Как собрать электронные часы своими руками

В этой статье мы попросили мастера ответить на вопрос: «Как собрать электронные часы своими руками?», а также дать полезные рекомендации для наших читателей. Что из этого получилось, читайте далее.

Существует множество способов собрать электронные часы своими руками: схемы широко представлены в литературе и сети Интернет. Большинство современных реализаций построено на основе микроконтроллеров. Выполнение таких проектов зачастую требует обширных практических навыков и теоретических знаний в области электроники: умения пользоваться специализированным программным обеспечением, создавать в домашних условиях печатные платы методом травления в хлорном железе, хорошо паять. Также необходимо иметь множество инструментов и расходных материалов.

Однако существует простой и доступный способ собрать электронные часы своими руками в домашних условиях: использовать платформу Arduino. Она представляет собой программно-аппаратный комплекс, специально предназначенный для обучения основам программирования и электроники. C помощью Arduino любой человек, даже без специальной предварительной подготовки, сможет построить электронные часы своими руками: схемы принципиальные, инженерные программы и даже паяльник не понадобятся!

Соединение всех электронных компонентов проводится на специальной контактной («беспаячной») макетной плате, что исключает риск получения ожогов, порезов и других травм — поэтому заниматься с конструктором Arduino можно и вместе с детьми. А наглядный способ представления принципиальной схемы поможет не ошибиться при сборке устройства.

Чтобы собрать простые часы на светодиодных матрицах вам потребуется всего несколько дешёвых компонентов:

  • платформа Arduino. Подойдут самые простые модели — Arduino Nano или Micro;
  • контактная макетная плата;
  • соединительные провода для макетной платы;
  • модуль часов реального времени Adafruit DS3231;
  • светодиодный матричный модуль 32×8 MAX7219;
  • две кнопки.

Также понадобится персональный компьютер и USB—mini-USB кабель для загрузки программы управления в память Arduino IDE. Вот и всё — паяльник, щипцы для снятия изоляции, монтажные ножи и прочие профессиональные инструменты не нужны: все операции выполняются руками. Разве что в некоторых случаях удобнее использовать пинцет, но можно обойтись и без него.


Детали для сборки электронных часов на Arduino

Схема электронных часов с индикацией на светодиодах с применением Arduino даже для неопытных радиолюбителей покажется довольно простой. Для сборки требуется всего несколько проводников. Таблица подключений:

Модуль Arduino → светодиодная матрица 32×8 MAX7219

Модуль Arduino → часы реального времени Adafruit DS3231

Модуль Arduino → кнопки

Второй вывод кнопок соединяется с землёй GND.

Следует лишь обратить внимание и запомнить, каким образом замкнуты между собой контактные отверстия на макетной плате. Следующая схема иллюстрирует способ внутреннего соединения контактных отверстий:


Схема электрических подключений макетной платы

Два ряда (1 и 4) с обеих сторон замкнуты горизонтально — обычно они используются как линия питания +5V и земля GND. Все внутренние контакты (2 и 3) замкнуты вертикально. При этом монтажная плата как вертикально, так и горизонтально разделена на две независимые друг от друга симметричные части. Это позволяет, например, собрать два разных устройства на одной плате.

Схема электронных часов с индикацией на светодиодах, а также расположение элементов на монтажной плате представлена на иллюстрации:

Тщательно проверьте соответствие всех соединений указанной схеме. Также убедитесь в том, что проводники хорошо закреплены в контактных отверстиях монтажной платы.


Внешний вид собранного устройства

После того как сборка и проверка схемы завершена, можно приступать к загрузке управляющей программы (или «прошивки») в память Arduino.


Интерфейс среды разработки Arduino IDE

Для этого нужно установить бесплатную официальную среду разработки — Arduino IDE [https://www.arduino.cc/en/Main/Software]. Также вам потребуется исходный код проекта, который вы можете скачать ниже в архиве со всеми библиотеками и скетчем, а если вам нужен просто скетч — его можно скопировать отдельно:

Теперь для завершения работы над устройством потребуется выполнить лишь ряд простых операций:

  1. подсоедините Arduino к USB-порту компьютера. Если модуль подключается впервые, то необходимо будет дождаться определения устройства операционной системой и установки драйвера;
  2. скопируйте содержимое папки libraries из архива в одноимённую папку в каталоге Arduino IDE;
  3. запустите средство разработки Arduino IDE;
  4. настройте тип Arduino в соответствии с имеющимся у вас модулем. Так, если вы используете Arduino Nano, в меню необходимо выбрать Tools -> Board: “Arduino Nano”. Также убедитесь в том, что модель процессора соответствует микроконтроллеру на вашей плате:


Выбор модели Arduino в среде Arduino IDE

  • откройте исходный код (файл clock_8x32.ino): File -> Open. Arduino IDE предложит вам автоматически создать отдельную директорию под проект — ответьте утвердительно;
  • загрузите программу в память Arduino: Sketch -> Upload.
  • Компиляция программного кода и дальнейшая загрузка в память микроконтроллера займёт некоторое время, обычно не более одной минуты. Об успешном завершении операции будет сообщено в консоли Arduino IDE. После чего остаётся лишь перезагрузить Arduino с помощью кнопки Reset на устройстве — простые часы на светодиодных матрицах готовы!

    Настройка часов осуществляется с помощью двух кнопок. Устройство поддерживает 12- и 24-часовой формат вывода времени, показ даты и дня недели, отображение времени с секундами и без. Также имеется возможность менять яркость свечения светодиодов.


    Вариант корпуса для светодиодных часов

    Вероятно, в дальнейшем вам захочется добавить больше функций (например, термометр), или же установить устройство в корпус собственного дизайна — хороших результатов можно добиться с помощью изготовления на станках с лазерной резкой. Но уже сейчас вы сможете смело сказать, что собрали полноценные электронные часы своими руками!

    На покупку конструктора с часами меня подтолкнул обзор пользователя chvv С51 (YSZ-4) Электронные часы-конструктор на микроконтроллере

    К слову сказать я тоже купил себе конструктор С51, и даже собрал его. А при помощи советов из комментариев к обзору мне удалось решить проблему «несбрасываемости» часов при отключении питания (спасибо всем, кто помогал советами). Писать еще один обзор на тот же конструктор не вижу смысла, просто приложу несколько фоток моих С51 под спойлером

    В общем зацепила меня тема. Решил вспомнить, как это держать паяльник, и заказл себе еще несколько конструкторов. Один из которых я получил буквально за две недели, и назвал его Часы iПаяльник

    В комплекте ремешок, элементы корпуса и набор радиодеталей

    Часы построены на базе чипа DS1302 ( даташит )

    Я вообще не электронщик. Знаю что такое транзистор, диод и т.п. но совершенно не понимаю ничего в микросхемах, и не умею читать даташит. Судя по всему DS1302 — это часовая микросхема, отвечает за время. Так же в комплекте есть второй чип STC15L204EA ( даташит ), могу только предполагать, что он делает. Но что бы меня не заклевали спецы, я лучше просто промолчу о том, чего не знаю, и напишу для таких же чайников как я сам: Часы работают на двух микросхемах 🙂

    А так же на трех резисторах (10кОм каждый), трех конденсаторах и одном кварце. В комплекте оказался один лишний резистор ))

    Схема — двухсторонняя, отверстия металлизированные. Дорожки очень тонкие (по моим меркам).

    Сразу оговорюсь, что кроме предыдущего опыта по сборке конструктора С51, что то работающее в последний раз я собирал, когда мне было лет эдак 12, и был это то-ли транзисторный приемник из ЮТ, то-ли цветомузыка из конструктора, который был выписан по почте наложенным платежом из техники молодежи. Гы, по сути это были прародители онлайн покупок.

    Но что то я отвлекся. Вернемся к нашим часам.

    Начинаем сборку. Я начал с микросхем. Хотя обычно удобнее начинать с мелких деталей, с последующим переходом к более крупным. Будьте внимательны, на плате первая нога микросхемы отмечена отверстием, окаймленным «квадратной! дорожкой. А на самой микросхеме первая нога отмечена кругом.

    Паяю как умею. Припой — не знаю марки, давно очень лежит (проаолочка 0,8 мм с канифолью внутри), и похоже олово окислилось снаружи, при пайке становится каким то рыхловатым, паяется не очень хорошо. Не эластичное. Прошлую поделку паял другим припоем, так получалось намного аккуратнее

    На плате видно адрес сайта-производителя http://diyleyuan.com где в общем то ничего интересного для себя я не нашел

    Каких то 30 минут — и часы готовы. По крайней мере схема собрана. Вставляем батарейку, и.

    Ну что же, так бывает. Без поллитры не обойтись. По сути даже пробовать не надо было, пока плата не отмыта спиртом от остатков флюса! Изопропилового спирта у мен нет, но дома нашелся питьевой медицинский спирт

    Тщательно протираем плату спиртом, и.

    На табло появляются какие то циферки 🙂

    Но счастье было не долгим. При попытке настроить часы (установить время) часы начинают глючить, цифры мигают, а потом все потухает и не подает признаков жизни.

    Я же говорил, что без поллитры не обойтись! Протереть оказалось не достаточно. Нужно отмыть схему более основательно. А для этого мне понадобится ультразвуковая ванночка, в которой я искупал свою схему в чистом медицинском спирте

    Кому интересно, вот ванночка

    Работает честно, покупал со скидкой за 25$, сейчас продается за 30.

    Писать отдельный обзор про ванночку не хочется. Напишу только несколько слов и фоток под спойлером

    Промыл пару раз схему, и до кучи еще и С51, после доработки что бы смыть остатки флюса

    После купания сушка феном, и вот теперь часы включились, и больше не мигали и не глючили (наивный, я так думал, глюки еще ждали меня впереди)

    Настроил часы я быстро, по инструкции установил время. Надо сказать, начинка довольно бедная. Есть только часы и минуты. Нет ни секунд, ни будильников, ни даты. Нет ничего, кроме времени. Время включается на 5 секунд нажатием левой кнопки. И часы сами отключаются (для экономии батареи).

    Настройка простая. Что бы сбросить время, нужно очень синхронно нажать обе кнопки. И на часах застынут 12:00. Нажимаем левую кнопку на две секунды — часы замигали. Правой устанавливаем часы. Опять жмем левую — мигают минуты. Правой устанавливаем минуты. Жмем еще раз левую — настройка закончена. Секунды стартую с момента сброса (синхронного нажатия обоих кнопок). Если нажать не синхронно — ничего не получится.

    После настройки я перешел к сборке корпуса.

    Обратите внимание, какие тоненькие «мостики» на средних деталях часов. Будьте аккуратны (если захотите повторить мой подвиг). При попытке силой нанизать деталь на винтик (а отверстия там маленькие, винтик сам собой не вставить, приходится прилагать усилия или вкручивать его) можно нечаянно ее сломать

    Ну, не велика потеря. несколько капель суперклея, и часы все таки собраны (склеянная деталь внутри, и поломки почти не видно)

    Первое впечатление — часы прикольные. Прикольные — ну как бы «фрик» среди часов. Этакий электропанк (по аналогии со стимпанком).

    Жалко, что телефона нет в этих часах. Но и это решаемо установкой стороннего плагина

    А теперь перейдем к сюрпризу.

    Все наверное видели, как механические или кварцевые часы могут стоять? Стрелки не двигаются, и застыли в одном положении. Но я никогда не видел, что бы стояли электронные часы. Табло горит (включается при нажатии на кнопку на 5 секунд и гаснет, так и задумано). Но время — не меняется! Господа электронщики, можете как то прокомментировать это? Часы стоят, не идут. «Точки» разделители между часами и минутами мигают в такт, одно мигание равно одной секунде. Но сами часы стоят. Прошел час — а время не сдвинулось ни на минуту.

    Ну в общем то я расстроился. Не то, что бы я собирался носить эти часы (разве что на хеллуин одеть), но все равно обидно, когда потратил столько времени — а часы стоят.

    А потом они пошли. Пошли сами по себе, ни с того ни с сего. И с тех пор исправно работают (уже неделю). Разве так бывает.

    Ну и напоследок еще несколько фото часов под спойлером

    3.1.1. Электрическая схема электронных часов на ЖКИ

    Жидкокристаллический индикатор представляет собой две плоские пластинки из стекла, склеенные по периметру таким образом, чтобы между стеклами оставался промежуток, его заполняют специальными жидкими кристаллами.

    На обеих пластинах специальным веществом, которое прозрачно и проводит электрический ток, нарисованы собственно сегменты индикатора. Обычно одна из пластинок выполняет роль общего провода.

    Жидкокристаллические индикаторы работают с поляризованным светом — для этого с обеих сторон индикатора наклеены специальные пленочные поляризаторы. В зависимости от взаимного расположения поляризаторов, ЖКИ может быть позитивным (темные символы на светлом фоне — как в часах, микрокалькуляторах) и негативным (прозрачные символы на черном фоне — используются в автомобильных магнитолах). Жидкие кристаллы, при отсутствии протекающего через них тока, располагаются внутри индикатора хаотическим образом, и практически не перекрывают свет, т. е. все сегменты прозрачны. При возникновении между какими-нибудь сегментами на обеих сторонах стекла разности потенциалов, жидкие кристаллы в этом месте упорядоченно выстраиваются поперек светового потока, перекрывая его, и соответствующий сегмент становится непрозрачным. Причем, изменяя величину приложенного напряжения, можно изменять степень непрозрачности индикатора.

    Жидкие кристаллы — диэлектрик, т. е. не проводят электрический ток. Поэтому управлять ими можно только переменным напряжением: ведь две обкладки ЖКИ-стекла — это практически конденсатор, а при подаче на выводы конденсатора переменного напряжения через него течет ток. Для жидких кристаллов нужен ничтожный ток, поэтому частота управляющего напряжения может быть довольно низкой (50…100 Гц). Сверху диапазона эта частота практически не ограничена, однако не рекомендуется делать ее выше 1 кГц — проводники, которыми нарисованы сегменты, имеют конечное сопротивление (обычно 1…10 кОм), поэтому при увеличении частоты контрастность индикатора будет ухудшаться. Заодно, благодаря этому сопротивлению, индикатор нечувствителен к перегрузкам по напряжению — он выдерживает напряжение до 30…50 В (при этом сегменты, иногда вместе с дорожками, чернеют, и после снятия напряжения становятся прозрачными в течение нескольких минут, в то время как все остальные индикаторы выходят из строя уже при двукратных перегрузках. Но все равно, несмотря на отсутствие видимых повреждений, слишком увлекаться перегрузками ЖКИ не стоит — это резко уменьшает ресурс его работы, в частности, снижает контрастность.

    Для управления ЖКИ обычно используются логические элементы «Исключающее ИЛИ», один из входов всех элементов соединяют вместе и подключают к генератору и общему выводу ЖКИ, а на второй вход элемента подают управляющие сигналы. Как известно, эти элементы при уровне «логического нуля» на одном из входов работают как повторители уровня с другого входа (то есть разность напряжений между выходом элемента и общим индикатора равна нулю — сегмент не виден), а при «единице» — как инверторы, и соответствующий сегмент индикатора становится видимым. Таким образом, чтобы «засветить» сегмент, на вход элемента нужно подать «единицу».

    Кроме того, для работы с ЖКИ удобно использовать микросхемы серии К176: К176ИЕ3 (счетчик-делитель на 2 и 6), К176ИЕ4 (счетчик-делитель на 4 и 10) и К176ИД2 или К176ИД3 (двоично-десятичные дешифраторы, только у К176ИД3 более мощные выходы). У всех этих микросхем на выходах уже стоят элементы «Исключающее ИЛИ», что значительно упрощает схему устройства.

    На рис. 3.1 приведена схема несложных электронных часов, состоящих из минимума деталей. Для большего удобства в схему добавлен узел гашения нуля в разряде десятков часов.

    На специализированной микросхеме К176ИЕ12 собран кварцевый генератор, в качестве кварцевого резонатора ZQ1 можно использовать любой «часовой» кварц. Частоту генератора можно скорректировать, изменяя емкость конденсатора С1. На выводе 4 микросхемы формируются секундные импульсы — они используются для моргания разделительной точки, на выводе 10 секундные импульсы уже разделены на 60. Таким образом получаются минутные импульсы. Они поступают на линейку счетчиков DD2…DD5: DD2 считает единицы минут, DD3 — десятки минут и т. д. На диоде VD2 и резисторе R8 собрана схема обнуления часов — как только часы досчитают до 24, на выходах 4 DD4 и 2 DD5 появятся уровни логической «1», которые обнулят все счетчики. Пока количество часов меньше 24, хотя бы на одном из этих выводов присутствует уровень логического «0», который запрещает сброс.

    Так как у микросхемы DD1 нет сравнительно низкочастотного выхода, пришлось задействовать тактовые выходы T1…T4. На элементах R3 и VD1 собран простейший сумматор, благодаря которому в точке соединения этих элементов — правильный меандр частотой 256 Гц. Он используется для работы ЖКИ.

    На элементах DD6.1, DD6.2 собрана схема управления десятичной точкой (все остальные точки и дополнительные сегменты должны быть соединены с общим проводом индикатора). Элемент DD6.2 выполняет функцию инвертора (при уровне логической «1» на управляющем входе он замкнут и подает уровень «0» на DD6.1, при «0» — разомкнут и на вход DD6.1 поступает «1» через резистор R4), элемент DD6.1, в зависимости от уровня на выходе «1 Гц», подает на сегмент «точка» то прямой, то инвертированный сигнал генератора, т. е. точка будет видна на протяжении 0,5 сек, а следующие 0,5 сек — нет.

    Конечно, было бы проще собрать этот узел на одном элементе «Исключающее ИЛИ», однако собрать на оставшихся элементах схему гашения лишнего нуля будет невозможно, а вводить в схему лишнюю микросхему — логически неразумно.

    Этот самый узел гашения нуля собран на элементах DD6.3 и DD6.4. Несложно заметить, что в старшем разряде сегмент f будет виден только при коде цифры 0, при кодах цифр 1 и 2 — этот сегмент не светится. Поэтому вполне логично будет задействовать этот выход дешифратора для нашего анализатора. При уровне логической «1» на выходе генератора элемент DD6.4 соединяется с выходом f дешифратора, и заряжает или разряжает конденсатор С3. В это время на выводе 6 микросхемы DD5 уровень логической «1». Таким образом, при коде цифры «0», на выходе сегмента f будет уровень логического «0», а при кодах цифр 1 или 2 там будет уровень логической «1». Соответствующий уровень и на конденсаторе С3. При уровне логической «1» на этом конденсаторе элемент DD6.3 замкнут, и микросхема DD5 работает так же, как и остальные счетчики — разряд десятков часов виден, при уровне логического «0» на конденсаторе С3 элемент DD6.3 разомкнут, и выходы счетчика не переключаются.

    Возможно у Вас есть свои мнения на тему «Как собрать электронные часы своими руками»? Напишите об этом в комментариях.

    1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
    Загрузка...
    Adblock detector