Показать содержимое по тегу: часы

В теме рассмотрены электронные говорящие часы, в схеме которых секундные, минутные и часовые импульсы формируют счетчики К176ИЕ12, а в качестве носителей речевой информации применяются чипкордеры ISD17240PY. На корпусе часов установлены кнопки – для настройки в ходе эксплуатации, переменный резистор – для регулирования громкости сообщений времени, три разноцветных светодиодных индикатора - для контроля секундных, минутных и часовых импульсов. Часы получают питание от сетевого источника питания, а в отсутствие напряжения сети – от резервной батареи.

Для просмотра схем в хорошем качестве, наведите курсор мышки на схему или картинку и нажмите на нее левой клавишей 

Также приводятся схемы примочек, повышающих удобство пользования часами. Часы сообщат время после нажатия на кнопку пульта дистанционного управления бытовой аппаратурой или автоматически через задаваемые переключателями интервалы времени. Часы разработаны для использования в гараже.

Сообщения записываются через электретный микрофон и сохраняются в энергонезависимой памяти чипкордеров. В первом чипкордере – фразы с часовыми метками, во втором – с минутными.

На РИС.1 показана схема для записи сообщений:

Схема является фрагментом типовой схемы включения, приводимой в даташите на чипкордеры ISD 17-той серии. Тут же дана шпаргалка по управлению режимами стирания, записи и проверки сообщений. Включение электретного микрофона ВМ1 показано для случая, когда схема получает питание от одной «квадратной» батарейки или от трех «круглых» с напряжением Uпит=4,5V. Когда кнопка SB2 «ЗАПИСЬ» не нажата, микрофон отключен от питания. Потребляемый ток от батареи определяется только чипкордером и составляет не более Iпотр=1мкА. Если схему запитать от стабилизированного источника с Uвых=5V, то нижний вывод R2 можно подключить к общему проводу. В этом случае основной потребляемый ток будет определяться  микрофонной цепью. Элементы R3 и С1 – фильтр питания микрофонной цепи. Микрофон BM1 подключен к входам MIC+ и MIC- чипкордера DD1 по дифференциальной схеме через разделительные конденсаторы С2 и С3. Конденсатор С4, подключенный к входу AGC определяет АРУ записи, а резистор R4, подключенный к входу Rosc, задает тактовую частоту работы чипкордера и, следовательно, определяет ширину частотного диапазона, а также суммарное время записи/воспроизведения. В табличке указана зависимость этих показателей от номинала R4. К выходам УМЗЧ SP+ и SP - подключен динамик с Rобм=8 Ом. После подключения к источнику напряжения питание поступает на выводы Vccd и Vssd – входы питания цифровых узлов чипкордера, на выводы Vcca и Vssa – входы питания аналоговых узлов, на выводы Vccp, Vssp1 и Vssp2 – входы питания УМЗЧ класса «D». Конденсаторы, подключенные к этим выводам, осуществляют дополнительную фильтрацию Uпит для улучшения коэффициента отношения сигнал/шум. С подачей питания внутренний маркер адресного пространства чипкордера DD1 автоматически устанавливается в начало последнего сообщения (если были записаны сообщения), поэтому, если  нажать кнопку SB3 «ПРОВЕРКА», то первым проиграется последнее сообщение. Светодиод HL1, подключенный в выходу LED через ограничивающий ток R6=0,4…1КОм, является индикатором режимов работы. Так, например, в режиме «ЗАПИСЬ» он постоянно светится, пока нажата кнопка SB2, в режиме «ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ» мигает, пока проигрывается сообщение или вспыхивает два раза перед воспроизведением первого сообщения и один раз перед последующими. Подробности работы индикатора можно посмотреть в даташите. Вывод AUD/AUX представляет собой выход тока, поэтому, для получения стандартного аудиосигнала, к выходу подключают резистор сопротивлением R7=390…470 Ом. Выход всегда выключен и активируется при поступлении управляющих сигналов на входы PLAY или FT (вывод 22DD1 на схеме не показан). В этом случае на выходе появляется постоянное напряжение с уровнем U=1,2V при R7=390 Ом (U=2,0V при R7=470 Ом), преобразуемое в переменное c размахом U=1,2Vp-p воспроизводимого сигнала, либо звукового сигнала, подаваемого на вход ANA IN (вывод 9DD1 на схеме не показан). Конденсатор С11 устраняет высокочастотные всплески сигнала. Выход INT/RDY – статусный и представляет собой «открытый сток». Значение выхода принимает низкий уровень напряжения в любом режиме работы чипкордера, кроме случая подачи управляющего сигнала на вход RESET (вывод 3DD1 на схеме не показан). Все входы кнопочного управления внутри чипкордера имеют схему подавления дребезга и подтянуты к цифровой шине питания резисторами R=600Ком, поэтому на этих входах «дежурит» высокий уровень напряжения.

На ФОТО показана плата для записи с установленными элементами:

Используется готовая заводская плата с перфорацией. Монтаж произведен проводом МГТФ минимального сечения со стороны выводов деталей. На плате установлены кнопки, электретный микрофон, светодиод и панелька для смены чипкордеров. Далее плата использовалась для макетирования схемы часов, поэтому на ней были установлены дополнительные кнопки и элементы.

Сначала в панельку устанавливают первый чипкордер и записывают фразы с часовыми метками. После записи и проверки первый чипкордер из панельки извлекают и устанавливают второй. Аналогично записывают и проверяют фразы с минутными метками.

Для примера на РИС.2 приведены таблицы с фразами записываемых сообщений:

Может показаться утомительным, записать 24 фразы с метками часов и 60 фраз с минутными метками. На самом деле, процесс записи занимает меньше времени, чем я рисовал эти таблицы – нажал кнопку/сказал фразу/отпустил кнопку. Немного дольше займется времени, если перед фразами с часовыми метками записывать звуковые эффекты, но, тогда воспроизводимые сообщения текущего времени станут более интересными и оригинальными. В простом случае – это коротенькие рингтоны входящих SMS-ок, которые хранятся в памяти сотовых телефонов. Запись звукового эффекта, а затем фразы с меткой часов должна происходить в одно нажатие кнопки SB2, т.е. представлять собой единый записываемый фрагмент. Любые другие звуковые эффекты, например, музыкальные отрывки или прикольные речевые сообщения можно записать не только перед фразами с метками часов, но и после фраз с минутными метками. Следует предварительно просчитать необходимое время записи/воспроизведения и подключить к входу Rosc чипкордера резистор с соответствующим сопротивлением.

Итак, оба чипкордера содержат сообщения. Проверены правильная последовательность и качество записи. Теперь можно приступить к макетированию, которое поможет оптимизировать схемное решение и выявит недочеты, могущие возникнуть при дальнейшей эксплуатации часов.

На РИС.3 показана базовая (экспериментальная) схема говорящих часов:

Источником напряжения Uпит=5V является классическая схема, выполненная на линейном стабилизаторе DA1 типа 7805 (КP142ЕН5А). Вторичная обмотка трансформатора Т1 должна обеспечивать номинальный ток не менее Iвых=250мА. При подаче напряжения на схему стекающим током с входов RESET чипкордеров DD5 и DD6 заряжаются конденсаторы С5 и С14. Входы RESET объединены, поэтому, в первом приближении можно считать, что конденсатор с емкостью Собщ=С5+С14=300nF заряжается через резистор с сопротивлением Rобщ=300Ком, подключенный к Uпит. Пока заряжаются конденсаторы на входах 6, 8 и 12, 13 микросхемы DD4, а также на входе 8DD2.4 и входах 3DD5 и 3DD6 удерживается низкий уровень напряжения. С выхода 11DD4.4 лог.1 поступает на вход 9DD3 и через диод VD1 на входы 9,5DD1. Счетчики DD1 и DD3 устанавливаются в исходное состояние, а маркер адреса чипкордеров DD5 и DD6 перемещается в начало последних сообщений («НОЛЬ ЧАСОВ» и «РОВНО» соответственно). При достижении напряжением на С5 и С14 порогового уровня для входов 12,13DD4.4 выход 11DD4.4 переключается в лог.0 и работа счетчиков DD1 и DD3 разрешается. При этом на входах RESET, FWD и PLAY обоих чипкордеров постоянно присутствует напряжение высокого уровня. На входе FT чипкордера DD6 также высокий уровень с выхода 11DD2.3. На выходе 4DD1 формируются импульсы с частотой F=1Гц, которые поступают на вход 7DD1 и на затвор транзистора - усилитель тока VT1. Светодиод HL2 «СЕКУНДЫ» мигает в такт с секундными импульсами, индицируя ход часов. На выходе 10DD1 формируются импульсы с периодом, равным одной минуте (Т=60сек). Этот период состоит из двух полупериодов (Т=Т1+Т2). Первый полупериод – уровень лог.0 длительностью Т1=39сек, после чего выход 10DD1 принимает значение лог.1. Конденсатор С3 быстро разрядится через VD3 и выход 10DD1. Второй полупериод – уровень лог.1, который длится Т2=20сек, после чего выход 10DD1 вновь примет значение лог.0. Конденсатор С3 зарядится через R6, при этом на выходе 4DD2.2 сформируется импульс с уровнем лог.1 и длительностью не более Т=0,1сек. Этот импульс поступит на тактовый вход 7DD3 и, будучи проинвертированным элементом DD4.3, на вход FWD чипкордера DD6. В чипкордере маркер адреса переместится в начало первого сообщения «ОДНА МИНУТА». Светодиод HL3 «МИНУТЫ» вспыхнет два раза, указывая на первое сообщение (начало блока памяти). Аналогично схема будет работать и для следующих минутных импульсов: счетчик DD3 будет их подсчитывать, а маркер адресного пространства DD6 будет перемещаться в начало следующих по очереди сообщений «ДВЕ МИНУТЫ», «ТРИ МИНУТЫ», «ЧЕТЫРЕ МИНУТЫ» и т.д. Светодиод HL3 со второго по шестидесятое сообщение вспыхивает один раз. По истечении 59-той минуты дифференцирующая цепь С10-R10 на выходе 4DD4.2 сформирует импульс с уровнем лог.0. Этот импульс поступит на вход FWD чипкордера DD5 и маркер адреса переместится в начало первого сообщения «ОДИН ЧАС». Светодиод HL1 «ЧАСЫ» вспыхнет два раза. Это произойдет одновременно с приходом на вход FWD чипкордера DD6 шестидесятого импульса, поэтому через час работы маркер адреса DD5 будет указывать на первое сообщение, а маркер адреса DD6 – на последнее («ОДИН ЧАС» и «РОВНО» соответственно).

Собственно, идея работы часов в этом и заключается – по минутным и часовым импульсам перебирать сообщения в чипкордерах или, выражаясь технически, синхронизировать работу счетчиков и чипкордеров сигналами FWD. Теперь, при желании узнать текущее время, достаточно включить режим последовательного воспроизведения. Чипкордеры по очереди воспроизведут сообщения, на которые в данный момент времени указывают маркеры их адресного пространства – первым прозвучит сообщение часов, вторым – сообщение минут. Для сообщения правильного времени часы предварительно нужно установить.

УСТАНОВКА МИНУТ:

Для этого нажимают и удерживают кнопку SB2 «УСТАНОВКА МИНУТ». Через замкнутые контакты кнопки, диод VD6 и резистор R13 напряжение питания поступит на вход 9DD2.4, а так как на входе 8DD2.4 высокий уровень напряжения с входа 3DD6, то выход 10DD2.4 примет значение лог.0. Этот сигнал поступит на вход PLAY и чипкордер DD6 активируется в режиме воспроизведения. Через время не менее Т=0,3 сек., определяемое зарядом С4 через R5, на вход 2DD2.1 поступит высокий уровень напряжения. Уровень лог.1 на выходе 3DD2.1 сменится импульсами с частотой F=1Гц, которые через элемент DD2.2 начнут поступать на тактовый вход 7DD3 и через элемент DD4.3 на вход FWD чипкордера DD6. Фактически происходит процесс, схожий с «обычным ходом» часов, только чипкордер в режиме воспроизведения, а на вход FWD поступают не минутные, а секундные импульсы, при этом светодиод HL3 часто вспыхивает. Кнопку SB2 отпускают в момент воспроизведения фразы с минутной меткой, соответствующей минутам текущего времени. Конденсатор С4 быстро разрядится через VD2 и R4 – секундные импульсы перестанут поступать на тактовый вход 7DD3 и выбранное сообщение полностью воспроизведется. В результате в счетчик DD3 занесено нужное число минут, а в чипкордере DD6 маркер указывает на соответствующее этому числу сообщение.

УСТАНОВКА ЧАСОВ:

Для этого нажимают и удерживают кнопку SB3 «ВРЕМЯ/УСТАНОВКА ЧАСОВ». На входе PLAY появляется низкий уровень напряжения, и чипкордер DD5 активируется в режиме воспроизведения. Кнопка SB3 удерживается нажатой, поэтому последовательно воспроизводятся все сообщения, записанные в чипкордер. На выходе 15DD5 во время каждого воспроизводимого сообщения возникает ШИМ-сигнал, который диодом VD4 и конденсатором С11 преобразуется в напряжение высокого уровня (сигнал с уровнем лог.1). Этот сигнал инвертируется элементом DD2.3 и на входе FT чипкордера DD6 появляется напряжение с уровнем лог.0. Внутри чипкордера сформируется «сквозной канал» - вход ANA IN соединится с УМЗЧ. Аналоговый сигнал с выхода AUD/AUX чипкордера DD5 через разделительный конденсатор С15 поступает на вход ANA IN чипкордера DD6, в котором усиливается и воспроизводится динамиком BF1. Подстроечным резистором R11 устанавливают уровень громкости воспроизведения часовых меток так, чтобы он был сопоставим с уровнем громкости воспроизведения минутных меток. Так как сигнал с уровнем лог.0 на выходе 11DD2.3 присутствует только во время воспроизведения сообщения, то по окончанию воспроизведения сигнал с уровнем лог.1 через дифцепочку C12-R12 приводил бы к несанкционированному запуску чипкордера DD6 в режиме воспроизведения. При нажатой кнопке SB3 открытый диод VD7 шунтирует вход 9DD2.4, удерживая на входе PLAY чипкордера DD6 высокий уровень напряжения. Когда воспроизводимое сообщение с фразой часов будет соответствовать часам текущего времени, кнопку SB3 отпускают, при этом диод VD7 закрывается. Выбранное сообщение воспроизведется до конца. На выходе 11DD2.3 появится уровень лог.1, который дифцепью C12-R12 преобразуется в импульс с длительностью не более Т=0,1сек. Элемент DD2.4 проинвертирует этот импульс и чипкордер DD6 воспроизведет сообщение с фразой текущих минут. Таким образом, после установки часов дополнительно звучит сообщение о минутах.

КОРРЕКЦИЯ СЕКУНД:

Секунды корректируют по сигналам точного времени кнопкой SB1 «КОРРЕКЦИЯ СЕКУНД». Так как на выходе 4DD1 уровень лог.1 появляется сразу после отпускания кнопки SB1 (особенность или недостаток счетчиков К176ИЕ12), то отпускать кнопку следует спустя секунду после шестого сигнала точного времени. Если текущее состояние счетчика секунд DD1 соответствует промежутку от 00 до 39 секунд, то обнуление этого счетчика не изменит состояние счетчика минут DD3. Если состояние счетчика DD1 соответствует промежутку от 40 до 59 секунд, то обнуление этого счетчика увеличит содержимое счетчика DD3 на одну минуту.

УЗНАТЬ ТЕКУЩЕЕ ВРЕМЯ:

Чтобы прослушать сообщение о текущем времени, кратковременно нажимают кнопку SB3. Чипкордер DD5 начинает воспроизводить сообщение о текущих часах и светодиод HL1 «ЧАСЫ» мигает. Конденсатор С12 быстро разряжается через VD6, R4 и выход 11DD2.3, на котором во время режима воспроизведения DD5 уровень лог.0. По окончании воспроизведения сообщения чипкордером DD5 на выходе 11DD2.3 появляется уровень лог.1. Конденсатор С12 зарядится через резистор R12 и на входе PLAY чипкордера DD6 сформируется импульс с уровнем лог.0. Теперь в режиме воспроизведения активируется чипкордер DD6 и звучит сообщение о текущих минутах, при этом светодиод HL3 «МИНУТЫ» мигает.

На ФОТО показаны фрагменты макетирования часов:

В процессе макетирования выяснилось:

1. Установка минут происходит под управлением секундных импульсов на входе FWD чипкордера DD6. Точнее - под управлением полупериодов этих импульсов с уровнем лог.0 и длительностью Т=0,5сек. Следовательно, воспроизведение длится вторую половину секундных импульсов - во время полупериодов с уровнем лог.1 и длительностью также Т=0,5сек. Это значит, что времени на воспроизведение полной фразы с минутной меткой не хватает. Например, фразы с единицами минут звучат без слова «минут»: одна минута – «ОДНА МИ…», две минуты – «ДВЕ МИ…». Фразы с десятками минут звучат так, например: девятнадцать минут – «ДЕВЯТНА…», двадцать одна минута – «ДВАДЦАТЬ…».

2. Установка часов, в отличие от установки минут, происходит без управляющих импульсов на входе FWD, поэтому фразы с часовыми метками воспроизводятся полностью. Но, тогда на установку часов затрачивается больше времени. Особенно это становится заметным, если перед фразами были записаны звуковые эффекты.

3. Обнаружилась одна неприятность. Предположим, состояние счетчиков DD1, DD3 и чипкордеров DD5, DD6 соответствует текущему времени 1час 23мин 59сек. Случайно или специально в этот момент кратковременно нажимают кнопку SB3 для сообщения времени. Чипкордер DD5 воспроизводит сообщение «ОДИН ЧАС», которое длится одну секунду. По окончании этого сообщения должен включиться чипкордер DD6 для воспроизведения минут, но с выхода 4DD1 на вход 7DD1 приходит очередной секундный импульс. Выход 10DD1 переключится в лог.0 и на входе FWD чипкордера DD6 сформируется управляющий импульс одновременно (или немного раньше) с управляющим сигналом на входе PLAY. Получаем «конфликт» и воспроизведение сообщения с фразой минут блокируется (смотри пункт 3 «ОСОБЕННОСТИ КНОПОЧНОГО УПРАВЛЕНИЯ» на РИС.1).

4. Следует предусмотреть настройку точности хода часов.

5. Прежде чем выйти из гаража и закрыть его, сеть ~220V обесточивают – выключают вводной автомат. Чтобы часы продолжали работать, следует добавить резервный источник питания.

6.  В гаражных условиях эксплуатации часов, возможно, понадобится увеличенная звуковая мощность сообщений текущего времени.

Схема говорящих часов, показанная на РИС.4, учитывает перечисленные выше недостатки и обеспечивает увеличенную звуковую мощность сообщений времени:

В этой схеме источником питания усилителя мощности DA2 служит адаптер (или самодельный БП) с выходным напряжением Uвых=8…12V и номинальным током не менее Iвых=1А. Далее напряжение понижается до величины Uвых=5V и стабилизируется микросхемой DA1 типа 78L05. Это напряжение используется для питания схемы часов и светодиодов HL1-HL3. Источник резервного питания – батарея GB1, составленная из трёх последовательно включенных элементов типоразмера «ААА» (мизинчиковые) с Uобщ=4,5V. Батарея соединяется с плюсовой шиной «а» через диод VD11 типа 1N5819. Применение диода с барьером Шоттки обусловлено малым падением напряжения - не более Uпрямое=0,15V. Диод заперт, когда питание поступает от сетевого источника. При отсутствии сетевого питания диод открывается, подключая батарею. Диод VD10 препятствует попаданию напряжения батареи на выход стабилизатора и на аноды светодиодов.

Вместо DA2 можно применить любой подходящий УНЧ, но предпочтение отдано микросхеме мостового УМЗЧ типа TDA7056. Во-первых, эта микросхема работает в широком диапазоне питающих напряжений Uпит=3…18V (Uном=11V), во-вторых, отдает приличную выходную мощность (P=3W) при отсутствии внешних элементов коррекции. Выходы AUD/AUX чипкордеров DD5 и DD6 объединены и нагружены на переменный резистор R19, которым регулируют громкость воспроизведения. С движка резистора через разделительный конденсатор С21 сигналы сообщений часов и минут поступают на вход 3DA2 и усиливаются.

Между входами Rosc и PLAY обоих чипкордеров включены диодно-резисторные цепочки R7-VD3 и R14-VD9. При нажатии и удержании кнопок SB2 или SB3 развязывающие диоды соответственно VD9 или VD3 открываются, подключая к входам Rosc дополнительные резисторы, соответственно R14 или R7. В результате скорость воспроизведения увеличивается примерно в два раза. Теперь, во время установки минут, фразы с единицами и десятками минут будут успевать воспроизводиться полностью, а на установку часов будет затрачено меньше времени.

Параллельно конденсатору С2 подключен подстроечный конденсатор С3 для настройки точности хода часов.

В схеме появилась кнопка SB4 «ОБЩИЙ СБРОС». Она не обязательна, но может пригодиться при установке минут. Например, текущее время 15часов 12минут. Кнопку SB2 не успели отпустить при воспроизведении фразы «ДВЕНАДЦАТЬ МИНУТ» и чипкордер DD6 выдал сообщение с фразой «ТРИНАДЦАТЬ МИНУТ». Чтобы не прогонять по кругу все сообщения минут, достаточно нажать кнопку SB4 (светодиод HL2 перестанет мигать и погаснет), после чего кнопкой SB2 возобновить установку минут с сообщения «РОВНО».

Добавленные в схему элементы VT1, С13, R12 и VD7 минимизируют вероятность одновременного появления управляющих сигналов на входах FWD и PLAY чипкордера DD6. В исходном состоянии (между минутными импульсами) конденсатор С13 заряжен через R12 от напряжения лог.1 с выхода 10DD4.3. Транзистор VT1 открыт и верхний вывод резистора R10 подключен к общему проводу схемы. С каждым минутным импульсом на выходе 10DD4.3 появляется импульс с уровнем лог.0, который через VD7 быстро разряжает С13, закрывая VT1. После того, как чипкордер DD5 закончил воспроизведение сообщения, конденсатор С12 должен разрядиться через R10. Если в этот момент пришел управляющий импульс на вход FWD, то конденсатор С12 будет удерживать высокий уровень напряжения на входе 13DD2.3, т.к. транзистор VT1 закрыт и резистор R10 отключен от общего провода схемы. По мере заряда конденсатора С13 через R12 транзистор VT1 открывается, подключая R10 к общему проводу. Таким образом, управляющий сигнал на входе 23DD6 появится позже сигнала на входе 26DD6 и воспроизведение фразы с минутами не заблокируется. Сообщение о минутах прозвучит через Т=2,5…3сек. после сообщения о часах.

При обкатке схемы обнаружилось еще одно недоразумение. Предположим, текущее время 1час 59мин 59сек. После кратковременного нажатия на кнопку SB3 для воспроизведения времени, чипкордер DD5 выдает сообщение «ОДИН ЧАС», которое длится одну секунду. По окончанию сообщения приходит очередной секундный импульс и состояние счетчиков DD1 и DD3 изменяется. Одновременно на входах FWD чипкордеров DD5 и DD6 формируются управляющие импульсы, и маркеры адреса перемещаются в начало следующих сообщений – в DD5 маркер укажет на сообщение «ДВА ЧАСА», а в DD6 - на сообщение «РОВНО», которое начинает воспроизводиться. В итоге, вместо сообщения «ДВА ЧАСА РОВНО» прозвучит сообщение «ОДИН ЧАС РОВНО», что не соответствует действительности. Понятное дело, что вероятность совпадения момента нажатия кнопки SB3 и текущих минут и секунд (59мин и 59сек) мала и нужно специально «прицелиться» для получения такой комбинации. Поэтому, можно не заморачиваться на устранение этого недочета в работе часов, но, все-таки схема должна учитывать все нюансы при эксплуатации устройства.

Как сделать, чтобы часы всегда сообщали правильное время и могли это делать не только по команде от кнопки, расположенной на корпусе устройства, но и с кнопки пульта дистанционного управления, показано на РИС.5:

В этой схеме стабилизированное напряжение Uпит=5,1V формирует импульсный AC/DC адаптер с максимальным выходным током Iвых=1А. Напряжение от этого источника подается не только на УМЗЧ DA1 и светодиоды HL1 – HL3, но также поступает на микросхему ИК-приемника IR1 через фильтр питания R14-С14. Микросхема ИК-приемника (на корпусе отсутствует маркировка) извлечена из платы неисправного китайского напольного вентилятора «DELONY». Цоколевка этой микросхемы отличается от общепринятой цоколевки ИК-приемников, выпускаемых известными фирмами:

С вывода OUT ИК-приемника выходной сигнал проходит через фильтр R12-С13 и поступает на тактовый вход 3DD7.2. Без фильтра наблюдались произвольные воспроизведения сообщений времени при включении ламп дневного света, расположенных на потолке гаража. После фильтра выходной сигнал изменяет форму (R12+С13 - интегрирующая цепь) и не доходит до уровня лог.0, но опускается ниже уровня Uпорог=2,5V. Через резисторы R16 и R18 конденсатор С16 заряжен до Uпит, поэтому на входе 5DD7.2 присутствует высокий логический уровень. При появлении сигнала от ИК-приемника триггер переключается и на его выходе 2DD7.2 появляется лог.0, а на выходе 1DD7.2 – лог.1 Элементы С18 и R24 превращают триггер в одновибратор, постоянная времени которого зависит от времени заряда С18 через R24 и не превышает Т=0,1сек. Импульс с уровнем лог.0 проходит через диод VD17 и поступает на вход PLAY чипкордера DD5. Часы воспроизводят сообщение о текущем времени. Диод VD17 устраняет короткое замыкание выхода 2DD7.2 при нажатии кнопки SB3, а диод VD16 ускоряет разряд С18 после возвращения триггера в исходное состояние. Если на пульте ДУ удерживать кнопку нажатой, то следующее сообщение времени прозвучит только через секунду после окончания предыдущего. Это сделано следующим образом: используемые в этой схеме статусные выходы INT/RDY чипкордеров DD5 и DD6 объединены и во время воспроизведения через эти выходы и резистор R18 конденсатор С16 разряжается, удерживая на входе 5DD7.2 низкий уровень напряжения. По тактовым импульсам на входе 3DD7.2 в триггер будет постоянно записываться лог.0, следовательно, одновибратор переключаться не будет. По окончанию воспроизведения минут напряжение на С16 достигнет порогового уровня для входа 5DD7.2 только через 1…1,5 секунды. По этой же причине включить воспроизведение сообщения времени в момент прихода импульсов на входы FWD чипкордеров также не получится – выходы INT/RDY будут иметь низкий уровень и конденсатор С16 будет разряжен.

В схеме на РИС.4 кнопка SB3 «ВРЕМЯ/УСТАНОВКА ЧАСОВ» имеет больше техническое назначение  - для установки часов. Например, если SB3 кратковременно нажать еще раз после начала воспроизведения фразы с часовой меткой, то воспроизведение остановится и начнется воспроизведение фразы с минутной меткой. В схеме на РИС.5 добавлена кнопка SB5 «ВРЕМЯ» (выделена синим цветом), которую при желании можно установить на корпусе часов. Воспроизведение сообщения времени начнется после нажатия и отпускания этой кнопки. Повторное нажатие и отпускание кнопки SB5 включит следующее сообщение времени только после окончания предыдущего.

Триггер DD7.1 и связанные с ним элементы решают одновременно две проблемки на которые указывалось выше. В исходном состоянии на входе 10DD7.1 – лог.1 с заряженного конденсатора С16, поэтому на выходе 12DD7.1 – лог.1, а на выходе 13DD7.1 – лог.0. Диоды VD4, VD12, VD13 и транзистор VT2 закрыты, конденсатор С17 заряжен через R20. На входе 10DD7.1 низкий уровень напряжения только в случаях появления сигналов на входах FWD чипкордеров DD5 и DD6 или когда чипкордеры находятся в режиме воспроизведения. Транзистор VT1 закрыт низким уровнем напряжения на затворе с резистора R4, поэтому на входе 9DD7.1 напряжение высокого уровня с резистора R15 (диод VD9 закрыт – на аноде и катоде высокие уровни напряжения). На тактовом входе 11DD7.1 формируются импульсы с уровнем лог.1 при каждом изменении состояния на выходе 11DD2.2. При таком включении триггера DD7.1 возможны следующие варианты развития событий:

1. Без включения режима воспроизведения времени триггер DD7.1 не влияет на работу часов. Импульсы с уровнем лог.1 на входе 11DD7.1 появляются раньше, чем низкий уровень на входе 10DD7.1 с выходов INT/RDY чипкордеров DD5 и DD6, поэтому триггер не изменяет своего состояния.
2. Импульс с уровнем лог.1 на входе 11D7.1 появился во время работы чипкордера DD5, т.е. при воспроизведении фразы с часовой меткой. Триггер переключается. Диод VD4 открывается, поэтому, резистор R6 с малым сопротивлением подключается параллельно резистору R8 и тактовая частота работы DD5 увеличивается примерно в десять раз. Транзистор VT2 открывается, поэтому выход AUD/AUX чипкордера DD5 шунтируется и сигнал на вход 3DA1 не поступает. Когда ускоренное воспроизведение сообщения часов закончится и С16 зарядится, на входе 10DD7.1 уровень лог.0 сменится на лог.1 и триггер переключится в исходное состояние. Дифференцирующая цепь С17-R20 сформирует короткий импульс на входе 6DD7.2. Одновибратор на DD7.2 заново запустит воспроизведение часов, но теперь с нормальной скоростью. После воспроизведения часов, как обычно, начнется воспроизведение минут. Так как диод VD12 также был открыт, чипкордер DD6 в режим ускоренного воспроизведения минут не включался, т.е. диод VD12 дополнительно ускоряет начало нового воспроизведения.
3. Импульс с уровнем лог.1 на входе 11DD7.1 появился после завершения работы чипкордера DD5 одновременно (или немного раньше) с импульсом на входе PLAY чипкордера DD6. В этом случае воспроизведения минут не будет – «конфликт» управляющих сигналов на входах FWD и PLAY чипкордера DD6. После заряда С16 вновь прозвучит сообщение часов, затем сообщение минут.
4. Импульс с уровнем лог.1 на входе 11DD7.1 появился во время работы чипкордера DD6, т.е. при воспроизведении фразы с минутной меткой. Триггер DD7.1 переключится. Диод VD13 откроется и подключит R21 с малым сопротивлением параллельно резистору R23, поэтому тактовая частота работы чипкордера DD6 увеличится примерно в десять раз. Транзистор VT2 откроется и зашунтирует выход AUD/AUX – сигнал на вход 3DA1 поступать не будет. После ускоренного воспроизведения минут конденсатор С16 зарядится и триггер DD7.1 переключится в исходное состояние. Дифференцирующая цепь С17-R20 запустит одновибратор на триггере DD7.2. Воспроизведение часов и минут начнется заново, но уже с нормальной скоростью.
5. Импульс с уровнем лог.1 на входе 11DD7.1 появился сразу после завершения работы чипкордера DD6. В этом случае конденсатор С16 еще не успел зарядиться до порогового уровня для входа 10DD7.1, поэтому триггер DD7.1 переключится. После заряда С16 процесс воспроизведения сообщения времени начнется заново.

Во всех перечисленных вариантах с появлением управляющего сигнала на входе FWD чипкордера DD5 (состояние счетчика DD3 изменилось через час работы) повторное сообщение времени будет начинаться с новой фразы наступившего часа. Таким образом, если время подачи команды на воспроизведение сообщения времени граничит с моментом изменения минут и часов, то сообщение времени всегда будет начинаться заново. Транзистор VT1 и диод VD9 исключают переключение триггера DD7.1 во время установки минут или часов кнопками соответственно SB2 или SB3. При нажатии кнопок транзистор VT1 и диод VD9 открываются, задавая уровень лог.0 на входе 9DD7.1.

Питание микросхемы DA1 не превышает Uпит=5,1V, поэтому к выходам УМЗЧ можно подключить динамик с сопротивлением катушки R=8 Ом (P=1W), а саму микросхему на радиатор не устанавливать. На схеме синим цветом показан резистор Rнагр, который дополнительно нагружает адаптер питания. Если во время работы часов в динамике BF1 прослушивается негромкий «жужжащий» звук, частота которого изменяется в такт со вспышками светодиода HL2 (звук обусловлен применением импульсного источника питания), то подключение Rнагр снизит этот звук до практически не различимого даже в тихом помещении.

В гараже могут проводиться работы, требующие отсчета определенных интервалов времени. Схема узла «КУКУШКА», показанная на РИС.6, позволяет автоматизировать процесс сообщений текущего времени через заданные переключателями интервалы:

Пример показан для варианта использования узла со схемой часов, представленной на РИС.4, но его можно подключить к любой рассмотренной схеме.     

На тактовый вход счетчика 2DD1.1 поступают минутные импульсы. Вместе с элементом DD2.1 счетчик DD1.1 формирует 5-ти минутные интервалы времени. Когда интервал сформируется, то на выходе 3DD2.1 появится лог.1. Через цепь задержки R1-С1, постоянная времени которой выбрана Т=1сек, уровень лог.1 поступает на вход 7DD1.1 и устанавливает счетчик в исходное состояние. Счет интервала начинается заново. С выхода 3DD2.1 уровень лог.1 также поступает на тактовый вход 10DD1.2. Счетчик DD1.2 и элементы DD2.2 – DD2.4 формируют требуемые интервалы времени: 5мин, 10мин, 15мин, 20мин, 30мин и 1час. Эти интервалы выбирают переключателями SA1 – SA5. При указанном на схеме положении этих переключателей часы будут сообщать время каждый час. С выхода 11DD2.4 лог.1, пройдя через все переключатели, поступит на контактную группу К1.1. Когда внешнее питание подано, то реле К1 сработано и сигнал чрез замкнутые контакты поступит на затвор транзистора VT1. Одновременно, через цепь задержки R2-С2, постоянная времени которой задана Т=0,1сек, уровень лог.1 поступит на вход 15DD1.2. Счетчик сбросится в исходное состояние и подсчет 5-ти минутных интервалов начнется заново. Так как счетчик DD1.2 сбросится через время Т=0,1сек, то транзистор VT1 будет открыт только в течение этого времени. Следовательно, на входе PLAY чипкордера DD5 сформируется короткий импульс с уровнем лог.0 и начнется воспроизведение сообщения.

Для начала работы схемы следует кратковременно (не более Т=0,3сек) нажать кнопку SB2 «УСТАНОВКА МИНУТ» (чипкордер DD6 воспроизведет фразу с текущими минутами), при этом через развязывающие диоды VD1 и VD2 на входы RESET обоих счетчиков поступит напряжение питания и установит их в исходное состояние. Например, переключателем SA3 задан интервал «15мин». Кнопку SB2 можно нажать в любой момент, когда минуты и секунды текущего времени соответствуют промежуткам: от 00мин до 00мин 59сек; от 15мин до 15мин 59сек; от 30мин до 30мин 59сек или от 45мин до 45мин 59сек. В этом случае часы будут сообщать время, когда текущие минуты будут соответствовать фразам «РОВНО», «15 МИНУТ», «30 МИНУТ» и «45 МИНУТ». Аналогичным образом кнопку SB2 нажимают для других выбранных временных интервалов. Переключатели SA1 – SA5 соединены таким образом, что приоритет имеет переключатель, которым выбирается больший интервал времени. Например, если по ошибке одновременно выбраны интервалы 10мин (SA2) и 30мин (SA5), то часы будут сообщать время только через 30 минут. Чтобы каждый раз после отключения  и подключения внешнего питания не нажимать кнопку SB2, питание на узел подается с плюсовой шины «а», т.е. питание узла поддерживается резервным источником GB1. Реле К1 сработано только при подаче внешнего питания. Когда внешнее питание отсутствует, контактная группа К1.1 находится в состоянии, показанном на схеме. Затвор транзистора VT1 подключен к общему проводу, поэтому управляющие сигналы на входе PLAY чипкордера DD5 не будут формироваться. Это сделано для экономии энергии резервного источника питания. Испытания показали, что данный тип реле надежно срабатывает уже при Uобм=4V, поэтому питание на обмотку К1 подается через диод VD4 – для снижения рабочей температуры реле. Диод VD3 исключает выбросы обратного напряжения на шину +5V при отпускании реле К1. Синим цветом показаны элементы, которые необходимо добавить, если узел «КУКУШКА» будет работать в составе схемы на РИС.5. Назначение этих элементов – сделать приоритетным управление с пульта ДУ или от кнопки SB5 «ВРЕМЯ». Если триггер DD7.1 (см. РИС.5) переключился, то с его выхода 13DD7.1 через диод VD5 на конденсатор С3 поступит лог.1 и быстро его зарядит. Транзистор VT2 откроется. Затвор транзистора VT1 подключится к общему проводу и управление чипкордером DD5 от узла «КУКУШКА» станет невозможным. Когда триггер DD7.1 переключится в исходное состояние, транзистор VT2 некоторое время будет оставаться открытым, пока С3 не разрядится через R4. За это время сформированный импульс вернет счетчик DD1.2 в исходное состояние. Таким образом, если команда на сообщение времени, поданная с пульта ДУ или от кнопки SB5, совпадет с командой от узла «КУКУШКА», то управляющий сигнал узла будет заблокирован.   

Принципиальные схемы, показанные на РИС.5 и РИС.6, стали основой для практической конструкции часов, поэтому приведу полученные технические характеристики:  

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Напряжение внешнего источника питания -                                                5,0…5,2V

Напряжение резервного источника питания -                                              3,5…4,5V

Ток потребления от внешнего источника Uпит=5,1V (т.А на РИС.5):

С заторможенным счетчиком DD1 (нажата кнопка SB1) -                         33мА

В рабочем режиме и мигающем светодиоде HL2 -                                      38мА

В момент минутного импульса (один раз в минуту) –                                48мА

В момент минутного и часового импульсов (один раз в час) –                  56мА

При выдаче сообщения и минимальной громкости –                                  60мА

При выдаче сообщения и максимальной громкости –                                 250мА

Ток потребления от резервного источника Uбат=4,5V (т.Б на РИС.5):

С подключенным внешним источником –                                                    0,0мА

С отключенным внешним источником  –                                                     76мкА

В момент минутного импульса (один раз в минуту) –                                8мА

В момент минутного и часового импульсов (один раз в час) –                 16мА

ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНСТРУКЦИЯ:

Далее на ФОТО показаны фрагменты сборки устройства.

Подготовка платы, установка переменного резистора и панелек для микросхем:

Корпусом для часов послужил отработавший свое время абонентский громкоговоритель «НЕЙВА АГ-301».

На плату устанавливаются остальные элементы принципиальной схемы, проверяется работоспособность:

В заключение темы можно добавить, что на базе представленных принципиальных схем могут быть сделаны различные бытовые таймерные устройства с обратным отсчетом времени. Для этого достаточно записать в чипкордеры фразы с минутными и часовыми метками в обратном порядке. Схему часов не сложно дополнить узлом управления светодиодными или жидкокристаллическими индикаторами.

Видео как работают часы

Вначале сообщения текущего времени (часы и минуты) воспроизводились голосом знакомой девушки. Позднее были добавлены звуковые эффекты, поэтому фразы с часовыми метками были переписаны...

ПОЛЕЗНАЯ ЛИТЕРАТУРА:

1. Бирюков С.А. «Электронные часы на МОП-интегральных микросхемах». Справочное пособие. Москва. «Радио и связь» 1993 год. Массовая радио-библиотека.
2. Бирюков С.А. «Цифровые устройства на МОП-интегральных микросхемах» Москва. «Радио и связь» 1990 год. Массовая радио-библиотека.
3. Альтшуллер Г.Б., Елфимов Н.Н., Шакулин В.Г. «Кварцевые генераторы». Справочное пособие. Москва. «Радио и связь» 1984 год.
4. DATA SHEET Winbond. «ISD1700 Series. Multi-Message Single-Chip Voice Record & Playback Devices». January 23, 2007.
5. DATA SHEET Winbond. «ISD1700A Series. Multi-Message Single-Chip Voice Record & Playback Devices». April 22, 2005.
6. DATA SHEET Philips «TDA7056. 3W mono BTL audio output amplifier». May 1992.

Часы построены на микроконтроллере PIC16F628A, в качестве датчика используется DS18B20, транзисторы BC212 управляют общими анодами семисегментного индикатора, также в состав схемы входят несколько пассивных элементов.

Устройство настраивается с помощью 4-х кнопок. Одна увеличивает, другая уменьшает значение, третья кнопка используется для входа в меню, а также переключает элементы меню. При выходе из меню настройки сохраняются в EEPROM контроллера. Если часы зависают по какой-то причине кнопкой сброса они могут быть перезапущены. Часы будут продолжать работать с последними сохраненными значениями. Микроконтроллер тактируется от внешнего кварца частотой 4МГц для более точного отсчета времени. PIC16F628 управляет дисплеем в режиме мультиплексирования. Индикаторы находятся под контролем одного типа транзистора - BC212.

Как известно точность хода частов зависит от многих факторов - кварцевого резонатора, конденсаторов, температуры самого микроконтроллера, а также от качества электронных компонентов. В этой схеме, точность часов может быть установлена с помощью программного обеспечения. Нам просто нужно измерить отклонение в секундах за час или более часа, расчитать значения используя формулу для расчета поправочного коэффициента и ввести эти значения в память контроллера при помощи меню. Если правильно рассчитать поправочный коэффициент, то ход часов будет точным.

Настройка часов, описание меню:

- ho: Установка часов 0-23 
- nn: Установка минут 0-59 
- dn: Установка месяца
- dd: Установка числа месяца
- dY: Установка года
- dt: Установка формата индикации месяца. Если 1 - буквами(JA FE ||A AP ||Y JU JL AU SE oc no dE), 2 - цифрами(01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12). 
- tt: Задержка индикации времени. Значение переменной 2-99с 
- td: Задержка индикации даты. Значение переменной 2-99с. В случае если равно нулю дата не показывается! 
- tE: Задержка индикации температуры. Значение переменной 2-99с. В случае если равно нулю температура не показывается! 
- Sh: Калибровка шестнадцатеричного значения (см. ниже) 
- Sl: Калибровка шестнадцатеричного значения (см. ниже)

Примеры установки калибровок Sh/Sl:

Отставание на 30 секунд в 24 часа: 30/86400 = 0,000347 
1000000 - (1000000 * 0,000347) = 999653 (в десятичной системе) = F40E5 (шестнадцатеричной)

В результате шестнадцатеричное значение 40E5 раскладываем на Sh=40, SL=E5

Отставание на 2 секунды в 1 час: 2/3600 = 0,000555 
1000000 - (1000000 * 0,000555) = 999445 (в десятичной системе) = F4015 (HEX)

Sh=40, SL=15

Спешат на 15 секунд за 60 дней: 15/5184000 = 0,000002 
1000000 + (1000000 * 0,000555) = 1000002 (в десятичной системе) = F4242 (HEX)

Sh=42, SL=42

Скачать прошивку и печатную плату 

Это оригинальный проект часов с использованием 1 индикатора для отображения времени. Индикация времени отображается на вакуумном сверхминиатюрном индикаторе накаливания ИВ-9 в течении 4 секунд далее следует пауза 10 секунд и начинается все сначала.

Для удобства восприятия часов используется 4 светодиода которые загораются в определенной последовательности 1 часов,10 часoв,1 минут,10 мин в течении 4 секунд . Все часы можно уместить на одной плате 35х35мм, в моем варианте 35х50мм. В часах используется популярный микроконтроллер PIC16F84A . Компактные размеры платы позволяют располагать и использовать часы в малогабаритных корпусах.

Схему можно упростить если не использовать стабилизатор 7805, а питание 5v брать например сразу с USB порта от компьютера.

Прошивка: в архиве под 12ч и 24ч

Вернуться к теме «Питание часов от телефонной линии» позволили длинные выходные, а ещё по банальной причине – одному моему товарищу понравились часики, не требующие элемента питания. Но, вопрос прозвучал так: нельзя ли сделать то же самое, только на обычных, а не на узкоспециализированных элементах. В схеме «полторы» детали, почему бы не попробовать. Ограничение – вызывное напряжение с амплитудой до 120V, поэтому, был применён высоковольтный транзистор типа КТ940А.

В первом пробном варианте, который изображен на РИС.1, используется схемотехника, подробно описанная в первой теме. Полевые транзисторы с изолированным затвором заменены биполярными, всё остальное - по аналогии. Сделал необходимые замеры напряжения и тока. Зелёным цветом – трубка уложена на аппарат, красным – трубка снята и с линии поступает сигнал «ответ станции», т.е. постоянный гудок (зуммер) с частотой F=425Гц. Далее, если номер долго не набирать, то постоянный гудок сменится короткими гудками, т.е. появится сигнал «занято». Напряжение в схеме при этом состоянии линии АТС показано синим цветом. Тестовые испытания показаны на ФОТО 1. Следует уточнить, что эти замеры были сделаны на конкретном номере конкретной АТС и могут отличаться при подключении схемы к номеру, принадлежащему другому абонентскому комплекту другой городской АТС, а также, что результаты измерений даны с учётом влияния внутреннего сопротивления цифрового мультиметра.

Рисунок 1.

Фото 1.

Проверка проводилась с телефоном-трубкой «GE», питающимся от линии АТС, кроме того, к линии были подключены DECT-радиотелефон с автоответчиком «PANASONIC», а также приставка АОН и китайский телефон «WINDSOR, тоже получающие питание от телефонной линии. Почему заостряю на этом внимание, будет понятно далее по тексту.

В схеме на РИС.1 транзистор КТ940А включен по схеме эмиттерного повторителя. А если попробовать включить его по схеме с общим эмиттером? Переключательные характеристики устройства должны улучшиться. Не внося никаких изменений в номиналы используемых элементов, была опробована и такая схема, показанная на РИС.2, а тест на ФОТО 2. Здесь питание на часы (при уложенной на аппарат телефонной трубке) подаётся через ограничивающий ток резистор 100К (R5). Когда трубку снимут и линия займётся, транзистор VT1 в датчике состояния линии закроется. Положительным потенциалом с резистора R3 транзистор VT2 откроется и своим переходом К-Э зашунтирует резистор R5. Теперь питание на часы поступает через резистор R4 небольшого номинала. Можно утверждать, что схемки на РИС.1 и РИС.2 имеют полное право на жизнь… Однажды я наткнулся на какой-то сайт, где был выставлен буржуйский ролик, демонстрирующий питание настольной светодиодной лампы от телефонной линии. Не буду вдаваться в подробности, что я делал, экспериментируя с китайским 36-ти светодиодным LED – светильником (это другая тема), но, полученные результаты дали базу для практической реализации подсветки циферблата часов.

Рисунок 2.

Фото 2.

Для этой опции необходимо свести к минимуму потребление тока управляющими цепями, чтобы большая часть энергии, отбираемой из телефонной линии, приходилась на основные потребители - на часы и светодиоды. Для этого я опять применяю токовые «телефонные» ключи типа КР1014КТ1А, но в качестве основы использую схему на РИС.2. Полученная схема показана на РИС.3, а тестовые испытания на ФОТО 3. Вообще, сами испытания по питанию светодиодов от линии АТС, я начал проводить, когда на столе лежала схема, собранная по РИС.2. Схемные решения, которые проверялись, представлены на РИС.4. Зелёным цветом показано применение регулируемого стабилизатора напряжения в качестве стабилизатора тока, проходящего через светодиоды, а тест на ФОТО 4. Собственно, это и есть идея из буржуйского ролика. Потом был опробован отечественный «телефонный» стабилизатор тока типа КЖ101А, подключение которого показано красным цветом, а тест на ФОТО 5. Ничего из этого мне не понравилось – лишние детали, а эффекта почти никакого. Поэтому, было сделано гораздо проще - как показано синим цветом. Схема на РИС.3 вместе с последним включением светодиодов и стала окончательным решением для всего устройства в целом.

Рисунок 3.

Фото 3.

Фото 4.

Фото 5.

Фото 6.

Фото 7.

Остановлюсь более подробно на функции подстроечного резистора RP1 (см. РИС.4). Выше я перечислил телефонные аппараты (ТА), подключенные к линии параллельно часам, вот почему: 1. С телефоном-трубкой «GE» всё работало нормально – и набор номера, и входящий вызов, и отбой кнопкой РП (рычажный переключатель), которая нажимается при укладке трубки на подставку. Но, нажав кнопку клавиатуры «FLASH» (нормированный отбой), обнаружил, что линия АТС не всегда «сбрасывается». При этом ток, потребляемый всей схемой, был порядка Iобщ=1,5mA. Пришлось убавлять этот ток, увеличивая сопротивление RP1, пока линия не начала чётко «сбрасываться». При этом ток стал равен примерно Iобщ=1,3mA. 2. После этого был опробован набор номера с отечественной приставки АОН «ЛАРТ» в режиме «автодозвон», т.е. постоянно набирался свой же номер и, естественно, было «занято». Выяснилось, что «отбой» линии происходит некорректно – через раз или два. Пришлось ещё подстроить RP1 так, что общий ток, потребляемый часами и светодиодами, составил Iобщ=1,2mA. При таком токе все аппараты, подключенные к линии, стали работать без сбоев. Таким образом, резистором RP1 задаём общий ток, потребляемый всем устройством в зависимости от числа подключенных абонентских устройств к линии АТС. Чем их меньше, тем с большей яркостью (большим током) будет работать подсветка. Результат измерения показывает, что на светодиоды приходится примерно половина тока, отбираемого устройством из «незанятой» телефонной линии АТС.

Рисунок 4.

Фото 8.

Фото 9.

Фото 10.

Фото 11.

Теперь можно было приступать к сборке конструкции. Сначала просверлил отверстия в окантовке часов и установил светодиоды, как показано на ФОТО 6. Затем все светодиоды соединил последовательно проводом МГТФ минимального сечения, как на ФОТО 7. Над надписью «QUARTZ» виден светодиод. Это предохранительный светодиод HL1, который включен на всех схемах параллельно часам. Сначала он был установлен на плате, но потом я его перенёс на лицевую панель часов. Платка была выпилена согласно необходимым размерам, как на ФОТО 8, после чего на ней были установлены «крупногабаритные» элементы – конденсатор, телефонный разъём и выключатель подсветки, показанные на ФОТО 9. После этого на плате были запаяны остальные элементы схемы, показанные на ФОТО 10. В итоге, после крепления платы в часах, весь конструктив принял вид, как на ФОТО 11.

В заключение темы можно отметить, что с подсветкой часики «ожили» и выглядят довольно оригинально, а стрелки и цифры очень хорошо различимы в темноте. Часы висят в коридоре и, в общем-то, освещения вполне достаточно, чтобы придя поздно домой, не искать стенной выключатель в тёмном коридоре или ночью, не включая потолочную лампу, пройти через коридор на кухню или в санузел. В теме имеются три коротких ролика с демонстрацией того, что получилось. В первом ролике производится набор номера приставкой АОН «ЛАРТ» в режиме автодозвона. Видно, что светодиод HL1 между серийными импульсами набора светится. Во втором ролике набор осуществляется с DECT - радиотелефона «PANASONIC», при этом HL1 в межцифровых паузах не светится. Третий ролик демонстрирует входящий вызов в линии АТС, к которой подключены часы с подсветкой.

Простые часы на светодиодных матрицах. Многие радиолюбители, начинающие и не только любят «изобретать велосипед» - строить СВОИ электронные часы. Не обошла эта участь и меня. Конструкций часов в инете сегодня конечно предостаточно, но вот часов на светодиодных матрицах почему-то среди них единицы. В русскоговорящем интернете я нашел только одну полностью законченную и описанную конструкцию. В тоже время, светодиодные матрицы сейчас очень сильно подешевели, и их стоимость не выше, а то и ниже, чем у семисегментных индикаторов такого же размера. Например примененные мной GNM23881AD при размере 60х60мм были куплены за 1,5уе (3 индикатора обошлись в 4,5уе), за эти деньги врядли можно купить четыре семисегментника таких-же размеров. А вот информации, разместить на матричном индикаторе, можно намного больше. Кроме цифр на них можно отображать любые буквы, знаки, а с помощью бегущей строки еще и текст.

Исходя из этого, появилось желание построить часы на светодиодных матрицах, но чтоб схема при этом получилась не сложнее чем на семисегментниках. Также хотелось чтоб она была достаточно функциональная и не похожая на другие. Так родилась следующая схема.

Скачать в полном размере

Функционал у часов такой: 

•  Отсчет времени, календарь, день недели. (високосный год учитывается, переход на летнее/зимнее время не осуществляется).
• Сохранение хода часов при пропадании внешнего питания (потребление составляет 15мка).
• Коррекция хода + - 59,9сек\сутки, с шагом 0,1сек. 9 будильников. 3 из которых «одноразовые», и 6 «постоянных», индивидуально настраиваемых по дням недели.
• Индивидуально настраиваемая длительность звукового сигнала каждого будильника (1-15мин).
• Звуковое подтверждение нажатия кнопок (возможно отключить).
• Ежечасный звуковой сигнал (возможно отключить).
• С 00-00 до 08-00 сигнал не подаётся.
• 1 или 2 датчика температуры (Улица и дом).
• Настраиваемая бегущая строка, посредством которой выводится вся информация (кроме времени)
• Значение коррекции хода, и настройки «бегущей строки» - сохраняются даже при пропадании резервного питания.

«Сердцем» часов выбрана AtMega16A, из-за её доступности, дешевизны и «ногастости». Схему хотелось максимально упростить, поэтому все что можно, было возложено на контроллер. В результате удалось обойтись всего двумя микросхемами, контроллером и регистром TPIC6B595. Если кому то недоступен TPIC6B595, то можно его заменить на 74НС595 + ULN2803. Оба варианта были опробованы. Так же можно попробовать применить TPIC6С595, она немного слабовата, и слегка грелась, но в целом работала стабильно. Отсчет времени производится с помощью асинхронного тайме – Т2. Ход часов сохраняется и при пропадании питания. В это время бОльшая часть схемы обесточивается, а контроллер питается от батарейки, аккумулятора , или от ионистора. Мне было интересно «по играться» с ионистором, поэтому применил его. Ток потребления часами в дежурном режиме составляет 15мка. При питании от ионистора на 1Ф, часы «продержались» четверо суток. Этого вполне достаточно для поддержания хода во время перебоев питания. Если применить батарейку СR2032, то теоретически, по расчетам заряда должно хватить на 1,5года. Наличие сетевого напряжения контроллер «слушает» через вывод РВ.3 Этот вывод является инвертирующем входом компаратора. Напряжение питания, через делитель R2-R3 подается на вывод РВ.3, и в нормальном состоянии равно примерно 1,5в. Если внешнее напряжение упадет ниже 4,1 вольта, то напряжение на выводе РВ.3 станет меньше 1,23вольта, при этом сгенерируется прерывание от компаратора, и в обработчике этого прерывания выключаются все «лишние» узлы контроллера и сам контроллер усыпляется. В этом режиме продолжает работать только отсчитывающий время таймер Т2. При появлении внешнего питания, напряжение на РВ.3 снова подымится выше 1,23в, контроллер «увидев» это, переведет все узлы в рабочее состояние. Если вместо ионистора, будет использоваться батарейка СR2032, то её нужно подключить через диод(предпочтительно диод шоттки). Анод диода подключается к + батарейки, а катод к катоду VD1. В обычном режиме на экране отображается время в формате часы-минуты. С интервалом в одну минуту происходит запуск бегущей строки. Бегущей строкой отображается день недели, дата, год, темп. дома, и темп. на улице. Бегущая строка настраиваемая, т.е. можно включить/выключить отображение любого из элементов. (я например всегда отключаю отображение года). При выключении всех элементов, бегущая строка не запускается, и часы постоянно отображают текущее время. 9 будильников разделены на 3 одноразовых и 6 многоразовых. При включении будильников 1-3, они срабатывают только один раз. Для того чтоб они сработали еще раз, их нужно повторно включать вручную. А будильники 4-9 многоразовые, т.е. они будут срабатывать ежедневно, в установленное время. Кроме того эти будильники можно настроить на сработку только в определенные дни недели. Это удобно, например если не хотите чтоб будильник разбудил Вас в выходные. Или например Вам нужно просыпаться в будние дни в 7-00, а в четверг в 8-00, а на выходных будильник не нужен. Тогда настраиваем один многоразовый на 7-00 в понедельник-среду и пятницу, а второй на 8-00 в четверг….. Кроме того все будильники имеют настройку длительности сигнала, и если Вам, для того чтоб проснуться, мало сигнала в течении 1 минуты, то можно увеличить его на время от 1 до 15мин. Коррекция хода производится один раз в сутки, в 00-00. Если часы спешат к примеру на 5 сек в сутки, то в 00-00-00 время установится в 23-59-55, если же часы отстают, то в 00-00-00 время установится в 00-00-05. Шаг коррекции – 0,1 сек. Максимальная коррекция – 59,9 сек/сутки. С исправным кварцем больше вряд ли понадобиться. Коррекция осуществляется и в дежурном режиме при питании от батареи. Светодиодные матрицы можно использовать любые 8*8 светодиодов с общим катодом. Как уже было указано, я применил GNM23881AD. В принципе можно «набрать» матрицу и из отдельных светодиодов. Микроконтроллер AtMega16a можно заменить на «старый» AtMega16 с буквой L. При этом, теоретически должен немного увеличится ток потребления от батарейки. Наверное будет работать и просто AtMega16, но могут возникнуть проблемы при работе от батарейки. Диод D1 - желательно любой диод шоттки. С обычным выпрямительным тоже работает, но чтоб обезопасить себя от различных глюков, связанных с тем что часть схемы питается напряжением «до диода», а часть «после диода» лучше поискать шоттки. Транзистор VT1 – любой n-p-n. Управление часами осуществляется двумя кнопками. Их количество можно было довести до 8шт, не добавляя больше вообще ни одного компонента, кроме самих кнопок, но захотелось попробовать «выкрутится» всего двумя. Кнопки условно названы «ОК» и «ШАГ». Кнопкой «ШАГ» как правило происходит переход к следующему пункту меню, а кнопкой «ОК» изменение параметров текущего меню. Сигнал сработавшего будильника также выключается кнопками «ОК» или «ШАГ». Нажатие любой кнопки во время сигнала будильника отключает его. Схема управления получилась такой:

Скачять в полном размере

Все элементы - в SMD  исполнении, и расположены с одной стороны платы.  А индикаторы с другой.  Получается  миниатюрный монолитный блок, который легко встроить в какой ни будь небольшой плоский корпус.

Корпус «спаян» из стеклотекстолита,  прошпаклеван и покрашен в цвет «спелая вишня».   Стекло передней панели – обычное  тонированное стекло.

Финальный результат.

Видео как все работает!

Фюзы для программирования

 matrix_clock_mega16.rar

 pecytka.zip

В одном из номеров журнала «РАДИО» был предложен способ дистанционного контроля температуры, используя сотовую связь. В помещении, в котором нужно проконтролировать температуру, располагались дешёвый сотовый телефон и говорящие часы, озвучивающие текущее время и температуру.

Пример таких часов показан на ФОТО 1.

ФОТО 1. Часы TALKING CLOCK

При дозвоне на сотовый телефон и установлении связи, с помощью манипуляций на клавиатуре вызывающего телефона давалась команда нажатия кнопки «TALKING». Часы сообщали время и температуру по GSM-каналу, далее соединение принудительно разрывалось. Но можно реализовать контроль температуры в отсутствие хозяев (в садовом домике, в гараже, в подвале и т.п.) другим способом. В помещении оставляется устройство, которое через заданные промежутки времени автоматически включает часы в режим сообщения времени и температуры, а информация заносится в какое-нибудь устройство записи. Затем, прослушав накопленную информацию, делается соответствующий вывод о средней температуре в данном помещении. Так как это будет отдельное устройство, то к функции часов с будильником можно добавить, например, таймер или счётчик временных интервалов, который сгодится в быту, а наличие записывающего устройства позволит дополнить будильник любимыми звуковыми фрагментами.
Типовая принципиальная схема часов «TALKING TEMP.CLOCK”, зарисованная с печатной платы показана на РИСУНКЕ 1.1.

Управляющий контроллер DD содержит схему опроса датчика температуры RT, формирователь высокостабильного опорного напряжения, схемы АЦП и ЦАП, драйвер LCD- индикатора и схему ШИМ с мостовым УНЧ для динамика BF1. Конструктивно контроллер выполнен в бескорпусном варианте и на плате залит компаундом. Питание схемы часов осуществляется от двух батареек по 1,5 вольта типоразмера ААА, включенных последовательно. На РИСУНКЕ 1 в пунктах 1 - 7 указаны особенности микросхемы DD, которые учитываются в работе всей схемы регистратора.
В качестве накопителя информации удобно применить микросхему-чипкордер. Обосновать выбор можно простотой схемного решения, минимальным числом элементов внешней обвязки и сверхнизким потреблением тока от источника питания в неактивированном состоянии (не более 1-го мкА). Оптимально для данного устройства подойдут чипкордеры семейства ISD25xx с максимальным временем записи до двух минут, например, микросхема ISD25120. Напряжение питания этой серии, при котором сохраняется работоспособность, может быть от 4-х до 6-ти вольт. С учётом автономного использования регистратора, первый вариант источника батарейного питания может быть реализован по схеме, показанной на РИСУНКЕ 1.2. Но предпочтительнее применить источник, содержащий стабилизатор напряжения, вариант которого показан ниже. Это схема микромощного стабилизатора, обеспечивающая максимальный выходной ток в нагрузке до 40mA. В качестве стабилизирующего элемента используется светодиод HL1. Так как питание часов 3 вольта, а чипкордера 6 вольт, то необходимы две такие схемы.

Структурная схема устройства, показывающая уровни информационных и управляющих сигналов, а также поясняющая назначение элементов, изображена на РИСУНКЕ 2.

Принципиальная электрическая схема устройства показана на РИСУНКЕ 3.

В схеме источника питания указаны токи, потребляемые устройством в статическом режиме. Общий ток, потребляемый от источника GB1, составляет порядка 14 мкА. В первом источнике (+3V) опорным элементом служит светодиод HL1. Используется свойство светодиодов – при изменениях протекающего через них тока, падение напряжения на нём практически не изменяется и равно 1,5 вольта. Во втором источнике (+5V) в качестве опорного элемента применён стабилитрон КС133А в стеклянном корпусе (VD2). Дополнительным стабилитроном или диодом «ХХХ» (VD1) можно более точно подобрать выходное напряжение, которое зависит от конкретного экземпляра применённого стабилитрона. Все элементы работают в микромощных режимах, поэтому удалось получить весьма малое собственное потребление тока источниками от GB1 с U = 9V.
Тестовый режим в устройстве можно не использовать, но, вообще-то, с ним удобнее. Регистратор защищался на областных соревнованиях по электронике. Время доклада было ограничено, но для комиссии надо было продемонстрировать работу, поэтому и ввели «ускоренную прокрутку» времени. Для исключения тестового режима удаляются элементы генератора DD5.3, DD5.4, R2 и C19, счётчик DD7 и элемент сброса DD4.4, транзисторы VT5 и VT6, а также переключатель «ТЕСТ» SA3.
Переключатель временных интервалов SA1 можно заменить миниатюрными галетными переключателями, тогда необходимость в диодах VD4-VD19 отпадёт.
При кратковременном нажатии кнопки SB1 происходит перемещение внутреннего маркера адресного пространства микросхемы DD6 в начало блока памяти, т.е. воспроизведение или запись можно принудительно начать сначала. Чтобы произвести запись с микрофона BM1 переключатель SA2 устанавливают в положение «ЗАПИСЬ», затем нажимают и удерживают на протяжении записи фрагмента кнопку SB3, при этом управляющие сигналы «СТАРТ» и «ПАУЗА» формируются автоматически. В конце фрагмента её отпускают. Следующий фрагмент будет записываться после предыдущего. Для просмотра записанных фрагментов (как температуры, так и сообщений с микрофона) переключатель SA2 переводят в положение «ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ» и кратковременно нажимают кнопку SB2. После воспроизведения фрагмента автоматически наступает «ПАУЗА». Для прослушивания следующего фрагмента опять кратковременно нажимают SB2 и т.д.
Светодиод HL2 – индикатор активации чипкордера DD6 и может быть использован в качестве подсветки ЖК-индикатора часов. Он начинает светиться в начале воспроизведения или записи фрагментов и гаснет в конце.
Для режима отсчёта временных промежутков переключатель SA3 переводят в положение «ТАЙМЕР», а переключателем SA1 устанавливают нужный временной интервал от одной минуты до 59 минут. Получились своеобразные «песочные часы», удобные в процессе приготовления пищи. По истечении выдержки прозвучит голосовое сообщение текущего времени и температуры. Можно отметить, что теперь появилась возможность прослушивать время через заданные минутные интервалы, тогда как такой режим у самих часов был возможен только один раз в конце часового интервала.

Для работы устройства в качестве будильника с любимым музыкальным фрагментом переключатель SA1 должен быть в разомкнутом состоянии, а в DD2 с микрофона заранее необходимо записать музыкальный фрагмент (либо свою фразу, под которую хочется просыпаться). В будильнике штатными кнопками устанавливается время и режим «ALARM ON». При срабатывании будет проигрываться выбранный фрагмент в течение минуты, если не нажать кнопку отключения будильника.
Устройство размещают в подходящем по размерам корпусе, в котором крепят плату, а на передней панели устанавливают элементы управления. Как правило, ЖК-индикатор крепится к передней панели корпуса часов, а контакт со шлейфом обеспечивают приклеиванием. Возможен и другой вариант – посредством токопроводящей резинки контакты ЖК-индикатора присоединяют к плате часов без шлейфа. Сама резинка держится за счёт прикрученной мелкими винтиками к передней панели платы часов. Поэтому, лучше всего не разбирать переднюю панель часов, а установить её вместе с индикатором на корпусе устройства. Как это сделано в авторском варианте, показано на ФОТО 2. В корпусе устройства прорезается отверстие и передняя панель часов вместе с индикатором и печатной платой закрепляется «супермоментом» или термоклеем.

ФОТО 2. ВРЕМЕННОЙ РЕГИСТРАТОР ТЕМПЕРАТУРЫ. Внешний вид

Снизу корпуса устанавливается покупной футляр для шести полуторовольтовых батареек типоразмера «АА».

ФОТО 3. ОТСЕК С БАТАРЕЯМИ

На ФОТО 4 – ФОТО 6 показаны виды на монтажную часть устройства. Как видно, печатная плата не разрабатывалась. Детали на плате соединяются проводом МГТФ с минимальным сечением, а элементы управления на корпусе с платой – для удобства тонкими цветными проводами.

ФОТО 4. ВИД НА МОНТАЖ 1

ФОТО 5. ВИД НА МОНАЖ 2

ФОТО 6. ВИД НА МОНТАЖ 3

Элементы (динамик, кнопки, разъёмы, платка с диодами, микрофон и датчик температуры) внутри крепятся к корпусу с помощью термоклея, как показано на ФОТО 7 и ФОТО 8.

ФОТО 7. КРЕПЁЖ ВНУТРЕННИХ ЭЛЕМЕНТОВ 1

ФОТО 8. КРЕПЁЖ ВНУТРЕННИХ ЭЛЕМЕНТОВ 2

В представленных демонстрационных роликах показан пример работы устройства в двух режимах. Первый – тестовый режим записи температуры. Видно, что ускоренно изменяются показания часов и минут. Второй режим – включение будильника в заданное время 10 часов 05 минут, при этом воспроизводится фрагмент песенки «Вояж». По истечении одной минуты (10:06) будильник выключается, но фрагмент повторяется ещё раз.

Видео как работает устройство!