01 / / atch: 12 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:44

El 01 / / / atch, porque … "hay 10 tipos de personas en el mundo, los que leen binario y los que no" - una línea de etiqueta de slashdot. El 01 / / / atch es un reloj de pulsera binario con una pantalla LED. Se puede acceder a funciones adicionales a través de un sistema de menú de desplazamiento en su matriz de LED de 3x4. Las características actuales incluyen: medidor de voltaje, contador binario, modo club y visualización de la hora. El reloj es completamente programable. Las futuras actualizaciones de firmware incluirán: cronómetro / temporizador, alarma, velocímetro / odómetro de bicicleta, registro de datos y un menú de configuración avanzada. Véalo en acción: https://www.youtube.com/embed/l_tApl3JmmM Todos los archivos del proyecto son en el archivo.zip de esta página. Esquema y PCB en formato Cadsoft Eagle. Firmware en mikroBasic. El texto de este instructivo se incluye como archivos.odt (OO.org/open text) y.pdf. El diseño de PCB de la capa superior (reflejado) se incluye como un. PDF listo para la transferencia de tóner o el proceso de foto. Se copia varias veces en una sola hoja porque tengo que doblar las transparencias. El 01 / / / atch se inspiró en el Mini Dotclock, y una conversación posterior en el área de comentarios: https://www.instructables.com / ex / i / 47F2F12223BA1029BC6B001143E7E506 Este es también un medio paso hacia un reloj nixie de montaje en superficie en el que estoy trabajando. El proyecto 01 / / / atch es una introducción a los componentes de montaje en superficie y la lógica de mantenimiento del tiempo sin la complejidad adicional de una fuente de alimentación de tubo nixie. (https://www.instructables.com/ex/i/2C2A7DA625911029BC6B001143E7E506/?ALLSTEPS)Una pequeña búsqueda en Google mostró este reloj binario en thinkgeek: https://www.thinkgeek.com/gadgets/watches/6a17/The 01 / / / atch se basa en un PIC16F913 / 6. Este PIC se eligió originalmente porque tenía un controlador LCD de hardware. Pensé que podría convertir el controlador LCD en un multiplexor LED con algunos transistores. Esto resultó no ser el caso. Sigue siendo una buena opción porque tiene un montón de espacio de programación y muy pocos pines de E / S limitados. El F913 cuesta aproximadamente $ 2.00 en Mouser. PIC16F913 Detalles: https://www.microchip.com/stellent/idcplg? IdcService = SS_GET_PAGE & nodeId = 1335 & dDocName = en020199PIC16F916 Detalles (igual que 913, con más espacio para programas): https:// www. microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1335&dDocName=en020201PIC16F913/6 Hoja de datos (formato PDF): https://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/41250E.pdf de los archivos de Eagle Board con Eagle3D y POV ray: https://www.matwei.de/doku.php? id = en: eagle3d: eagle3d

Paso 1: Visualización

La pantalla binaria está compuesta por 12 LED en una matriz de 3x4. Cada columna de cuatro LED representa un 'nibble' de cuatro bits o medio byte. Cada columna puede mostrar 0-15 en binario (1 + 2 + 4 + 8 = 15). El tiempo se muestra en las tres filas como horas / decenas de minutos / minutos. Este no es un verdadero binario, sino un subconjunto simplificado que hace que el reloj sea más fácil de leer. El reloj thinkgeek, por ejemplo, usa un binario 'más verdadero' para representar minutos con un byte completo. Cualquiera que sea mi preferencia, el verdadero geek mostraría el tiempo usando la época de Unix, ¡en binario! (https://en.wikipedia.org/wiki/Unix_timestamp) El múltiplex LED es sencillo. Las filas (4) se conectan a los pines del PIC a través de resistencias limitadoras de corriente. Solo se usa una resistencia limitadora de corriente para cada fila porque solo se enciende un LED por fila. Los LED funcionan a 20 mA, utilizando resistencias de 56 ohmios (56 ohmios a 3 voltios = 20 mA). Los LED podrían funcionar más alto porque están multiplexados, la hoja de datos enumera algo alrededor de 40ma. Encuentro que son demasiado brillantes con solo 20 mA multiplexados. Las columnas (3) están conectadas a tierra mediante transistores NPN. Los transistores son conmutados por pines PIC a través de resistencias de 1Kohm. El múltiplex funciona conectando a tierra una columna de LED a través del transistor mientras enciende las filas de LED correctas para esa columna. Esto se repite para cada columna en una breve sucesión, haciendo que la matriz parezca estar continuamente iluminada. PIC Timer0 controla el multiplex. Cuenta hasta 256 y luego cambia los valores de fila y la columna conectada a tierra. Transistor: Transistor NPN, NPN / 32V / 100mA, (Mouser # 512-BCW60D $ 0.05).

Paso 2: Selección de LED

En este reloj, se utilizaron LED amarillos y rojos de tamaño '1206' con una resistencia limitadora de corriente de 56 ohmios. Los colores fueron elegidos por bajo costo. Los LED rojos, amarillos y naranjas cuestan aproximadamente 10 centavos cada uno, mientras que los LED azules cuestan 40 centavos o más. Además, el LED azul definitivamente no está de moda ahora. Si encuentra algo de púrpura, avíseme.

La imagen muestra los 5 tipos de LED que audicioné. N. ° de pieza de Mouser Fabricante Color Costo 859-LTST-C171KRKT Lite-On SMT LED Rojo, transparente $ 0.130 859-LTST-C171KSKT Lite-On SMT LED Amarillo, transparente $ 0.130 859-LTST-C150KFKT Lite-On SMT LED Naranja, transparente $ 0.130 638- 121SURCS530A28 Everlight LED SMD Rojo Agua Transparente $ 0.110 638-1121UYCS530A28 Everlight LED SMD Amarillo Agua Transparente $ 0.110 Se utilizaron Everlight rojo y amarillo en el reloj prototipo. Me gusta más el rojo y el naranja de Lite-On, se usarán en el próximo reloj que fabrique.

Paso 3: Interfaz / Botones

Un reloj geek necesita una interfaz geek. Los sensores táctiles capacitivos están de moda en este momento, pero requieren bastantes componentes adicionales. En cambio, opté por un sensor táctil basado en transistor Darlington con encabezados de clavija como punto de contacto. ¿Qué es más geek que un encabezado de pin? Nada. Vi la idea por primera vez aquí: (https://www.kpsec.freeuk.com/trancirc.htm):"Un par de Darlington es lo suficientemente sensible para responder a la pequeña corriente que pasa por tu piel y se puede usar para haga un interruptor táctil como se muestra en el diagrama. Para este circuito que solo enciende un LED, los dos transistores pueden ser transistores de baja potencia de uso general. La resistencia de 100 kohmios protege los transistores si los contactos están conectados con un cable. "A Se agregó un transistor PNP a este diseño simple (en lugar del LED en el diagrama) para que pudiera dar una salida alta / baja al PIC. Se agregó una resistencia desplegable entre el pin PIC y tierra para ayudar a evitar presionar botones en falso. Este interruptor es de estado sólido, a prueba de agua y de bajo consumo de energía, con la tecnología adicional de los encabezados de los pines. Los interruptores se eliminan mediante el Timer2 en el PIC. Cuando se presiona un interruptor, Timer2 (temporizador de 8 bits) se inicia con un preescalador de 16 y un posescalador de 16. En Timer2 interrumpa las comprobaciones del PIC para ver si los botones aún están presionados. Después de dos interrupciones consecutivas sin presionar ningún botón, el temporizador se detiene y los botones se configuran para entrada adicional. El interruptor superior se conecta al pin de interrupción PIC. La entrada en este pin puede sacar al PIC del modo de suspensión. Esto nos permite usar una técnica de administración de energía ordenada: el PIC está en modo de bajo consumo cuando la pantalla no está en uso. La entrada en los botones activa el PIC y reanuda la operación. Transistores: Transistor Darlington, SOT-23, (Mouser # 512-MMBT6427, $ 0.07). Transistor PNP, SOT-23, (Mouser # 512-BCW89, $ 0.06).

Paso 4: cronometraje

La nota 582 de la aplicación Microchip describe los principios básicos detrás de un reloj basado en PIC de bajo consumo (https://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en011057) El reloj es simple y elegante. Un cristal de reloj de 32,768 kHz está conectado a los pines del oscilador del temporizador1 del PIC. Timer1 es excelente para esto porque puede incrementarse incluso mientras el PIC está inactivo. El temporizador 1 está configurado para contar hasta 65536 (2 segundos a 32,768 kHz) y despertar al PIC del modo de suspensión con una interrupción. Cuando el PIC se activa, aumenta el tiempo en dos segundos. El PIC solo está activo y consume energía por un breve tiempo cada pocos segundos. Usé un cristal de reloj de cuarzo barato de Citizen. Pensé que el nombre de Citizen podría darle legitimidad a mi reloj. El CFS206 (12,5pf) tiene una precisión de aproximadamente +/- 1,7 minutos por año (20 ppm). Dos condensadores de 33pF completan el circuito de cristal externo. 33pF es probablemente un poco demasiado, pero estaba disponible localmente a un precio razonable. Se podría usar un mejor cristal para un tiempo más preciso. Cristal: Citizen KHz Range Crystals, 32.768 KHZ 12.5pF, (mouser # 695-CFS206-327KFB, $ 0.30). Capacitors: 2x33pF, 1206 SMD.

Paso 5: medidor de voltaje

Como si no nos hubiéramos hundido en las profundidades del geekerie con un reloj binario, colocamos una referencia de voltaje y un pin de entrada para hacer un medidor de voltaje. La referencia de voltaje es el Microchip MCP1525. Esta es una referencia de 2.5 voltios con un rango de operación de 2.7 a 10+ voltios. En el reloj de la foto se usa el paquete TO-92, aunque los relojes futuros usarán la versión de montaje en superficie (SOT-23). La referencia es alimentada por un pin PIC por lo que se puede apagar para ahorrar energía. En este punto podemos medir hasta 2.5 voltios usando el convertidor analógico digital del PIC. Llevamos esto un paso más allá y agregamos un divisor de voltaje de resistencia a la entrada del multímetro. Usando dos resistencias (100K / 10K) dividimos el voltaje de entrada por 11, lo que da un nuevo rango de entrada de ~ 30 voltios. Este es un buen punto que abarca todos los voltajes bajos que es probable que encontremos (baterías de 1.2 / 1.5 voltios, celdas de botón de 3 voltios, lógica de 5 voltios, baterías de 9 voltios y rieles de alimentación de 12 voltios). Una resistencia de 22Kohm podría sustituirse por la resistencia de 10K dando un rango más pequeño pero una resolución más alta. La hoja de cálculo incluida con este instructivo puede ayudarlo a elegir los valores de resistencia. Las sondas de tierra y de medición se conectan al encabezado de programación en la parte posterior del reloj. MCP1525 Detalles: https://www.microchip.com/stellent/idcplgidcplg? IdcService = SS_GET_PAGE & nodeId = 1335 & dDocName = en019700

Paso 6: Programación del encabezado / conexiones externas

El reloj es "programable". Se muestra un encabezado ICSP en la parte posterior para que se pueda instalar un nuevo firmware. El encabezado es una fila de enchufes de clavija hembra de bajo perfil que encontré en mi tienda de electrónica local. Se puede obtener lo mismo cortando un enchufe DIP de calidad por la mitad. Conecto mi enchufe ICSP con un "cambiador de género" de encabezado de clavija: inserto un trozo de encabezado de clavija en el zócalo, luego conecto el enchufe ICSP al encabezado de clavija. Necesitará un programador de ICSP para instalar un nuevo software en el reloj. Se incluye un programador JDM2 ICSP simple con los archivos de Cadsoft Eagle.

Cuando no se utiliza para la programación, el encabezado ICSP se puede utilizar para la recopilación de datos, registro de eventos, etc. Todos los pines ICSP están disponibles para su uso, como se indica en la siguiente tabla. El pin del medidor de voltaje (pin 1/6) está bastante dedicado para ese uso debido al divisor de voltaje. Multímetro: ADC, E / S, con divisor de resistencia. (PIN2, PORTA0 / AN0) MCLR - pin de solo entrada. Entrada de disparador Schmitt para señales ruidosas. (PIN1, RE3) Vcc - +3 voltios Vss - clavija de tierra Datos - Entrada / Salida con interrupción en el cambio, pull-up débil opcional (PIN27, RB6) Reloj - E / S con interrupción en el cambio, opción pull-up débil (PIN28, RB7)

Paso 7: firmware

El firmware se escribió utilizando la versión gratuita mikroBasic. El firmware actual es v0.1. Los firmwares futuros probablemente se escribirán en C. Las opciones de configuración se establecen en el firmware. Deben ser los siguientes: MCLR - DISABLEDBODEN / BOREN - DISABLEDWDT - DISABLEDOscillator -Internal Osc, NO clock-out No pude programar el 16F913 con mi software de programación PIC favorito (WinPIC800), pero WinPIC de DL4YHS funcionó muy bien (https://www.qsl.net/dl4yhf/winpicpr.html).v0.1Configuration/Menu System: las opciones del menú se desplazan por la pantalla y se seleccionan / avanzan con los dos botones de entrada. Hora: muestra la hora en binario (predeterminado cuando se presiona un botón). Klik: un contador. En ocasiones, me encuentro realizando recuentos. Recuento de tráfico, recuento de aves, lo que sea. El 01 / / / atch subsiste como un contador binario. Modo Club: el valor real de cualquier reloj está determinado por su modo 'club'. El 01 / / / atch utiliza un generador de números aleatorios para parpadear patrones en la pantalla LED. También es posible incluir fragmentos de palabras utilizando la biblioteca de fuentes de matriz interna (más por venir). La velocidad se puede ajustar con el botón 1. El paquete de actualización de palos definitivo incluiría un sensor de temperatura que controla la tasa de cambio de patrón. A medida que el usuario se calienta, los patrones cambian más rápido. Voltímetro - medidor de voltaje. Actualmente muestra la lectura de ADC sin procesar en 10 bits. Se actualizará al valor de voltaje real en la versión 0.2. Establecer - Establecer hora. Salir - Salir del menú, poner el PIC en modo de suspensión.

Paso 8: Sistema de menú de desplazamiento

Sistema de menú de desplazamiento Se accede a las funciones a través del sistema de menú de desplazamiento. Los elementos del menú se cargan como mapas de bits en una matriz y se desplazan continuamente "hacia arriba". El desplazamiento se basa en un múltiplo del controlador mux Timer0. El menú de desplazamiento "se agota" usando un múltiplo de Timer1 (contador de segundos) después de aproximadamente 10 segundos. 'opción de menú por defecto. Toque el botón 2 para ingresar al modo de configuración. Se mostrará la hora actual (12:11). Use el botón 1 para incrementar las horas, toque el botón 2 para avanzar a la siguiente unidad de tiempo (horas, 10 minutos, minutos). Toque el botón 2 después de configurar los minutos para ahorrar tiempo y volver al menú de desplazamiento. Para ahorrar energía, la pantalla y el PIC suelen estar apagados. Toque el botón 1 para activar el PIC y mostrar la hora actual durante 10 segundos. Toque el botón 2 mientras se muestra la hora para acceder al sistema de menú de desplazamiento. Se puede acceder a las funciones del reloj a través del menú de desplazamiento. Toque el botón 1 para avanzar al siguiente elemento del menú, toque el botón 2 para elegir un elemento del menú. Véalo en acción: https://www.youtube.com/embed/l_tApl3JmmMB Las funciones de los botones para cada opción del menú se describen en la tabla debajo. B1 y B2 son abreviaturas del botón 1 y el botón 2.

Paso 9: hoja de ruta del firmware

v0.2

Una confirmación / diálogo de salida. Configuración: expanda las opciones de configuración para incluir: Duración de tiempo de encendido / tiempo de espera del menú (y un modo siempre encendido). Brillo (ciclo de trabajo). Velocidad de desplazamiento. Actualización de fuente de menú -'E 'y' B 'se ven muy mal, use' e ',' b '. Muévase a un oscilador de 1Mhz o 32.768khz (4MHz en v0.1). v0.3 Cronómetro (incremento de tiempo hacia adelante): comienza a contar los segundos, luego aumenta los minutos y las horas después del límite de visualización de 15:59. Temporizador / Alarma (incremento de tiempo hacia atrás) -Un temporizador decreciente, todos los LED parpadean cuando el temporizador llega a 0. EEPROM (registro de valores en la memoria flash) -Guarda voltajes, conteos, opciones, tiempos de cronómetro, etc. para flash en la memoria EEPROM. -Registro del número de días transcurridos desde el cambio de batería. Además: número de horas con la pantalla encendida. v0.4 Funciones de hardware externas (mediante el encabezado ICSP): registro de eventos en caso de interrupción. Cuentakilómetros / velocímetro de bicicleta. Pantalla de unidad ajustable (fuente binaria o decimal).

Paso 10: PCB

La PCB y el circuito están en formato águila. También incluí un montón de bibliotecas que usé para hacer la placa que puede ser necesaria.

La PCB está diseñada principalmente con componentes de montaje en superficie. El tablero se realizó con transparencias de inyección de tinta sobre un tablero fotográfico positivo. Esta fue mi primera placa de montaje en superficie (tanto grabado como ensamblado). Hice una placa de una sola cara y usé cables de puente para los trazos de la capa inferior. La placa se fabricó teniendo en cuenta la fabricación de Olimex, por lo que se utilizó su archivo de verificación de la regla 10mill al diseñar la placa. Nada es terriblemente pequeño, pero ciertamente es un desafío. Todo fue soldado a mano con una plancha de 10 euros, una tachuela adhesiva y una luz brillante. No se necesitaba una lupa. El cristal se dejó como componente de montaje en superficie. La lata de metal es un elemento de aspecto distintivo y mucho más identificable que una caja negra de montaje en superficie. El prototipo en la imagen también usa una referencia de voltaje TO-92: el PCB final indica una versión SOT-23 que (todavía) no tenía a mano cuando hice la placa. El circuito y la PCB están en el archivo del proyecto (formato Cadsoft Eagle - versión gratuita www.cadsoft.de). La ubicación de los componentes se puede ver en el archivo PCB. También hice un PDF con la capa superior reflejada y copié varias veces. Esto debería estar listo para la transferencia de tóner o el proceso de foto. Lista de piezas (orificio pasante) Cristal de reloj de 32,768 kHz (lata de metal 0206) Conector de clavijas -x4 Encabezado de programación - 6 clavijas Lista de piezas (montaje en superficie) SO-300 PIC16F1206 Condensador de 0.1uF 1206 Condensadores de 33pf - x2 1206 LED (amarillo, rojo, naranja, etc.) -x12 1206 Resistencia - 4x56 ohmios 1206 Resistencia - 3x1Kohm 1206 Resistencia - 3x10Kohm 1206 Resistencia - 3x100Kohm Transistor SOT-23 NPN (100ma o más) Transistor SOT-23 PNP (propósito general) Transistor SOT-23 NPN Darlington (propósito general), hfe de ~ 10000) SOT-23 MCP1525 Referencia de voltaje (2.5 voltios) Batería CR2032 3v litio

Paso 11: Encapsulado del reloj

Encapsulado del reloj Para que el reloj fuera adecuado para el uso diario, se necesitaba un estuche. Visité AFF Materials (https://www.aff-materials.com/) para comprar resina de poliéster. Un buen tipo me sugirió que usara un epoxi transparente en su lugar. Según él, la resina de poliéster se contrae ~ 5%, lo que podría fracturar las conexiones de la PCB. El epoxi transparente solo se encoge ~ 2%. También sugirió que los gases del poliéster podrían dañar los componentes mientras se curaba. Como nunca antes había trabajado con un epoxi transparente, hice algunas piezas de fundición de prueba. Empecé echando algunas muestras en una bandeja de cubitos de hielo. El aceite de semilla de girasol, el lubricante de silicona y el lubricante de silicona para bicicletas se probaron como agentes de liberación. Una muestra se realizó sin agente desmoldante. Los lubricantes de silicona se formaron en la parte inferior del molde y dejaron marcas en el epoxi. El control succiona hasta el fondo del molde. El aceite funcionó bastante bien, pero dejó un ligero residuo en el epoxi. A continuación, necesitaba saber cómo hacer una fundición multicapa con este material. Una resina de poliéster generalmente se vierte en capas. Se deja que una primera capa se asiente (aproximadamente 15 minutos) hasta formar un gel. Se coloca un objeto en la primera capa y se vierte una segunda capa de resina fresca encima. El tiempo de trabajo de mi epoxi es de unos 60 minutos. Vertí una primera capa y la revisé después de 30 minutos, todavía suave. Después de aproximadamente 1 hora y 15 minutos, la primera capa se había endurecido lo suficiente como para colocar un objeto sobre ella. Para esta prueba, coloqué la placa de prueba LED que se ve en el paso 2 boca abajo en la primera capa y la cubrí con una capa de epoxi nuevo. Esto funcionó muy bien, los LED no salieron de la placa. Concluí aquí que, sin un molde adecuado, la superficie más clara que puedo hacer es la interfaz aire / epoxi. La 'cima' del casting tiene un error significativo. El miscus se limita al borde mismo de la carcasa y se quita fácilmente con un molinillo. Para la primera prueba real, necesitaba un molde de plástico rectangular. La mejor opción que encontré fue un contenedor 'smeer kaas'. No era perfecto, así que lo hice más pequeño con algunas capas de foamcore envuelto en cinta adhesiva. Este no era un molde estelar, pero elegir la parte superior como superficie de visualización me dio cierto margen de maniobra. El molde se limpió ligeramente con aceite en una toalla de papel y abandoné el procedimiento de vertido multicapa desde arriba. Soldé los cables desde el soporte de la batería de celda de moneda al PCB. El soporte de la celda estaba pegado en caliente (ok, con tachuelas adhesivas) a la parte inferior de la PCB. El soporte de la batería estaba lleno de tachuelas adhesivas y el cabezal de programación protegido con más tachuelas adhesivas (plastilina también funcionaría muy bien). A continuación, se colocó boca arriba en el molde. La tachuela adhesiva que protege la batería y el cabezal se presionó firmemente en la parte inferior del molde, anclando el reloj en su lugar. Se vertió epoxi transparente en el molde hasta que cubrió el reloj. Los cabezales de los pasadores aún eran bastante largos, pero se pueden cortar después de que se seque el epoxi. El reloj se desprendió del molde después de aproximadamente 36 horas. La masilla protectora se eliminó con un destornillador. Los bordes se suavizaron con una broca de amoladora de taladro. El reloj se fundió un poco más grande para usarlo como reloj de pulsera. Puedo intentar cortarlo si encuentro una sierra de cinta. Por el momento, será un reloj de bolsillo. El núcleo de cinta sobre espuma dio una textura fresca y una superficie ultra clara. La próxima vez intentaré hacer todo el molde con este material, algo más parecido al tamaño de un reloj de pulsera.

Paso 12: Mejoras adicionales

Además de las actualizaciones de software descritas en la hoja de ruta, hay varias áreas de mejora.

Hardware Una matriz de 4x5 de LED 0805 ocuparía el mismo espacio que la matriz 1206 existente. Compré varios tipos de LED 0805 para probarlos en diseños futuros. El sensor de temperatura mencionado anteriormente podría agregarse para hacer un paquete de actualización avanzado de 'modo club'. El PCB fue diseñado para ser fabricado por Olimex como una placa de doble cara (~ $ 33). Trabajan directamente desde los archivos Eagle y panelizan (hacen varias placas más pequeñas a partir de una placa grande) de forma gratuita. No he hecho esto, pero compraría uno si alguien más los hiciera. Software Hay mucho espacio adicional en el PIC. Está previsto un velocímetro / odómetro. Se podrían agregar juegos.