Ярослав Меньшиков

ООО "ЯРОСТАНМАШ"
 
Главная
 
Фрезерный станок с ЧПУ
  Общее описание станка
  Электрическая часть
  Шаговые двигатели
 
Электроника
Средства измерения:
  Лабораторный датчик тока 150А
  Анализатор элементов питания
  Электронный термометр
Приборы:
  Генератор трехфазных импульсов
  USB-программатор для Algorithm Builder
  USB-программатор Prottoss AVR910
  Лабораторный преобразователь частоты
  Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов из блока питания компьютера
Часы:
  Электронные часы для ВАЗ-2106
  Большие домашние электронные часы
Разное:
  Контроллер дворников SSANGYONG REXTON
  Контроллер управления кроватью медицинской "Волна"
 
Аудиотехника
  Активный сабвуфер
 
Техника
  Электровелосипед
  Токарный станок Корвет-403 с комплектом уникальной оснастки
 
Тестирование
  Тест пальчиковых батареек формата АА (R6, LR6)
  Тест мизинчиковых батареек формата AAA (R03, LR03)
  Тест батареек - малых бочонков - формата C (R14, LR14)
  Тест батареек - больших бочонков - формата D (R20, LR20)
 
Технологии
  Изготовление качественных печатных плат в домашних условиях
  Как ровно отрезать стеклянную банку?
 
Фотографии
  Лабораторный блок питания DAZHENG PS-305D
 
Продам
  Отечественные радиодетали из личных запасов
 
Разное
  Как устроена ТЭЦ?
  Парковочное зеркало на Фольксваген Транспортер
 
Полезные сайты
  Сварочный инвертор - это просто
  Микроконтроллеры PIC на русском языке
 

   Большие домашние электронные часы.

 

Внешний вид больших домашних электронных часов

 

   Здравствуйте друзья!

   На этой странице я расскажу Вам о том, как самостоятельно изготовить большие электронные часы, предназначенные для использования внутри помещения (дома). Кроме внушительных размеров, часы имеют полезную особенность - они сохраняют ход времени при отключении питания, а также имеют функцию установки точности хода, которая позволяет вручную откалибровать точность хода (чтобы часы не спешили и не отставали).

 

   Давайте сразу рассмотрим полную схему электронных часов, которую мы с Вами будем пытаться реализовать (нажмите на схему, чтобы увидеть ее в полном размере):

 

Схема домашних электронных часов

 

   В качестве светодиодных индикаторов используются отдельные светодиоды:

 

Упаковка светодиодов

 

   Каждый сегмент каждой цифры - это группа из пяти последовательно соединенных светодиодов:

 

Испытание светодиодов

 

   С этих светодиодов была снята вольтамперная характеристика (ВАХ), результаты которой выглядят следующим образом:

 

Вольт-амперная характеристика 5-ти последовательно включенных светодиодов

 

   Из этой ВАХ видно, что каждая такая "линейка" светодиодов требует напряжения питания порядка 12В, поэтому напряжение питания электронных часов выбрано именно таким - 12В. Также видно, что для данных светодиодов при данном их количестве в одной "линейке" и данном напряжении питания токоограничивающие резисторы последовательно с ними не требуются (о том, что такое токоограничивающие резисторы, о том, как выбирать их номинал и о том, как их применять, подробно рассмотрено в статье про Электронный термометр).

   В качестве блока питания используется китайский модульный импульсный блок питания фирмы Powerld PMA-H10S12, преобразующий входное сетевое напряжение из розетки 220В в те самые необходимые нам 12В. Максимальная мощность нагрузки такого модуля может достигать 10Вт, а сам модуль предназначен для установки на плату:

 

Модуль питания Powerld PMA-H10S12 Модуль питания Powerld PMA-H10S12

 

   Если снять с него крышку, можно увидеть внутреннее устройство:

 

Модуль питания Powerld PMA-H10S12. Конструкция.

 

   Основой часов является микроконтроллер фирмы Atmel ATtiny2313. О том, что такое микроконтроллер и как он работает, а также как его программировать с помощью настольного компьютера, как подавать на него питание, как защитить от электромагнитных помех конденсаторами на цепях питания и не только - описано на странице о том, как сделать Электронный термометр.

   Сам микроконтроллер питается от напряжения примерно 5В, подготавливаемого микросхемой L7805 из напряжения питания +12В. О том, как использовать микросхему L7805 подробно рассказано в статье про Электронные часы для ВАЗ-2106.

   Для сопряжения рабочего напряжения микроконтроллера (+5В) и рабочего напряжения светодиодных "линеек" (+12В) реализована схема на основе микросхем ULN2003AN и полевых транзисторов International Rectifier IRLML6302TR.

   Микросхема ULN2003A представляет собой сборку семи биполярных составных транзисторов. Левая по схеме микросхема ULN2003A коммутирует сегментные выводы наших самодельных светодиодных индикаторов, правая - используется как набор инверторов с открытым коллектором для передачи сигналов на затворы полевых транзисторов IRLML6302TR, которые, в свою очередь, подсоединяют общие выводы наших самодельных светодиодных индикаторов к источнику питания +12В. Кроме того, один из каналов правой по схеме микросхемы ULN2003A используется для подачи питания на два светодиода - точки-разделители. О том, как использовать светодиодные индикаторы, о том, что такое сегментные и общие выводы, а также о том, что такое динамическая индикация описано все на той же странице про Электронный термометр.

   Давайте теперь рассмотрим часть схемы, отвечающую за сохранение хода времени при отключении питания. Для этого используется небольшой аккумулятор, производимый компанией GP типа T341 на 3.6В емкостью 270мА·ч:

 

Аккумулятор GP T341 Аккумулятор GP T341 Аккумулятор GP T341

 

   Если внимательно посмотреть на схему вот здесь:

 

Часть схемы электронных часов. Мониторинг внешнего питания.

 

   и вот здесь:

 

Часть схемы электронных часов. Схема питания.

 

   можно заметить, что микроконтроллер может получать питание от двух источников - от микросхемы L7805 через диод 1N4148 и от аккумулятора T341 также через такой же диод 1N4148. В нормальном режиме, когда электропитание часов есть, питание микроконтроллера осуществляется через диод 1N4148 от микросхемы L7805. Кроме того, от источника питания через третий диод 1N4148 и два последовательно соединенных резистора на 270 Ом осуществляется подзарядка аккумулятора T341. Если внешнее питание будет потеряно, питание микроконтроллера будет осуществляться через второй диод 1N4148 от аккумулятора T341.

   Чтобы снизить потребление энергии от аккумулятора на столько, на сколько это только возможно, программа микроконтроллера содержит блок, который во время питания от аккумулятора (т. е. при отсутствии внешнего питания) переводит все выводы микроконтроллера в высокоимпедансное состояние (делает их "входами"). Чтобы это работало, микроконтроллер должен знать о том, что внешнее электропитание потеряно или получено вновь. Для этого, на вывод 12 микроконтроллера подается напряжение питания +12В через резистивный делитель, выполненный на резисторах номиналом 9.1кОм. О том, как выбирать номиналы резисторов для таких делителей, рассказано на странице про Электронные часы для ВАЗ-2106 в части описания ввода в схему сигнала "Габариты".

   Резистор номиналом 1.5кОм, включенный параллельно источнику питания +12В, необходим для наискорейшего падения напряжения при исчезновении внешнего питания и быстрому реагированию микроконтроллера с последующим переключением своих выводов в высокоимпедансное состояние.

 

 

   Кроме того, в программу микроконтроллера включен специальный блок, который позволяет вручную настраивать точность хода часов уже во время их нормальной эксплуатации (без перепрограммирования микроконтроллера).

   Для чего это нужно?

   Точность хода часов определяется точностью частоты, генерируемой кварцевым резонатором. Для того типа кварцевых резонаторов, который применен в данных часах (совершенно обычный кварцевый резонатор), отклонение частоты может составлять ±0.005% (50ppm). К какой же погрешности хода часов может привести такое отклонение? Оказывается, что это может привести к погрешности в 3600·24·0.00005 = 4.3сек в сутки или более чем на 2 минуты в месяц! Такая погрешность является недопустимой, отсюда вывод, что каждый экземпляр часов должен настраиваться индивидуально!

   В данных часах применено следующее программное решение. В программу микроконтроллера введен специальный настроечный параметр - калибровочная константа. Ее значение можно установить вручную в диапазоне от 0 до 699. Что это за параметр? Это количество миллисекунд (0.001сек), на которое задерживается ход времени часов каждые 10 минут. Программа микроконтроллера устроена так, что изначально часы несколько спешат, и если значение этой калибровочной константы будет равно нулю (т. е. никаких задержек каждые 10 минут не будет), то часы довольно сильно будут "убегать" вперед. Напротив, если значение калибровочной константы будет максимально (699), это приведет к сильным задержкам и часы начнут отставать. Т. о., существует вполне определенное значение этой калибровочной константы, при которой часы будут идти максимально точно.

   Давайте прикинем, на сколько может измениться ход времени за сутки, при изменении значения калибровочной константы на единицу. Очевидно, что в сутках будет 24·6 = 144 раза по 10 минут. Значит, изменение калибровочной константы на единицу приведет к изменению точности хода на 144·0.001 = 0.144сек в сутки. Таким образом, максимальная неустранимая погрешность хода данных часов после окончательной настройки не должна превышать 0.072сек в сутки (половина от 0.144) или 2.3сек в месяц.

   Значение калибровочной константы сохраняется в энергонезависимой памяти микроконтроллера, называемой память EEPROM, поэтому, при отключении внешнего и даже внутреннего питания (если "сядет" встроенный аккумулятор), значение этой константы не будет потеряно. Более подробно о том, что такое энергонезависимая память EEPROM, рассказано на странице про Электронный термометр.

   После изменения значения калибровочной константы значение времени обнуляется и требует повторной установки.

 

   Микропрограмма для больших домашних электронных часов выполнена в среде Algorithm Builder:

 

Среда написания микропрограмм для микроконтроллеров Algorithm Builder

 

   С некоторых пор эта среда стала полностью бесплатна для любых объемов программы! Скачать ее можно со страницы разработчика здесь.

 

   По просьбам посетителей сайта, предоставляю исходники и прошивку на микропрограмму микроконтроллера больших домашних электронных часов с комментариями:

 

   CLOCK_SAN.PROG.rar (34.2кБ)

 

   Напоминаю, что все материалы с этой страницы могут быть использованы только для личного применения (не для коммерческих целей).

 

   Перед работой со средой Algorithm Builder рекомендую ознакомится с инструкцией на эту среду. Инструкция в формате .pdf, вызывается клавишей F1 (из самой среды). В инструкции, в том числе, рассказано, как собрать простейший программатор, работающий через COM-порт компьютера, который подойдет для программирования схемы часов. Программирование схемы часов осуществляется прямо из самого Algorithm Builder-а.

 

   Страница USB-программатор микроконтроллеров AVR для Algorithm Builder рассказывает о том, как собрать более продвинутый программатор для программирования микроконтроллеров из этой среды.

 

   Кроме того, чтобы микроконтроллер в схеме часов работал правильно, необходимо запрограммировать его так называемые "Fuse bits". Эти биты определяют ряд важнейших параметров микроконтроллера, например, такие, как источник тактовой частоты и метод программирования. Установить нужные значения Fuse bits можно в меню "Опции" - "Опции проекта..." - вкладка "Fuse bits", либо из окна программирования по ссылке Fuse bits... В любом случае, эти биты устанавливаются в окне установки Fuse bits, и должны быть установлены В ТОЧНОСТИ как на картинке ниже:

 

Окно установки Fuse bits для микроконтроллера ATtiny2313 больших домашних часов

 

   Внимание! В ТОЧНОСТИ как на картинке! Неправильная установка Fuse bits может привести к порче микроконтроллера и невозможности его дальнейшей работы!

 

   Схема электронных часов смонтирована на односторонней печатной плате. О том, как изготовить качественные печатные платы в домашних условиях смотрите в статье Изготовление качественных печатных плат в домашних условиях.

   Для тех, кто собрался повторить данную конструкцию, выкладываю файлы трассировки этой платы:

 

   CLOCK_SAN.PCB.rar (39.3кБ) - файл трассировки печатной платы в программе P-CAD 2006:

 

Файл трассировки печатной платы для больших домашних часов в формате P-CAD 2006

 

   Давайте теперь рассмотрим конструкцию данных электронных часов.

 

   Лицевая панель корпуса часов выполнена из гетинакса толщиной 3мм (облицовка дверей старых лифтов):

 

Заготовка лицевой панели - лист гетинакса толщиной 3мм.

 

   Чтобы упростить разметку отверстий под светодиоды, сначала на бумаге был распечатан эскиз расположения отверстий, который затем был наклеен на заготовку с помощью канцелярского прозрачного скотча по краям:

 

Заготовка лицевой панели. Разметка светодиодов.

 

   По этому эскизу было произведено кернение центров отверстий, после чего он был удален, а отверстия просверлены. Диаметр сверла для сверления отверстий - 5.0мм. С внутренней стороны отверстия надсверлены сверлом диаметром 7мм с целью создания выемок для размещения "юбок" светодиодов:

 

Отверстия под светодиоды Отверстия под светодиоды крупным планом

 

   Так выглядит заготовка лицевой панели корпуса часов после просверливания отверстий под светодиоды:

 

Заготовка лицевой панели с отвертиями под светодиоды

 

   Стенки корпуса изготовлены из отрезков ДСП:

 

Детали корпуса

 

   Эти стенки приклеены к передней лицевой панели с помощью клея "Момент-Кристалл". После высыхания клея боковые поверхности корпуса обработаны на точиле.

 

Копус больших электронных часов Копус больших электронных часов Копус больших электронных часов

 

   Затем корпус был окрашен черной матовой краской:

 

Копус электронных часов после покраски Копус электронных часов после покраски

 

   Перед монтажом светодиодов в отверстия в корпусе, их ножки были укорочены и загнуты:

 

Светодиоды, подготовленные для монтажа в корпус

 

   При указанном диаметре сверла для отверстий под светодиоды (5мм), светодиоды входят в эти отверстия с небольшим натягом, но этого недостаточно для их надежной фиксации "на весь срок службы". Поэтому, после установки светодиодов в отверстия, с внутренней стороны корпуса на каждый светодиод было нанесено по капле эпоксидного клея, который хорошо растекается и после затвердевания надежно фиксирует светодиоды в отверстиях корпуса:

 

Корпус часов с вклеенными светодиодами Корпус часов с вклеенными светодиодами

 

   Поскольку плата электронной схемы была изготовлена позже во времени, чем сам корпус, отверстия для крепления платы и отверстия под кнопки (кнопки установки времени и значения калибровочной константы) были просверлены уже после окраски и вклейки светодиодов. В четырех отверстиях для крепления платы нарезана резьба М3:

 

Отверстия под плату и кнопки

 

   Монтаж схемы "цифр" выполнен тонким многожильным проводом:

 

Монтаж схемы "цифр" Монтаж схемы "цифр"

 

   После чего, оставшиеся концы проводов были распаяны на плате:

 

Монтаж платы Монтаж платы Монтаж платы

 

   Провода связаны в жгуты с помощью хлопчатобумажных ниток, которые затем были пропитаны лаком. Чтобы обеспечить пространство под платой для проводов и ножек светодиодов, плата крепится на латунных резьбовых стойках:

 

Стойки под плату

 

   Итак, электрическая часть закончена:

 

Схема часов в сборе Схема часов в сборе

 

   Для того, чтобы вывести провод наружу, в стенке корпуса сделано углубление:

 

Вырез под провод

 

   Задняя стенка корпуса изготовлена из оцинкованного железа, после чего она была прикручена к корпусу с помощью 16 шурупов:

 

Задняя стенка из оцинкованного железа Часы в сборе. Вид сзади.

 

   Наконец, часы готовы:

 

Большие домашние электронные часы Большие домашние электронные часы

 

   Представленный ниже видеоролик рассказывает о том, как настраивать точность хода и устанавливать время на наших больших домашних электронных часах:

 

 

   На данной странице представлена для свободного доступа вся необходимая информация и проектная документация для самостоятельного повторения данной конструкции.

 

 

   При возникновении вопросов обращайтесь на электронный почтовый ящик Yarst@mail.ru

 

   Если Вы сочли материалы с этой страницы полезными, если они принесли Вам новые знания и помогли разобраться с некоторыми моментами в радиотехнике, а, возможно, явились хорошим руководством к изготовлению новых домашних электронных часов - Вы можете выразить благодарность автору этой статьи, переведя немного денег на его

 

   Яндекс-кошелек: 41001208237816

 

   Спасибо за то, что посетили эту страницу!

 

© 1995-2017 Ярослав Меньшиков

 Материал на страницах этого сайта выложен только для ознакомительных целей.

Любая перепечатка и распространение, использование в коммерческих целях материалов данного сайта возможно только с разрешения и по согласованию с автором.