Самодельные электронные часы, элементная база - часть 1, измерение времени

• DIY или Сделай сам

Наверное, каждый гик, увлекающийся самодельной электроникой, рано или поздно приходит к идее сделать свои, уникальные, часы. Идея вполне неплоха, разберемся как и на чем их лучше сделать. В качестве отправной точки будем считать, что человек умеет программировать микроконтроллеры, понимает как переслать 2 байта по i2c или serial-порту, и может спаять вместе несколько проводов. В принципе, этого достаточно.

Понятно, что ключевая функция часов - измерение времени (кто бы подумал, да?). И делать это желательно максимально точно, здесь есть несколько вариантов и подводных камней.

Итак, какие доступные в «железе» способы измерения времени мы можем использовать?

Встроенный RC-генератор процессора

Модуль реального времени DS1307

Схема из даташита:

Что не менее важно, микросхема выпускается в DIP-корпусе, значит припаять ее может любой начинающий радиолюбитель. Встроенная батарейка обеспечивает работу часов, даже если питание было отключено.

Казалось бы, все хорошо, если бы не одна проблема - невысокая точность. Примерная точность часовых кварцев - 20-30ppm. Обозначение ppm - parts per million, показывает число миллионных долей. Казалось бы, 20миллионных - это супер, однако для частоты в 32768Гц получается 20*32768/1000000 = ±0,65536Гц, т.е. уже полгерца. Путем несложных подсчетов видно, что генератор с такой разницей за сутки «натикает» лишних (или недостающих) 56тыс тактов, что соответствует 2 секундам в день. Кварцы бывают разные, некоторые пользователи писали и об ошибке в 5 секунд в день. Как-то не очень точно - за месяц такие часы уйдут как минимум, на минуту. Это уже приличная разница, заметная невооруженным глазом (когда любимый сериал бабушки начинается в 11.00, а часы показывают 11.05, разработчику таких часов перед родственниками будет неудобно).

Впрочем, поскольку температура в помещении более-менее стабильна, и частота кварца не будет сильно меняться, можно добавить программную коррекцию. Другой совет, даваемый на форумах, использовать часовой кварц от старых материнских плат, по отзывам, они там довольно точные.

Модуль реального времени DS3231

(фото с сайта продавца)

Точность в 6 секунд в месяц, это уже неплохой результат. Но мы пойдем дальше - в идеале, часы в 21 веке вообще не нужно подстраивать.

Радиомодуль DCF-77

Способ хорош тем, что схема имеет малое энергопотребление, так что сейчас производятся даже наручные часы с такой технологией. Готовую плату приема DCF-77 можно купить на ebay, цена вопроса 20$.

Многие часы и метеостанции имеют возможность приема DCF-77, проблема лишь в том, что до России сигнал практически не доходит. Карта покрытия с Википедии:

Как можно видеть, лишь Москва и Питер находятся на границе зоны приема. По отзывам владельцев, лишь иногда сигнал удается принять, что для практического применения конечно, не годится.

GPS-модуль

Данные приходят примерно в таком формате " $GPRMC,040302.663,A,3939.7,N,10506.6,W,0.27,358.86,200804,*1A", и распарсить их даже для слабой Arduino труда не составляет. Патриоты кстати, могут приобрести более дорогой модуль Ublox NEO-7N, поддерживающий (по отзывам) как GPS так и «Глонасс».

Очевидно, что про разные часовые пояса GPS-модуль ничего не знает, так что их вычисление и смену летнего/зимнего времени, разработчику придется продумать самому. Другой минус использования GPS - относительно высокое энергопотребление (впрочем, некоторые модули можно отдельными командами переводить в «спящий режим»).

Wi-Fi

Это недорогой (цена вопроса около 200р на ebay) WiFi-модуль может обмениваться с сервером по serial-порту процессора, при желании его можно также перепрошить (сторонних прошивок довольно много), и часть логики (например опрос сервера времени) сделать в самом модуле. Сторонними прошивками поддерживается куча всего, от Lua до C++, так что вариантов «размять мозги» вполне достаточно.

На этом тему измерения времени наверно можно закрыть. В следующей части мы поподробнее рассмотрим процессоры, и способы вывода времени.

Часов с звуковым сигналом будильника таймер для управления бытовыми приборами.

Та́ймер это прибор который в установленное время включает или выключает оборудование своими коммутирующими контактами. Таймеры реального времени позволяют установить время срабатывания в установленное время суток. Самым простым примером такого таймера будет будильник.

Область применения таймера обширная:
-управление осветительными приборами;
-управление поливом домашних и садовых растений;
-управление вентиляцией;
- управление аквариумом;
- управление электрообогревателями и так далее.

Предлагаемый таймер может быстро и недорого сделать даже начинающий радиолюбитель.
Я сделал его на базе конструктора часов . ()

Применять таймер мне нужно было для управления поливом растений на даче.

Весь процесс изготовления посмотреть в видео:

Шаг первый. Распайка платы таймера.
Схема таймера
Все что необходимо это распаять по схеме компоненты на макетную плату и припаять два провода от пъезоизлучателя часов. Собираем простейшую схему с промежуточным реле и транзисторным ключом. При подаче первого импульса звукового сигнала с часов включается реле Р1 , нормально-разомкнутый контакт замыкается и включает нагрузку, одновременно через второй нормально-разомкнутый контакт реле Р1 и нормально-замкнутый контакт реле времени происходит самоблокировка реле Р1. Вместе с нагрузкой включается реле времени РВ- начинается отсчет заданного времени работы нагрузки. По окончанию этого времени РВ размыкает контакт и реле Р1 обесточивается, нагрузка выключена. Схема готова к следующему циклу. Диод служит для предотвращения обратного импульса в схему часов(можно использовать любой маломощный диод). Светодиод для индикация включения нагрузки. В этой схеме нужно промежуточное реле с двумя нормально разомкнутыми контактами, но у меня в наличии не было -я применил два китайских реле(катушки подключены параллельно).Если нагрузка будет более мощной,то соответственно надо использовать реле с более мощными контактами. У меня был адаптер на 12В, я установил его схему прямо на макетную плату. В принципе можно применить любой маломощный источник питания на 12В.

Вот такая получилась конструкция выходного дня. Было интересно обкатать новую схему поэтому все делалось по быстрому. В перспективе надо будет сделать корпус и поместить туда плату и реле времени. Сделать самостоятельно такой таймер по силам начинающему без больших затрат времени и финансов. А где применить их это уже решайте сами.

На весь работу пошло пару выходных вечеров и 75 рублей (

Схема электронных LED часов бегущая строка

Автор схемы уважаемый ОLED , прошивка тоже его. Часы индицируют текущее время, год, месяц и день недели а также температуру на улице и внутри дома бегущей строкой. Имеют 9 независимых будильников. Имеется возможность подстройки (коррекции) хода +- минуту в сутки, выбор скорости бега строки, смена яркости свечения светодиодов, в зависимости от времени суток.

При пропадании электричества, часы питаются либо от ионистора (емкости 1 Фарад хватает на 4 суток хода), либо от батарейки. Кому что по душе, плата рассчитана на установку того и другого. Имеют очень удобное и понятное меню управления (все управления производится всего двумя кнопками). В часах использованы следующие детали (все детали в СМД корпусах):

Микроконтролер АтМЕГА 16А

-
Сдвиговый регистр 74HC595

-
Микросхема ULN2803 (восемь ключей Дарлингтона)

-
Датчики температуры DS18B20 (устанавливаются по желанию)

-
25 резисторов на 75 Ом (типономинала 0805)

-
3 резистора 4.7кОм

-
2 резистора 1.5 кОм

-
1 резистор 3.6 кОм

-
6 СМД конденсаторов емкостью 0.1 мкф

-
1 конденсатор на 220 мкф

-
Часовой кварц на частоту 32768 герц.

-
Матрицы3 штуки марки 23088-АSR 60х60 мм - общий катод

-
Бузер любой на 5 вольт.

Плата печатная электронных LED часов бегущая строка

Для жителей Украины подскажу, матрицы есть в магазине Луганского радиомаркета. Преимущества часов перед другими аналогичными устройствами это минимум деталей и высокая повторяемость. Светодиодные часы начинают работать сразу после прошивки, если конечно отсутствуют косяки в монтаже. Прошивается микроконтроллер внутрисхемно, для этого на плате предусмотрены специальные выводы. Я прошивал программой Понипрог. Скрины фьюзов для программ понипрог и AVR приведены ниже, также выложены файлы прошивки на украинском и русском языке, кому что роднее.

Если Вам не нужны датчики температуры, то их можно не устанавливать. Часы автоматически распознают подключение датчиков, и если один или оба датчика отсутствуют, то устройство просто перестаёт отображать температуру (если отсутствует один датчик, то не отображается температура на улице, если оба - то не отображается температура вообще).

Самодельный корпус для LED часов

Для демонстрации работы часов приведено видео, оно не высокого качества, поскольку снималось фотоаппаратом, но уж какое есть.

Видеоролик работы часов

Собрано уже четыре экземпляра данных часов, дарю каждый на день рождения родственникам. И всем они очень понравились. Если вам тоже захотелось собрать эти часы и у вас возникли вопросы, милости прошу на наш форум. С уважением, Войтович Сергей (Сергей-7 8 ).

Обсудить статью ЧАСЫ ЭЛЕКТРОННЫЕ СВЕТОДИОДНЫЕ

Часы со светодиодной подсветкой и пульсирующей минутной стрелкой на микроконтроллере Arduino
Эти уникальные часы со светодиодной подсветкой и пульсирующей минутной стрелкой удалось изготовить благодаря использованию микросхемы ШИМ-контроллера TLC5940. Его главной задачей является расширить количество контактов с ШИМ-модуляцией. Еще одной особенностью данных часов является переделанный аналоговый вольтметр в прибор измеряющий минуты. Для этого на стандартном принтере была распечатана новая шкала и наклеена поверх старой. Как таковая, 5-я минута не отсчитывается, просто в течение пятой минуты счетчик времени показывает стрелку, упершуюся в конец шкалы (зашкаливает). Основное управление реализовано на микроконтроллере Arduino Uno.

Для того чтобы подсветка часов не светилась слишком ярко в темной комнате, была реализована схема автоматической подстройки яркости в зависимости от освещенности (использовался фоторезистор).

Шаг 1: Необходимые компоненты

Вот что потребуется:

• Модуль аналогового вольтметра на 5V DC;
• Микроконтроллер Arduino UNO или другой подходящий Arduino;
• Монтажная плата Arduino (прото плата);
• Модуль часов реального времени DS1307 (RTC);
• Модуль с ШИМ-контроллером TLC5940;
• Лепестковые светодиоды подсветки – 12 шт.;
• Компоненты для сборки схемы автоматического регулирования яркости (LDR).

Также, для изготовления некоторых других компонентов проекта желательно иметь доступ к 3D-принтеру и станку лазерной резки. Предполагается, что этот доступ у вас есть, поэтому в инструкции на соответствующих этапах будут прилагаться чертежи для изготовления.

Шаг 2: Циферблат

Циферблат состоит из трех деталей (слоев) вырезанных на станке лазерной резки из 3 мм листа МДФ, которые скрепляются между собой с помощью болтов. Пластина без прорезей (внизу справа на картинке) помещается под другой пластиной для позиционирования светодиодов (внизу слева). Затем, отдельные светодиоды помещаются в соответствующие пазы, и сверху одевается лицевая панель (сверху на рисунке). По краю циферблата просверлены четыре отверстия, через которые все три детали скрепляются вместе с помощью болтов.

• Для проверки работоспособности светодиодов на этом этапе, использовалась плоская батарейка CR2032;
• Для фиксации светодиодов использовались небольшие полоски липкой ленты, которые приклеивались с задней стороны светодиодов;
• Все ножки светодиодов были предварительно согнуты соответствующим образом;
• Отверстия по краям были просверлены заново, через которые и выполнялось скрепление болтами. Оказалось, что это намного удобнее.

Технический чертеж деталей для циферблата доступен по :

Шаг 3: Разработка схемы

На этом этапе была разработана электрическая схема. Для этого использовались различные учебники и руководства. Не будем сильно углубляться в этот процесс, в двух файлах ниже представлена готовая электрическая схема, которая была использована в этом проекте.

Шаг 4: Подключение монтажной платы Arduino

1. Первым делом надо распаять все игольчатые контакты на монтажных и секционных платах;
2. Далее, ввиду того, что питание 5V и GND используют очень много плат и периферийных устройств, для надежности, было припаяно по два провода на 5V и GND на монтажной плате;
3. Далее был установлен ШИМ-контроллер TLC5940 рядом с используемыми контактами;
4. После выполняется подключение контроллера TLC5940, согласно схеме подключения;
5. Для того чтобы была возможность использовать батарею, был установлен модуль RTC на краю монтажной платы. Если припаять его посередине платы, то не будет видно обозначение контактов;
6. Выполнено подключение модуля RTC, согласно схеме подключения;
7. Собрана схема автоматического контроля яркости (LDR), ознакомиться можно по ссылке
8. Выполнено подключение проводов для вольтметра, путем подключения проводов к выводу 6 и GND.
9. В конце были припаяны 13 проводов для светодиодов (На практике оказалось, что это было лучше сделать до того, как приступать к шагу 3).

Шаг 5: Программный код

Программный код, приложенный ниже, был собран из различных кусков для компонентов часов, найденных в интернете. Он был полностью отлажен и в настоящее время полностью работоспособен, к тому же были добавлены довольно подробные комментарии. Но перед загрузкой в микроконтроллер учтите следующие пункты:

• Перед прошивкой Arduino, нужно раскомментировать строку, которая устанавливает время:
  rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__))
  После прошивки контроллера с этой строкой (время задано), нужно опять ее закомментировать и прошить контроллер заново. Это позволяет модулю RTC использовать батарею, для запоминания времени, если пропадет основное питание.
• Каждый раз, когда вы используете "Tlc.set ()", вам нужно использовать "Tlc.update"

Шаг 6: Внешнее кольцо

Внешнее кольцо для часов было напечатано на 3D-принтере Replicator Z18. Оно прикрепляется к часам с помощью винтов на лицевой стороне часов. Ниже прилагается файл с 3D-моделью кольца для печати на 3D-принтере.

Шаг 7: Сборка часов

Микроконтроллер Arduino со всей остальной электроникой был закреплен на задней стороне часов с помощью саморезов и гаек в качестве распорок. Затем подключены все светодиоды, аналоговый вольтметр и LDR к проводам, которые ранее были подпаяны к монтажной плате. Все светодиоды соединены между собой одной ножкой и подключены к контакту VCC на контроллере TLC5940 (по кругу просто припаян кусок проволоки).

Пока все это не очень хорошо изолировано от коротких замыканий, но работа над этим будет продолжена в следующих версиях.

В продаже можно встретить много различных моделей и вариантов электронных цифровых часов, но большинство из них расчитаны на использование внутри помещений, так как цифры маленькие. Однако иногда требуется разместить часы на улице - например на стене дома, или на стадионе, площади, то есть там, где они будут видны на большом расстоянии многими людьми. Для этого и была разработана и успешно собрана данная схема больших светодиодных часов, к которым можно подключить (через внутренние транзисторные ключи) LED индикаторы сколь угодно большого размера. Увеличить принципиальную схему можно кликнув по ней:

Описание работы часов

1. Часы. В данном режиме идёт стандартный вид отображения времени. Имеется цифровая коррекция точности хода часов.
2. Термометр. В этом случае устройство производит измерение температуры комнаты либо воздуха на улице, с одного датчика. Диапазон от -55 до +125 градусов.
3. Предусмотрен контроль источника питания.
4. Вывод информации на индикатор попеременно - часов и термометра.
5. Для сохранения настроек и установок при пропадании 220В, применена энергонезависимая память.

Работа и управление часами

Включив часы в первый раз, на экране появится рекламная заставка, после чего переключится на отображение времени. Нажимая на кнопку SET_TIME индикатор пойдёт по кругу из основного режима:

• 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;
• символ t . Настройка продолжительности отображения часов;
• символ o . Время отображения символов индикации внешней температуры (out);
• величина ежесуточной коррекции точности хода часов. Символ c и значение коррекции. Пределы установки от -25 до 25 сек. Выбранная величина будет ежесуточно в 0 часов 0 минут и 30 секунд прибавлена или вычтена из текущего времени. Более подробно читайте в инструкции, что в архиве с файлами прошивки и печатных плат.

Настройка часов

Удерживая кнопки PLUS /MINUS делаем ускоренную установку значений. После изменения каких-либо настроек, через 10 секунд новые значения запишутся в энергонезависимую память и будут считаны оттуда при повторном включении питания. Новые настройки вступают в силу по ходу установки. Микроконтроллер отслеживает наличие основного питания. При его отключении питание прибора осуществляется от внутреннего источника. Схема резервного модуля питания показана ниже: