01 / / atch: 12 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:39

O 01 / / / atch, porque… "há 10 tipos de pessoas no mundo, aqueles que lêem binários e aqueles que não lêem" - um slashdot tag line. O 01 / / / atch é um relógio de pulso binário com um display LED. Recursos adicionais são acessíveis por meio de um sistema de menu de rolagem em sua matriz de LED 3x4. Os recursos atuais incluem: medidor de tensão, contador binário, modo clube e exibição de tempo. O relógio é totalmente programável. As futuras atualizações de firmware incluirão: cronômetro / temporizador, alarme, velocímetro / hodômetro de bicicleta, registro de dados e um menu de configuração avançada. Veja em ação: https://www.youtube.com/embed/l_tApl3JmmMTodos os arquivos do projeto são no arquivo.zip nesta página. Esquemático e PCB no formato Cadsoft Eagle. Firmware no mikroBasic. O texto deste instrutível está incluído como arquivos.odt (texto OO.org/open) e.pdf. A arte PCB da camada superior (espelhada) é incluída como um. PDF pronto para transferência de toner ou processo de foto. É copiado várias vezes em uma única folha porque tenho que dobrar nas transparências. O 01 / / / atch foi inspirado no Mini Dotclock, e uma conversa posterior na área de comentários: https://www.instructables.com / ex / i / 47F2F12223BA1029BC6B001143E7E506Este também é um meio passo em direção a um relógio nixie de montagem em superfície em que estou trabalhando. O projeto 01 / / / atch é uma introdução aos componentes de montagem em superfície e lógica de manutenção do tempo sem a complexidade adicional de uma fonte de alimentação de tubo nixie. (https://www.instructables.com/ex/i/2C2A7DA625911029BC6B001143E7E506/?ALLSTEPS)Uma pequena pesquisa no Google encontrou este relógio binário na thinkgeek: https://www.thinkgeek.com/gadgets/watches/6a17/The 01 / / / atch é baseado em um PIC16F913 / 6. Este PIC foi originalmente escolhido porque tinha um driver de LCD de hardware. Achei que poderia transformar o driver do LCD em um multiplexador de LED com alguns transistores. Isso acabou não sendo o caso. Ainda é uma boa escolha porque tem muito espaço de programação e poucos pinos de E / S limitados. O F913 custa cerca de US $ 2,00 em Mouser. PIC16F913 Detalhes: https://www.microchip.com/stellent/idcplg? IdcService = SS_GET_PAGE & nodeId = 1335 & dDocName = en020199PIC16F916 Detalhes (igual a 913, com mais espaço para programa): https:// www. microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1335&dDocName=en020201PIC16F913/6 Datasheet (formato PDF): https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41250E.pdf As imagens 3d foram feitas instrutíveis nesta folha de dados dos arquivos Eagle Board com Eagle3D e POV ray: https://www.matwei.de/doku.php? id = en: eagle3d: eagle3d

Etapa 1: exibição

O display binário é composto por 12 LEDs em uma matriz 3x4. Cada coluna de quatro LEDs representa um 'nibble' de quatro bits, ou meio byte. Cada coluna pode exibir 0-15 em binário (1 + 2 + 4 + 8 = 15). O tempo é exibido nas três linhas como horas / dezenas de minutos / minutos. Isso não é um binário verdadeiro, mas um subconjunto simplificado que torna o relógio mais fácil de ler. O relógio thinkgeek, por exemplo, usa binário 'mais verdadeiro' para representar minutos com um byte inteiro. O que quer que eu prefira, o verdadeiro geek exibiria o tempo usando a época do Unix, em binário! (https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_timestamp)O multiplex de LED é simples. As linhas (4) se conectam aos pinos do PIC por meio de resistores limitadores de corrente. Apenas um resistor limitador de corrente é usado para cada linha porque apenas um LED por linha está sempre aceso. Os LEDs funcionam a 20ma, usando resistores de 56 ohms (56 ohms @ 3 volts = 20ma). Os LEDs podem funcionar mais alto porque são multiplexados, a folha de dados listava algo em torno de 40ma. Acho que eles são muito brilhantes em apenas 20ma-multiplexado. Colunas (3) são conectadas ao terra por transistores NPN. Os transistores são chaveados por pinos PIC através de resistores de 1Kohm. O multiplex funciona aterrando uma coluna de LEDs através do transistor enquanto ilumina as fileiras de LED corretas para aquela coluna. Isso é repetido para cada coluna em sucessão curta, fazendo com que a matriz pareça estar continuamente iluminada. O PIC Timer0 aciona o multiplex. Ele conta até 256, então muda os valores da linha e a coluna aterrada. Transistor: Transistor NPN, NPN / 32V / 100mA, (Mouser # 512-BCW60D $ 0,05).

Etapa 2: Seleção de LED

Neste relógio, LEDs amarelos e vermelhos de tamanho '1206' foram usados com um resistor limitador de corrente de 56 ohms. As cores foram escolhidas pelo baixo custo. Os LEDs vermelhos, amarelos e laranja custam cerca de 10 centavos cada, enquanto os LEDs azuis custam 40 centavos ou mais. Além disso, o LED azul definitivamente não é legal agora. Se você encontrar algum roxo, me avise.

A imagem mostra os 5 tipos de LED que testei. Nº de peça do Mouser Custo da cor do fabricante 859-LTST-C171KRKT Lite-On SMT LED vermelho, transparente $ 0,130 859-LTST-C171KSKT Lite-On SMT LED amarelo, claro $ 0,130 859-LTST-C150KFKT Lite-On SMT LED laranja, transparente $ 0,130 638- 121SURCS530A28 Everlight LED SMD água vermelha transparente $ 0,110 638-1121UYCS530A28 Everlight LED SMD amarelo água transparente $ 0,110 Everlight vermelho e amarelo foram usados no relógio protótipo. Eu gosto mais do Lite-On vermelho e laranja, eles serão usados no próximo relógio que eu fizer.

Etapa 3: Interface / Botões

Um relógio geek precisa de uma interface geek. Sensores de toque capacitivos estão na moda agora, mas requerem alguns componentes extras. Em vez disso, optei por um sensor de toque baseado em transistor Darlington com cabeçotes de pino como ponto de contato. O que é mais geek do que um cabeçalho de alfinete? Nada. Eu vi a ideia pela primeira vez aqui: (https://www.kpsec.freeuk.com/trancirc.htm):"Um par de Darlington é suficientemente sensível para responder à pequena corrente que passa por sua pele e pode ser usado para faça uma chave de toque conforme mostrado no diagrama. Para este circuito que apenas acende um LED, os dois transistores podem ser quaisquer transistores de baixa potência de uso geral. O resistor de 100kohm protege os transistores se os contatos estiverem ligados com um pedaço de fio. "A O transistor PNP foi adicionado a este design simples (no lugar do LED no diagrama) para que pudesse fornecer uma saída alta / baixa para o PIC. Um resistor pull-down foi adicionado entre o pino PIC e o aterramento para ajudar a evitar pressionamentos de botão falsos. Este switch é de estado sólido, à prova d'água e de baixo consumo de energia - com o acréscimo dos cabeçalhos de pinos. Os interruptores são de-bounce usando Timer2 no PIC. Quando uma chave é pressionada, o Timer2 (temporizador de 8 bits) é iniciado com um pré-escalador 16 e um pós-escalador 16. On Timer2 interrompe as verificações do PIC para ver se os botões ainda estão pressionados. Após duas interrupções consecutivas sem nenhum botão pressionado, o cronômetro é interrompido e os botões são configurados para outras entradas. O interruptor superior é conectado ao pino de interrupção PIC. A entrada neste pino pode tirar o PIC do modo de hibernação. Isso nos permite usar uma técnica elegante de gerenciamento de energia: o PIC está no modo de baixo consumo de energia quando o monitor não está em uso. A entrada nos botões ativa o PIC e retoma a operação. Transistores: Transistores Darlington, SOT-23, (Mouser # 512-MMBT6427, $ 0,07). Transistor PNP, SOT-23, (Mouser # 512-BCW89, $ 0,06).

Etapa 4: cronometragem

A nota 582 do aplicativo Microchip descreve os princípios básicos por trás de um relógio baseado em PIC de baixo consumo de energia (https://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en011057) O relógio é simples e elegante. Um cristal de relógio de 32,768 kHz é conectado aos pinos do oscilador timer1 do PIC. Timer1 é ótimo para isso porque pode aumentar mesmo enquanto o PIC está dormindo. Timer1 está configurado para contar até 65536 (2 segundos a 32,768kHz) e despertar o PIC do modo de espera com uma interrupção. Quando o PIC é ativado, ele aumenta o tempo em dois segundos. O PIC está ativo e consumindo energia por um breve período a cada poucos segundos. Usei um relógio de cristal de quartzo barato da Citizen. Achei que o nome Citizen pudesse dar legitimidade ao meu relógio. O CFS206 (12,5pf) tem precisão de cerca de +/- 1,7 minutos por ano (20ppm). Dois capacitores 33pF completam o circuito de cristal externo. 33pF é provavelmente um pouco demais, mas estava disponível localmente a um preço razoável. Um cristal melhor poderia ser usado para obter um tempo mais preciso. Cristal: Cristais de alcance Citizen KHz, 32,768 KHZ 12,5pF, (mouser # 695-CFS206-327KFB, $ 0,30). Capacitores: 2x33pF, 1206 SMD.

Etapa 5: Medidor de Tensão

Como se não tivéssemos mergulhado nas profundezas do geekerie com um relógio binário, colocamos uma referência de voltagem e um pino de entrada para fazer um medidor de voltagem. A referência de voltagem é o Microchip MCP1525. Esta é uma referência de 2,5 volts com uma faixa operacional de 2,7 a 10+ volts. No relógio da foto, o pacote TO-92 é usado, embora os futuros relógios usarão a versão de montagem em superfície (SOT-23). A referência é alimentada por um pino PIC para que possa ser desligada para economizar energia. Neste ponto, podemos medir até 2,5 volts usando o Conversor Analógico Digital do PIC. Damos um passo adiante e adicionamos um divisor de tensão do resistor à entrada do multímetro. Usando dois resistores (100K / 10K), dividimos a tensão de entrada por 11, dando uma nova faixa de entrada de ~ 30 volts. Este é um bom ponto que abrange todas as baixas tensões que provavelmente encontraremos (baterias de 1,2 / 1,5 volts, células tipo moeda de 3 volts, lógica de 5 volts, baterias de 9 volts e trilhos de alimentação de 12 volts). Um resistor de 22Kohm pode ser substituído pelo resistor de 10K dando um alcance menor, mas resolução mais alta. A planilha incluída com este instrutível pode ajudá-lo a escolher os valores do resistor. As sondas de medição e de terreno conectam-se ao cabeçalho de programação na parte de trás do relógio. MCP1525 Detalhes: https://www.microchip.com/stellent/idcplgidcplg? IdcService = SS_GET_PAGE & nodeId = 1335 & dDocName = en019700

Etapa 6: Programando Cabeçalho / Conexões Externas

O relógio é 'programável'. Um cabeçalho ICSP é trazido para trás para que um novo firmware possa ser instalado. O cabeçalho é uma fileira de soquetes de pinos fêmea discretos que encontrei em minha loja de eletrônicos local. A mesma coisa pode ser obtida cortando-se um soquete DIP de qualidade ao meio. Eu conecto meu plugue ICSP com um "trocador de gênero" do conector do pino - insira um pedaço do conector do pino no soquete e, em seguida, conecte o conector do ICSP ao conector do pino. Você precisará de um programador ICSP para colocar um novo software no relógio. Um programador JDM2 ICSP simples está incluído nos arquivos Cadsoft Eagle.

Quando não é usado para programação, o cabeçalho ICSP pode ser usado para coleta de dados, registro de eventos, etc. Todos os pinos ICSP estão disponíveis para uso, conforme observado na tabela abaixo. O pino do medidor de tensão (pino 1/6) é bastante dedicado para esse uso por causa do divisor de tensão. Multímetro - ADC, I / O, com divisor de resistor. (PIN2, PORTA0 / AN0) MCLR - entrada somente pino. Entrada do gatilho Schmitt para sinais ruidosos. (PIN1, RE3) Vcc - +3 volts Vss - pino de aterramento Dados - Entrada / Saída com interrupção na mudança, pull-up fraco opcional (PIN27, RB6) Relógio - E / S com interrupção na mudança, opção de pull-up fraco (PIN28, RB7)

Etapa 7: Firmware

O firmware foi escrito usando a versão freeware mikroBasic. O firmware atual é v0.1. Os futuros firmwares provavelmente serão escritos em C. As opções de configuração são definidas no firmware. Eles devem ser os seguintes: MCLR - DISABLEDBODEN / BOREN - DISABLEDWDT - DISABLEDOscillator -Internal Osc, SEM clock-out. Eu não consegui programar o 16F913 com meu software de programação PIC favorito (WinPIC800), mas DL4YHS 'WinPIC funcionou muito bem (https://www.qsl.net/dl4yhf/winpicpr.html).v0.1Configuration/Menu Sistema - As opções do menu rolam pela tela e são selecionadas / avançadas usando os dois botões de entrada. Hora - exibe a hora em binário (padrão quando um botão é pressionado). Klik - um contador. Eu, ocasionalmente, me pego realizando contagens. Contagens de tráfego, contagens de pássaros, qualquer coisa. Os subs 01 / / / atch como um contador binário. Modo Clube - O valor real de qualquer relógio é determinado por seu modo 'clube'. O 01 / / / atch usa um gerador de números aleatórios para piscar padrões no display LED. Também é possível incluir fragmentos de palavras usando a biblioteca de fontes de matriz interna (mais em breve). A velocidade pode ser ajustada com o botão 1. O pacote de atualização de clube definitivo incluiria um sensor de temperatura que controla a taxa de mudança de padrão. Conforme o usuário se aquece, os padrões mudam mais rápido. Volt - medidor de tensão. Atualmente mostra a leitura bruta do ADC em 10 bits. Será atualizado para o valor de volt real em v0.2. Set - Set time. Exit - Sair do menu, colocar o PIC no modo de hibernação.

Etapa 8: Sistema de menu de rolagem

Sistema de menu de rolagem As funções são acessadas por meio do sistema de menu de rolagem. Os itens de menu são carregados como bitmaps em uma matriz e rolam continuamente "para cima". A rolagem é baseada em um múltiplo do driver mux Timer0. O menu de rolagem "atinge o tempo limite" usando um múltiplo de Timer1 (contador de segundos) após cerca de 10 segundos. Opções do menu (usando o relógio) (isso se aplica à versão de firmware 0.1) Quando uma nova bateria é colocada no relógio, ele exibe o 'SET 'opção de menu por padrão. Toque no botão 2 para entrar no modo de ajuste. A hora atual será exibida (12:11). Use o botão 1 para aumentar as horas, toque no botão 2 para avançar para a próxima unidade de tempo (horas, 10 minutos, minutos). Toque no botão 2 após definir os minutos para economizar tempo e retornar ao menu de rolagem. Para economizar energia, o visor e o PIC geralmente ficam desligados. Toque no botão 1 para ativar o PIC e exibir a hora atual por 10 segundos. Toque no botão 2 enquanto a hora é exibida para acessar o sistema de menu de rolagem. Os recursos do relógio podem ser acessados por meio do menu de rolagem. Toque no botão 1 para avançar para o próximo item de menu, toque no botão 2 para escolher um item de menu. Veja-o em ação: https://www.youtube.com/embed/l_tApl3JmmMBFunções de botão para cada opção de menu estão descritas na tabela abaixo. B1 e B2 são abreviações dos botões 1 e 2.

Etapa 9: roteiro de firmware

v0.2

Uma confirmação / caixa de diálogo de saída. Configuração - Expanda as opções de configuração para incluir: Duração no tempo / tempo limite do menu (e um modo sempre ativo). Brilho (ciclo de trabalho). Velocidade de rolamento. Menu Font Upgrade -'E 'e' B 'parecem muito ruins, use' e ',' b '. Mova para o oscilador de 1 MHz ou 32,768 kHz (4 MHz na v0.1). v0.3 Cronômetro (incremento de tempo para a frente) - Inicia a contagem dos segundos e, a seguir, aumenta os minutos e horas após o limite de exibição de 15:59. Temporizador / Alarme (incremento de tempo para trás) -Um temporizador de decremento, todos os LEDs piscam quando o temporizador chega a 0. EEPROM (registrando valores na memória flash) -Salve tensões, contagens, opções, tempos de cronômetro, etc. para piscar a memória EEPROM. - Número de dias corridos desde a troca da bateria. Além disso: número de horas com display ligado. v0.4 Recursos de hardware externos (usando o cabeçalho ICSP): Registro de eventos na interrupção. Odômetro / velocímetro de bicicleta. Display de unidade ajustável (fonte binária ou decimal).

Etapa 10: PCB

O PCB e o circuito estão no formato de águia. Também incluí várias bibliotecas que usei para fazer a placa que podem ser necessárias.

O PCB é projetado principalmente com componentes de montagem em superfície. O cartão foi feito com transparências para jato de tinta em um cartão foto positivo. Esta foi a minha primeira placa de montagem em superfície (tanto etch quanto montagem). Fiz uma placa de lado único e usei fios de jumper para os traços da camada inferior. O cartão foi feito com a manufatura da Olimex em mente, então seu arquivo de verificação de regra de 10 milhões foi usado ao projetar o cartão. Nada é terrivelmente pequeno, mas certamente é desafiador. Tudo foi soldado à mão usando um ferro de 10 euros, adesivo e uma luz brilhante. Uma lupa não era necessária. O cristal foi deixado como um componente de montagem em superfície. A lata de metal é um elemento de aparência distinta e muito mais identificável do que uma caixa preta de montagem em superfície. O protótipo na foto também usa uma referência de tensão TO-92 - o PCB final indica uma versão SOT-23 que eu (ainda) não tinha em mãos quando fiz a placa. Circuito e PCB estão no arquivo do projeto (formato Cadsoft Eagle - versão freeware www.cadsoft.de). O posicionamento do componente pode ser visto no arquivo PCB. Também fiz um PDF com a camada superior espelhada e copiei várias vezes. Isso deve estar pronto para transferência de toner ou processo de foto. Lista de peças (através do orifício) Cristal de relógio de 32,768kHz (lata de metal 0206) Cabeçalho de pino -x4 Cabeçalho de programação - 6 pinos Lista de peças (montagem em superfície) SO-300 PIC16F1206 Capacitor 0,1uF 1206 capacitores 33pf - x2 1206 LED (amarelo, vermelho, laranja, etc) -x12 1206 Resistor - 4x56 ohms 1206 Resistor - 3x1Kohm 1206 Resistor - 3x10Kohm 1206 Resistor - 3x100Kohm SOT-23 NPN transistor (100ma ou mais) SOT-23 PNP transistor (uso geral) SOT-23 NPN Transistor Darlington (uso geral, hfe de ~ 10000) SOT-23 MCP1525 Referência de tensão (2,5 volts) Bateria CR2032 3v de lítio

Etapa 11: Encaçapando o relógio

Encaçapando o relógioPara tornar o relógio adequado para o uso diário, era necessária uma caixa. Visitei a AFF Materials (https://www.aff-materials.com/) para comprar resina de poliéster. Um cara legal sugeriu que eu usasse um epóxi transparente. Segundo ele, a resina de poliéster encolhe ~ 5%, o que pode fraturar as conexões no PCB. O epóxi transparente encolhe apenas ~ 2%. Ele também sugeriu que os gases do poliéster podem danificar os componentes durante a cura. Como nunca havia trabalhado com um epóxi transparente antes, fiz alguns testes de fundição. Comecei lançando algumas amostras em uma bandeja de cubos de gelo. Óleo de semente de girassol, lubrificante de silicone e lubrificante de silicone para bicicletas foram testados como agentes de liberação. Uma amostra foi feita sem agente desmoldante. Os lubrificantes de silicone formaram gotas no fundo do molde e deixaram marcas de bolhas no epóxi. O controle é sugado para o fundo do molde. O óleo funcionou muito bem, mas deixou um leve resíduo no epóxi. Em seguida, precisava saber como fazer uma fundição multicamadas com esse material. Uma resina de poliéster é geralmente derramada em camadas. Uma primeira camada é deixada assentar (cerca de 15 minutos) em um gel. Um objeto é colocado na primeira camada e uma segunda camada de resina fresca é derramada por cima. O tempo de trabalho do meu epóxi é de cerca de 60 minutos. Eu derramei uma primeira camada e verifiquei após 30 minutos - ainda mole. Após cerca de 1 hora e 15 minutos, a primeira camada endureceu o suficiente para colocar um objeto sobre ela. Para este teste, coloquei a placa de teste de LED vista na etapa 2 voltada para baixo na primeira camada e coberta com uma camada de epóxi fresco. Funcionou muito bem, os LEDs não saíram da placa. Concluí aqui que, na ausência de um molde adequado, a superfície mais clara que posso fazer é a interface ar / epóxi. O 'topo' do elenco tem um misco significativo. O misco é limitado à própria borda do invólucro e é facilmente removido com uma trituradora. Para o primeiro teste real, eu precisava de um molde plástico retangular. A melhor opção que encontrei foi um contêiner 'smeer kaas'. Não era perfeito, então eu o diminuí com algumas camadas de núcleo de espuma embrulhado em fita adesiva. Este não era um molde estelar, mas escolher a parte superior como superfície da tela me deu alguma margem de manobra. O molde foi esfregado levemente com óleo em uma toalha de papel. Abandonei o procedimento de vazamento de múltiplas camadas de cima. Soldei os fios do suporte da bateria de célula tipo moeda ao PCB. O suporte da célula foi colado a quente (ok, colado com adesivo) na parte inferior do PCB. O suporte da bateria foi preenchido com stickie-tack, e o cabeçalho de programação protegido com ainda mais stickie-tack (plasticina também funcionaria muito bem). Este foi então colocado, virado para cima, no molde. O adesivo que protege a bateria e o cabeçalho foi pressionado firmemente na parte inferior do molde, ancorando o relógio no lugar. Epóxi transparente foi derramado no molde até cobrir o relógio. As cabeças dos alfinetes ainda eram bastante compridas, mas podem ser cortadas após a secagem do epóxi. O relógio se soltou do molde após cerca de 36 horas. A massa protetora foi removida com uma chave de fenda. As bordas foram alisadas com uma broca perfuradora. O relógio foi fundido um pouco grande para ser usado como um relógio de pulso. Posso tentar cortá-lo se encontrar uma serra de fita. Por enquanto, será um relógio de bolso. O núcleo de fita sobre espuma deu uma textura fria e superfície ultra-clara. Da próxima vez, tentarei fazer o molde inteiro usando esse material, algo mais próximo do tamanho de um relógio de pulso.

Etapa 12: Outras melhorias

Além das atualizações de software descritas no roteiro, existem várias áreas de melhoria.

Hardware Uma matriz 4x5 de 0805 LEDs ocuparia o mesmo espaço que a matriz 1206 existente. Comprei vários tipos de 0805 LEDs para experimentar em projetos futuros. O sensor de temperatura mencionado anteriormente pode ser adicionado para fazer um pacote de atualização avançado 'modo clube'. O PCB foi projetado para fabricado pela Olimex como uma placa de dupla face (~ $ 33). Eles funcionam diretamente a partir de arquivos Eagle e fazem painéis (fazem várias placas menores a partir de uma grande placa) gratuitamente. Eu não fiz isso, mas eu compraria um se outra pessoa os mandasse fazer. Software Há muito espaço extra no PIC. Um velocímetro / hodômetro é planejado. Os jogos podem ser adicionados.