Часы с кнопками

Введение

Как микроконтроллеры отслеживают время и дату? Обычный микроконтроллер обладает функцией таймера, который стартует от нуля при подаче напряжения питания, а затем начинает считать. В мире Arduino мы можем использовать функцию , чтобы узнать, сколько прошло миллисекунд с того времени, когда было подано напряжение питания. Когда вы снимете и снова подадите питания, она начнет отсчет с самого начала. Это не очень удобно, когда дело доходит до работы с часами и датами.

Вот здесь и будет удобно использование микросхемы RTC (Real Time Clock, часов реального времени). Эта микросхема с батарейкой 3В или каким-либо другим источником питания следит за временем и датой. Часы/календарь обеспечивают информацию о секундах, минутах, часах, дне недели, дате, месяце и годе. Микросхема корректно работает с месяцами продолжительностью 30/31 день и с високосными годами. Связь осуществляется через шину I2C (шина I2C в данной статье не обсуждается).

Если напряжение на главной шине питания Vcc падает ниже напряжения на батарее Vbat, RTC автоматически переключается в режим низкого энергопотребления от резервной батареи. Резервная батарея – это обычно миниатюрная батарея (в виде «монетки», «таблетки») напряжением 3 вольта, подключенная между выводом 3 и корпусом. Таким образом, микросхема по-прежнему будет следить за временем и датой, и когда на основную схему будет подано питание, микроконтроллер получит текущие время и дату.

В этом проекте мы будем использовать DS1307. У этой микросхемы вывод 7 является выводом SQW/OUT (выходом прямоугольных импульсов). Вы можете использовать этот вывод для мигания светодиодом и оповещения микроконтроллера о необходимости фиксации времени. Мы будем делать и то, и другое. Ниже приведено объяснение работы с выводом SQW/OUT.

Для управления работой вывода SQW/OUT используется регистр управления DS1307.

Ригистр управления DS1307

Бит 7	Бит 6	Бит 5	Бит 4	Бит 3	Бит 2	Бит 1	Бит 0
OUT	SQWE	RS1	RS0

Бит 7: управление выходом (OUT)

Этот бит управляет выходным уровнем вывода SQW/OUT, когда выход прямоугольных импульсов выключен. Если SQWE = 0, логический уровень на выводе SQW/OUT равен 1, если OUT = 1, и 0, если OUT = 0. Первоначально обычно этот бит равен 0.

Бит 4: включение прямоугольных импульсов (SQWE)

Этот бит, когда установлен в логическую 1, включает выходной генератор. Частота прямоугольных импульсов зависит от значений битов RS0 и RS1. Когда частота прямоугольных импульсов настроена на значение 1 Гц, часовые регистры обновляются во время спада прямоугольного импульса. Первоначально обычно этот бит равен 0.

Биты 1 и 0: выбор частоты (RS)

Эти биты управляют частотой выходных прямоугольных импульсов, когда выход прямоугольных импульсов включен. Следующая таблица перечисляет частоты прямоугольных импульсов, которые могут быть выбраны с помощью данных битов. Первоначально обычно эти биты равны 1.

Выбор частоты прямоугольных импульсов и уровня на выводе SQW/OUT микросхемы DS1307

RS1	RS0	Частота импульсов и уровень на выходе SQW/OUT	SQWE	OUT
1 Гц	1	x
1	4,096 кГц	1	x
1	8,192 кГц	1	x
1	1	32,768 кГц	1	x
x	x
x	x	1	1

 Данная таблица поможет вам с частотой:

Выбор частоты прямоугольных импульсов DS1307

Частота импульсов	Бит 7	Бит 6	Бит 5	Бит 4	Бит 3	Бит 2	Бит 1	Бит 0
1 Гц	1
4,096 кГц	1	1
8,192 кГц	1	1
32,768 кГц	1	1	1

Если вы подключили светодиод и резистор к выводу 7 и хотите, чтобы светодиод мигал с частотой 1 Гц, то должны записать в регистр управления значение 0b00010000. Если вам нужны импульсы 4,096 кГц, то вы должны записать 0b000100001. В этом случае, чтобы увидеть импульсы вам понадобится осциллограф, так как светодиод будет мигать так быстро, что будет казаться, что он светится постоянно. Мы будем использовать импульсы с частотой 1 Гц.

Преимущества подземной проводки

Прокладка кабеля под землёй имеет есть ряд преимуществ перед наземной:

1. Уменьшение шанса на повреждение сети. При соблюдении всех норм укладки кабель будет сложно передавить или переехать, а также на его состояние не будут влиять погодные условия и деревья. 
2. Проще определить длину провода. Если выбирается кабель для подземной прокладки, то во время выбора требуется учёт сечения и длины всей линии. Для воздушного кабеля необходимо было бы вычислять вес и силу натяжения, чтобы не было перегрузки. 
3. Меньшие затраты. Для подключения необходим только устройство принудительного отключения сети, а также небольшие траты на проект. 
4. Меньше риск возникновения пожара. 
5. Также уменьшается воздействие электромагнитных волн и грозы. 
6. Эстетичность. Так как провода находятся под землёй, участок можно использовать по своим предпочтениям. Главное – помнить, где располагается провод, чтобы при посадке деревьев не возникло неприятностей.  

Участок перед закапыванием траншеиИсточник s00.yaplakal.com

Особенности ремонта отдельных видов повреждений

В процессе восстановления целостности и внешнего вида бампера предстоящие работы будут зависеть от вида обнаруженного повреждения. Это важный момент, так как для царапин и сколов используется один вариант, для устранения вмятины требуется применять совершенно иной метод.

Если требуется провести ремонт своими руками, или не действует страховка, или нет средств и желания обращаться в сервисный центр, потребуется внимательно изучить характер повреждений. Если водитель понимает, что бампер повреждён очень сильно, не стоит пытаться своими силами провести восстановление детали, но лучше приобрести новую. При обнаружении относительно небольших сколов или вмятин проблему вполне можно устранить самостоятельно, зная, как действовать в том или ином случае. Итак, как можно быстро и эффективно устранить царапины, вмятины и трещины.

Царапины

Устранение данной проблемы можно проводить посредством использования наждачной бумаги. Берётся материал № 50 и осуществляется затирка. При этом нужно тщательно устранить все неровности, действуя до тех пор, пока поверхность не станет совершенно правильной формы. В процессе осуществления данного процесса повреждения могут стать немного больше по размерам, но их глубина станет значительно меньше. Не стоит этого пугаться, после тщательной зачистки все неровности будут заполнены шпатлёвкой.

Если есть желание и определённые навыки, то вместо шпатлёвки можно использовать специальный жидкий пластик, полностью соответствующий типу материала, из которого выполнен пластик. После нанесения данного состава, после полного его высыхания также потребуется провести очищение поверхности и тщательно зашкурить её, отшлифовав до максимально ровной поверхности.

Вмятины

Чтобы устранить незначительную вмятину, которая не вызвала повреждения лакокрасочного покрытия, потребуется просто нагреть деформированную часть бампера. Вогнутую часть пластика нужно разогреть предварительно подготовленным тепловым или техническим феном до тех пор, пока материал не станет достаточно мягким. После этого вмятина вручную выпрямляется, одновременно придавая повреждённому участку бампера правильную геометрическую форму.

Трещины и сколы

Если на поверхности бампера появляются трещины, необходимо будет воспользоваться подготовленными предварительно металлической сеткой и паяльником. Последовательность действий в данном случае будет следующая:

1. Грани повреждения нужно свести вместе и провести пайку к одной стороне сетки. Желательно утопить её как можно глубже в пластике, но при этом нельзя переусердствовать, так как может образоваться дырка.
2. Посредством расплавленного пластика замазывается конец сетки.
3. Подобным образом нужно пройтись по всей трещине.

Если повреждения на бампере небольшие, вместо сетки можно использовать специальные строительные скобы. В процессе их впаивания рекомендуется использовать пинцет, что предотвратит ожог кистей. Действия по скреплению нужно размещать на расстоянии 2 см друг от друга и на протяжении всей длины трещины.

Даже если трещины не сильно видны, их все равно нужно тщательно спаять. Пренебрежение данным советом может привести к появлению на бампере разных разломов.

Чтобы сетка и скобы из металла через некоторое время не проржавели, предметы нужно закрыть специальным жидким пластиком. По окончании всех работ, которые осуществляются на внутренней поверхности бампера, его лицевая сторона сразу приобретает свой первоначальный внешний вид.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Плата Arduino управляет всеми процессами на этой схеме: она принимает данные от GPS модуля, извлекает дату и время из строки $GPRMC и показывает их на экране ЖК дисплея.

Контакты данных ЖК дисплея D4, D5, D6, D7 подсоединены к контактам 5, 4 , 3, 2 Arduino, а контакты управления ЖК дисплея RS и EN подсоединены к контактам 7 и 6 Arduino. Контакт передачи Tx GPS модуля подсоединен к контакту Rx (pin 10) платы Arduino (мы этот контакт сделаем входом последовательного порта с помощью соответствующей бибблиотеки). Контакты земли GPS модуля и платы Arduino соединены вместе. В данной схеме мы использовали GPS модуль SKG13BL, функционирующий на скорости 9800 бод/с, плату Arduino (ее последовательный порт) также можно сконфигурировать на работу со скоростью 9800 бод/с с помощью команды “Serial.begin(9800)”.

Подключение DS1307 к Arduino

В статье рассмотрен пример часов реального времени от Adafruit, но вы можете с тем же успехом использовать китайские аналоги. Принцип работы и подключения не отличается.

Ссылки для заказа оборудования, которое использовалось в проекте из Китая

На часах реального премени 5 пинов: 5V, GND, SCL, SDA и SQW.

• 5V используется для питания чипа модуля часов реального времени, когда вы делаете к нему запрос для получения данных о времени. Если сигнал 5 В не поступает, чип переходит в «спящий» режим.
• GND — общая земля. Обязательно подключается в схему.
• SCL — контакт i2c часов — необходим для обмена данными с часами реального времени.
• SDA — контакт, по которому через i2c передаются данные с часов реального времени.
• SQW дает возможность настроить вывод данных в виде square-wave. В большинстве случаев этот контакт не используется.

Если вы настроили аналоговый пин 3 (цифровой 17) в режим OUTPUT и HIGH, а аналоговый пин 2 (цифровой 16) в режим OUTPUT и LOW, вы можете запитывать часы реального времени непосредственно от этих контактов!

Подключите аналоговый пин 4 на Arduino к SDA. Аналоговый пин 5 на Arduino подключите к SCL.

Распиновка

Пины питания

• VIN Пин для подключения внешнего источника напряжения в диапазоне от 5 до 18 вольт.
• 5V: Для обратной совместимости с проектами на Arduino Nano пин 5V оставили на месте, но на плате отсутствует стабилизатор напряжения на 5 вольт и пин висит в воздухе. Чтобы получить активную линию питания на 5 вольт, вам понадобится спаять перемычку для площадок VUSB и подвести внешнее питание 5 вольт через USB-порт.
• 3V3 Пин от стабилизатора напряжения с выходом 3,3 вольта и максимальных током 1,2 А. Регулятор обеспечивает питание микроконтроллера , беспроводного модуля и другой вспомогательной логики платы.
• GND Выводы земли.

Порты ввода/вывода

В отличии от большинство плат Arduino, родным напряжением Arduino Nano 33 IoT является 3,3 В, а не 5 В. Выходы для логической единицы выдают 3,3 В, а в режиме входа ожидают принимать не более 3,3 В. Большее напряжение может повредить микроконтроллер!

Будьте внимательны при подключении периферии: убедитесь, что она может корректно функционировать в этом диапазоне напряжений.

• Цифровые входы/выходы 22 пина: –
  Логический уровень единицы — 3,3 В, нуля — 0 В. Максимальный ток выхода — 20 мА. К контактам подключены подтягивающие резисторы, которые по умолчанию выключены, но могут быть включены программно.
• • SerialUSB пины: и
    Выводы шины соединены с USB-разъёмом платы. Используется для прошивки и отладки платформы через ПК.
  • Serial1 пины: и
    Для коммуникации платы Arduino с другими платами расширения и сенсорами по последовательному интерфейсу.
  • Serial2 пины: и
    Используется для общение с беспроводным модем .

Что такое часы реального времени?

Часы реально времени — это… часы. Модуль работает от автономного питания — батарейки и продолжает вести отсчет времени, даже если на вашем проекте на Arduino пропало питание. Используя модуль реального времени, вы можете отслеживать время, даже если вы захотите внести изменения в ваш скетч и перепрограммировать микроконтроллер.

На большинстве микроконтроллеров, в том числе и Arduino, есть встроенный счетчик временни, который называется millis(). Есть и встроенные в чип таймеры, которые могут отслеживать более длительные промежутки времени (минуты или дни). Так зачем же вам отдельным модуль часов? Основная проблема в том, что millis() отслеживает время только с момента подачи питания на Arduino. То есть, как только вы отключили плату, таймер сбрасывается в 0. Вша Arduino не знает, что сейчас, например, четверг или 8-е марта. Все, чего вы можете добиться от встроенного счетчика — это «Прошло 14000 миллисекунд с момента последнего включения».

Например вы создали программу и хотите вести отсчет времени с этого момента. Если вы отключите питание микроконтроллера, счетчик времени собьется. Примерно так, как это происходит с дешевыми китайскими часами: когда садится батарейка, они начинают мигать с показанием 12:00.

В некоторых проектах Arduino вам понадобится надежный контроль времени без прерываний. Именно в таких случаях используется внешний модуль часов реального времени. Чип, который используется в подобных часах, отслеживает года и даже знает сколько дней в месяце (единственно, что обычно не учитывается — это переход на летнее и зимнее время, так как подобные переводы разные в разных частях мира).

На рисунке ниже показана материнская плата компьютера с часами реального времени DS1387. В часах используется литиевая батарея, поэтому они разрослись в размерах.

Мы рассмотрим пример использования часов реального времени DS1307. Это дешевый, легкий в использовании модуль, который работает несколько лет от небольшой батарейки.

Пока батарейка в самом модуле не исчерпает свой заряд, DS1307 будет вести отсчет времени, даже если Arduino отключен от питания или перепрограммируется.

Соединяем все детали

На данном этапе у нас:

• куплены все детали;
• установлены все нужные программы (Arduino IDE и Fritzing при необходимости);
• нарисована схема устройства.

Теперь мы начинаем собирать всё вместе. Не забываем заранее подготовить все провода-перемычки и все детали. Внимательно следуйте инструкциям и не спешите, чтобы убедиться, что все соединения выполнены правильно.

Обратите внимание, что зеленый провод подключен к земле. Красный контакт подключен к контакту 13.

Если вы еще не вставили Arduino Nano к макетке — самое время это сделать:

Вставляем перемычки:

Теперь подключаем наше сопротивление:

И наконец вставляем светодиод:

И последнее на данном шаге — вставляем наш USB-кабель, который при покупке часто идет в комплекте с микроконтроллером:

Прерывания таймеров в Arduino

Прерывания таймеров являются видом программных прерываний. В Arduino присутствуют следующие виды прерываний таймеров.

Прерывания переполнения таймера (Timer Overflow Interrupt)

Это прерывание происходит всегда, когда значение счетчика достигает его максимального значения, например, для 16-битного счетчика это 65535. Соответственно, процедура обработки (обслуживания) прерывания (ISR) вызывается когда бит прерывания переполнения таймера установлен (enabled) в TOIEx присутствующем в регистре масок прерываний TIMSKx.

ISR Format:

Output Compare Register (OCRnA/B) – регистр сравнения выхода

Процедура обработки прерывания сравнения выхода (Output Compare Match Interrupt) вызывается при вызове функции TIMERx_COMPy_vect если установлен бит/флаг OCFxy в регистре TIFRx. Эта процедура обработки прерывания (ISR) становится доступной при помощи установки бита OCIExy, присутствующем в регистре маски прерываний TIMSKx.

Захват входа таймера (Timer Input Capture)

Процедура обработки этого прерывания вызывается если установлен бит/флаг ICFx в регистре флагов прерываний таймера (TIFRx — Timer Interrupt Flag Register). Эта процедура обработки прерываний становится доступной при установке бита ICIEx в регистре маски прерываний TIMSKx.

Удивительные проекты на Ардуино Уно

Большинство профессионалов в сфере разработки электронных проектов на Аrduino uno любят экспериментировать. Вследствие этого появляются интересные и удивительные устройства, которые рассмотрены ниже:

1. Добавление ИК-пульта в акустическую систему. В бытовой электронике пульт дистанционного управления является компонентом электронного устройства, такого как телевизор, DVD-плеер или другой бытовой прибор, используемый для беспроводного управления устройством с короткого расстояния. Пульт дистанционного управления, в первую очередь, удобен для человека и позволяет работать с устройствами, которые не подходят для непосредственной работы элементов управления.
2. Будильник. Часы реального времени используются для получения точного времени. Здесь эта система отображает дату и время на ЖК-дисплее, и мы можем установить будильник с помощью кнопок управления. Как только время сигнала тревоги наступит, система подает звуковой сигнал.
3. Шаговый двигатель. Шаговый двигатель означает точный двигатель, который можно поворачивать на один шаг за раз. Такое устройство делают с помощью робототехники, 3D-принтеров и станков с ЧПУ.- Для этого проекта возьмите самый дешевый шаговый двигатель, который вы можете найти. Двигатели доступны в режиме онлайн. В этом проекте используется шагомер 28byj-48, который подходит для большинства других подобных проектов. Его легко подключить к плате Arduino.
   — Вам понадобятся 6 кабелей с разъемами типа «женщина-мужчина». Вам просто нужно подключить двигатель к плате, и все! Вы также можете добавить небольшую часть ленты на вращающуюся головку, чтобы увидеть, что она производит вращательные движения.
4. Ультразвуковой датчик расстояния. В этом проекте используется популярный ультразвуковой датчик HC-SR04, чтобы устройство могло избежать препятствий и двигаться в разных направлениях.

Питание

Источник питания

Выбор источника питания очень важен для эффективного энергосбережения: максимально желательно питать МК напрямую от батарейки/аккумулятора:

• Трёх-четырёх АА/ААА батареек или аккумуляторов достаточно для работы на стандартной частоте 16 МГц (с 4-мя батарейками нужно быть аккуратнее по суммарному напряжению, а 4 никелевых аккумулятора подходят идеально).
• От одного литиевого аккумулятора (3.7-4.2V) можно работать на 16 МГц, но при разряде ниже 3.5V работа на такой частоте уже может быть не очень стабильной (частоту можно чуть понизить, об этом ниже).
• От литиевой 3V таблетки (CR2025, CR2032 и прочие) микроконтроллер отлично будет работать на внутреннем 8 МГц клоке.
• Плохим вариантом можно считать ситуации, когда приходится использовать понижающие преобразователи и стабилизаторы: они все будут тратить несколько миллиампер “в тепло”, и даже режим сна МК может оказаться абсолютно бессмысленным. Но в любой ситуации нужно считать потребление и прикидывать время работы, для каких-то задач и работа от “Кроны” через стабилизатор будет приемлемой во имя упрощения схемы и стабильных 5 Вольт (китайский транзистор-тестер, например, включается на несколько секунд, поэтому заморочек по питанию нет).
• Если в устройстве используется аккумуляторная батарея, то можно схитрить: высоковольтный потребитель (мотор к примеру) может питаться от общего напряжения с батареи через драйвер, а микроконтроллер может работать от одной его “банки”, соединяясь общим проводом с минусом. Микроконтроллер, особенно в режиме сна, потребляет ничтожно мало по сравнению с тем же мотором, поэтому о разбалансировке банок можно не беспокоиться. Таким образом МК также может мониторить напряжение батареи и отключать её при разряде, выполняя роль BMS. Про измерение напряжения мы говорили в уроке про аналоговые входы.
• Также напомню, что питать всякие железки напрямую от МК можно только в некоторых пределах, подробнее о них и вообще питании проекта мы говорили в уроке о питании Ардуино и схемы в целом.

Самоблокировка питания

Самый надёжный и аппаратно простой способ сэкономить энергию – самоблокировка питания. Он подходит для устройств, которые включаются тактовой кнопкой (без фиксации) и через некоторое время должны сами отключиться до следующего клика по кнопке. Самоблокировка работает следующим образом: нажатие на кнопку подаёт ток на МК, он запускается, подаёт сигнал на “ключ”, который запараллеливает линию питания. Мы отпускаем кнопку, а МК продолжает работать, потому что сам удерживает ключ, через который идёт питание. Отсюда и название: самоблокировка питания. По тайм-ауту или другому алгоритму работы МК может отпустить ключ и отключиться. Через этот же ключ могут питаться и остальные железки, и точно так же быть отключены от питания при самовыключении.

Проблема в том, что МК от AVR могут питаться от любого GPIO пина (при наличии общей GND), поэтому практически все старые схемы из интернета не работают. Пока что удалось найти две схемы на форуме arduino, но лично я их не тестировал. В будущем дополню урок.

Но есть шикарный, простой и рабочий вариант: использовать стабилизатор напряжения с пином Enable, за который МК может “заблокировать” себе питание (за идею спасибо Дмитрию Карманову). Вот пример со стабилизатором me6212c33m5g на 3.3V (стоит в районе 15 руб). На схеме PWR_EN ведёт на физическую кнопку, подключенную второй ногой к питанию (батарейке), BUT_MK идёт на пин МК, который будет подавать высокий сигнал при запуске. 3V3 соответственно линия 3.3 (от неё питается сам МК и опционально что-то ещё), и BAT – батарейка.

Ресурсы

Функции счёта времени

Данные функции возвращают время, прошедшее с момента запуска микроконтроллера, так называемый аптайм (англ. uptime). Таких функций у нас две:

• – Возвращает количество миллисекунд, прошедших с запуска. Возвращает , от 1 до 4 294 967 295 миллисекунд (~50 суток), имеет разрешение 1 миллисекунда, после переполнения сбрасывается в 0. Работает на системном таймере Timer 0
• – Возвращает количество микросекунд, прошедших с запуска. Возвращает , от 4 до 4 294 967 295 микросекунд (~70 минут), имеет разрешение в 4 микросекунды, после переполнения сбрасывается в 0. Работает на системном таймере Timer 0

Сборка модуля часов реального времени

Сборка часов реального времени DS1307 компании Adafruit
Фото
Пояснения

Подготовьтесь к сборке. Проверьте наличие всех необходимых деталей и инструментов. Установите монтажную плату в тисках.

Нанесите немного припоя на отрицательный контакт батареи.

Установите два резистора 2.2 КОм и керамический конденсатор

Как именно вы их расположите — неважно. Полярность не имеет значения.
После этого установите кристалл (также симметрично), держатель (холдер) для батарейки и чип часов реального времени.
Чип модуля реального времени надо установить таким образом, чтобы отметка (паз) на чипе располагалась в соответствии с обозначением на монтажной плате

Внимательно посмотрите на фото слева, там чип установлен верно.

Чтобы холдер для батарейки не выпадал, лучше его припаять сверху.
После этого переверните плату и и припаяйте оставшиеся контакты.

Удалите остатки контактов от резисторов, кристалла и конденсатора.

Если вы хотите использовать контакты для установки модуля на беспаечную монтажную плату, установите рельсу контактов на макетку, модуль часов реального времени сверху и припаяйте контакты.

Установите батарейку. Плоская часть батареи должна быть сверху. В среднем батарейка будет служить около 5 лет.
Даже если батарейка села, не оставляйте слот для нее пустым.

Платы расширения

В магазинах, специализирующихся на робототехнике и микроконтроллерах, можно встретить слово «шилд». Это специальная плата, которая напоминает Arduino Uno. Совпадает она с ней не только по форме, но и по количеству выводов.

Шилд устанавливается в клеммные колодки, при этом часть их них задействуется под функции шилда, а другая часть остаётся свободной для использования в проекте. В результате вы можете получить такой себе многоэтажный «бутерброд» из плат, которые реализуют множество функций.

Одним из самых популярных является Arduino Ethernet Shield. Он нужен для связи с Ардуино по обычному сетевому кабелю, витой паре. На нём расположен разъём rj45.

С подобным шилдом можно управлять вашим микроконтроллером по сети через веб-интерфейс, а также считывать параметры с датчиков, не отрываясь от компьютера. Существуют проекты с использованием такого комплекта в домашнем облачном хранилище, с ограничением по скорости, всё-таки Атмега328 слабовата для таких задач, и для этого лучше подойдут одноплатные компьютеры типа Raspberry pi.

Самый простой проект для начинающих

Рассмотрим несколько простых и интересных проектов Ардуино uno, которые под силу сделать даже новичкам в этом деле — система сигнализации.

Мы уже делали урок по этому проекту — Датчик движения с Arduino, HC-SR04 и светодиодом (LED). Вкратце о то, что делается и как.

В этом проекте используется датчик движения для обнаружения движений и излучений высокого тона, а также визуальный дисплей, состоящий из мигающих светодиодных индикаторов. Сам проект познакомит вас с несколькими дополнениями, которые входят в комплект для начинающих Arduino, а также нюансами использования NewPing.

Он является библиотекой Arduino, которая помогает вам контролировать и тестировать ваш датчик расстояния сонара. Хотя это не совсем целая защита дома, она предлагает идеальное решение для защиты небольших помещений, таких как спальни и ванные комнаты.

Для этого проекта вам понадобятся:

1. Ультразвуковой датчик «пинг» – HC-SR04.
2. Пьезо-зуммер.
3. Светодиодная лента.
4. Автомобильное освещение посредством ленты RGB. В этом руководстве по проекту Arduino вы узнаете, как сделать внутреннее освещение автомобиля RGB, используя плату Arduino uno.

Многим автолюбителям нравится добавлять дополнительные огни или модернизировать внутренние лампочки до светодиодов, однако на платформе Arduino вы можете наслаждаться большим контролем и детализацией, управляя мощными светодиодами и световыми полосками.

Вы можете изменить цвет освещения с помощью устройства Android (телефон или планшет) с помощью приложения «Bluetooth RGB Controller» (Dev Next Prototypes), которое вы можете бесплатно загрузить с Android Play Store. Также вы можете найти схему электронной EasyEDA или заказать свою собственную схему на основе Arduino на печатной плате.

Что необходимо

• компьютер с установленной Arduino IDE;
• плата Arduino;
• микросхема DS1307 или модуль RTC на ее основе;
• перемычки;
• макетная плата;
• комплектующие из списка элементов.

Вы можете заменить плату Arduino на контроллер Atmel, но убедитесь, что у него достаточно входных и выходных выводов и есть аппаратная реализация интерфейса I2C. Я использую ATMega168A-PU. Если вы будете использовать отдельный микроконтроллер, то вам понадобится программатор, например, AVR MKII ISP.

Предполагается, что читатель знаком с макетированием, программированием в Arduino IDE и имеет некоторые знания языка программирования C. Обе программы, приведенные ниже, не нуждаются в дополнительном разъяснении.

Работа схемы

Схема проекта умных часов на основе платы Arduino показана на следующем рисунке.

Внешний вид собранной конструкции проекта умных часов показан на следующем рисунке.

В представленной схеме плата Arduino Pro Mini используется для управления всеми операциями. Причиной, по которой мы выбрали для этого проекта именно плату Arduino Pro Mini, является то, что эта плата может работать от напряжения источника питания 3.3v. OLED дисплей и Bluetooth модуль HC-06 также могут работать от напряжения 3.3v, поэтому всю схему в нашем случае можно запитать от литий-ионной батареи на 3.7v. Подобная батарея отличается небольшим весом, поэтому она очень удобна для применения в различных носимых устройствах.

Но чтобы наша батарея на 3.7 В не повредила компоненты схемы, работающие от 3.3v, мы подаем напряжение от этой батареи на контакт raw платы Arduino pro mini и в дальнейшем в плате это напряжение преобразуется в напряжение 3.3v.

Потребление МК

Частота тактирования

Вычислительное ядро потребляет энергию всегда, когда находится в активном режиме: вычисляет ли программа арккосинус, ожидает ли окончание задержки , висит ли в бесконечном пустом – неважно. Потребление будет одинаковым во всех случаях, пока ядро тактируется

Более того, от частоты тактирования зависит напряжение, при котором МК гарантированно стабильно работает. Вот картинки из даташита на ATmega328:

На самом деле всё как обычно слегка “завышено”, потому что на 16 МГц клоке Ардуино прекрасно работает начиная от 3.3V, а на 8 МГц (внутреннем) – от 1.8V (при отключенном BOD). Есть четыре уровня управления тактовой частотой:

• Подключение внешнего кварца с нужной частотой (на плате Ардуино стоит 16 МГц, сам МК поддерживает вплоть до 20 МГц без разгона).
• Выбор источника тактирования при помощи фьюзов: внешний (частота соответствует установленному генератору) и внутренний (8 МГц).
• Изменение системной частоты прямо из программы: большинство МК avr позволяют понизить приходящую с источника тактирования частоту, а именно – поделить (реализовано в GyverPower). Таким образом можно замедлить работу всего МК для уменьшения потребления энергии или увеличения стабильности работы от пониженного напряжения. Можно выполнить необходимые действия на высокой частоте, а затем понизить её до минимума до наступления внешних событий по прерываниям или по таймеру. На некоторых МК есть PLL – умножитель частоты (например на Attiny85), позволяющий тактироваться на частоте 36 МГц от внутреннего источника! Для такого разгона придется поднять напряжение и обеспечить теплоотвод, но об этом не в этом уроке =).
• Фьюз CKDIV8: системный делитель из предыдущего пункта автоматически устанавливается на 8 перед запуском МК. Это нужно для более надёжного старта при низком напряжении. Обычно используют так: МК стартует с CKDIV8 на пониженной частоте, измеряет напряжение питания, если оно достаточно высокое (аккумулятор не разряжен) частота выставляется на необходимую и работа продолжается. Иначе например можно всё вырубить и уйти в сон.

Также прилагаю картинку с графиками тока потребления МК в активном режиме (не во сне) в зависимости от частоты и напряжения питания:

Режимы энергосбережения

У микроконтроллера есть несколько режимов энергосбережения, в каждом из которых остаются в активном режиме только некоторые из аппаратных блоков (таймеры, интерфейсы, АЦП, и т.д.). Также у мк есть блок BOD, отвечающий за постоянный мониторинг напряжения и перезагрузку в случае его падения ниже настроенного порога. Во всех режимах сна остаётся активен АЦП, его нужно отключать отдельно (всё реализовано в GyverPower). Режимы энергосбережения МК (AVR):

• – Легкий сон, отключается только клок CPU и Flash, пробуждается мгновенно от любых прерываний
• – Наиболее глубокий сон, отключается всё кроме WDT и внешних прерываний, просыпается от аппаратных (обычных + PCINT) или WDT, пробуждение за 16+6 тактов (~1.375 мкс на 16 МГц). Прерывание должно быть длиннее этого времени для успешного пробуждения!
• – Глубокий сон, идентичен + system clock активен, пробуждение за 6 тактов (0.4 мкс)
• – Глубокий сон, идентичен  + timer 2 активен (+ можно проснуться от его прерываний), можно использовать для счета времени
• – Глубокий сон, идентичен + system clock активен, пробуждение за 6 тактов (0.4 мкс)

Самый часто используемый на практике режим – power down, самый глубокий сон. В нём отключается всё, кроме watchdog и аппаратных прерываний (обычные external и PCINT). В данном режиме МК потребляет минимальный ток (ATmega328 – чуть меньше 1 мкА), а проснуться можно только по прерыванию Watchdog таймера или по аппаратному прерыванию (по кнопке). Очевидно, что в глубоком сне не работают таймеры и прерывания по ним, поэтому счёт времени становится отдельной задачей (в GyverPower эта задача решена максимально удобно).

Периферия

Помимо главного “ядра” у микроконтроллера есть куча периферийных блоков (АЦП, компаратор, таймеры, интерфейсы связи), которые по сути работают отдельно и могут общаться с МК на аппаратном уровне. Каждый блок потребляет некоторый ток, и при желании некоторые блоки можно отключить. В режиме глубокого сна они отключаются автоматически, а вот в активной работе нужно отключить их вручную. Большую таблицу с потреблением МК в разных режимах и с разным набором активной периферии можно посмотреть на официальной странице библиотеки Low Power, на всякий случай приложу её ниже. Управление периферией также реализовано в GyverPower.

Измерения проводились на 8 МГц плате Pro Mini при питании от Li-Ion аккумулятора (3.7V):