Доброго времени суток. 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.
Шаг 1: Что же такое бинарные часы?
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.
Шаг 2: Составные части
- Arduino Pro Mini 328 5 V — использовал такую плату, но фактически можете использовать любую другую. Если вы ни разу не использовали Pro Mini, то наверняка вам будет нужен CP 2102 (программатор) для подключения платы к компьютеру;
- DS 1302 — модуль часов реального времени ;
- 20-ть 10 мм диффузных «тёплых» светодиодов (советую брать с запасом);
- 20-ть резисторов с номиналом сопротивления 10Ω;
- 2 тактовые кнопки;
- 2 резистора с номиналом сопротивления 10kΩ (используются, как нагрузочные резисторы).
Шаг 3: Изготавливаем прототип
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.
Шаг 4: Корпус
Корпус самоделки (состоит из двух половинок) будет изготовлен из дерева. Оно будет контрастно смотреться на фоне бинарных часов и придаст поделке ретро стиль.
Шаг 5: Схема
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.
Шаг 6: Код
За основу кода взят пример с Arduino Playgroud post для модуля часов DS1302. После чего были внесены изменения для отображения времени на светодиодной матрице.
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:
Понадобилось как-то сделать большие настенные часы с автоматической яркостью.
Такие часы отлично подойдут для больших помещений, например холл офиса или большая квартира.
Сделать такие большие настенные часы не представляет серьёзных сложностей при помощи данной инструкции.
Для оценки размера часов можно принять тот факт, что один сегмент часов будет размером с бумагу формата А4, что позволит легко использовать рамки для фотографий соответствующего размера.
Шаг 1. Составные части больших настенных часов.
Провода, припой, паяльник, лента светодиодная
Arduino Nano
DC-DC преобразователь LM2596
4 метра светодиодной ленты WS2811
датчик света
часы реального времени DS3231
микропереключатели
Что я использовал для этого проекта:
Шаг 8. Программируем часы.
Немного повозившись, мне удалось получить часы, полностью удовлетворяющие моим потребностям. Я уверен что вам удастся сделать лучше моего.
Код хорошо прокоментирован и вам не составит труда в нём разобраться, сообщения отладки так-же прокоментированы очень хорошо.
Если вам нужно поменять используемый цвет настенных часов вам необходимо поменять переменную на строчке 22 (int ledColor = 0x0000FF; // Color used (in hex) ). Вы можете найти список цветов и их коды в hex на странице: https://github.com/FastLED/FastLED/wiki/Pixel-refe…
Если у вас возникли проблемы при загрузке, используйте зеркало:http://bit.ly/1Qjtgg0
Мой итоговый скетч можно скачать .
Шаг 9. Делаем цифры используя полистирол.
Основание резака
Рабочий орган резака
Общий вид резака
Результат работы резака
Разрежьте каждый сегмент в шаблоне, напечатаетанного в начале.
Полистирол можно разрезать острым ножом, что довольно трудно, либо нехитрым приспособлением из нихромовой проволоки или гитарной струны и нескольких отрезков ОСБ-плиты.
Вы можете видеть, как это сделал я в изображениях выше.
Для того, чтобы запитать резак я использовал 12v блок питания.
В результате отрезаний должны получиться четыре сегмента для больших часов, один из которых показан на фото.
Шаг 10. Приклеиваем цифры и закрываем всё рассеивателем. Итоговые большие настенные часы.
Свечение днем
Свечение ночью
После вырезания всех четырех цифр и точек настенных часов приклеиваем их всех на картон вместе со светодиодными лентами (для упрощения процесса я использовал двустороннюю клейкую ленту)
Для того, чтобы рассеять жесткий светодиодный свет я использовал два листа бумаги поверх полистироловых цифр. Для удобства и эстетичности я использовал бумагу размера А2, сложенную вдвое.
После завершения всех этих шагов я поместил получившуюся сборку больших настенных часов в соответствующую им большую фоторамку.
Эти часы получились очень эффектными и притягивающими взгляд. Я думаю что такие большие настенные часы отлично украсят множество помещений.
Вконтакте
Одним из первых проектов, которые новички собирают на основе платы Arduino, являются простые часы, ведущие отсчет времени. В основном такие часы основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (Real Time Clock или Часы реального времени). Сегодня на рынке электронных компонентов доступны разные модели RTC, различающиеся точностью и ценой. Среди распространенных моделей можно назвать DS1302, DS1307, DS3231.
Но часы на Arduino можно сделать и без использования RTC, особенно если не получается достать такие модули. Конечно, точность в данном случае будет невелика, поэтому проект скорее должен рассматриваться как учебный.
Принцип работы таких часов довольно прост. Каждый раз, когда вы включаете эти часы на Arduino, вы должны будете установить для них текущее значение времени, также как и любые аналоговые часы. Такие часы, безусловно, лучше не использовать в своей повседневной жизни при долгой их активности без перезагрузки и дальнейшей настройки, поскольку рассинхронизация с текущим временем в процессе длительной эксплуатации может быть существенной.
Данные часы можно собрать на обычной макетной плате, поскольку здесь не потребуется много компонентов. Основным нашим звеном здесь будет плата Arduino Uno. Для отображения времени можно взять ЖК-дисплей 16x2. Для изменения настроек времени следует подключить две кнопки (для часов и минут). Кнопки подключаются к Aduino через резисторы 10 КОм. Чтобы изменять яркость дисплея потребуется потенциометр на 10 КОм. Схема подключения всех этих компонентов к плате Arduino Uno представлена ниже.
Теперь следует запрограммировать Arduino. Простой код (скетч), позволяющий выводить время на экран LCD-дисплея приведен ниже.
#include
Благодарим Вас за интерес к информационному проекту сайт.
Если Вы хотите, чтобы интересные и полезные материалы выходили чаще, и было меньше рекламы,
Вы можее поддержать наш проект, пожертвовав любую сумму на его развитие.
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!
