолу, пока она не покрыла часы. Штыревые наконечники все еще были довольно длинными, но их можно было разрезать после высыхания эпоксидной смолы. Часы выходили из формы примерно через 36 часов. Защитную замазку удалили отверткой. Края шлифовали сверлильно-шлифовальной коронкой. Часы были отлиты небольшого размера, чтобы их можно было носить как наручные. Я могу попробовать его срезать, если найду ленточную пилу. Пока это будут карманные часы. Лента поверх поролона дает прохладную текстуру и ультрачистую поверхность. В следующий раз я постараюсь сделать из этого материала форму целиком, что-то большее, чем размер наручных часов.

Шаг 12: Дальнейшие улучшения

Помимо обновлений программного обеспечения, указанных в дорожной карте, есть несколько областей, в которых необходимо улучшить.

Аппаратное обеспечение Матрица 4x5 из светодиодов 0805 займет то же место, что и существующий массив 1206. Я купил несколько типов светодиодов 0805, чтобы опробовать их в будущих проектах. Ранее упомянутый датчик температуры может быть добавлен в расширенный пакет обновления «клубного режима». Печатная плата была разработана для производителя Olimex как двухсторонняя плата (~ 33 доллара США). Они работают прямо из файлов Eagle и бесплатно делают несколько досок меньшего размера из одной большой. Я этого не делал, но я бы купил один, если бы их сделал кто-то другой. Программное обеспечение На PIC много лишнего места. Планируется спидометр / одометр. Могут быть добавлены игры.