Проекты : Часы, будильники, календари, таймеры


Тимофей Носов     11 ноября 2016 г.

Спутник ИН-4 GPS

"Какие должны быть часы с индикаторными лампами?" – в очередной раз я задал себе этот вопрос. В своих не коммерческих конструкциях я стараюсь соблюдать баланс цены, простоты, повторяемости. В тоже время, не хочется делать очевидную реализацию. И, самое главное, конструкция должна быть доступна для повторения начинающими школьниками-радиолюбителями.

 

Разработчики часов в зависимости от задач и возможностей применяют различное количество ламп. Существуют часы на одной лампе, что мне думается очень неудобным. Как правило, часы собраны на 4 или 6 лампах. Свой выбор я делаю в пользу 4 ламп осознанно, во-первых, ламп меньше расходуется, а во-вторых, точность показания секунд нужно обеспечивать.

 

Каким образом обеспечивают точность секунд?

1) Программная коррекция.

2) Калибровка с использованием частотомера.

3) Синхронизация.

 

Программная коррекция предполагает, что в настройках задаётся значение, на которое условно раз в сутки делается корректировка времени. Подход неудобен тем, что нужно понимать насколько часы отстают/убегают и какое значение нужно задать в настройках. И чтобы всё это сделать, нужен источник точного времени и собственно время, чтобы оценить неточность хода. Честно говоря, практика показывает, что в часах должен быть минимум настроек и настройки реализованы так, чтобы домохозяйка без инструкции могла настроить хотя бы текущее время. Сделать отображение интуитивной настройки на лампах сложно; отображение типа 12:--:13 может означать, что это 12я настройка и 13й режим. И много часов с такой сложной настройкой, что без бутылки не разберёшься, а через пол года сам разработчик забывает как настраивать свои часы.

 

Калибровка с использованием частотомера предполагает наличие такого частотомера и методики настройки в момент сборки часов. Не будем лукавить – частотомер есть не у каждого и едва возникнет желание его приобрести для сборки экземпляра часов. Ради кружки молока корову не покупают. Здесь необходимо отметить, что точность "плывёт" от температуры и настройка по частотомеру не гарантирует идеальную точность, но будем считать, что домашняя температура примерно на одном уровне. И опять же, часы нужно выставлять по источнику точного времени.

 

Синхронизация часов предполагает автоматическую установку времени по достоверным источникам: через Интернет, по сигналам радиостанций, по спутникам GPS.

 

Синхронизация через Интернет реализуется с использованием WiFi и Ethernet модулей. Модули "привязаны" к конкретному месту эксплуатации и требуют авторизации в сети. И, разумеется, эта синхронизация не будет работать без Интернета или в другом месте раздачи Интернета. И это резко уменьшает количество мест использования часов; работает только в помещении разработчика.

 

Синхронизацию по сигналам радиостанций я не изучал и расписывать здесь не буду, но знаю, что сигналы точного времени от радиостанций присутствуют не везде (не во всех странах/регионах) и требуется приёмник этих сигналов.

 

Синхронизация по GPS, на мой взгляд, наиболее перспективна. Не требуются адские частотомеры, не нужен Интернет, достаточно неба над головой в любом месте планеты. В русском Интернете часы с лампами (да и без ламп) с GPS синхронизацией можно пересчитать по пальцам. И эти часы сложны, не технологичны, с дефицитными миниатюрными компонентами. Особым шиком считается сделать фото микро-пайки рядом со спичкой; так и хочется спросить, а с компонентами в отверстиях разработать компактные платы не можете?

 

GPS модули сейчас стали дешевле и доступнее даже на фоне высокого курса доллара. Конструктивно GPS модули имеют разное исполнение: без антенны, с антенной. Антенны бывают для монтажа на плату и выносные. Очевидно, интересны модули с антеннами. Как-то давно в одном из проектов я использовал модуль для монтажа на плату GMS-G6A. Всё хорошо, кроме одного, для синхронизации со спутниками часы должны быть поближе к окну. Вспоминая этот опыт, я принял решение, что модуль будет выносным.

 

Запрос модуля GPS в Алиэкспрессе показал большой ассортимент предложений. Мне понравилась законченная конструкция в виде коробочки со шнуром и обычным 3,5мм штекером с ценой в 397 руб. Есть и дешевле предложения, но без корпусов. Полное название лота звучит так GPS Module for Car DVR GPS Log Recording Tracking Antenna Accessory for WO5 Car Dash Camera.

 

В спецификации модуля заявлено:

Output format – NMEA 0183

Baud rate – 9600

Interface type – UART

Power supply – DC 3.3V 50-100mA

 

Бегло ознакомившись с протоколом NMEA 0183 , было принято решение – надо брать.

 

Доставка GPS модуля в г.Саратов заняла около двух недель и в один из дней был обнаружен в конверте в почтовом ящике. К этому моменту были нарисованы и собраны платы, отлажены все функции, в том числе ход часов без GPS модуля. Следует отметить, что GPS модуль весьма мал и при желании, его можно разместить в корпусе часов.

 

Так как мы делаем точные часы, показания секунд будут к месту. Делать как все на 6 лампах не интересно и было решено использовать декатрон, в котором светящиеся по кругу точки будут показывать секунды.

 

 

Декатрон ОГ4 с октальным цоколем. Конструктивно вывода декатрона с ключом вставляются в плату управления. Выступ на ключе ориентирован по нулевому катоду лампы, от которого начинается "бег" светящейся точки.

 

Рисунок плат простой и доступен для повторения. По рисунку платы была нарисована схема. Если планируете делать иные платы – сверяйтесь с рисунками моих плат.

 

Использован звуковой излучатель со встроенным генератором или иначе излучатель с пищалкой. В продаже может называться HCM1206, но дешевле найти в известных местах по названию Active Buzzer (нужен на 5В).

 

Стабилизатор на 3,3В для питания GPS модуля может быть любой подходящий в корпусе TO92, например, LP2950ACZ-3.3 или отечественный аналог К1235ЕН3БП.

 

Большинство ламп ИН-4 имеют вывода, которые не поддаются лужению даже с кислотой. Я не знаю точно, из кого сплава сделаны вывода, но в Интернете упоминаются сплавы под названиями "Ковар" и "Фернико". Есть отдельные экземпляры ИН-4 с блестящими "паябельными" выводами, но это редкие экземпляры.

 

Лампа ИН-4 (как и ИН-18) имеет цоколь РШ31. Под этот цоколь есть оригинальные панели ПЛ31-2, но они не предназначены для печатного монтажа. В качестве альтернативы спекулянты предлагают гнёзда из разъемов типа ГРПМ и особо дорого продают гиперболоидные гнезда (фото ГРПМ1-90Г02). Недостаток гнёзд из ГРПМ в том, что диаметр гнезда 1,5мм, с такими габаритами у пятаков отверстий в рисунке платы получается очень тонкий ободок. Короче говоря, эти гнёзда совсем не технологичные.

 

Другим решением являются гнёзда из разъемов типа DBB, которые производятся и доступны в продаже. Пример полного названия "DBB-37F на плату вертикальный". В разъеме DBB рассверливаются монтажные отверстия и разъем разбирается на части. На фото ниже разъемы из доноров DBB.

 

 

Для фиксации взаимного расположения гнёзд в рекламном офисе заказал обоймы из акрила. Чертёж обоймы ниже.

 

 

Получилось отлично. Лампы вставляются с заметным усилием и зафиксированы очень хорошо. На будущее аналогичным образом можно сделать разъемы для других ламп.

 

Знаю по себе, в статьях я сначала смотрю картинки, потом читаю описание. Сейчас о том, как работают часы и как настраивать.

 

В выключенном состоянии отсчёт времени поддерживается батарейкой CR2032 (ток потребления ~15 мкА или ~1,5 года). При питании от сети батарейка не расходуется. После подачи питания, если GPS модуля нет,  время тактируется от часового кварца 32768 Гц. Если GPS модуль есть или модуль подключен "на горячую" во время работы часов, происходит следующее:

– модуль начинает 1 раз в секунду посылать множество данных;

– микроконтроллер разбирает данные и находит значение времени;

– после того как значение времени найдено часы "пикнут" 1 раз

(можно поздравить себя – соединение с модулем установлено);

– на часы будет выведено некое время, которое идёт с модуля;

– в зависимости от расположения модуля, потребуется около минуты для синхронизации со спутниками;

– как только произойдёт синхронизация, часы "пикнут" 3 раза и после этого можно наблюдать точное время и далее время будет синхронизироваться каждую секунду.

 

В части работы с GPS модулем часы больше пикать не будут. Отключение/включение питания часов или отсоединение/присоединение GPS модуля инициирует процедуры связи и синхронизации; вы услышите звуковые сигналы описанные выше.

 

Когда GPS модуля нет (отключен), с кнопок доступна настройка часов-минут. При настройке часов-минут значение секунд сбрасывается в ноль. Когда GPS модуль подключен, доступна только настройка часов (проще это понимать как выбор часового пояса).

 

В настройках часов только два режима – настройка текущего времени и настройка будильника. Для входа в настройки будильника нажимаем кнопку "Ок", декатрон перестаёт отображать секундные отсчёты. Для выхода из настроек будильника нажимаем повторно кнопку "Ок" или ожидаем 10 сек для автоматического выхода.

 

Для того чтобы включить/выключить будильник нажимаем и удерживаем кнопку "Ок" 3 сек. Если часы "пикнут" 3 раза – будильник включен, если часы "пикнут" 1 раз – будильник выключен.

 

Когда будильник сработает – часы пикают 1 минуту. Пиканье можно прервать, нажав любую кнопку.

 

Антиотравление катодов каждую минуту и выполняется на 30й секунде.

 

Пока ждал GPS модуль, из спортивного интереса сделал модный эффект "Кроссфейдинг" – плавная смена цифр. Этот эффект можно наблюдать во время смены минут-часов. Для тех кто понимает о чём речь, подтверждаю – кроссфейдинг можно сделать в схеме с оптопарами без потери яркости и без засветки индикаторов.

 

Внимательный читатель мог увидеть в схеме сигнальную линию, обозначенную как WS2812B.  Речь идёт об "умных" RGB светодиодах WS2812B, которые управляются по одному проводу. Для них требуется очень быстрое управление и быстродействия PIC16F886 не хватает. Я запускал их на PIC16F1936 и отказался от подсветки на WS2912B в пользу более доступного PIC16F886.

 

В схему (в рисунок платы) заложена работа с фото-датчиком. Предполагалось, что будет регулироваться яркость индикаторов в зависимости от освещения. Посмотрев на часы ночью, я подумал, что это баловство не к чему, снижение яркости не требуется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Файлы:
Печатная плата
Прошивка
Исходник
Документация
Эта статья для печати

 

Полезные ссылки:
Попробуй сделать печатную плату на кухне
Собери себе подходящий программатор
Узнай как прошить микроконтроллер прошивко


Назад

Просмотров: 20798

 








 
 
 

В русском Интернете бестолку защищать свои права. Хотите использовать материалы - используйте,
но с письменного согласия авторов. В противном случае будут высланы соответствующие письма
в поисковые системы об ограничении индексации ваших сайтов. Не доводите до греха.