|
Часы с коррекцией времени от GPS.
Конструкции и принципиальные схемы электронных часов в настоящее время достаточно хорошо разработаны. Но! точность индикации времени остается проблемой. Решение этой проблемы возможно с помощью модуля приемника системы GPS. Стоимость такого модуля (меньше 1000 руб. в розницу) несколько удорожает стоимость часов, поэтому целесообразно применять их в больших уличных часах или в сетевых часовых системах.
Преимущества:
– показания часов отличаются от спутникового времени не более, чем на несколько миллисекунд;
– независимость точности показаий от температуры;
– отсутствуют органы управления и часовой кварц;
– автоматический переход на летнее и зимнее время.
В настоящее время доступны GPS приемники многих фирм. Рассмотрим построение часов на модуле LS20061 фирмы Locosys. Полную информацию о модуле можно найти на сайте фирмы ЭФО, там же его можно приобрести.
Рис. 1. Внешний вид модуля.
Модуль размером 30х30х8 мм содержит все необходимые компоненты, в том числе антенну. Выходной сигнал в ASCII-кодах, в формате UART, скорость 9600 Бод с ТТЛ уровнями. После включения питания модуль один раз в секунду начинает выдавать сообщения о координатах, спутниках, времени и дате. По желанию пользователя, какие-то из сообщений могут быть отключены, а частота выдачи поднята до 4 раз в секунду. Каждое сообщение начинается с заголовка и оканчивается контрольной суммой и символами перевода строки. Интересующее нас сообщение о времени и дате имеет следующий формат:
| № байта |
0 - 6
|
7-16
|
17-27
|
28-33
|
34-35
|
36-37
|
| информация |
$GPZDA,
|
hhmmss.00,
|
dd,mm,yyyy,
|
00,00*
|
|
0х0D 0x0A
|
| функция |
заголовок
|
час, мин, сек
|
день, мес,год
|
резерв
|
контр. сумма
|
конец
|
Кроме времени, целесообразно индицировать и температуру. В качестве термодатчика использован DS1820 фирмы Dallas Semiconductor. Можно использовать и более дешевый DS1821, но у него есть неприятная особенность – иногда переходить в режим термостата (при несвоевременном сбросе питания или мощных помехах).
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА управляющей платы часов традиционная – процессор, мощные ключи, термодатчик. Необходимость схемы согласования уровней вызвана тем, что даже при питании GPS-модуля напряжением 5 В, высокий уровень выходного сигнала ограничен значением 3.3 В и процессор его не принимает, а при уменьшении питания процессора до 3.3 В хуже открываются выходные полевые ключи.
GPS – модуль должен быть установлен так, чтобы был обеспечен прямой обзор хотя бы части неба (зависит от конкретных условий приема). При необходимости, модуль может быть вынесен из корпуса часов.
Термодатчик DS1820 размещается вне корпуса. Он должен быть изолирован от попадания прямых солнечных лучей и влияния предметов, температура которых отличается от температуры воздуха. Например, температура вблизи входной двери зимой может быть на несколько градусов выше, чем у окружающего воздуха. Линии связи до GPS – модуля и термодатчика – выполняется экранированным проводом длиной до 10 метров.
Датчик перегрева (биметаллический) расположен внутри корпуса часов – замыкает контакты при превышении температуры 55 градусов. Если Вы уверены, что перегрева не будет – можно исключить его из схемы.
ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА платы управления часов. Схема запитывается стабилизированным напряжением 5 В (50 мА) и силовым питанием (power), величина и мощность которого определяется количеством светодиодов в сегментах индикаторов. Соответственно выбирается и рабочее напряжение электролитических конденсаторов. Указанные на схеме ключи обеспечивают постоянный ток 3.7 А по каждому выходу при напряжении до 30 В. Это достаточно для часов 60 см высотой. В реальных часах ток достигал 1 А на сегмент при питании 24 В, при этом транзисторы без радиаторов практически не грелись. Сегменты индикаторов содержат несколько параллельных цепей, поэтому резисторы ограничения тока установлены непосредственно в каждой цепи каждого сегмента.
Питание 5 Вольт – максимально допустимое напряжение для модуля LS20061, поэтому, если у Вас есть сомнения в стабильности Вашего источника питания, примите меры к защите модуля от перенапряжения.
Обозначение выходных катодных сигналов – традиционное. Анодные сигналы пронумерованы от правого (младшего (единицы минут)) разряда (AN0).
Схема рассчитана на четыре семисегментных индикатора, разделенных двоеточием при индикации времени и нижней точкой при индикации даты. В левом (старшем) разряде добавлен сегмент для индикации знака «+» при индикации температуры. Управляет включением этих дополнительных элементов линия S-H.
GPS – модуль, термодатчики и питание 5 В подключаются через разъем Х1, катоды сегментов – через разъем Х5, силовое питание и аноды знаков – через клеммные колодки Х2 – Х4.
Назначение контактов разъема Х1 указано в таблице:
|
контакт
разъема
|
имя на схеме
|
сигнал
|
адрес (pin)
|
|
1
|
+5В
|
питание 5 В
|
LS20061 (1)
|
|
2
|
ТХ
|
вход данных
|
LS20061 (2)
|
|
3
|
gnd
|
корпус
|
LS20061 (4)
|
|
4
|
-
|
выход данных
|
LS20061 (3)
|
|
5
|
gnd
|
корпус
|
LS20061 (5)
|
|
6
|
DQ
|
данные
|
DS1820 (2)
|
|
7
|
gnd
|
корпус
|
DS1820 (1)
|
|
8
|
ALARM
|
перегрев
|
датчик перегрева
|
|
9
|
gnd
|
корпус
|
датчик перегрева
|
|
10
|
5V
|
питание 5 В
|
DS1820 (3)
|
|
11
|
gnd
|
корпус
|
блок питания
|
|
12
|
5V
|
питание 5 В
|
блок питания
|
Нумерация контактов GPS – модуля слева направо, если смотреть на нижнюю сторону, как показано на рис. 1.
Печатная плата – двусторонняя размером 70 х 70 мм, разведена в PCAD2004.
Программа работы.
Приведенная в приложении программа работает только при наличии модуля GPS. Исходя из опыта работы, это не является недостатком, т.к. отказов модуля на практике не наблюдалось. Программа содержит три основных блока:
1 – Индикация. Смена управляющих сигналов индикации происходит с периодом 1 мс. В зависимости от времени восхода и заката производится программное снижение яркости в два или четыре раза. Снижение яркости происходит и при появлении низкого уровня сигнала ALARM от термодатчика перегрева. Регулировка яркости происходит за счет изменения скважности сигналов индикации.
Индикация времени, даты и температуры происходит поочередно, в течении 4, 2 и 2 сек соответственно. Скважность может быть легко изменена. Отображение времени и даты – традиционное. Отличие лишь в том, что для улучшения восприятия разделительное двоеточие не мигает. Температура отображается в таком порядке (слева): знак температуры (плюс или минус), две значащие цифры, знак градуса (сегменты A,B,F,G).
2 – Прием информации от GPS – модуля. Прием информации происходит по прерыванию от модуля USART. Принятые байты заносятся в буфер до приема кода 0x0A. После этого проверяется заголовок, обязательные символы массива и допустимость принятых данных. При соответствии, принятые данные переписываются в текущие. Коррекция на летнее время и на часовой пояс – программная. В исходной программе заложен перевод спутникового времени на московское – плюс 3 часа по зимнему и 4 по летнему времени. Для других часовых поясов нужно изменить текст и скомпилировать новую прошивку.
3 – Работа с термодатчиком DS1820. Программа работы производит инициализацию датчика и считывание температуры. Программа разбита на этапы, каждый из которых укладывается в интервал дискретизации 1 мс.
По e-mail запросу могу выслать:
- clock_prj.sch – принципиальная схема;
- clock_prj.pcb – печатная плата;
- clock_prj.lib – библиотека PCAD
- clock_prj.asm – программа;
- clock_prj.hex – прошивка.
- ls2006x.pdf – описание GPS – модуля LS20061
- ds1820.pdf – описание термодатчика DS1820
- адаптировать проект к Вашим требованиям.
|
