Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Wyszukiwarki naszych partnerów

Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
Kategoria: Kamery IP / Alarmy / Automatyka Bram
Montersi
Proszę, dodaj wyjątek elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY

ghost666 29 Wrz 2013 20:16 14739 7
  • Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY

    Wstęp

    Najistotniejszą inspiracją do stworzenia tego projektu była próba odpowiedzi na pytanie - ile da się upchnąć w urządzenie wielkości zegarka naręcznego, tak w kwestii sprzętu jak i oprogramowania. Samo urządzenie jest niewiele większe niż zastosowany wyświetlacz. Do projektu wybrano wyświetlacz OLED ze względu na wyjątkowo cienką budowę (jedyne 1,5 mm) i brak konieczności użycia podsietlenia (backlighta) z uwagi na fakt że każdy piksel wyświetlacza wytwarza swoje własne światło. Wstępnie autor chciał zastosować wyświetlacz o przekątnej 0,96", jednakże finalnie zwiększył rozmiar do 1,3".

    Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY


    Sprzęt

    Jeśli chodzi o sprzęt zegarek jest oparty o mikrokontroler ATmega328P firmy ATMEL, stabilizator 2,5 V, zegar czasu rzeczywistego DS3231M firmy Maxim, wyświetlacz OLED o przekątnej 1,3" i rozdzielczości 128x64 pikseli. Układ posiada także dwie diody LED (czerwoną i zieloną), buzzer i przełącznik o trzech pozycjach. Projektowany zegarek zasilany jest z akumulatora LiPo o pojemności 150 mAh, który ładowany może być z portu USB komputera osobistego. Os trony mechanicznej układ został oparty o dwie płytki drukowanej, ale jedna z nich służy tylko jako podstawa dla wyżwietlacza OLED. Poniżej znajduje się schemat elektryczny układu zegarka.

    Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY


    ATmega328P korzysta z wbudowanego oscylatora o częstotliwoci 8 MHz. Zasilana jest z liniowego stabilizatora napięcia 2,5 V. Pobór prądu wynosi około 1,5 mA podczas pracy i 100 nA w stanie uśpienia. Zegar czasu rzeczywistego DS3231 jest doskonałym układem tego typu. Zawiera on w sobie skompensowany termicznie rezonator wykonany w technologii MEMS, który poszczycić się może dokładnością 5 ppm (błąd maksymalny wynosi 2 minuty 40 sekund na rok). Wszystko to w niewielkiej obudowie o 8 wyprowadzeniach. Jedynie kondensator odsprzęgający i kilka rezystorów podciągających wymagane jest do jego pracy. Układ ten jest podłączony tak że zasilanie podłączone jest do układu nie poprzez pin VCC a Vbat, co redukuje pobór prądu z 100 do 2,5 mikroampera. Niestety jego wadą jest cena - ciężko kupić go w rozsądnej poza USA.

    Układ ładowania baterii oparty jest o MCP73832 firmy Microchip, wraz z kilkoma dodatkowymi elementami, które umożliwiają przełączanie zasilania. Umożliwia to ładowanie baterii w urządzeniu bez używania jej do zasilania zegarka w tym samym czasie. Jak łatwo zauważyć diody LED podłączone są do pinów bez oporników. Wewnętrzny MOSFET znajdujący się w mikrokontrolerze ma opór około 40 Ω, co daje przy zasilaniu 2,5 V prąd około 20 mA. Niestety taka aplikacja oznacza że nie można użyć tutaj niebieskiej diody LED ponieważ spadek napięcia na takiej diodzie wynosi zazwyczaj 3 V lub więcej, a to oznacza konieczność stosowania wyższego napięcia zasilania. Jako że mikrokontroler zasilany jest z napięcia 2,5 V napięcie baterii musi być ograniczone aby móc wykorzystać wewnętrzny przetwornik ADC do pomiaru jej napięcia. Zrealizowano to z wykorzystaniem prostego dzielnika napięcia, jednakże wpięcie go na stałe w układ oznaczałoby stratę 350 µA prądu, płynącego stale przez ten element. Aby wyeliminować tą marnotrawność do układu dodano MOSFET z kanałem P (i szereg elementów pozwalający załączać go napięciem z wyprowadzenia mikrokontrolera) w celu odłączenia dzielnika napięcia od zasilania gdy nie jest on wykorzystywany do pomiarów.

    Jako stabilizator napięcia zasilania wykorzystano XC6206 firmy Torex. Układ ten wybrany został z uwagi na bardzo niski pobór prądu, wynoszący zaledwie 1 µA. Dlaczego regulator liniowy a nie impulsowy? Przetwornice impulsowe charakteryzują się bardzo dobrą efektywnością 80% i więcej, jednakże jest to mierzone zazwyczaj dla dużego obciążenia, na przykład 2 mA. Jednakże efektywność takiego układu spada drastycznie gdy zmniejsza się obciążenie i dochodzi do około 50% przy obciążeniu 0,1 mA. Jako że układy w zegarku pobierają zaledwie około 2..3 µA w stanie uśpienia stabilizator impulsowy charakteryzowałby się niesamowicie niską efektywnością w porównaniu do stabilizatora liniowego. Takowy charakteryzuje się efektywnością około 60% przy zasilaniu 4,2 V i aż do 83% przy zasilaniu 3 V.

    Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY


    Oprogramowanie

    Zatem mamy do dyspozycji wyświetlacz OLED i 32 KB pamięci programu do naszej dyspozycji. Chyba w takiej konfiguracji jesteśmy w stanie robić więcej niż tylko pokazywać czas i datę?

    Po pierwsze - wszystko jest animowane. Sporo czasu zostało poświęcone optymalizacji kodu renderującego grafikę, który w dużym skrócie ogranicza się do kopiowania bitmap z pamięci flash do bufora ramki w pamięci RAM i wysyłanie bufora z pamięci operacyjnej do wyświetlacza OLED poprzez interfejs SPI. Finalnym rezultatem jest osiągnięcie ponad 100 klatek na sekundę w większości obszarów wyświetlacza przy taktowabiu 8 MHz. Jednakże z uwagi iż większość animacji oparty jest o ramki i nie jest czasowozależna prędkość wyświetlania ograniczona została do 60 klatek na sekundę w celu oszczędzania baterii. Animowane są, między innymi:
    *Animacja CRT podczas wchodzenia i wychodzenia z stanu uśpienia układu (podobnie jak animacja w Androidzie).
    *Tykanie zegara.
    *Menu zawarte w programie posiadają opcje przewijania w prawo i w lewo z animacją. Dodatkowo po kliknięciu na obiekt w menu przejście jest animowane.

    Alarmy - ustawić można do 10 alarmów różnego rodzaju. Liczbę dostępnych alarmów ogranicza pojemność pamięci EEPROM i RAM. Każdy alarm opisany jest czasem wystąpienia i dniem tygodnia kiedy ma wystąpić.

    Gry

    Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY


    Aplikacje

    Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY Cyfrowy inteligentny zegarek naręczny DIY


    Duża ilość opcji ustawień

    * Trzy kanały głośności, osobno dla alarmów, cogodzinnych sygnałów oraz interfejsu użytkownika.
    * Timeout uśpienia.
    * Animacje.
    * Regulacja jasności wyświetlacza.

    Oszczędzanie energii elektrycznej

    W trybie 'aktywnym' mikrokontroler próbuje jak najdłużej znajdować się w trybie uśpienia. Procesor jest wybudzany co milisekundę w celu sprawdzenia czy cokolwiek wymaga odświeżenia, jeśli nie układ powraca do trybu uśpienia, cały proces zajmuje zazwyczaj mniej niż 100 mikrosekund, jeśli wyświetlacz nie wymaga odświeżenia. W tym trybie pracy pobór prądu wynosi od 0,8 mA do 2 mA, zależnie od czasu potrzebnego na odświeżenia/narysowanie ramki wyświetlacza (szybsze rysowanie = więcej czasu w uśpieniu).

    W trybie 'uśpienia' mikrokontroler wyłącza wyświetlacz OLED i wchodzi w tryb głębokiego uśpienia, gdzie może zostać obudzony jedynie przez naciśnięcie przycisku, alarm z układu zegara czasu rzeczywistego lub poprzez podłączenie porty USB do komputera. Pobór prądu w tym stanie to jedynie około 100 nA.

    Zużycie mocy

    W trybie uśpienia całkowity pobór prądu wynosi około 6 µA. W trybie aktywnym wynosi od 2 mA do nawet 70 mA. Typowy pobór prądu wynosi 10 mA podczas pracy układu.

    Czas pracy układu z baterią o pojemności 150 mAh
    Minimalny (stan uśpienia) Typowy(wyświetlanie czasu)Wysoki (latarka)
    6 µA - 2,85 roku 10 mA - 15 godzin 64 mA - 2 godziny, 20 minut


    Jeśli zegarek jest w stanie aktywnym średnio minutę dziennie (z timeoutem usypiania zegarka ustawionym na 5 sekund oznacza to sprawdzenie czasu 12 razy dziennie), a poziom głośności wszystkich kanałów ustawiony jest na minimum bateria wbudowana w zegarek powinna wystarczyć na 30 dni bez ładowania.

    Zużycie prądu przez poszczególne komponenty
    ElementPrąd
    ATmega328P (uśpiona / aktywna) 100 nA / 1,5 mA
    OLED (uśpiony / aktywny) 500 nA / 8,5 mA
    Zegar czasu rzeczywistego DS3231M2,5 µA
    Schottky diode (D1) (upływ prądu) 1uA
    Stabilizator 1uA
    Inne (tranzystory MOSFET, upływ kondensatorów etc) 1 µA
    Suma (uśpienie / aktywny) 6,1 µA / 10 mA

    Źródła:
    http://blog.zakkemble.co.uk/diy-digital-wristwatch/


    Fajne!
  • #2 29 Wrz 2013 21:43
    thereminator
    Warunkowo odblokowany

    Autor projektu zapomniał o porządniejszej obudowie, chroniącej konstrukcję przed uszkodzeniami mechanicznymi.

  • #3 29 Wrz 2013 21:50
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Fakt, układ nie jest w ogóle odporny na warunki atmosferyczne, a wyświetlacz jest w 100% odsłonięty...

  • #5 30 Wrz 2013 22:30
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Ten OLED wykorzystany w projekcie kosztuje niecałe 10 dolarów z przesyłką z Chin. Czyli jakieś 30 zł z dostawą wprost do domu. Czy to dużo?

  • #6 17 Paź 2013 08:28
    dominon
    Poziom 17  

    ghost666 napisał:
    Ten OLED wykorzystany w projekcie kosztuje niecałe 10 dolarów z przesyłką z Chin. Czyli jakieś 30 zł z dostawą wprost do domu. Czy to dużo?


    Ten OLED w kraju kosztuje jakieś 45-50 PLN a przesyłka z Chin opłaca się tylko przy większej ilości (co nie powinno dziwić). OLED'y wcale nie są drogie jeśli wie się gdzie ich szukać. Drogi jest E-paper lub E-Ink.

  • #7 06 Lis 2013 15:56
    Krawacik3
    Poziom 12  

    Ten OLED w kraju kosztuje jakieś 45-50 PLN a przesyłka z Chin opłaca się tylko przy większej ilości (co nie powinno dziwić).
    Są nawet za 36zł kolorowe 1.12''(96x96px) lub dwukolorowe za 35zł 0.96'' 128x64.
    Link [/quote]

  • #8 06 Lis 2013 16:01
    Brutus_gsm
    Poziom 25  

    dominon napisał:
    Ten OLED w kraju kosztuje jakieś 45-50 PLN a przesyłka z Chin opłaca się tylko przy większej ilości (co nie powinno dziwić).


    Przesyłka z Chin za pomocą Air Mail jest w 90% za darmo, gdy zamawiamy coś na ebay'u od Chińczyków. Wyświetlacz ten kosztuje ok 10$, a przesyłka jest zawarta w cenie, także to i tak taniej niż u nas 45-50zł plus 12-15zł za przesyłkę...

    ghost666 napisał:
    Ten OLED wykorzystany w projekcie kosztuje niecałe 10 dolarów z przesyłką z Chin

 
Promocja -20%
Zamknij 
Wyszukaj w ofercie 200 tys. produktów TME
tme