Часы со светодиодной подсветкой и пульсирующей минутной стрелкой на микроконтроллере Arduino
Эти уникальные часы со светодиодной подсветкой и пульсирующей минутной стрелкой удалось изготовить благодаря использованию микросхемы ШИМ-контроллера TLC5940. Его главной задачей является расширить количество контактов с ШИМ-модуляцией. Еще одной особенностью данных часов является переделанный аналоговый вольтметр в прибор измеряющий минуты. Для этого на стандартном принтере была распечатана новая шкала и наклеена поверх старой. Как таковая, 5-я минута не отсчитывается, просто в течение пятой минуты счетчик времени показывает стрелку, упершуюся в конец шкалы (зашкаливает). Основное управление реализовано на микроконтроллере Arduino Uno.

Для того чтобы подсветка часов не светилась слишком ярко в темной комнате, была реализована схема автоматической подстройки яркости в зависимости от освещенности (использовался фоторезистор).

Шаг 1: Необходимые компоненты

Вот что потребуется:

• Модуль аналогового вольтметра на 5V DC;
• Микроконтроллер Arduino UNO или другой подходящий Arduino;
• Монтажная плата Arduino (прото плата);
• Модуль часов реального времени DS1307 (RTC);
• Модуль с ШИМ-контроллером TLC5940;
• Лепестковые светодиоды подсветки – 12 шт.;
• Компоненты для сборки схемы автоматического регулирования яркости (LDR).

Также, для изготовления некоторых других компонентов проекта желательно иметь доступ к 3D-принтеру и станку лазерной резки. Предполагается, что этот доступ у вас есть, поэтому в инструкции на соответствующих этапах будут прилагаться чертежи для изготовления.

Шаг 2: Циферблат

Циферблат состоит из трех деталей (слоев) вырезанных на станке лазерной резки из 3 мм листа МДФ, которые скрепляются между собой с помощью болтов. Пластина без прорезей (внизу справа на картинке) помещается под другой пластиной для позиционирования светодиодов (внизу слева). Затем, отдельные светодиоды помещаются в соответствующие пазы, и сверху одевается лицевая панель (сверху на рисунке). По краю циферблата просверлены четыре отверстия, через которые все три детали скрепляются вместе с помощью болтов.

• Для проверки работоспособности светодиодов на этом этапе, использовалась плоская батарейка CR2032;
• Для фиксации светодиодов использовались небольшие полоски липкой ленты, которые приклеивались с задней стороны светодиодов;
• Все ножки светодиодов были предварительно согнуты соответствующим образом;
• Отверстия по краям были просверлены заново, через которые и выполнялось скрепление болтами. Оказалось, что это намного удобнее.

Технический чертеж деталей для циферблата доступен по :

Шаг 3: Разработка схемы

На этом этапе была разработана электрическая схема. Для этого использовались различные учебники и руководства. Не будем сильно углубляться в этот процесс, в двух файлах ниже представлена готовая электрическая схема, которая была использована в этом проекте.

Шаг 4: Подключение монтажной платы Arduino

1. Первым делом надо распаять все игольчатые контакты на монтажных и секционных платах;
2. Далее, ввиду того, что питание 5V и GND используют очень много плат и периферийных устройств, для надежности, было припаяно по два провода на 5V и GND на монтажной плате;
3. Далее был установлен ШИМ-контроллер TLC5940 рядом с используемыми контактами;
4. После выполняется подключение контроллера TLC5940, согласно схеме подключения;
5. Для того чтобы была возможность использовать батарею, был установлен модуль RTC на краю монтажной платы. Если припаять его посередине платы, то не будет видно обозначение контактов;
6. Выполнено подключение модуля RTC, согласно схеме подключения;
7. Собрана схема автоматического контроля яркости (LDR), ознакомиться можно по ссылке
8. Выполнено подключение проводов для вольтметра, путем подключения проводов к выводу 6 и GND.
9. В конце были припаяны 13 проводов для светодиодов (На практике оказалось, что это было лучше сделать до того, как приступать к шагу 3).

Шаг 5: Программный код

Программный код, приложенный ниже, был собран из различных кусков для компонентов часов, найденных в интернете. Он был полностью отлажен и в настоящее время полностью работоспособен, к тому же были добавлены довольно подробные комментарии. Но перед загрузкой в микроконтроллер учтите следующие пункты:

• Перед прошивкой Arduino, нужно раскомментировать строку, которая устанавливает время:
  rtc.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__))
  После прошивки контроллера с этой строкой (время задано), нужно опять ее закомментировать и прошить контроллер заново. Это позволяет модулю RTC использовать батарею, для запоминания времени, если пропадет основное питание.
• Каждый раз, когда вы используете "Tlc.set ()", вам нужно использовать "Tlc.update"

Шаг 6: Внешнее кольцо

Внешнее кольцо для часов было напечатано на 3D-принтере Replicator Z18. Оно прикрепляется к часам с помощью винтов на лицевой стороне часов. Ниже прилагается файл с 3D-моделью кольца для печати на 3D-принтере.

Шаг 7: Сборка часов

Микроконтроллер Arduino со всей остальной электроникой был закреплен на задней стороне часов с помощью саморезов и гаек в качестве распорок. Затем подключены все светодиоды, аналоговый вольтметр и LDR к проводам, которые ранее были подпаяны к монтажной плате. Все светодиоды соединены между собой одной ножкой и подключены к контакту VCC на контроллере TLC5940 (по кругу просто припаян кусок проволоки).

Пока все это не очень хорошо изолировано от коротких замыканий, но работа над этим будет продолжена в следующих версиях.

Концепция часов с большими цифрами

Конструктивно девайс будет состоять из двух плат – одна над другой. Первая плата – матрица светодиодов, образующих разряды часов и минут, Вторая – силовая часть (управление светодиодами), логика и питание. Такая конструкция сделает часики более компактным (без корпуса примерно 22см х 9 см, толщиной сантиметра 4-5) + даст возможность прикрутить матрицу к другому проекту, если что то пойдет не так.

Силовая часть будет построена на базе драйвера UL2003 и транзисторных ключах. Логическая - на Atmega8 и DS1307. Питание: 220В - трансформатор; логика 5В (через 7805), силовая часть - 12В (через LM2576ADJ). Отделено будет предусмотрена кроватка для батарейки 3В для автономного питания часов реального времени - DS1307.

Думаю использовать Atmega8 и DS1307 (часики планирую подвесить под потолком, и что бы в случае пропадания электричества каждый раз не лазить за настройкой), однако разводка платы будет предполагать возможность работы девайса и без DS1307 (на первое время, а может и навсегда – уж как получится).

Таким образом, в зависимости от комплектации алгоритм работы программы часов будет следующим:

Atmega8 – счетчик времени по таймеру. Работа в цикле без пауз: опрос клавиатуры, корректировка времени (если необходимо), отображение 4 разрядов и разделителя.

Atmega8 + DS1307 . Работа в цикле без пауз: опрос клавиатуры, корректировка времени DS1307 (если необходимо), зачитка времени с DS1307, отображение 4 разрядов и разделителя. Или другой вариант – зачитка с DS1307 по таймеру, остальное в цикле (пока не знаю как лучше).

Сегмент представляет собой 4 красных светодиода, соединенных между собой последовательно. Одна цифра – 7 сегментов с общим анодом. Сегменты не планирую разделять шаблоном «восьмерки», как это сделано в обычных индикаторах.

Силовая часть часов

Силовая часть часов построена на драйвере UL2003 и транзисторных ключах VT1 и VT2.

UL2003 отвечает за управление сегментами индикатора, ключи – за управление разрядами.

Отдельно управляется разделитель часов и минут (сигнал K8).

Управление сегментами, разрядами и разделителем осуществляется от микроконтроллера подачей положительного потенциала (т.е. подачей +5В) на К1-К8, Z1-Z4.

Подача сигналов на сегменты и разряды должна осуществляться синхронно и с определенной частотой, для того, что бы обеспечить динамический вывод информации (часов и минут).

В качестве транзистора VT1 (BCP53) можно использовать транзистор BCP52.

Схема силовой части часов с большими цифрами

Печатная плата семисегментного индикатора для часов с большими цифрами

Как я говорил ранее, конструктивно часы будут состоять из двух печатных плат - плата индикатора + логика и силовая часть.

Начнем с разработки и изготовления печатной платы индикатора.

Разработка печатной платы семисегментного индикатора для часов с большими цифрами

Печатная плата семисегментного индикатора для часов с большими цифрами в формате "lay" находится конце статьи, в присоединенных файлах. О технологии изготовления печатных плат методом ЛУТ можно почитать .

Если вы сделали все правильно, готовая печатная плата будет выглядеть примерно так.

Готовая печатная плата семисегментного индикатора для часов с большими цифрами

Сборка семисегментного индикатора

Поскольку плата индикатора является двухсторонней, первое, что надо сделать это выполнить межслоевые переходы. Я делаю это с помощью ножек ненужных деталей - продеваю их в отверстия и припаиваю с двух сторон. Когда все переходы выполнены, зачищаю их плоским мелким напильником - получается очень аккуратно и симпатично.

Межслоевые переходы на плате индикатора

Следующий шаг, собственно говоря, сборка индикатора. Для чего нам понадобится пачка красных (зеленых, белых, синих) светодиодов. Я, например, брал эти.

Подготовка к сборке индикатора

При установке диодов не забываем, что мы делаем индикатор с общим анодом - т.е. "+" диодов должны быть соединены вместе. Общие аноды на печатной плате - это большие фрагменты меди. Обязательно обратите внимание на анод разделительной точки.

Расположение анодов на печатной плате индикатора

В итоге, после 2 часов кропотливой работы должно получиться вот что:

Семисегментный индикатор

Цифровая часть часов

Цифровую часть часов с большими цифрами будем собирать по схеме:

Схема часов с большими цифрами

Схема часов довольно прозрачна, поэтому объяснять как она работает не вижу смысла. Печатную плату в формате *.lay можно скачать в конце статьи. Замечу, что печатная плата в основном разработана под детали для поверхностного монтажа.

Итак, элементная база, которую использовал я:

1. Диодный мост DFA028 (подойдет любой компактный для поверхностного монтажа);
2. Регуляторы напряжения LM2576ADJ в корпусе D2PAK, 78M05 в корпусе HSOP3-P-2.30A;
3. Транзисторные ключи BCP53 (корпус SOT223) и BC847 (корпус SOT23);
4. Микроконтроллер Atmega8 (TQFP);
5. Часы реального времени DS1307 (SO8);
6. Блок питания 14В 1,2А от какого-то старого устройства;
7. Остальные детали - любого типа, подходящие по размерам для установки на печатную плату.

Разумеется, если вы хотите применить другие корпуса деталей, вам потребуется внести некоторые изменения в печатную плату.

Обратите внимание на номиналы сопротивлений R3 и R4 - они должны быть именно такими, какие указаны на схеме - не больше не меньше. Это сделано для того, что бы обеспечить на выходе регулятора напряжения LM2576ADJ ровно 12В. Если все таки не удастся найти такие номиналы резисторов, то значение сопротивления R4 может быть рассчитано по формуле:

R4=R3(12/1.23-1) или R4=8.76R3

Сборка цифровой части. Версия 1, без DS1307

Если при изготовлении печатной платы часов вы придерживались рекомендаций, изложенных в , то тогда вам излишне напоминать, что перед сборкой печатная плата должна быть просверлена, все видимые короткие замыкания на ней устранены, а плата покрыта жидкой канифолью? Тогда приступаем к сборке часов.

Я рекомендую начать со сборки блока питания и только за тем выполнить монтаж цифровой части. Это общая рекомендация по самостоятельной сборке девайсов. Почему? Просто потому, что если блок питания собран с ошибкой можно пожечь всю низковольтную электронику, которая должна питаться этим блоком питания.

Если все сделано правильно - блок питания должен заработать сразу. Проверяем сборку блока питания - замеряем напряжение в контрольных точках.

На рисунке показаны контрольные точки, в которых следует проверить напряжение питания. Если напряжение соответствует заявленному, можно приступать к сборке цифровой части часов. Иначе проверяем монтаж и работоспособность элементов блока питания.

Контрольные точки и значения напряжений для блока питания часов

После того, как проверка блока питания выполнена приступаем к сборке цифровой части часов - устанавливаем все остальные элементы на печатную плату. Проверяем на КЗ, особенно в ногах микроконтроллера Atmega и драйвера UL2003.

Монтаж цифровой части часов

Обратите внимание на то, что сборку часов мы выполняем БЕЗ установки часов реального времени DS1307, однако вся обвязка этой микросхемы должна быть выполнена. В будущем, если возникнет необходимость, это сэкономит нам время на доработку часов под вторую версию, там где все таки будут использоваться отдельные, независимые часы реального времени на DS1307.

Предварительная проверка микроконтроллера ATMEGA8

Для того, что бы проверить правильность и работоспособность микроконтроллера нам потребуется:

1. Программатор, например .
2. для внутрисхемного программирования микроконтроллера.
3. Программа AVRDUDESHELL.

Подключаем плату часов к дата-кабелю. Дата-кабель подключаем к программатору. Программатор к компьютеру, на котором установлена программа AVRDUDESHELL. Подключать плату часов к питающей сети 220В не следует.

Удачное чтение данных с микроконтроллера программой AVRDUDESHELL

Если при чтении фьюзов возникла проблемы - проверяйте монтаж - возможно где то есть короткое замыкание или "непропай". Еще один совет - возможно микроконтроллер находится в режиме низкоскоростного программирования, тогда достаточно переключить программатор в этот режим (

В этой пошаговой инструкции расскажу как сделать настенные часы своими руками.

Особенности часов:

• Большие цифры (каждая цифра примерно равна размеру листа формата А4).
• Тонкие стенки (можно вставить в рамку для картины).
• Автоматическая регулировка в зависимости от яркости освещения в комнате.
• Выделенная кнопка переключения летнего времени.

Шаг 1: Необходимые материалы

Что я использовал для настенных электронных часов с большими цифрами.

Электроника:

• Arduino nano V3.0 (к сожалению, поскольку я не могу позволить себе оригинальный ардуино, я использовал китайский клон) - 150 рублей.
• Цифровой модуль измерения интенсивности света Фоторезистор для Arduino - 60 рублей.
• DS3231 AT24C32 IIC-модуль памяти для точного времени для Arduino — 60 рублей.
• DC-DC преобразователь LM2596, Выходная мощность 1.23В-30В - 50 рублей.
• 4 метра WS2811 светодиодной ленты 30 диодов / м - 700 рублей. (один WS2811 контролирует 3 светодиодных чипа)

Общая стоимость электроники: 900 рублей.

Другие материалы:

• Термоусадочная трубка - 400 рублей (33м в ассортименте)
• 20 шт. 5 x 7 см печатная плата - 200 рублей.
• 3 шт. Микропереключатель - 60 рублей.
• Припой - 50 рублей
• Флюс - 50 рублей.
• Кабель UTP (неэкранированная витая пара)
• ЖК-шрифт (http://www.dafont.com/lcd-lcd-mono.font) - бесплатно.
• Картон - бесплатно в супермаркете.
• Полистирольная панель - 100 рублей.

А также различные инструменты.

Шаг 2: Подготовка - шаблоны цифр

1. Скачайте и установите шрифт для часов
2. Откройте Word или другую программу, и создайте шаблон, как на первом фото.

• Размер шрифта ~ 800,
• Шрифт белого цвета с черным контуром,
• Серые полосы там, где будут светодиодные ленты

Напечатайте шаблон и вырежьте полосы канцелярским ножом (как на втором фото)

Шаг 3: Подготовка - режем картон и светодиодную ленту

Используя цифровой шаблон, вырежьте картон по размеру (не забудьте оставить место для точек между часами и минутами)

Если ваши светодиодные полосы поставляются с разъемами на каждом конце (как у меня), отсоедините разъем и разрежьте их по 3 штуки.

Шаг 4: Крепим светодиодную ленту

Используя шаблон, наклейте светодиодную ленту на картон.

Это не обязательно, но я использовал карандаш, чтобы отметить, где должны быть размещены светодиодные полосы.

Намного удобнее клеить их, когда видишь конечную форму. Благодаря этому я заметил, что оставил слишком много места для точек между цифрами и вовремя это исправил.

Шаг 5: Паяем светодиодную ленту

Теперь начинается долгий процесс пайки.

Спаяйте светодиодную ленту, чтобы сформировать непрерывную полосу. Обратите внимание на порядок припаивания полосок на фото. Для точек я использовал один кусок ленты, которой посередине заклеил скотчем.

Цвета, которые я выбрал:

• Синий для земли
• Зеленый для data
• Красный для +12В

Шаг 6: Установка Ардуино на печатной плате

Я попытался сделать эскиз в Fritzing, но не смог найти все детали 🙁

Итак, на первом фото схема подключения проводов, а на втором то, как это выглядит у меня.

Шаг 7: Проверка LED

Прежде чем загружать код (к которому я не имею никакого отношения), не забудьте установить библиотеку FastLED.

Если все сработает нормально, светодиоды должны циклически менять цвета. Если у вас возникли проблемы, в первую очередь проверьте вашу спайку.

Файлы

Шаг 8: Запрограммируйте часы

Спустя некоторое время мне удалось сделать часы, которые меня полностью устраивают. Однако, каждый найдет для себя, что можно улучшить.

Код хорошо прокомментирован, поэтому с ним не должно возникнуть никаких проблем.

Все сообщения отладки также прокомментированы.

Чтобы изменить используемый цвет, вы должны изменить переменную в строке 22 (int ledColor = 0x0000FF; // Используемый цвет (в шестнадцатеричном формате)). Вы можете найти список цветов в нижней части этой страницы

Часы со светодиодным семисегментным индикатором на микросхеме К145ИК1911

История этих часов появления на сайте немного иная, от других схем на сайте.

Обычный выходной, захожу на почту,роюсь, и на хожу наш читатель Федоренко Евгений, прислал схему часов,с описанием и со всеми фотографиями.

Кратко о схеме.Это схема электронных часов своими руками выполненная на микросхеме К145ИК1911 , и время выводится на семи сегментные светодиодные индикаторы.И так его статья.Смотрим все.

Схема часов:

Для увеличения снимка, его просто стоит увеличить нажатием.И сохранить компьютер.

Не так давно передо мной встала задача – либо купить новые часы, либо собрать новые самостоятельно. Требования к часам выдвигались простые – на дисплее должны отображаться часы и минуты, должен быть будильник, причём, в качестве устройства отображения должны использоваться светодиодные семисегментные индикаторы. Не хотелось нагромождать кучу логических микросхем, а с программированием контроллеров связываться не было желания. Выбор остановил на разработке советской электронной промышленности – микросхеме К145ИК1901 .

В магазине на тот момент её не оказалось, но был аналог, в 40 выводном корпусе – К145ИК1911. Наименование выводов данной микросхемы ничем не отличается от предыдущей, различие – в нумерации.

Минусом этих микросхем является то, что они работают только с вакуумными люминесцентными индикаторами. Для обеспечения стыковки со светодиодным индикатором потребовалось построить схему согласования на полупроводниковых ключах.

В качестве драйверов строк – J1-J7 можно применить транзисторы КТ3107 с буквенным индексом И, А, Б. Для драйверов выбора сегментов D1-D4 пойдут КТ3102И, либо КТ3117А, КТ660А, а также любые другие с максимальным напряжением коллектор-эмиттер не менее 35 В и током коллектора не менее 100 мА. Ток сегментов индикаторов регулируется резисторами в коллекторных цепях драйверов строк.

Для разделения разрядов часов и минут используется точка, мигающая с частотой 1 Гц.

Эта частота присутствует на выводе микросхемы Y4, после того, как начался отсчёт времени. В данной схеме также предусмотрена возможность отображения на дисплее вместо часов и минут – минут и секунд соответственно. Переход в данный режим осуществляется нажатием на кнопку «Сек.». Возврат к индикации времени часов и минут осуществляется после нажатия кнопки «Возврат». Данная микросхема обеспечивает возможность установки двух будильников одновременно, но в данной схеме второй будильник не используется за ненадобностью. В качестве звукоизлучателя использована пьезо-пищалка со встроенным генератором, с напряжением питания 12В. Сигнал включения будильника снимается с вывода Y5 микросхемы. Для обеспечения прерывистого звучания, сигнал модулируется частотой 1 Гц, используемой для индикации секундного ритма (точки). Для более подробного изучения функционала микросхемы К145ИК1901(11) можно обратиться к документации, которую в последнее время можно без труда найти в сети. Питание микросхемы должно осуществляться отрицательным напряжением -­27В±10%. Согласно проведённым экспериментам, микросхема сохраняет работоспособность даже при напряжении -19В, причём точность хода часов при этом ничуть не пострадала.

Схема часов приведена на рисунке выше. В схеме были применены чип-резисторы типоразмера 1206, что позволяет существенно уменьшить габариты устройства. В качестве семисегментных индикаторов подойдут любые, с общим анодом.

Ну вот кончилась статься на данный момент.Которая будет еще дорабатываться и пополняться.А я выражаю благодарность ее автору-Федоренко Евгений,по всем вопросам а так же дать его почту.Пишите на Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

С динамической индикацией. По работе часов претензий нет: точный ход, удобные настройки. Но один большой минус - в дневное время плохо видно светодиодные индикаторы. Для решени проблемы перешёл на статическую индикацию и более яркие светодиоды. Как всегда в программном обеспечение огромное спасибо Soir. В общем предлагаю вашему вниманию большие уличные часы со статической индикацией, функции настройки остались как и в прежних часах.

В них два дисплея - основной (снаружи на улице) и вспомогательный на индикаторах - в помещении, на корпусе прибора. Высокая яркость достигается применением ультраярких светодиодов , с рабочим током 50мА, и микросхем-драйверов .

Схема электронных часов для улицы на ярких светодиодах

Для прошивки контроллера с файлами и используйте следующие настроки фузов:

Печатные платы часов, блока управления и внешнего модуля, в формате LAY, .

Особенности данной схемы часов:

- Формат отображения времени 24-х часовый.
- Цифровая коррекция точности хода.
- Встроенный контроль основного источника питания.
- Энергонезависимая память микроконтроллера.
- Имеется термометр, измеряющий температуру в диапазоне -55 - 125 градусов.
- Возможен поочередный вывод информации о времени и температуре на индикатор.

Нажатие на кнопку SET_TIME переводит индикатор по кругу из основного режима часов (отображение текущего времени). Во всех режимах удержанием кнопок PLUS/MINUS производится ускоренная установка. Изменения настроек через 10 секунд от последнего изменения значения запишутся в энергонезависимую память (EEPROM) и будут считаны оттуда при повторном включении питания.

Ещё один большой плюс предложенного варианта - изменилась яркость, теперь в солнечную погоду яркость прекрасная. Уменьшилась количество проводов с 14 до 5. Длина провода до основного (уличного) дисплея - 20 метров. Работой электронных часов доволен, получились полнофункциональные часы - и днем, и ночью. С Уважением, Soir–Александрович.

Декорирование