Makerbot - необычные часы - отладочная плата на базе микроконтроллера ATmega328

Журнал РАДИОЛОЦМАН, сентябрь 2011

В статье описывается проект на микроконтроллере Atmel AVR, представляющий собой компактную отладочную плату и, по совместительству, необычные часы на светодиодах, получивший название Makerbot. Это Arduino проект, и микроконтроллер имеет собственный загрузчик, который работает по UART интерфейсу. Сам загрузчик программируется с помощью программатора в среде Arduino.

Спецификация:

• устройство выполнено на микроконтроллере ATmega328;
• кварцевый резонатор 16 МГц;
• 3 кнопки для управления (пользовательские кнопки);
• динамик (буззер);
• 6-контактный разъем для обновления ПО с помощью Arduino;
• 6-контактный разъем внутрисхемного программирования;
• 4-контактный разъем для расширения возможностей (подключение дополнительных датчиков).

Устройство выполнено на двухсторонней печатной плате в форме окружности с диаметром около 50 мм. Питание осуществляется от батареи, напряжение питания 3.3 В. Схема и печатная плата разработаны в среде проектирования Eagle, файлы проекта доступны для скачивания в разделе загрузок.

Для отображения текущего времени используются светодиоды:

• 12 светодиодов для индикации часов;
• 12 светодиодов, каждый из которых соответствует 5 минутам;
• 4 дополнительных светодиода индикации минут, каждый из которых соответствует 1 минуте (т.е. для индикации 4 дополнительных минут).

К примеру, если текущее время 12:04, будет светиться светодиод, обозначающий часы – в 12 позиции, светодиод, обозначающий минуты – в 12 позиции, и будут светиться 4 дополнительных светодиода, обозначающих минуты.

Принципиальная схема

Кликните для увеличения

Все примененные компоненты для поверхностного монтажа, за исключением разъемов и держателя батареи. Разъемы не обязательно оставлять на плате, они нужны лишь для программирования и обновления ПО микроконтроллера.

Также разработана вторая, усовершенствованная версия часов. Основные отличия от первой версии:

• питание осуществляется от Li-Polymer аккумулятора емкостью 110 мА•ч;
• встроенная схема заряда аккумулятора;
• порт microUSB для питания часов и заряда аккумулятора;
• количество кнопок сокращено до 2;
• микроконтроллер тактируется от кварцевого резонатора 8 МГц;
• отсчет времени ведется специализированной микросхемой DS1337, которая подключена к микроконтроллеру по шине I2C.

Схема зарядки аккумулятора в данном варианте конструкции часов выполнена на микросхеме MCP73831 производства компании Microchip, которая предназначена для зарядки одной ячейки Li-Po или Li-Ion аккумулятора. В MCP73831 реализована возможность задания тока предзаряда, встроены контроль и защита по температуре. Указанные возможности позволяют применить это семейство в сложных комплексных разработках, в т.ч. со встроенными аккумуляторами, например, карманные приборы, сложные USB изделия, медицинская техника.

Вид печатной платы, второй вариант:

Вид печатной платы в 3D:

При конструировании данных часов потребуется редактирование текстового файла в среде Arduino. В данном текстовом файле прописаны основные конфигурации платформ Arduino: протокол программирования, размер Flash-памяти микроконтроллера (в соответствии с платформой Arduino), конфигурация загрузчика, Fuse- и Lock-биты, тактовая частота и пр. Редактирование потребуется, в связи с тем, что микроконтроллер тактируется от кварцевого резонатора и питание осуществляется от батареи 3 В, а уровень Brown-Out детектора установлен на 2.8 В, что в данной конструкции неприемлемо.

Загрузки

• Схема
  • Принципиальная схема первого варианта (pdf) – скачать
  • Печатная плата (Eagle) - скачать
  • Второй вариант конструкции (с DS1337) в формате Eagle - скачать
     
• Программное обеспечение
  (Header-файл с определением класса MakerBotWatch, исходный код класса MakerBotWatch, тестовый проект простых часов с использованием класса MakerBotWatch, модифицированный Header-файл с определением класса MakerBotWatch (версия 1.1), модифицированный исходный код класса MakerBotWatch (версия 1.1), тестовый проект усовершенствованных часов с использованием класса MakerBotWatch, примеры) – скачать
   
• Дополнительные ресурсы:
  • Программная библиотека дата/время - http://www.arduino.cc/playground/Code/DateTime
  • Организация часов на базе Arduino - http://www.arduino.cc/cgi-bin/yabb2/YaBB.pl?action=print;num=1200661518