В статье вы познакомитесь с отличным модулем часов реального времени на батарейке.
С помощью этого модуля можно отслеживать время в ваших проектах на Arduino даже в случае перепрограммирования или отключения питания. Это один из необходимых элементов для проектов будильников, сигнализаций, снятия показаний с датчиков в режиме реального времени. Одна из самых популярных моделей модуля часов реального времени - DS1307. Именно на нем мы и остановимся. Модуль отлично сочетается с микроконтроллерами Arduino, на которых питание логики равно 5 В.
Особенности модуля от компании-производителя Adafruit (китайцы предлагают аналогичные варианты раза в три-четыре дешевле):
- Все включено: чип, обвязка, батарейка;
- Легко собирается и прост в использовании;
- Устанавливается на любую макетную плату или подключается напрямую с помощью проводов;
- Есть отличные библиотеки и скетчи-примеры;
- Два отверстия для монтажа;
- Продолжительность работы - около пяти лет!
Модуль часов реального времени может быть уже распаянным, а может продаваться в виде отдельных комплектующих, пайка которых займет около 15-ти минут, не более.
Что такое часы реального времени?
Часы реально времени - это... часы. Модуль работает от автономного питания - батарейки и продолжает вести отсчет времени, даже если на вашем проекте на Arduino пропало питание. Используя модуль реального времени, вы можете отслеживать время, даже если вы захотите внести изменения в ваш скетч и перепрограммировать микроконтроллер.
На большинстве микроконтроллеров, в том числе и Arduino, есть встроенный счетчик временни, который называется millis(). Есть и встроенные в чип таймеры, которые могут отслеживать более длительные промежутки времени (минуты или дни). Так зачем же вам отдельным модуль часов? Основная проблема в том, что millis() отслеживает время только с момента подачи питания на Arduino. То есть, как только вы отключили плату, таймер сбрасывается в 0. Вша Arduino не знает, что сейчас, например, четверг или 8-е марта. Все, чего вы можете добиться от встроенного счетчика - это "Прошло 14000 миллисекунд с момента последнего включения".
Например вы создали программу и хотите вести отсчет времени с этого момента. Если вы отключите питание микроконтроллера, счетчик времени собьется. Примерно так, как это происходит с дешевыми китайскими часами: когда садится батарейка, они начинают мигать с показанием 12:00.
В некоторых проектах Arduino вам понадобится надежный контроль времени без прерываний. Именно в таких случаях используется внешний модуль часов реального времени. Чип, который используется в подобных часах, отслеживает года и даже знает сколько дней в месяце (единственно, что обычно не учитывается - это переход на летнее и зимнее время, так как подобные переводы разные в разных частях мира).
На рисунке ниже показана материнская плата компьютера с часами реального времени DS1387. В часах используется литиевая батарея, поэтому они разрослись в размерах.
Мы рассмотрим пример использования часов реального времени DS1307. Это дешевый, легкий в использовании модуль, который работает несколько лет от небольшой батарейки.
Пока батарейка в самом модуле не исчерпает свой заряд, DS1307 будет вести отсчет времени, даже если Arduino отключен от питания или перепрограммируется.
Узлы, из которых состоит модуль часов реального времени
| Рисунок | Обозначение | Описание | Производитель | Количество |
|---|---|---|---|---|
 |
IC2 | Чип часов реального времени | DS1307 | 1 |
 |
Q1 | 32.768 КГц, 12.5 пФ кристалл | Generic | 1 |
 |
R1, R2 | 1/4 Вт 5% 2.2 КОм резистор Красный, Красный, Красный, Золотой | Generic | 2 |
 |
C1 | 0.1 мкФ керамический конденсатор | Generic | 1 |
 |
Рельса на 5 контактов (1x5) | Generic | 1 | |
 |
Батарейка | 12 мм 3 В литиевая батарейка | CR1220 | 1 |
 |
12mm coin cell holder | Keystone 3001 | 1 | |
 |
Плата | Adafruit Industries | 1 |
Сборка модуля часов реального времени
| Фото | Пояснения |
|---|---|
 |
Подготовьтесь к сборке. Проверьте наличие всех необходимых деталей и инструментов. Установите монтажную плату в тисках. |
 |
Нанесите немного припоя на отрицательный контакт батареи. |
 |
Установите два резистора 2.2 КОм и керамический конденсатор. Как именно вы их расположите - неважно. Полярность не имеет значения. После этого установите кристалл (также симметрично), держатель (холдер) для батарейки и чип часов реального времени. Чип модуля реального времени надо установить таким образом, чтобы отметка (паз) на чипе располагалась в соответствии с обозначением на монтажной плате. Внимательно посмотрите на фото слева, там чип установлен верно. |
  |
Чтобы холдер для батарейки не выпадал, лучше его припаять сверху. После этого переверните плату и и припаяйте оставшиеся контакты. |
 |
Удалите остатки контактов от резисторов, кристалла и конденсатора. |
 |
Если вы хотите использовать контакты для установки модуля на беспаечную монтажную плату, установите рельсу контактов на макетку, модуль часов реального времени сверху и припаяйте контакты. |
 |
Установите батарейку. Плоская часть батареи должна быть сверху. В среднем батарейка будет служить около 5 лет. Даже если батарейка села, не оставляйте слот для нее пустым. |
Библиотека Arduino для работы с DS1307
DS1307 легко подключается к любому микроконтроллеру с питанием логики 5 В и возможностью I2C подключения. Мы рассмотрим подключение и использование этого модуля с Arduino .
Будем использовать библиотеку RTClib для получения и настройки показаний с DS1307. Если у вас есть вопросы по учтановке дополнительных библиотек Arduino - ознакомьтесь с этой инструкцией .
В статье рассмотрен пример часов реального времени от Adafruit, но вы можете с тем же успехом использовать китайские аналоги. Принцип работы и подключения не отличается.
- КУПИТЬ Arduino Uno R3 ;
- КУПИТЬ Breadboard ;
- КУПИТЬ модуль часов реального времени DS1307 ;
На часах реального премени 5 пинов: 5V, GND, SCL, SDA и SQW.
- 5V используется для питания чипа модуля часов реального времени, когда вы делаете к нему запрос для получения данных о времени. Если сигнал 5 В не поступает, чип переходит в "спящий" режим.
- GND - общая земля. Обязательно подключается в схему.
- SCL - контакт i2c часов - необходим для обмена данными с часами реального времени.
- SDA - контакт, по которому через i2c передаются данные с часов реального времени.
- SQW дает возможность настроить вывод данных в виде square-wave. В большинстве случаев этот контакт не используется.
Если вы настроили аналоговый пин 3 (цифровой 17) в режим OUTPUT и HIGH, а аналоговый пин 2 (цифровой 16) в режим OUTPUT и LOW, вы можете запитывать часы реального времени непосредственно от этих контактов!
Подключите аналоговый пин 4 на Arduino к SDA. Аналоговый пин 5 на Arduino подключите к SCL.
Скетч для Arduino
Проверка часов реального времени
Первый скетч, который стоит запустить - это программа, которая будет считывать данные с модуля часов реального времени раз в секунду.
Для начала давайте посмотрим, что произойдет, если мы извлечем батарейку и заменим ее на другую, пока Arduino не подключен к USB. Подождите 3 секунды и извлеките батарейку. В результате чип на часах реального времени перезагрузится. После этого вставьте код, который приведен ниже (код также можно выгрузить в меню Examples→RTClib→ds1307 в Arduino IDE) и загрузите его на Arduino.
Вам также понадобится библиотека OneWire.h, скачть ее можно
.// функции даты и времени с использованием часов реального времени DS1307, подключенные по I2C. В скетче используется библиотека Wire lib
#include <Wire.h>
#include "RTClib.h"
Serial.begin(57600);
if (! RTC.isrunning()) {
Serial.println("RTC is NOT running!");
// RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
DateTime now = RTC.now();
Serial.print("/");
Serial.print("/");
Serial.print(now.day(), DEC);
Serial.print(" ");
Serial.print(":");
Serial.print(":");
Serial.println();
Serial.print(now.unixtime());
Serial.print("s = ");
Serial.println("d");
// рассчитываем дату: 7 дней и 30 секунд
DateTime future (now.unixtime() + 7 * 86400L + 30);
Serial.print(" now + 7d + 30s: ");
Serial.print(future.year(), DEC);
Serial.print("/");
Serial.print(future.month(), DEC);
Serial.print("/");
Serial.print(future.day(), DEC);
Serial.print(" ");
Serial.print(future.hour(), DEC);
Serial.print(":");
Serial.print(future.minute(), DEC);
Serial.print(":");
Serial.print(future.second(), DEC);
Serial.println();
Serial.println();
Теперь откройте окно серийного монитора и убедитесь, что скорость передачи данных установлена корректно: на 57600 bps.
В результате вы должны увидеть в окне серийного монитора примерно следующее:
Если в часах реального времени пропадет питание, отобразится 0:0:0. Секунды отсчитываться перестанут. После настройки времени, пойдет новый отсчет. Именно по этой причине извлекать батарейку во время работы модуля часов реального времени нельзя.
Настройка времени на модуле часов
В этом же скетче раскомментируйте строку, которая начинается с RTC.adjust:
// строка ниже используется для настройки даты и времени часов
RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
Процесс настройки даты и времени реализован очень элегантно. В эту строку попадают данные с вашего счетчика на персональном компьютере (в момент компилляции кода). Эти данные используются для прошивки вашего модуля часов реального времени. То есть, если время на вашем ПК настроено неверно, рекомендуем сначала исправить этот баг, а потом переходить к прошивке модуля часов для Arduino.
После настройки, откройте серийный монитор и убедитесь, что часы настроены корректно:
Все. С этого момента и на протяжении ближайших нескольких лет настраивать DS1307 не придется.
Считывание показаний времени с DS1307
После настройки часов реального времени DS1307, может отправлять к ним запросы. Давайте рассмотрим часть скетча, в которой реализованы эти запросы.
DateTime now = RTC.now();
Serial.print(now.year(), DEC);
Serial.print("/");
Serial.print(now.month(), DEC);
Serial.print("/");
Serial.print(now.day(), DEC);
Serial.print(" ");
Serial.print(now.hour(), DEC);
Serial.print(":");
Serial.print(now.minute(), DEC);
Serial.print(":");
Serial.print(now.second(), DEC);
Serial.println();
По сути существует один вариант для получения времени с использованием часов реального времени. Для этого используется функция now(), которая возвращает объект DateTime. В этом объекте содержаться данные про год, месяц, день, час, минуту и секунду.
Есть ряд библиотек для часов реального времени, в которых предусмотрены функции вроде RTC.year() и RTC.hour(). Эти функции вытягивают отдельно год и час. Но их использование сопряжено с рядом проблем: если вы сделаете запрос на вывод минут в момент времени, например, 3:14:59, то есть, прямо перед тем как показания минут должны приравняться к "15" (3:15:00), полученные данные будут равны 3:14:00 - то есть, вы потеряете одну минуту.
В общем, использование отдельных функций для вызова часа или года обосновано только в том случае, когда точность контроля времени с разбросом в одну минуту/года для вашего проекта не критична (как правило, это в тех случаях, когда показания снимаются редко - раз в сутки, раз в неделю). В любом случае, если вы хотите избежать погрешностей в показаниях, используйте now(), а уже из полученных данных тяните необходимые вам показания (минуты, года и т.п.).
Есть еще один формат данных, которые мы можем подучить - количество секунд от полуночи, 1-го января 1970 года. Для этого используется функция unixtime ():
Serial.print(" since 1970 = ");
Serial.print(now.unixtime());
Serial.print("s = ");
Serial.print(now.unixtime() / 86400L);
Serial.println("d");
Так как в одном дне 60*60*24 = 86400 секунд, можно перевести полученное значение в дни и года. Очень удобный вариант, если вам надо отследить, сколько времени прошло с момента последнего запроса. Например, если прошло 5 минут с момента последнего последнего обращения Arduino к часам реального времени DS1307, значение, которое вернет функция unixtime() будет больше на 300.
Оставляйте Ваши комментарии, вопросы и делитесь личным опытом ниже. В дискуссии часто рождаются новые идеи и проекты!
- Отличительные особенности:
- Подсчет реального времени в секундах, минутах, часах, датах месяца, месяцах, днях недели и годах с учетом высокосности текущего года вплоть до 2100 г.
- Дополнительное ОЗУ 31 x 8 для хранения данных
- Последовательный ввод – вывод информации для сокращения выводов микросхемы
- Выполнение всех функций при напряжении питания 2.0-5.5 В
- выполнение всех функций при напряжении 2.0-5.5 В на дополнительном выводе питания - Потребление не более 300 нA при 2.5 В питания
- Чтение и запись информации по одному байту или потоком
- Исполнение в 8-ми выводном корпусе DIP, а также по заказу в 8-ми выводном SOIC корпусе для поверхностного монтажа
- Простой 3-проводной интерфейс
- Совместимость с TTL-микросхемами (Vcc= 5V)
- Возможность поставки в промышленном диапазоне температур: от -40°C до+85°C
- Совместимость с DS1202
- Отличия от DS1202:
возможность подключения встроенной цепи подзарядки к выводу Vcc1
два вывода питания для подключения основного и резервного источника питания
увеличено ОЗУ на 7 байт
Описание выводов:
| X1, X2 | подключение кварцевого резонатора 32.768 кГц |
| GND | общий |
| RST | сброс |
| I/O | ввод - вывод данных |
| SCLK | синхронизация последовательной связи |
| VCC1, VCC2 | выводы питания |
Структурная схема DS1302:
Общее описание:
Микросхема DS1302 содержит часы реального времени с календарем и 31 байт статического ОЗУ. Она общается с микропроцессором через простой последовательный интерфейс. Информация о реальном времени и календаре представляется в секундах минутах, часах, дне, дате, месяце и годе. Если текущий месяц содержит менее 31 дня, то микросхема автоматически определит количество дней в месяце с учетом высокосности текущего года. Часы работают или в 24-часовом или 12-часовом формате с индикатором AM/PM (до полудня/ после полудня). Подключение DS1302 к микропроцессу упрощено за счет синхронной последовательной связи. Для этого требуется только 3 провода: (1) RST (сброс), (2) I/O (линия данных) и (3) SCLK (синхронизация последовательной связи). Данные могут передаваться по одному байту или последовательностью байтов до 31. DS1302 разработан, чтобы потреблять малую мощность и сохранять данные и информацию часов при потреблении менее 1 мкВт. DS1302 - преемник DS1202. В дополнение к основным функциям хранения времени DS1202, DS1302 имеет два вывода питания для подключения основного и резервного источника питания, возможность подключения программируемой цепи заряда к выводу VCC1 и семь дополнительных байтов ОЗУ.
Подключение:
Подключение DS1307 к Arduino:
| RTC DS1307 | Arduino UNO |
|---|---|
| GND | GND |
| VCC | +5V |
| SDA | A4 |
| SCL | A5 |
Подключение DS1302 к Arduino:
| RTC DS1302 | Arduino UNO |
|---|---|
| GND | GND |
| VCC | +5V |
| RST | 6 (Можно изменить на другие в скетче) |
| CLK | 7 (Можно изменить на другие в скетче) |
| DAT | (Можно изменить на другие в скетче) |
Подключение DS3231 к Arduino:
| RTC DS3231 | Arduino UNO |
|---|---|
| GND | GND |
| VCC | +5V |
| SDA | A4 |
| SCL | A5 |
Модуль DS1302 часы реального времени на Алиэкспресс http://ali.pub/1br52w
Код программы для модуля 1302 и дисплей 1602 I2C
В зависимости от того какой модуль Вы подключаете, необходимо в программе указать
Для DS1302 :
time . begin (RTC_DS1302 , 10 , 13 , 12 );#include
virtuabotixRTC myRTC(6, 7, 8); //CLK, DAT, RST
Программа
#include
#include
LiquidCrystal_I2C lcd(0x3F ,2,1,0,4,5,6,7,3, POSITIVE);
void setup() {
lcd.begin(16,2);
//myRTC.setDS1302Time(00,04, 12, 06, 18, 04, 2017);
void loop() {
myRTC.updateTime();
lcd.setCursor(0, 0);
lcd.print("date: ");
lcd.print(myRTC.dayofmonth);
lcd.print("/");
lcd.print(myRTC.month);
lcd.print("/");
lcd.print(myRTC.year);
lcd.print(" ");
lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print("time: ");
lcd.print(myRTC.hours);
lcd.print(":");
lcd.print(myRTC.minutes);
lcd.print(":");
lcd.print(myRTC.seconds);
lcd.println(" ");
Так же не забываем о экономии при покупке товаров на Алиєкспресс с помощью кэшбэка
Преимущества библиотеки:
Библиотека имеет внутренние функции аппаратной обработки протоколов передачи данных I2C и SPI, а следовательно не требует подключения дополнительных библиотек, но и не конфликтует с ними, если таковые всё же подключены.
Библиотека имеет внутренние функции программой обработки протокола передачи данных 3-Wire
Для инициализации модуля необходимо вызвать функцию begin с названием модуля.
Подключение модулей осуществляется к аппаратным выводам arduino используемой шины (за исключением 3-Wire)
Простота установки и чтения времени функциями settime и gettime
функция settime может устанавливать дату и время, как полностью, так и частично (например только минуты, или только день, и т.д.)
функция gettime работает как функция date в php, возвращая строку со временем, но если её вызвать без параметра, то функция ничего не вернёт, а время можно прочитать из переменных в виде чисел.
Библиотека расширяемая, то есть для того, чтоб она работала с новым модулем, нужно указать параметры этого модуля в уже существующих массивах файла RTC.h (тип шины, частота шины в кГц, режимы работы, адреса регистров и т.д.), как всё это сделать, описано в файле extension.txt
Таким образом добавив новый модуль в библиотеку, мы лишь увеличим область занимаемой динамической памяти на ~ 36 байт, при этом не затронув область памяти программ.
При вызове функции begin, библиотека читает флаги регистров модуля и при необходимости устанавливает или сбрасывает их так, чтоб модуль мог работать от аккумуляторной батареи, а на программируемом выводе меандра (если таковой у модуля есть) установилась частота 1Гц, тогда этот вывод можно использовать в качестве внешнего посекундного прерывания.
При работе с модулем DS1302 не нужны никакие резисторы на выводе GND (которые нужны для его работы с другими библиотеками этого модуля), это достигнуто тем, что для шины 3-Wire указана конкретная частота 10кГц, не зависимо от частоты CPU arduino.
В библиотеке реализована еще одна не обязательная функция period, принимающая в качестве единственного аргумента - количество минут (от 1 до 255)
если в течении указанного времени была вызвана функция gettime несколько раз, то запрос к модулю по шине будет отправлено только в первый раз, а ответом на все остальные запросы будет сумма времени последнего ответа модуля и времени прошедшего с этого ответа.
Функцию period достаточно вызвать один раз.
Подробное описание:
} // ОПИСАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ФУНКЦИЙ: // // Подключение библиотеки: // #includeПосле создания множества прототипов Arduino на макетной плате, я решил сделать что-то полезное, то, что можно использовать дома. А что может быть полезнее, чем светящиеся часы, которые почему-то с 2010 года перестали выпускаться? Начал я сборку цифровых часов с поиска необходимых деталей. Одним из критериев, который помог быстрее насобирать необходимые компоненты, стала доступность деталей в местных магазинах и от производителей из Китая, Малайзии.
Arduino часы реального времени (RTC) на 7-сегментных индикаторах
При сборке часов, появилось несколько вариантов настройки на них точного времени. Первый: устанавливать время на Arduino , держа его все время под питанием. Но такой метод не очень целесообразный, так как каждый раз, когда понадобиться установить время, надо будет пустить питание на Arduino.
Вторым вариантом была идея подключения 7-сегментных LED -индикаторов к GPS модулю . Поскольку GPS сигнал дает очень точное время, этот вариант должен был решить проблему, и не пришлось бы настраивать часы каждый раз при их включении. Я взял свой карманный навигатор Garmin GPS 60 C, подключил его в последовательный разъем к Arduino и загрузил несколько библиотек GPS, получив таким образом сигнал очень точного времени.
Проблема GPS метода оказалась в том, что, поскольку я живу центре города, то каменные джунгли непроглядными высотками окружают мой дом, и понадобилось бы поставить внешнюю GPS антенну снаружи окна, чтобы получить GPS сигнал с чистого неба. Без спутникового покрытия, никакое устройство GPS не в состоянии получить сигнал с синхронизацией по времени. Или часы должны быть на окне, либо надо было вынести GPS-антенну и проложить 7-метровый кабель до них.
Третий способ настройки часов оказался наилучшим. Заключается он в работе Arduino совместно с DS1307 часами реального времени (RTC). Питание на них идет от таблеточной 3-вольтовой батарейки, которая сохраняет настройки, когда устройство выключено и во время отсоединения микроконтроллера.
Я пошел в местный «электронный рай», расположенный в центре города, чтобы испытать свою удачу в поиске необходимых компонентов. К моему удивлению, там я нашел все необходимые детали для сборки цифровых часов.
Необходимыми деталями являются:
- плата Arduino для макетирования и загрузки скетча в микроконтроллер;
- микроконтроллер ATmega328P для работы часов;
- четыре красных 7-сегментных LED-индикатора (или другие, более холодного цвета, которые найдете на местном рынке);
- часы реального времени DS1307;
- кварцевый резонатор на 32,768 кГц;
- держатель для батарейки таблеточного размера CR2025 или CR2032;
- четыре микросхемы 74HC595 сдвигающего регистра для управления 7-сегментными LED-индикаторами;
- резисторы 220 Ом по 0.25 Вт;
- однорядные штыревые разъёмы;
- гнезда для интегральных микросхем (IC);
- соединительные провода.
Если нет навыков в изготовлении печатных плат, то рекомендую использовать паечную макетную плату (текстолитовая пластинка с множеством отверстий для закрепления на ней пайкой компонентов, которую ошибочно называют монтажной платой ) и припаять на неё все IC гнезда микросхем и штыревые разъёмы. Благодаря таким быстроразъемным контактам все 7-сегментные LED-индикаторы и интегральные микросхемы могут быть легко заменены при необходимости.
Поскольку размер макетной платы весьма ограничен, то удалось разместить на ней только 35-миллиметровые LED-индикаторы, ведь должно было ещё остаться место для держателя таблеточной батарейки. Хотелось бы поставить гораздо большие 7-сегментные индикаторы, но более крупным из них надо повышенное напряжение, свыше 5 В, и уже потребовалось таки усложнить схему двойными цепями питания. Иметь дело со стабилизатором на два выходных напряжения не хочется, лучше сосредоточиться на более простой версии цифровых часов.
Разделительные керамические конденсаторы 100 нФ на ножке питания Vcc каждого регистра 74HC595 добавлены, чтобы предотвратить любые проблемы с низкочастотными помехами.
Собираемые цифровые часы используют только 5 пинов Arduino:
- 3 цифровых выхода для сдвигающих регистров 74HC595;
- 2 аналоговых выхода для часов реального времени, подключенных с использованием соединения I2C.
Преимущество собираемых цифровых часов на Arduino в сравнении с заводскими в том, что к ним можно легко добавить любые функции, какие только могут стать полезны.
Вот некоторые идеи доработки часов:
- Чередование отображения на индикаторах часов/минут и минут/секунд;
- Проигрывание мелодии каждый час;
- Установка датчика LM35, и использование часов в качестве термометра;
- Функция утреннего будильника;
- Даже управление другими электрическими приборами с помощью электромеханического реле, включающегося в соответствии с определёнными по времени событиями или показаниями подключенных датчиков.
Так как четыре индикатора довольно большие и яркие, их можно использовать также для отображения буквенной информации.
После того, как я припаял первую цифру 7 сегментного LED-индикатора с общим катодом к сдвигающему регистру 74HC595, открылась первая проблема. Я использовал только один резистор 220 Ом, соединенный с общим катодом LED-индикатора, чтобы сберечь резисторы, и обнаружил, что когда включается число 8, то все сегменты загораются очень тускло. Это нормально для прототипа, но не годится для действующих цифровых часов. Было бы очень неприятно иметь часы с по-разному светящимися цифрами. Так что пришлось разорвать отдельные провода и раздобыть побольше резисторов на 220 Ом, чтобы подключить их к каждому из семи сегментов LED-индикатора.
Вторая проблема была в том, что я забыл выделить место для двух светодиодов диаметром 5 мм, в качестве мигающего двоеточия индикатора секунд. А индикатор третьей цифры уже был припаян.
Поскольку слишком много труда уходит на пайку одного индикатора, вместе с присоединением всех резисторов к проводам, я решил сделать выносную платку с двумя светодиодами в качестве индикаторов секунд. Я найду способ установки двух точек между часовыми и минутными цифрами! На фотографии внизу, я просто снимаю по светодиоду на 13 выводе мигания с интервалом в 500 мс.
- Есть коды .
- Окончательный скетч
Вот несколько фотографий собранного, работающего устройства. Теперь мне всего лишь нужно что-то вроде акрила, чтобы закрепить макетную плату и скрыть часы Arduino в общем корпусе.
Эти часы запитаны от выносной платы Arduino в версии с FTDI кабелем и гнездом DC постоянного тока.
Сборка Arduino часов завершена после установки DHT11 датчика влажности и температуры.
Самодельный датчик температуры и влажности DHT11 и DHT22 – подключение к Arduino GPS часы на Arduino
Добрый день, сегодня я поделюсь инструкцией по изготовлению часов с комнатным термометром(Часы на ардуино своими руками ). Часы работают на Arduino UNO, для отображения времени и температуры служит графический экран WG12864B. В качестве датчика температуры - ds18b20. В отличие от большинства других часов я не буду использовать RTS (Real Time Clock), а попробую обойтись без этого дополнительного модуля.
Схемы на ардуино отличаются своей простотой, и может начать изучать ардуино-каждый. О том как подключать библиотеки и прошивать ардуино можно почитать в нашей статье .
Приступим.
Для создания данных часов нам понадобится:
Arduino UNO (Или любая другая Arduino совместимая плата)
- Графический экран WG12864B
- Датчик температуры ds18b20
- Резистор 4.7 Ком 0.25 Вт
- Резистор 100 ом 0.25 Вт
- Батарейный отсек для 4 батареек типа АА «пальчиковых»
- Подходящая коробка
- Мелкий напильник
- Лак для ногтей (черный или под цвет корпуса)
- Немного тонкого пластика или картона
- Изолента
- Соединительные провода
- Монтажная плата
- Кнопки
- Паяльник
- Припой, канифоль
- Двусторонний скотч
Подготовка графического экрана.
С подключение экрана, на первый взгляд, возникает много проблем и сложностей. Но если вначале разобраться с их видами, станет намного легче и понятнее. Существует много разновидностей и типов экранов на контролере ks0107/ks0108. Все экраны принято делить на 4 типа:
Вариант A: HDM64GS12L-4, Crystalfontz CFAG12864B, Sparkfun LCD-00710CM, NKC Electronics LCD-0022, WinStar WG12864B-TML-T
Вариант B: HDM64GS12L-5, Lumex LCM-S12864GSF, Futurlec BLUE128X64LCD, AZ Displays AGM1264F, Displaytech 64128A BC, Adafruit GLCD, DataVision DG12864-88, Topway LM12864LDW, Digitron SG12864J4, QY-12864F, TM12864L-2, 12864J-1
Вариант C: Shenzhen Jinghua Displays Co Ltd. JM12864
Вариант D: Wintek- Cascades WD-G1906G, Wintek - GEN/WD-G1906G/KS0108B, Wintek/WD-G1906G/S6B0108A, TECDIS/Y19061/HD61202, Varitronix/MGLS19264/HD61202
Список не полный, их очень много. Самый распространённый и, на мой взгляд, удобный WG12864B3 V2.0. Дисплей можно подключить к Arduino по последовательному или параллельному порту. При использовании с Arduino UNO лучше выбрать подключение по последовательному порту – тогда нам потребуется всего 3 выхода микроконтроллера, вместо минимум 13 линий при подключении по параллельному порту. Подключается все довольно просто. Есть еще один нюанс, в продаже можно встретить два варианта дисплеев, со встроенным потенциометром (для регулировки контраста) и без него. Я выбрал, и советую тоже сделать вам, со встроенным.
Это уменьшает количество деталей и время пайки. Также стоит поставить токоограничительный резистор номиналом 100 Ом для подсветки. Подключая напрямую 5 вольт, существует риск сжечь подсветку.
WG12864B – Arduino UNO
1 (GND) - GND
2 (VCC) - +5V
4 (RS) – 10
5 (R/W) – 11
6 (E) – 13
15 (PSB) – GND
19 (BLA) – через резистор - +5V
20 (BLK) – GND
Удобнее всего это все собрать сзади экрана и вывести от него 5 проводов подключения к Arduino UNO. В итоге должно получится примерно так:
Для тех кто все-таки выберет параллельное подключение приведу таблицу подключения.
И схема для экранов варианта B:
На одну линию связи может быть включено несколько датчиков. Для наших часов достаточно одного. Подключаем провод от контакта «DQ» ds18b20 к «pin 5» Arduino UNO.
Подготовка платы с кнопками.
Для установки времени и даты на часах будем использовать три кнопки. Для удобства спаиваем три кнопки на монтажной плате и выводим провода.
Подключаем следующим образом: общий для всех трех кнопок провод подключаем к «GND» Arduino. Первую кнопку, она служит для входа в режим установки времени и переключения по времени и дате, подключаем к «Pin 2». Вторая, кнопка увеличения значения, - к «Pin 3», а третья, кнопка уменьшения значения, - к «Pin 4».
Сборка всего воедино.
Чтобы избежать короткого замыкания, следует заизолировать экран. По кругу обматываем изолентой, а на заднюю часть крепим на двусторонний скотч, вырезанную по размеру, планку из изолирующего материала. Подойдет плотный картон или тонкий пластик. Я воспользовался пластиком от планшета для бумаги. Получилось следующее:
Спереди экрана по краю клеим двусторонний скотч на вспененной основе, желательно черный.
Подключаем экран к Arduino:
Плюс от батарейного отсека подключаем к «VIN» Arduino, минус к «GND». Размещаем его сзади Arduino. Перед установкой в корпус, не забудьте подключить датчик температуры и плату с кнопками.
Подготовка и заливка скетча.
Для датчика температуры нужна библиотека OneWire.
Вывод на экран осуществляется через библиотеку U8glib:
Для редактирования и заливки скетча надо установите эти две библиотеки. Сделать это можно двумя способами. Просто распаковать эти архивы и поместить распакованные файлы в папку «libraries», находящуюся в папке с установленной Arduino IDE. Или второй вариант установить библиотеки прямо в среде программирования. Не распаковывая скачанные архивы, в среде Arduino IDE выберите меню Скетч – Подключить библиотеку. В самом верху выпадающего списка выберите пункт «Добавить.Zip библиотеку». В появившемся диалоговом окне выберете библиотеку, которую вы хотите добавить. Снова откройте меню Скетч – Подключить библиотеку. В самом низу выпадающего списка вы должны увидеть новую библиотеку. Теперь библиотеку можно использовать в программах. Не забудьте после всего этого перезагрузить Arduino IDE.
Датчик температуры работает по протоколу One Wire и имеет уникальный адрес для каждого устройства - 64-разрядный код. Каждый раз искать этот код нецелесообразно. Поэтому необходимо вначале подключить датчик к Arduino, залить в нее скетч находящийся в меню Файл – Примеры – Dallas Temperature – OneWireSearch. Далее запускаем Инструменты - Монитор порта. Arduino должна найти наш датчик, написать его адрес и текущие показания температуры. Копируем или просто записываем адрес нашего датчика. Открываем скетч Arduino_WG12864B_Term, ищем строку:
Byte addr={0x28, 0xFF, 0xDD, 0x14, 0xB4, 0x16, 0x5, 0x97};//адрес моего датчика
Записываем адрес вашего датчика между фигурными скобками, заменяя адрес моего датчика.
Стока:
//u8g.setPrintPos(44, 64); u8g.print(sek); // Выводим секунды для контроля правильности хода
Служит для вывода секунд рядом с надписью «Data». Это необходимо для точной установки хода времени.
Если часы спешат или отстаю следует поменять значение в строке:
If (micros() - prevmicros >494000) { // поменять на другое для корректировки было 500000
Я опытным путем определил число, при котором часы идут достаточно точно. Если ваши часы спешат следует увеличить это число, если отстаю – уменьшить. Для определения точности хода и нужен вывод секунд. После точной калибровки числа, секунды можно закомментировать и таким образом убрать с экрана.
Такие часы очень оригинально будут смотреться на стене, они имеют в наличии светодиодные стрелки имитирующие стрелочные часы, LED часы по центру и красивую фоновую RGB-подсветку. Выполнение такой самоделки сложно назвать простым, но потраченное время и силы не будут упущены зря.
Материалы для корпуса:
- Чёрные акриловые пластины 300х300х3 мм 3шт
- Прозрачная акриловая подсветка 300х300х3 мм 1шт
- Средство полировки акриловых пластин
- Клей
- Распорные втулки 15 мм с резьбой м3 20 шт
- Винты м3 с шайбами 20 шт
- Картинная рамка 300х300 мм 1шт
Электронные материалы:
- Сдвиговый регистр CD74HC595 8шт
- LED драйвер TLC5940 1шт
- Часы реального времени (RTC) DS1307 1шт
- Линейный регулятор LM317 1шт
- Биполярный транзистор BD139 8шт
- Электролитический конденсатор 1 мкФ 2шт
- Конденсатор 0.1 мкФ 1шт
- Резисторы 120 Ом 60шт
- Резисторы 10 кОм 9шт
- Резистор 2 кОм 1шт
- Резисторы 1 кОм 9шт
- Резистор 330 Ом 1шт
- Светодиоды 480шт
- 4-х разрядный светодиодный цифровой индикатор (с общими анодами) 1шт
- Светодиодная RGB-лента (с общим анодом) 1шт (длинной под окружность циферблата)
- Модуль Arduino Mega ADK (Rev3) 1шт
- Батарея питания 12 В 1шт
Шаг первый. Изготовление корпуса.
Для начала в акриловые пластины разрезают и просверливают по чертежу. Далее, происходит склеивание корпусной передней чёрной пластины с соединительной частью (прозрачной), и с пластиной под светодиоды.
Шаг второй. Окончание работы над корпусом.
Для лучшей устойчивости автор приклеивает одну акриловую пластину к задней части картинной рамки, стекло с рамки при этом предварительно вынимается и больше не понадобится.
Четыре втулки 15 мм прикручивают к пластине как на фото. Теперь, появилась возможность приклеить втулки от рамки к передней пластине. Потом эти приклеенные втулки выкручиваются для использования в будущем.
Шаг третий. Вставка светодиодов.
В первую очередь светодиоды вставляют в первый ряд отверстий (на 1 ряд ушло 60 светодиодов). Катоды спаиваются между собой вокруг пластины с помощью медного провода 0,8мм, а аноды отгибаются в сторону. Эта процедура повторяется для 7 остальных рядов. Теперь когда аноды расположились в один столбец, они тоже спаиваются между собой. Таким образом, получилась матрица из 8 рядов и 60 столбцов.
Шаг четвёртый. Припаивание кабелей к матрице.
Для этого шага используются 8-проводные кабельные разъёмы один из них припаяли к катодам на матрице. Восемь таких разъёмов были припаяны к 60 столбцам анодов. Поскольку автор использовал 8-проводные разъёмы, он получил кабель с 64 проводами, это значит что 4 осталось, они были замотаны изолентой. Также автор рекомендует использовать семь 8-проводных и взять один 4-проводной разъем для того, чтобы получилось ровно 60.
Шаг пятый. Прикрепление индикатора.
В акриловой пластине в виде диска делают отверстие и приклеивают индикатор с заранее припаянными проводами для удобства.
Шаг шестой. Плата.
Из куска макетной платы большего размера чем требуется, отрезают 2 куска, так чтоб они входили в картинную рамку. Далее, самостоятельно изготавливают несколько коннекторов, как видно на фото ниже.
Шаг седьмой. Сборка часов.
Дальше происходит установка всех деталей в корпус согласно схеме, прикреплённой ниже. В часы автор установил заряжаемый аккумулятор 1000мА/ч чтобы они могли работать без внешнего кабеля. На Arduino устанавливают программный код, прикреплённый внизу статьи. Так, устанавливаются библиотеки для модуля часов реального времени и LED драйвер TLC5940, которые также прикреплены под статьёй. Схема с хорошим разрешением:
(скачиваний: 293)
Такие часы, можно по желанию модернизировать сделав автоматический контроль яркости с помощью фоторезистора, или же регулировать яркость вручную с помощью потенциометра 10 кОм. Есть пространство для установки кнопки и с её помощью можно будет переключаться между разными программами. Вдобавок есть возможность поставить светодиодную ленту, которая будет подсвечивать пластиковую прозрачную часть передней панели.
Видео с частичной сборкой и примером работы часов