Конкурс самоделок
» » » Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno

Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno

Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno

Получив пару плат Arduino, и разные радиодетали для ознакомления с микроконтроллерами автор решил сделать что-то интересное и одновременно полезное. Имея в запасе большое количество светодиодов, пришла идея создать бинарные часы.

Со стороны электроники бинарные часы не являются особо сложными, но автор усложнил задачу и решил не экономить кнопки и светодиоды. Изначально в проекте должно было использоваться 22 светодиода, 6 кнопок, и одна пищалка. Также была идея собирать часы на Arduino Mega из-за большего количество пинов, но спасением оказались сдвиговые регистры 74HC595.

Материалы:
- Arduino Uno
- 2 полноразмерные макетные платы
- Светодиоды красные 7 шт
- Светодиоды зелёные 7 шт
- Светодиоды синие 6 шт
- Светодиоды жёлтые и белые по 2 шт
- Резисторы 220 ом 25 шт
- Пьезопищалка 1 шт
- Тактовые кнопки 6 шт
- Сдвиговые регистры выходные 74HC595 в корпусе DIP-16 3 шт
- Соединительные провода 90 шт
- Модуль часов реального времени на базе RTC-чипа DS1307

Как всё будет работать.
Существует около 10 видов бинарных часов. Одни показывают время в двоично-десятичном (BCD) формате, другие в виде двоичных чисел. Так как автору не особо нравятся BCD-часы, он решил сделать свои чисто двоичными. Некоторым их сложнее читать, но разница в них невелика, потому что переводить числа из двоичных в десятичные несложно. Также обязательным условием создателя часов являлась индикация секунд на часах.

Вдобавок часы имеют 6 кнопок:
Set — отвечает за режим настройки часов/будильника и сохранение параметра в режиме настройки.
Mode — отвечает за переключение между режимами часов, будильника и таймера.
Up — в настройке часов/будильника/таймера, повышает параметр на один. В будильнике и таймере отвечает за активирование и выключение выбранного режима. При срабатывании сигнала — отключит сигнал будильника/таймера.
Down — в настройке часов/будильника/таймера, уменьшит параметр на один. В таймере приостановит его без сброса отсчёта. При срабатывании сигнала будильника — перенесёт сигнал на 5 минут.
24/12 — изменение формата времени.
Dim — отвечает за включение и отключение светодиодов (когда светодиоды отключены остальные кнопки перестают работать).
Схема положения светодиодов:
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Подключение компонентов
Все светодиоды автор будет подключать последовательно и с резистором. Резистор припаивается к одному из выводов светодиоды, не имеет значения к какому. Подключение светодиодов будем происходить через сдвиговые регистры, этот чип имеет 16 контактов. Такое количество контактов позволяет использовать большое количество выводов, занимая на Arduino всего 3 пина.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno

Распиновка сдвигового регистра 74HC595:
Q0-Q7 — это выводы регистра, к которым будут подключать светодиоды.
Vcc — пин питания на него подадут 5В.
GND — земля соединяемая с GND на Ардуино.
OE — пин отвечает за инвертированную активацию выводов, но использоваться он не будет, его просто замыкают на землю.
MR — инвертированная очистка регистра, управлять им не нужно, поэтому подключатся будет к питанию 5В.
ST_CP — пин отвечает за обновление состояния регистра. При записи состояния на него нужно подать LOW, после записи — HIGH, для обновления состояния выводов. Его нужно подключат к пину на Arduino. Соединить этот пин трёх регистрах можно параллельно.
SH_CP — пин, отвечает за сдвиг на 1 бит регистра. Его нужно подключат к пину на Arduino. Соединяются на микросхемах также параллельно.
DS — на этот пин подаются данные, он подключается к пину на Arduino.
Q7' — этот пин используется для каскадного соединения с остальными регистрами 74HC595.

Схема подключения:
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Пьезопищалка будет подключена к третьему пину Arduino последовательно с резистором. Перед включением пищалки в схему автор посмотрел какие пины поддерживают ШИМ, так как для неё это обязательно. На Arduino Uno ШИМ поддерживают 3, 5, 6, 9, 10 и 11 пины.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


В подключении кнопок используются резисторы, встроенные в Arduino, при этом одна сторона кнопок подключается к земле, а другая к пинам Arduino.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Так, выглядит итоговая конструкция:
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Сборка на Breadboard
После приобретения дополнительных деталей автор приступил к сборке проекта на макетной плате согласно схемам. Внешний вид был примерно ожидаем, ведь Breadboard ограничивает свободу в размещении компонентов, также торчащие провода не создавали эстетического удовольствия. Но макетная плата ведь и предназначена для макетов, а не для готовых устройств.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Программный код.
Имея подкованность в программировании, автор решил писать код самостоятельно, не используя чужие наработки. Первым шагом стало написание подпрограммы, отвечает она за мигание всеми диодами и подачу сигнала пьезопищалкой при включении. Эта функция помогает убедиться в целостности цепи, подобное реализовано на многих устройствах.

Скетч вышел довольно большой, далее можно рассмотреть основные его возможности.

Работа светодиодов.
Так как обращение к светодиодам происходит через сдвиговый регистр, в первую очередь потребовалось реализовать ещё подпрограммы для светодиодов. Для более просто работы с диодами осуществлён ряд дополнительных функций. Реализованы различные эффекты анимации диодов. Когда часы не настроены — диоды, отвечающие за часы и минуты, начнут мигать (как мигают обычные часы когда не настроены). В светодиодах, отвечающих за секунды, также есть своя анимация, диод может бегать вправо-влево в режиме будильника, или же в режиме настройки часов.

Основной цикл.
Программа настроена на работу следующим образом: часы выводят информацию в зависимости от текущего состояния, и меняют своё состояние в зависимости от использования кнопок, и событий. Выглядит это всё как немалое количество вложенных условий. Состояние диодов обновляется каждый раз после проверки состояния таймеров и кнопок с вызовом их обработчика.

Также автором проделана большая работа для корректной работы кнопок ввода и таймеров. Исходный код скетча можно скачать под статьёй.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Запуск макета
После включения проекта, на первый взгляд, девайс работал правильно и стабильно. Но автор обнаружил недоработку, часы отставали на одну секунду в час, за длительное время это стало бы большой погрешностью.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Изучив эту проблему, было выяснено что оригинальная Arduino Uno использует керамический резонатор, а ему не хватает точности для измерения времени в длительных сроках. Наиболее рациональным решением была покупка часов реального времени, плюс из-за этого модуля время на часах не будет сбиваться при отключении. Автором был приобретен модуль Grove RTC от Seeed Studio. Он представляет из себя готовую плату с чипом часов. Пины модуля SDA и SCL автор подключил к Arduino на пины A4 и A5, GND к земле. Так как питание 5В занято платой часов подключать модуль было некуда. Автор решил запитать модуль от одного из цифровых пинов, который будет находиться постоянно под напряжением. Также автору потребовалось дорабатывать исходный код и добавить библиотеку часов реального времени.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Сборка часов
Завершив долгую работу над кодом, пришло время придать устройству завершённый внешний вид, и перенести его с макетной платы на печатную. В первую очередь потребовалось сделать разводку для платы. Для этого была использована Fritzing, так как автор уже имел представление о внешнем виде часов, и у него была построена схема устройства. Трассировку платы автор также провёл вручную, на это потребовалось немало времени.
Проект для производства печатной платы:
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Производство печатной платы было заказано в Китае. Seeed Studio имеет сервис по производству плат Fusion PCB. Через Fritzing был произведён экспорт файла в формат Extended Gerber, с ним работают многие производители плат. Через две недели автор получил долгожданную плату на почте.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Оставалось только припаять уже немного запылённые детали на плату. Готовый результат после пайки выглядел намного лучше макета на Breadboard.
Бинарные часы с будильником и таймером на Arduino Uno


Автор проекта долго трудился и получил то что хотел — уникальные бинарные часы с таймером и будильником. Используя батарейный отсек часы можно поместить куда угодно. Arduino оправдала ожидания и полностью справилась с поставленной задачей.

binclock-master.zip [23,53 Kb] (cкачиваний: 51)
скачать dle 11.1смотреть фильмы бесплатно
Чтобы написать комментарий необходимо войти на сайт через соц. сети (или зарегистрироваться):
Обычная регистрация
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.

Онлайн чат

Опрос
Как Вам сайт?

Последние комментарии

Все комментарии