Часы на ардуино своими руками

Добавил пользователь Владимир З.
Обновлено: 08.09.2024

Схема сборки нашего Ардуино проекта

Распиновка ардуино Nano 3.0:

Код прошивки :

DS3231 rtc(SDA, SCL); // Real time clock

const byte LDR_PIN = A2; // LDR Sensor pin

char buf[BUF_SIZE], secs[4];
uint8_t dots;

// SPI hardware interface
// Max72xxPanel matrix = Max72xxPanel(CS_PIN, H_DISPLAYS, V_DISPLAYS);
MD_MAX72XX matrix = MD_MAX72XX(HARDWARE_TYPE, CS_PIN, MAX_DEVICES);

const byte WAIT = 100;
const byte SPACER = 1;
byte FONT_WIDTH;

Часики с 7-сигментным индикатором на TM1637 и часами реального времени DS3231, с возможностью установки времени кнопками.

Ниже несколько версий.

Видео:

Ссылки и файлы:

позже приведу в порядок и их.

update: 04.08.20 \ код и то что написано ниже, основанно на том видео, но не является истенно верным.

Как все подключено:

Было решено отказаться от мигалки двоеточием при помощи аппаратного прерывания, ибо для многих это оказалось слишком сложным техническим решением. Подключать ногу SQW на модуле к ардуино, не нужно. Кнопки и остальная логика работы не изменилась.

Железки на али:

Чтобы всё заработало как нужно, чтобы при компиляции не вываливались ошибоки, необходимо установить библиотеку для работы с индикатором TM1637:

Существуют и другие библиотеки для TM1637, но код написан с использованием DigitalTube от seeedstudio. Работа проверена на версии IDE 1.6.5-r5.

Для мигания двоеточием можно использовать таймер и для удобства работы с таймером, библиотеку:

Возможно с ней будут проблемы в новых версиях IDE, но на версии 1.6.5-r5 оно работает.

В сегодняшней статье мы изготовим необычные бинарные часы на базе Arduino своими руками. Разобравшись с процессом создания подобной поделки, в дальнейшем вы сможете повторить бинарные часы любой конструкции.

Для начала вспомним, что же такое бинарное (двоичное) число – это число представленное в двоичной системе исчисления, числовыми значениями, что используют всего два символа: 0 (ноль) и 1 (единица).

Бинарные часы – это часы, что отображают время в двоичном формате. В проекте используются 6 колонок светодиодов для отображения нулей и единиц. Каждая колонка отображает одну цифру/разряд, такой формат известен, как двоично-десятичное число (ДДЧ). Каждая линия отображает степень двойки, от 2^0 (или 1), до 2^3 (или 8). Поэтому всё, что нужно сделать при чтении информации с часов – просуммировать значения колонок с включенными светодиодами. Например, в первой колонке включены 4-й и 1-й светодиоды. Прибавляем 8 к 1 и получаем 9 (количество секунд равное 9). Следующая колонка десятые секунды, в ней светится только 3-й светодиод, поэтому общее значение будет равно 49 секундам, точно также с минутами и часами. Пожалуйста, отметьте следующее, что часы отображают время в 24-х часовом формате.

ArduinoProMini328 5V— использовал такую плату, но фактически можете использовать любую другую. Если вы ни разу не использовали Pro Mini, то наверняка вам будет нужен CP2102 (программатор) для подключения платы к компьютеру;

20-ть резисторов с номиналом сопротивления 10O;

2 резистора с номиналом сопротивления 10kO (используются, как нагрузочные резисторы).

Начнём изготавливать прототип будущей поделки. В принципе, это не обязательное условие, но нужно же посмотреть на то, как светодиодная матрица, Arduino и часовой модуль будут работать вместе. При прототипирование использовал Arduino Mega и простые красные светодиоды. Всё работает хорошо, как и ожидалось.

Корпус самоделки (состоит из двух половинок) будет изготовлен из дерева. Оно будет контрастно смотреться на фоне бинарных часов и придаст поделке ретро стиль.

Светодиоды сгруппированы в матрицу, чтобы уменьшить количество задействованных выводов arduino. В нашем случае под матрицу отведено 9 выводов. После изготовления светодиодной матрицы, припаяем выводы к arduino, затем модуль часов, кнопки для настройки времени и под конец блок питания.

За основу кода взят пример с Arduino Playgroud post для модуля часов DS1302. После чего были внесены изменения для отображения времени на светодиодной матрице.

После 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.

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.

Загрузка скетча на цифровые часы

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.

Подключение 7-сегментных индикаторов к регистрам 74HC595

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 кодыдля работы 7-сегментных индикаторов на сдвигающих регистрах 74595.
Окончательный скетчдля Arduino часов реального времени с 7-сегментными индикаторами на сдвигающих регистрах 74595

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.

Arduino часы со светодиодным индикатором секунд голубого цвета

Arduino часы со снятыми 7-сегментными LED-индикаторами

Вид сзади часов с выносной платой Arduino

Эти часы запитаны от выносной платы Arduino в версии с FTDI кабелем и гнездом DC постоянного тока.

Arduino часы с датчиком DHT11

Сборка Arduino часов завершена после установки DHT11 датчика влажности и температуры.

Читайте также: