Многофункциональные цифровые часы на микроконтроллере Attmega8. Простые часы на микроконтроллере Attiny2313. Схема и описание
Схема принципиальная электрическая
В одном устройстве объединено две функции: собственно измерение температуры и времени (часы). Индикация производится попеременно, сменяясь через десять секунд. Для настройки часов используется две кнопки, аналогично простым китайским электронным часам: одна отвечает за выбор параметра, вторая за его изменение. Питается устройство от сети с помощью постоянного стабилизированного источника тока напряжением пять вольт (плата от зарядного устройства телефона).
Датчиком температуры является микросхема DS18B20. Так как в устройстве «Часы-термометр» нет своей батареи, при пропадании питания естественно показания будут сбиваться. И что бы это не явилось причиной какого-нибудь опоздания человека на жизненно важные дела, имеется интересная «фишка» - при подаче питания вместо времени на дисплее будут отображаться прочерки, пока не нажмёшь одну из двух кнопок настройки.
Корпусом самодельного измерителя температуры послужила подходящая коробочка от запонок. В неё была помещена сама плата часов-термометра и плата вытащенная из телефонного зарядника. Датчик DS18B20 сделан выносным и подсоединяется через разъём.
Список необходимых деталей
- Микроконтроллер Atmega8 - 1шт.
- Кварц 32768 Гц - 1 шт.
- Датчик температуры DS18B20 - 1шт.
- Семи сегментный индикатор(4 - разряда) - 1 шт.
- Резисторы SMD типоразмера 0805:
- 620 Ом - 8шт.
- 0 Ом (перемычка) - 1шт.
- 4,7 кОм - 1шт.
- Тактовые кнопки - 2 шт.
Видео работы устройства на Ютуб-канале
Привет всем! Хочу предложить Вашему вниманию простые часы-пропеллер, которые я собрал на контроллере Atmega8. Они изготовлены из доступных деталей и их легко повторить и изготовить. Единственное что - необходим программатор для прошивки контроллера часов и пульта управления.
Для основания часов был использован обычный вентилятор 120 мм (кулер). Вентиляторы для этих часов можно использовать любые, как с вращением по часовой стрелке, так и против, потому что пока собирал эти часы, программу немного переделал и сделал переключение отображения символов с пульта программно.
Схема самих часов довольно простая и собрана на микроконтроллере Atmega8, для синхронизации работы которого использован часовой кварц с частотой 32768 Гц.
Часы питаются от приёмной катушки, энергия на которую передаётся с генератора с передающей катушкой. Обе эти катушки составляют воздушный трансформатор.
Со схемой и конструкцией генератора, особых проблем не возникло, так как был использован генератор от плазменного шара.
Генератор собран на распространённой микросхеме TL494 и позволяет менять ширину и частоту выходных импульсов в широких пределах.
Даже с зазором в сантиметр между катушками - напряжения вполне хватает для пуска часов. Только следует учесть, что чем больше зазор между катушками, тем больше нужно делать ширину импульса и соответственно от этого растёт и потребление тока от источника.
При включении генератора в первый раз, ширину импульсов (скважность) ставим на минимум (ручка регулятора в верхнем по схеме положении, то есть 4 нога через резистор R7 притянута к 14, 15, 2 ноге TL-494). Частоту генератора крутим, пока не исчезнет писк, это примерно 18-20 Кгц (настройка на слух), а если есть чем измерить частоту, то настраиваем её соответственно в этих пределах.
На плате генератора ещё дополнительно собран регулятор напряжения на LM317, предназначенный для регулировки скорости вращения вентилятора.
На схеме его нет, не дорисовал
. Посмотрите демонстрационное видео работы часов.
Видео.
Плата самих часов крепится к основанию вентилятора. Я закрепил её двухсторонним скотчем.
Потом переделал немного схему часов с фоторезистора на инфракрасный фотодиод (рисунок ниже).
В передатчике вместо простого светодиода, у меня теперь стоит инфракрасный.
Резистор вместо 2к поставил 100к.
Ответственными моментами при изготовлении часов являются - изготовление воздушного трансформатора и центровка (вернее балансировка) платы часов на основании вентилятора.
К этим моментам отнеситесь серьёзнее.
Воздушный трансформатор.
В основу взял кулер 120 мм обычный с бронзовыми втулками. Плата часов к основанию приклеена на двусторонний скотч.
С кулера откусываем лопасти и обтачиваем и выравниваем напильником, наждачкой. Катушки сделаны на каркасе из кабельного канала. Придумал такую конструкцию не я, просто взял эту идею из инета. Для намотки трансформатора делается основа из кабельного канала. Через каждые 5 мм на бортиках канала делаем надрез и аккуратно сворачиваем его в круг, диаметр подберите так, чтоб он плотно сел на пластмассовое основание вентилятора.
Далее на оправку из кабельного канала, наматываем 100 витков эмалированного провода, диаметром 0.25.
Ток потребления собранного трансформатора, у меня получился 200 мА (это с довольно заметным зазором между катушками).
В целом вместе с двигателем вентилятора, ток потребления получается в районе 0.4-0.5А.
Первичную (передающую) катушку делаем также, но стараемся сделать минимальный зазор между катушками. Передающая катушка тоже содержит 100 витков провода 0.3 (можно тем-же 0.25).
На схеме у меня немного другие моточные данные этих катушек.
Плата часов.
Планка со светодиодами сделана на стеклотекстолите. В ней сверлится отверстие, в это отверстие вставляется кусок трубки от телескопической антенны и припаивается к плате (трубочку антенны нужно зачистить от блестящего покрытия). Можно использовать любую подходящую трубочку, или прикрепить плату другим способом, например с помощью винта с гайками.
Плату со светодиодами соединил с платой часов обычным эмалированным (намоточным) проводом, он более жёсткий по сравнении с монтажным и не трепится при вращении.
Для балансировки всей платы, с другой её стороны приклеиваем термоклеем винт, диаметром 3-4 мм, накручивая с другой стороны на винт различные гайки - добиваемся минимальной вибрации.
Для проверки работоспособности платы часов - коротим фоторезистор отверткой, пинцетом, светодиоды при этом должны моргнуть.
Часы начинают работать при появлении 5В (логическая единица) на 5 ноге атмеги. То есть при освещении фоторезистора - на 5 ноге должно быть 5В,
Когда фоторезистор не освещён, на 5-й ноге атмеги должен быть логический 0 (около 0В), для этого подбираем резистор на землю с 5 ноги. На схеме стоит 2 кОм, у меня получилось 2.5 Ком.
Внизу на основании вентилятора приклеиваем светодиод так, чтобы при каждом обороте двигателя вентилятора - фоторезистор проходил как можно ближе к источнику света (светодиоду).
Пульт управления.
Пульт управления предназначен для управления работой часов, переключения режимов отображения индикацией (смена направления вращения вентилятора), установки времени часов.
Схема пульта собрана на микроконтроллере ATTINY2313. На плате установлен сам МК с обвязкой и шесть кнопок, предназначенных для управления часами.
Корпус для пульта собирать не стал, поэтому только фото самой платы.
Информация по назначению кнопок пульта;
H+ и Н- настройка часов
М+ и М- настройка минут
R/L смена направления (для винтов крутящихся по часовой и против часовой)
font смена шрифта (тонкий, жирный и надпись сайт)
при надписи сайт кнопками H+ и H - регулируется ширина надписи.
В прикреплённом архиве содержатся все необходимые файлы для сборки часов;
Архив для статьи
Если у Вас возникнут какие либо вопросы по конструкции часов, задавайте их на форуме, постараюсь по возможности помочь и ответить на возникшие вопросы.
Данные часы с будильником основаны на микросхеме часов реального времени, что позволяет им работать от резервного источника питания при отсутствии основного. Заданное время будильника и режим работы хранится в энергонезависимой памяти микроконтроллера. Режим отображения - 24 часовой. Содержат имитацию «тикания» Индикация времени и режимов работы осуществляется посредством светодиодных индикаторов.Принцип работы
Основой данных часов является микросхема DS1307 - часы реального времени, обменивающаяся информацией с управляющим контроллером посредством I2C интерфейса. Индикация времени осуществляется через 4 7-и сегментных индикатора, работающих в динамическом режиме. Ввод и корректировка времени осуществляется 5-ю кнопками: "+ минуты", "+ часы", «установка», «будильник» и «сброс». Звуковой сигнал будильника выводится через стандартный пьезоизлучатель и представляет из себя сигнал частотой 1кгц с секундными паузами.В качестве управляющего микроконтроллера был выбран Atmega48 по причине его доступности и наличии необходимой периферии на борту(даже с избытком). Часы реального времени DS1307 подключены к аппаратным выходам I2C управляющего микроконтроллера. Для работы DS1307 в автономном режиме(в случае отключения питания главного контроллера) используется литиевая батарейка резервного питания на 3V, ресурса которой хватит на несколько лет из-за низкого энергопотребления микросхемы.
Рассмотрим подробнее управляющую программу:
Программа работает по принципу флагово-таймерного автомата: все состояния и события представлены в виде соответствующих флагов, выполняющихся в прерываниях соответствующего таймера 1с, 1мс и 263.17мс. Программа использует 2 аппаратных таймера.
Опрос часовой микросхемы и нажатие кнопок осуществляется с интервалом 263.17мс. Интервал 1мс служит для формирования звукового сигнала звонка, а 1с - для его модуляции. Секундный интервал также управляет миганием точки во 2-ом разряде индикатора, разделяющий часы и минуты и также служащим формированием «тиканья».
Рассмотрим принципиальную схему часов.
Обозначения и номиналы:
S4 - Увеличение часов
S3 - Увеличение минут
S2 - Установка
S1 - Включение будильника
S5 - Сброс
R6-R10 - 10k
R1-R5 - 510ом
Напряжение питания - 5 вольт.
Настройка и использование
Правильно собранные часы в дополнительной настройке не нуждаются. Необходимо лишь установить текущее время и будильник.Установка текущего времени осуществляется следующим образом:
1) Кнопками S1 и S2 установить текущее время (точка между разрядами при этом не мигает)
2) Запустить часы кнопкой S3
Установка будильника:
1) Нажать S3 и убедиться в том, что загорелась точка в 1-ом разряде
2) Установить время звонка кнопками S1 и S2
3) Включить звонок кнопкой S4
Дополнительные возможности:
Включить тиканье - удерживая S4 нажать S2 до появления характерных звуков. Отключается так-же.
Отображение минут и секунд - удерживая S4 нажать S1. Если после этого нажать S3 произойдёт сброс секунд в 00. Возврат - та-же комбинация.
Фото и видео часов
Часы собраны в корпусе из под нерабочей «электроники».
Предлагаю для самостоятельной сборки две очень простые схемы, а именно часы на микроконтроллере PIC и AVR. Основа одной схемы микроконтроллер AVR Attiny2313, а другой PIC16F628A
Эти схемы часов на микроконтроллере очень помогут начинающим радиолюбителям разобраться с вопросами работы и программирования микроконтроллеров.
Рассмотрим подробней эту простую схему: Питание можно подавать как от трех пальчиковых батареек, так и от
Микроконтроллер Attiny2313 тактируется кварцем на 16 МГц. В качестве счетчика времени, в внутренней схеме микроконтроллера используется 16 битный таймер с делителем на 256. Как только внутренний счетчик досчитает до 625, осуществится прерывание. Поэтому у нас будут происходить прерывания 100 раз в секунду.
Временной интервал учитывается в глобальных переменных, и при каждом прерывании требуется увеличить значение миллисекунд на единицу. Как только число миллисекунд дойдет до 100, то требуется увеличить на единицу величину секунд, а миллисекунды обнулить. И так далее в соответствии с тем же алгоритмом до десятков часов, которые сбрасываются только по достижении значения 24 и уже без увеличения следующего разряда.
В соответствии с этим принципом, создаем значение текущего времени записанное в глобальных переменных. Теперь нам необходимо визуально отобразить эти данные. Так как микроконтроллер имеет ограниченное число портов, то воспользуемся такой особенностью как инерционность цифрового сегментного индикатора sa15-11gwa. Катоды его индикаторов соединены параллельно, а аноды имеют раздельное управление, что позволяет в любой момент времени вывести цифру на любой из четырех индикаторов.
Быстро переключая порт микроконтроллера, к которому подсоединены все катоды и быстро коммутируя аноды, создается иллюзия отображения всех четырех цифр в сегментном индикаторе, хотя фактически работает только один из сегментов. Если текущее время 11:57, то сначала выводим цифру один на первый индикатор часов, через 1 мс выводим цифру 1 на второй индикатор еще через 1 мс отображаем 5 на 3 индикатор, спустя 1 мс отображаем 7 на 4 индикаторе и так далее циклически, обновляя каждый индикатор через 1 мс.
Состояние кнопок управления часами опрашиваются по завершению каждого цикла отображения около 40 раз в секунду.
Рисунок печатной платы выполненный в программе и прошивку для микроконтроллера скачиваем по ссылке выше. и непосредственно о тонкостях прошивки, читаем здесь.
Эта конструкция хоть и на другом типе микроконтроллера, но не менее сложная чем предыдущая схема.
Алгоритм работы прошивки также простой в архиве имеются очень подробные комментарии по коду программы. Два тумблера кн1 и кн2 предназначены для коррекции времени - часов и минут. Точность часов зависит от частоты используемого кварца.
Конструктивно часы выполнены на двух печатных платах, располагающихся рядом под углом 90 градусов. На первой плате расположен индикатор, а вся остальная электроника на второй. Резервное питание в роли которых используется три батарейки размещенные в держателе из старой китайской зажигалки со светодиодом. Для питания от сети переменного тока подойдет любой на 5В и током 150мА.
В архиве который вы можете скачать по зеленой ссылке находится разводка обоих печатных плат в программе Sprint Layout и прошивка на микроконтроллер PIC с исходным кодом программы под MP_LAB IDE, с подробными комментариями.
И саму программу, можно также найти и у нас
В этой конструкции имеетя цифровая коррекция точности хода, а также встроенный термометр, который поочередно с точным временем выводит показания температуры на светодиодный диплей. В конструкции часов применяется энергонезависимая память микроконтроллера, сохроняющая уставки и настройки даже при пропадании внешнего питания.
В управление анодами светодиодных индикаторов, используются транзисторные ключи по стандартной схеме включения.
При первом включении на дисплее возникает рекламная заставка в течении одной секунды. Потом осуществляется отображение времени. Нажатие на кнопку SET_TIME переключает индикатор по кругу из основного режима часов:
Абсолютно, во всех ячейках удержанием кнопок PLUS/MINUS осуществляется ускоренная установка. Если настройки изменялись пользователем, то через 10 секунд новые значения сохраняться в энергонезависимой память микроконтроллера и будут считываться. при прошивки МК выставляем следующим образом:
Внешнее исполнение устройства, вы можете оценить по фотографиям ниже, прощивка и дополнительные файлы к конструкции можно скачать по сылке чуть выше.
В прошивки будильника реализованы графики смен: 4/5 (четыре на пятый) – 4 дня по 1 сменам, 1 выходной, 4 дня по 2 сменам, 1 выходной, 4 дня по ночным, 1 выходной; – день, ночь, 2 выходных; По будням – Пн-Пт - рабочие дни, Сб-Вс - Выходной; (Праздничные дни не учитываются); Ежедневно.
Пользователь сам выбирает тип граффика будильника и задает любое время срабатывания. В вариантах 4/5 и день, ночь, 2 выходных – необходимо дополнительно выбрать текущую смену.
Кроме того в прошивке МК реализованы следующие функции: Переход на летний-зимний период; Корректировка времени; Ускоряющийся сигнал будильника; Отображение нуля в разряде часов и в разряде даты
Схема часов построена на базе часовой микросхемы DS1307 и микроконтроллера MEGA8. Схема (помещена в архив с прошивкой МК и чертежами печатных плат) рассчитана на применение семисегментных цифровых индикаторов с общим анодом на напряжение 5В. (ВНИМАНИЕ! На схеме для упрощения не нарисованы балластные резисторы. Их требуется устанавить на каждый сегмент индикаторов. Всего 112 шт. Номинал рассчитывается согласно документации. В я использовал сегментные индикаторы типа fys15011 и fyd-5622. Если примените более мощные, то скорей всего без дополнительных транзисторных ключей не обойтись.
Чертеж печатной платы разрабатывалась под уже имеющуюся коробку от старых сломанных часов. На разъём Alarm (будильник) можно подсоединить маломощную нагрузку, допустим музыкальную открытку, а джампером JP1 – отсоединяем внутренний биппер. Микроконтроллер можно прошиватьь сразу на плате, что существенно облегчает настройку в случае модификации конструкции.
Настройка часов
Для этого необходимо войти в режим задания параметров:
Параметр-Значение- Сохранять в памяти
P.01 - ЧАСЫ [-]
P.02 - МИНУТЫ [-]
P.03 - ДЕНЬ [-]
P.04 - МЕСЯЦ [-]
P.05 - ГОД [-]
Р.06 - Тип будильника [+] (1-4/5; 2-5/8; 3-ЖД график; 4-ежедневно)
P.07 - СМЕНА [+]
P.08 - Буд.1.ЧЧ [+]
P.09 - Буд.1.ММ [+]
P.10 - Буд.2.ЧЧ [+]
P.11 - Буд.2.ММ [+]
P.12 - Буд.3.ЧЧ [+]
P.13 - Буд.3.ММ [+]
P.14 - Корректировка (Д.Ч) [+]
P.15 - Летний/зимний период [+]
P.16 - Ускоряющийся бипер [+]
P.17 - Отображать незначащий ноль в разряде часов [+]
P.18 - Отображать незначащий ноль в разряде даты [+]
Настройка Будильника:
Кнопкой Вкл/Вкл Буд. - осуществляется Вкл/Вкл, при этом:При типе будильника 1:
Буд.1 - 1 смена; Буд.2 - смена; Буд.3 - 3 смена;
График смен:1,2,3,4 - первая смена; 5 - выходной; 6,7,8,9 - вторая смена; 10 - выходной; 11,12,13,14 - 3 смена; 15,16 - выходной; Затем дни повторяются.
При первом типе будильника 2: Буд.1 - задает время сигнала; Буд.2, Буд.3 - не срабатывает; График смен: По будням.
При третьем типе будильника: Буд.1 - устанавливается время день; Буд.2 - задает время ночь; Буд.3 - не срабатывает;
График смен: – день, ночь, 2 выходных;. При типе будильника 4 Буд.1, Буд.2, Буд.3- задается время; Если планируете использовать только один будильник - задайте время трех одинаковым.
При графике смен: Ежедневно. Если нажать кнопки Выкл.Буд. в режиме задания параметров - произойдет выход из настроек без сохранения.
Корректировка:
При корректировки применяется следующий способ: +/- Ч.Д, где: Ч - количество секунд корректируемое в час (max 9). Д - секунды корректируемое в день. ВНИМАНИЕ! При выключенном питании корректировка не осуществляется. При включении - проверьте правильность времени.
Описание прибора
1. Функции.
1.1 Часы. Формат отображения времени 24-х часовый. Цифровая коррекция точности хода.
1.2 Термометр. Измерение температуры с двух датчиков в диапазоне -55,0 оС - 125,0 оС.
1.3 Поочередный вывод информации на индикатор.
1.4 Контроль основного источника питания.
1.5 Использование энергонезависимой памяти микроконтроллера для сохранения настроек и установок при отключении питания.
1.6 Три кнопки для установки и настройки: PLUS
, MINUS
, SET
.
Работа устройства
При первом включении на дисплее рекламная заставка в течении 1 сек. Потом отображение времени.
Нажатие на SET_TIME
переводит индикатор по кругу из основного режима часов (отображение текущего времени):
– режим отображения минут и секунд. Если в этом режиме одновременно нажать на кнопку PLUS
и MINUS
, то произойдет обнуление секунд.
– установка минут текущего времени.
– установка часов текущего времени.
– величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки -25?25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена/вычтена из текущего времени.
– символ t
. Настройка продолжительности отображения часов.
– символ i
. Время отображения символов индикации внутренней температуры (int
).
– символ d
. установка времени индикации температуры с внутреннего датчика.
– символ o
. Время отображения символов индикации внешней температуры (out
).
– символ u
. установка времени индикации температуры с внешнего датчика.
– символ P
. установка времени индикации рекламной заставки.
Пределы установки для времени отображения 0-60 сек. Если установлен 0, данный параметр на индикатор не выводится. Если все параметры установить в 0 – на индикаторе будут часы.
Настройка часов
3.1 Во всех режимах удержанием кнопок PLUS
/MINUS
производится ускоренная установка.
3.2 Если производились изменения настроек, через 10 секунд от последнего изменения новые значения запишутся в энергонезависимую память (EEPROM) и будут считаны оттуда при повторном включении питания. Индикатор перейдет в основной режим времени.
3.3 Новые настройки вступают в силу по ходу установки.
Контроль питания
Микроконтроллер отслеживает наличие основного питания. При его отключении питание прибора осуществляется от внутреннего источника. Для уменьшения тока потребления отключаются индикатор, датчики и кнопки. Часы продолжают отсчитывать время. При появлении питания от основного источника все функции восстанавливаются.
На данный момент разрабатываются печатные платы, проводится корекция схемы, можно и коллективно. Если будут идеи и пожелания по усовершенствованию часов - пишите на форуме. Авторы конструкции: Александрович & SOIR (Soir&C.E.A)
