adam śmiałek ERGOCLOCK

prev up next

Co to jest?

„ErgoClock” to zegar z funkcją budzika i jednokanałowego sterownika dobowego, przeznaczony do samodzielnego montażu. Układ umożliwia zbudowanie zarówno prostego budzika jak i radiozegara czy innego urządzenia włączającego się o wybranej porze. Użytkownik może zdecydować się na jeden z dziewięciu wybranych sygnałów budzenia. Układ został maksymalnie uproszczony, a cena części potrzebnych do jego zbudowania jest niska, dzięki czemu zegar jest możliwy do zbudowania także przez początkujących elektroników. Urządzenie pracuje w oparciu o zasilanie sieciowe. Pobiera niewiele prądu i jest wyposażone w podtrzymujący układ zasilania bateryjnego.

A po co to?

Pytanie o sens prezentowania takiego układu jest słuszne. W internecie wszelkich budzików znajdziemy wiele, a jeszcze więcej znajdziemy tychże w sklepach, gotowych do pracy i tanich. Jednakże znakomitą większość tych konstrukcji cechuje brak ergonomii. Począwszy od konieczności powolnego przewijania czasu alarmu podczas jego ustawiania, na kłopotach z jego wyłączeniem czy aktywizacją funkcji „drzemka” skończywszy.

Dlatego też po bezskutecznym poszukiwaniu sprawnego urządzenia postanowiłem sam takie zbudować. Zegar został zaprojektowany niejako „od tyłu”, czyli najpierw zostały określone potrzeby i założenia. I tak:

Ponieważ wobec tak prostych zadań mikroprocesor dysponuje nadmiarem mocy zegar otrzymał tak zwane „bajery” w postaci przyjemnego dla oka pulsowania dwukropka, efektów animacyjnych i dźwiękowych, podporządkowanych jednak wygodzie i ergonomii.

___ jak to działa ________________

Na wstępnie pragnę wspomnieć, że do wykonania urządzenia wystarczy podstawowa wiedza na temat jego budowy i sposobu działania. Dlatego poniższy opis będzie traktował temat pobieżnie i zupełnie pominie zagadnienia programu mikrokontrolera.

Sercem układu jest mikroprocesor firmy Atmel, ze znanej i popularnej rodziny „51”. Do większości nóżek procesora dołączone są poszczególne segmenty wyświetlacza. Jest to rozwiązanie nietypowe, mające jednakże przewagę w postaci braku efektu stroboskopowego (mrugania wyświetlacza) i upraszcza konstrukcję. Wadą takiego sterowania jest zwiększona ilość rezystorów, jednak w naszym wypadku nie będzie to mieć żadnego znaczenia. Część wyprowadzeń funkcjonuje równocześnie w roli klawiatury. Wybór przełączników, ich rozmieszczenie i mechaniczne rozwiązania całości zostawiamy budującym zegar. Należy tylko zwrócić uwagę, by przełączniki zwierały po wciśnięciu i przestawały zwierać po puszczeniu (muszą być to tak zwane przełączniki monostabilne).

A tak wygląda schemat urządzenia:

Na schemacie oprócz kontrolera widzimy tak zwany driver czyli układ wzmacniaczy sterujących buzerem, przekaźnikiem i częścią segmentów na pierwszej pozycji. Ten mały układ zastąpi nam dziewięć elementów, a i tak będzie wykorzystany niespełna w połowie. Wyświetlacze stosowane w zegarze, oczywiście ze wspólną anodą, powinny być dość sprawne ze względu na niewielki prąd świecenia. Buzzer może wymagać równoległego podłączenia rezystora o wartości od stu omów w górę. Jeśli ktoś chciałby uzyskać naprawdę głośny dźwięk może zamiast rezystora zastosować dławik o odpowiedniej oporności dla prądu stałego. Zalecam wtedy podłączenie dowolnej diody prostowniczej pomiędzy zasilanie, a masę, katodą do plusa. Przekaźnik (opisany jako „transf.”) powinien pracować przy niskim prądzie i napięciu 5V. Wysokoprądowe przekaźniki jak i niska wartość rezystora buzzera czy zastąpienie go dławikiem jak również zastosowanie głośnika zamiast buzzera (przynajmniej 32-omowego) wymagać będzie wymiany stabilizatora 78L06 na wersję jednoamperową. Do wyprowadzeń „BAT” należy podłączyć baterię ogniw o napięciu 4,5V (trzy baterie AA, AAA albo baterię płaską). Widoczny na schemacie trymer służy do regulacji dokładności zegara. Metodą prób i błędów należy korygować ustawienia przez pierwsze tygodnie używania zegara aż do uzyskania zadowalającej dokładności.

Nie wszystkie elementy będą potrzebne w każdym wypadku. I tak:

Poniżej znajduje się opis poszczególnych etapów pracy zegara.

___ ustawianie czasu ________________

Ponowne ustawienie czasu z dokładnością do dowolnej minuty możliwe jest tylko po resecie sprzętowym (wyłączeniu zasilania). Jednakże wciśnięcie przycisku RESET w chwili, gdy nie nastawiamy czasów alarmów i nie trwa jakikolwiek alarm zeruje czas do pełnej godziny. Umożliwia to okresową regulację zegara przy pomocy np. sygnału radiowego pełnej godziny. Zerowanie potwierdzane jest podwójnym piknięciem oraz wyświetleniem napisu „On”. Przycisk RESET nie spełnia poza tym żadnej funkcji i powinien być odpowiednio zabezpieczony przed przypadkowym wciśnięciem.

___ ustawianie budzików ________________

___ funkcje „drzemka” i „zasypianie” ________________

___ budzik ________________

___ pozostałe przyciski ________________

___ wyjście „RES” ________________

___ budujemy ________________

Temat budowy zegara pozostawiam otwarty. Należy tylko pamiętać o odpowiednim zasilaczu. Napięcie zmienne powinno wynosić około 9V. Pobór prądu przez urządzenie wynosi około 40mA plus prąd przekaźnika. Pobór prądu z baterii wynosi około 6mA. Montaż zegara najlepiej wykonać na płytce drukowanej. Stąd możemy pobrać obraz płytki w formacie pcb z programu Autotrax oraz Gerber. Na podstawie tego pliku możemy zlecić wykonanie płytki odpowiedniej firmie. Gdybyśmy jednak chcieli płytkę wykonać sami tutaj znajduje się rysunek ścieżek w rozdzielczości 600 dpi, natomiast tutaj znajduje się rysunek rozmieszczenia elementów.

Temat montażu, programowania i pokonywania problemów związanych z urządzeniami tego typu jest szeroko poruszony przy okazji opisów muzykantów i tam odsyłam zainteresowanych. Pozostaje jedynie zestawić programy, które będziemy ładować do mikroprocesora. Oprogramowanie różni się wyłącznie rodzajem dźwięków alarmów.

„Trzy melodie”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje losowo jednej z poniższych trzech melodii.

„Melodia 1”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tej melodii.

„Melodia 2”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tej melodii.

„Melodia 3”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tej melodii.

„Retro budzik”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tego dźwięku.

„Rozbudzacz”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tego dźwięku.

„Stara komórka”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tego dźwięku.

„S.O.S.”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tego dźwięku.

„Dobosz”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tego dźwięku.

„Obłęd”: Tutaj znajduje się program, który jako alarmu użyje tego dźwięku.

A tak wygląda zmontowana płytka zegara:

...a tak gotowe urządzenie, pracujące jako radiobudzik:

___ ergoclock flash ________________

Na podstawie schematu montażowego powstała dość oryginalna wersja zegara zasilanego wyłącznie bateryjnie. Został on pozbawiony funkcji budzika i sterownika, a głównym założeniem było ograniczenie zużycia prądu. Komplet trzech ogniw AA zapewni nieprzerwaną pracę urządzenia przez kilka miesięcy. Zegar nietypowo wyświetla czas - cyfry pojawiają się na krótką chwilę co dwie sekundy. Jednakże dzięki właściwościom ludzkiego oka nie ma problemu z ich odczytem. Średni prąd zasilający wynosi niecały miliamper przy nowych bateriach i spada do połowy przy bateriach bliskich wyczerpaniu. Kondensator o dużej pojemności umożliwia maksymalne wyeksploatowanie ogniw. Nic nie stoi na przeszkodzie by użyć akumulatorów jednak czas pracy może być krótszy, ponieważ w tak długim okresie akumulatory ulegają niezależnemu częściowemu samorozładowaniu.

Tak wygląda schemat zegara w wersji energooszczędnej:

Jak widać schemat uległ uproszczeniu. Różnice dotyczą portu pierwszego. Anody „dwójki” z pierwszej pozycji (dziesiątki godzin) zasilane są niezależnie, buzzer podłączony jest przez rezystor wprost do portu P1.0, a kwarc pracuje o połowę wolniej. Poza tym klawiatura składa się wyłącznie z dwóch przycisków „plus”, „minus” i służy do ustawiania czasu. Dziesięć sekund po ostatnim wciśnięciu dowolnego przycisku zegar akceptuje ustawiony czas resetując licznik sekund. Buzzer, podobnie jak w wersji rozbudowanej zegara, sygnalizuje kwadransy poza godzinami nocnymi. Dodatkowo cichutkim stukiem sygnalizowane są minuty.

Tutaj znajduje się program zegara w wersji „ergoclock flash”.

Pragnę przeprosić z góry za niemożliwość indywidualnej pomocy przy ewentualnych kłopotach związanych z budową zegara, po prostu nie mam na to czasu. Chętnie natomiast poznam wszelkie sugestie, które być może uwzględnię w następnych projektach. Budując zegar należy być świadomym tego, że odpowiedzialność za jakiekolwiek szkody związane z jego używaniem spoczywa na użytkowniku zegara.

Wszelkie prawa do zamieszczonych na tej stronie materiałów, rozwiązań oraz do projektu strony, jeśli nie zaznaczono inaczej, należą do autora - Adama Śmiałka. Jakiekolwiek komercyjne ich wykorzystanie wymaga bezwzględnie wcześniejszego kontaktu ze mną na adres: jankomuzykant@wp.pl.

All Rights Reserved.