Электроника 13 часы

3. Табло

При взгляде на расчески из проводов, ведущие к табло, а также на схемы этих табло с сумматорами на диодах, мне становится несколько неуютно. Сложновато в наладке, запросто можно провода перепутать. Да и слабоваты выходы 176-й серии, чтобы напрямую светодиодами управлять. Плюс хотелось бы иметь возможность регулировки яркости индикации, желательно по сценарию тоже — ночью высокая яркость не совсем уместна дома. Стабильность опорного генератора на 25-тилетней давности компонентах мне тоже никто не гарантирует. Прикинув так и этак, я решил видоизменить схему полностью.
Каждый индикатор — светодиодная матрица 7 х 11, так выходит по количеству точек на оригинальных ИВ-26. Управляет ей хорошо всем известная ATtiny2313. Она же хранит в себе образы символов для отображения, таблицу знакогенератора, говоря иначе. Даже без всяких оптимизаций по 11 байт на символ в нее сотня символов точно влезет — значит, потенциально можно не только цифры писать на табло. И таких матриц у меня будет 4. А что отображать, они пусть получают по UART. Ну а собственно что будет считать время и отправлять по этому интерфейсу данные для табло — это позже. Я подумаю об этом позже (с). Зато к каждой матрице подходит всего 3 провода — GND, +5V и Data. Я посчитал, что однонаправленной линии передачи для данной задачи вполне достаточно.

Индикация динамическая, для выбора строк используется узел на регистрах 74HC595, а для выбора столбца — дешифратор 74HC238. Конструкция AVR + 74HC595 хорошо описана и интереса не представляет. К сожалению, SPI у tiny2313 какой-то порезанный, поэтому загрузка данных в регистры выполняется программно. Плюс к тому при попытке использовать SPI возникли проблемы с разводкой платы, поэтому я отказался от этой идеи. Дешифратор подключен через транзисторную сборку ULN2003 для увеличения мощности.
Изначально я планировал использовать для регулировки яркости светодиодов дополнительный транзистор, управляемый посредством аппаратного ШИМа на таймере T0, но возникла проблема: ШИМ, накладываясь на динамическую индикацию (их частоты, конечно, не совпадали), порождал неприятное мерцание светодиодов. Поэтому ШИМ программный, а реализован он с помощью дешифратора выбора столбца. Как видно, индикатор-то имеет 7 столбцов, а выходов у дешифратора 8, и последний выход не подключен. Выбирая его, мы гасим всю матрицу.
Ток светодиодов ограничен сопротивлениями. Исходя из документации на примененные LED-5213-PGC-6cd, на них падает 3 — 3,5В при токе 20 мА, примем в среднем 3,2В. Плюс еще 1В падения на ULN2003. Итого (5 — 3,2 — 1) / 0,02 = 40 Ом. Я взял на 39 Ом.
Переключателями SA1 задается адрес платы. Такой подход позволяет сделать все 4 платы одинаковыми.
К сожалению, металлизацию отверстий в домашних условиях я пока не осилил. Поэтому плата однослойная и количество перемычек на ней может ужаснуть, хоть и сводилось к минимуму всему усилиями.
Принципиальная схема приведена ниже.

Рис. 3. Принципиальная схема индикатора

А вот фото платы на одном из этапов изготовления (только что нанесен и проявлен фоторезист).
Протокол обмена очень простой:
Первый байт всегда FF, это заголовок пакета.
Второй байт — адрес платы.
Третий байт — данные для отображения, код символа согласно ASCII.
Четвертый — желаемая яркость в диапазоне 00 — FE.
В конце — младшие 8 бит от суммы всех байт пакета, проверка целостности. Если сумма равна FF, заменяем на FE. Пример пакета:
FF 01 32 80 B2 — вывести символ «2» на плате с адресом 1, яркость — половина от максимума.
В процессе написания кода мне также пришла идея сделать так, что плата индикации в момент старта до получения первых данных отображает свой адрес. Оказалось удобно при отладке.

4. Блок питания

Родной блок содержит в себе трансформатор с двумя обмотками: одна выдает 22В, которые применялись для питания анодов индикаторов, и 3,8В для питания их накалов. Конденсаторы, конечно, свою емкость потеряли, к тому же нам потребуются +5В. Значит, схему придется пересмотреть. Кроме того, предусматривается возможность питать логику от 6 батареек по 1,5В, чтобы не сбивалось время при обесточивании. Батарейки — это как-то несерьезно, требуют регулярной замены, так что я переделал этот узел на работу со стандартным аккумулятором 6В, 4.5 А*ч.
Однако ж, 22 * 1,41 = 31В. Нда, обычной 7805 тут не обойдешься, разве что мы хотим прикрутить сюда еще и функцию комнатного обогревателя. Непродолжительный гуглинг, и на помощь приходит LM2576-5.0 — интегральный импульсный стабилизатор с выходным током до 3А, которая даже нашлась в местном магазине радиодеталей.

Поиск, где бы мне спереть безвозмездно позаимствовать схему зарядного устройства с целью уменьшения количества созданных велосипедов, привел меня сюда (вообще, сайт посвящен именно велосипедам, что в контексте фразы несколько улыбает). Однако, схемка-то на линейных стабилизаторах… впрочем, существует версия вышеупомянутой LM2576 с перестраиваемым выходным напряжением. Фактически, нужно сваять источник с ограничением вида «выходное напряжение примерно 6 — 14В (с подстройкой, чтобы можно было и на 12В аккумулятор подцепить), выходной ток не выше 0,5А (тоже с подстройкой)». После некоторых раздумий получилось нечто такое.

Рис. 4. Схема источника питания
Переключение режима «зарядка / работа от аккумулятора» производится обычным механическим реле с обмоткой на 220В, подключенной параллельно первичной обмотке силового трансформатора. Несколько наивно, но, как ни парадоксально, вполне работает.

5. Сердце системы

Вот и настало то самое «позже», в котором я обещал себе подумать о том, что же будет собственно время считать, и управлять индикаторами. А еще лучше, если оно еще и синхронизировать его будет с мировым. По NTP, например. Или DAYTIME. Благо, что Wi-Fi в доме имеется. И самое главное, да. Чуть не забыл. В этих часах таки остался один родной элемент индикации, который такой трогательный, что я счел кощунственным его менять. Ибо воссоздать такое же не смогу, да и рабочий он вполне. Мигающая секундная точка на индикаторе ИВ-4! Вот еще ей надо мигать.
Я долго ковырял форумы на предмет сопряжения AVR и Wi-Fi, смотрел, как это делали на Arduino… но цена меня удручает. И тут мой взгляд упал на купленную с целью изучения с последующим созданием торрентокачалки «малинку», лежащую на полке…
Нет, ну это даже не пушкой по воробьям. Это просто удар главного калибра Звезды Смерти с целью уничтожения злых бактерий под ободком унитаза. А с другой стороны — не всё ли равно, где эта торрентокачалка будет стоять? Места под USB-HDD в корпусе часов более чем достаточно. Кроме того, мой опыт работы с *nix-системами пока не очень значителен — отличный повод расширить кругозор. Примерно эти мысли пролетели у меня в голове, и судьба малинки была решена. Ну пусть тогда еще уличную температуру показывает, что-ли… раз уж такими мощностями разжился. Да и знакогенератор табло теперь позволяет плюсы-минусы рисовать.
Как прикрутить к rPi часы реального времени, а также как ее вообще включить, провести начальную настройку, установить туда торрент-клиент — сказано много раз до меня. Впрочем, некоторое количество ссылок, показавшихся мне полезными, я все же приведу ниже.
Уличную температуру я беру с Рамблера. Выбор обусловлен предпочтениями моей второй половинки.
Итак, поэтапно все действия с «малинкой»:
Вот читаем, как подружить ее с Wi-Fi-адаптером TP-Link TL-WN725N.
А вот — как установить VNC-сервер, может пригодиться.
доходчиво расписано, как поднять Samba.
А вот , как работать со встроенным UART.
Вот такой скрипт синхронизирует время с мировым с помощью NTP.
timesync.sh #!/bin/bash sudo service ntp stop sleep 5 sudo ntpdate time.nist.gov time.windows.com sleep 5 sudo service ntp start

Этот скрипт читает с Рамблера погоду, складывая принятые данные в файл
getweather.sh ##!/bin/bash URL=»http://api.rambler.ru/weather/informer?content_type=xml» FILENAME=/home/pi/clock/weather.dat WEATHER=$(curl ${URL} | grep -o -E «(<now><temp>)?{1,2}(<\/temp>)» | grep -o -E «?{1,2}») if then echo «Get weather failed!» else echo -ne » » > ${FILENAME} echo -ne $(printf «%+03d» ${WEATHER}) >> ${FILENAME} fi
Основной скрипт, передает данные через UART для отображения:
send.sh #!/bin/bash DATAPATH=/home/pi/clock/weather.dat declare -i LOW_BRIGHT=5 declare -i HIGH_BRIGHT=100 send_data () { DATA=$1 LEN=${#DATA} stty -F /dev/ttyAMA0 cs8 -cstopb raw speed 19200 > /dev/null for((i=0; i<$LEN; i++)); do ADDRESS=$(printf «%d» $(($i+1))) CHAR=$(printf «%d» ${DATA:$i:1}) if then CHAR=32 fi HOUR=$(date | cut -c 12-13) if ((«$HOUR» > «20»)) || ((«$HOUR» < «7»)) then BRIGHTNESS=$(printf «%d» $LOW_BRIGHT) else BRIGHTNESS=$(printf «%d» $HIGH_BRIGHT) fi CHECKSUM=$((($ADDRESS+$CHAR+$BRIGHTNESS-1)%256)) if then CHECKSUM=254 fi ADDRESS=$(printf «%o» $ADDRESS) CHAR=$(printf «%o» $CHAR) BRIGHTNESS=$(printf «%o» $BRIGHTNESS) CHECKSUM=$(printf «%o» $CHECKSUM) MESSAGE=»\0377\0$ADDRESS\0$CHAR\0$BRIGHTNESS\0$CHECKSUM» echo -ne «$MESSAGE$MESSAGE» > /dev/ttyAMA0 done } if then HOUR=$(date | cut -c 12-13) MINUTE=$(date | cut -c 15-16) TIME=»${HOUR}${MINUTE}» send_data $TIME exit 0 fi if then WEATHER=$(cat ${DATAPATH}) if then echo «No weather info found» exit 0 fi send_data «$WEATHER» exit 0 fi if then send_data «HELO» sleep 5 send_data «HABR» sleep 5 send_data » » exit 0 fi echo «Usage: send.sh time | weather | startup» exit 0
И — да. Точкой секундной мигаем.
blink.sh #!/bin/bash sudo echo «25» > /sys/class/gpio/export sudo echo «out» > /sys/class/gpio/gpio25/direction while true do echo «1» > /sys/class/gpio/gpio25/value sleep 0.5 echo «0» > /sys/class/gpio/gpio25/value sleep 0.5 done
Теперь добавим все это хозяйство в cron:
# m h dom mon dow command 0/15 * * * * /home/pi/clock/timesync.sh 0/15 * * * * /home/pi/clock/getweather.sh * * * * * sleep 00; /home/pi/clock/send.sh time * * * * * sleep 10; /home/pi/clock/send.sh weather * * * * * sleep 15; /home/pi/clock/send.sh time * * * * * sleep 25; /home/pi/clock/send.sh weather * * * * * sleep 30; /home/pi/clock/send.sh time * * * * * sleep 40; /home/pi/clock/send.sh weather * * * * * sleep 45; /home/pi/clock/send.sh time * * * * * sleep 55; /home/pi/clock/send.sh weather
И… и всё. Вешаем на стену, наслаждаемся, ностальгируем. Фото процесса (кликабельно), а также традиционное приветствие жителям Хабра можно увидеть ниже.
Внимание! Автору статьи при рождении вырезали художественное чувство, как будущему инженеру не нужное. Ценителям незаваленных горизонтов, композиции кадра и всякого прочего баланса белого просьба на этом месте прекратить чтение и перейти сразу к комментариям, во избежание получения серьезных душевных травм.

Крепление плат индикации на шасси. Рядом лежит плата блока питания.

Красим проржавевшие задние крышки.

Первое включение в собранном виде. Платы отображают свои адреса.

Все элементы установлены на шасси.

Покрупнее, та же стадия.

Упаковываем в корпус.