Недельный таймер на микроконтроллере. Программирование микроконтроллеров AVR
Предлагаю к повторению несложную схему бытового (кухонного) таймера на 99 минут собственной разработки. Идея заключалась в простоте управления, чтоб буквально любая (тупая) домохозяйка без проблем могла им пользоваться. Достаточно просто набрать 2 цифры минут и нажать кнопку "Старт". При необходимости можно установить и секунды. Также имеется скрытое "сервисное меню", где "спрятано" несколько фич - отображение прямого/обратного отсчета времени при работе таймера и несколько различных вариантов световых и звуковых эффектов по окончании отсчёта времени. Еще одной особенностью таймера (правда только на уровне программирования контроллера) является возможность выбора варианта управления ногой RC5 - появление на ней "1" либо во время счета времени, либо после окончания счета. Эту ногу можно использовать, например, для управления нагрузкой или как нибудь по своему усмотрению. Я в своем варианте сделал включение дополнительного усилителя звука по окончании счета.
В начале я разработал "дизайн" табло. В таймере применен индикатор на 2 цифры с двоеточием слева, а вокруг него расположены 6 светодиодов. При отсчете времени они показывают десятки секунд, а при окончании счета изображают бегущий огонь. Двоеточие тоже выполняет функцию визуального конроля режима. При установке времени в режиме минут оно погашено, а в режиме секунд - горит. Когда таймер запущен, начинается отсчет времени. Если время меньше одной минуты, на индикаторе отображаются секунды и двоеточие горит постоянно. Когда "натикало" больше минуты - на индикаторе высвечиваются минуты, а двоеточие начинает мигать. Десятки секунд, как писал выше, показывают светодиоды. Сейчас при чтении этого текста кажется что слишком все намудрено, но в реале все очень просто и логично.
Поскольку я предполагал встроить этот таймер прямо в стену, питание ему сделал от сети с настоящим выключателем. Никаких спящих и дежурных режимов! Не люблю я их. Только полное выключение! Блок питания - простейший импульсный, по типу китайской зарядки. За особой точностью хода я не гнался, так как для приготовления всяческих кулинарных изделий точность даже плюс/минус пару минут не так уж и критична. Да и образцового секундомера у меня тоже не было. На глаз при установке максимального интервала в 99 минут по сравнению с "эталонными" часами разницы практически не было. Ну может там каких пол секунды и было, но на глаз это отследить трудно. Так что если Вас все устраивает, можете приступить к повторению девайса. Вот его схема:
На время прошивки МК перемычки JP1 и JP2 снимаются. Для экономии места на схеме ключи VT5, VT6, VT9 и VT10 не показаны. Индикатор взял из старого компьютерного корпуса. В нем в качестве двоеточия используется левая 1. Только при окончательной сборке эти сегменты надо немного закрасить чтоб получилось 2 точки (я просто заклеил ненужные участки черной изолентой). Еще особенностью этого индикатора является то, что сегменты этой левой единицы соединены последовательно внутри индикатора и выведены как сегмент H (запятая) от второй цифры. Поэтому обратите внимание, что номинал R22 меньше, чем у резисторов для других сегментов. Вообще же можно просто использовать обычный индикатор на 2 цифры и 2 последовательно соединенных светодиода для двоеточия. Я взял такой индикатор просто потому, что он у меня уже был. На всякий случай дам его распиновку.
Установка времени происходит следующим образом. По умолчанию (при включении) таймер находится в режиме ввода минут, при этом двоеточие погашено. Цифровыми кнопками набираем сколько надо минут и нажимаем кнопку "Старт" (S12 по схеме). Вводимые цифры по ходу нажатия сдвигаются влево, какие цифры на индикаторе горят - столько минут в данный момент и установлено. Например, если на индикаторе горит 23 (установлено 23 минуты), а надо поставить 6 минут, то просто нажимаем "0" и "6". Если надо установить и секунды - нажимаем кнопку "Сек" (S10 по схеме), при этом зажигается двоеточие. Ставим сколько надо секунд точно также, как и минуты. Если набранное число получилось больше 59 секунд, старшая цифра начинает мигать, символизируя ошибку, и сбрасывается в 0. Запустить таймер можно как из режима минут, так и из режима секунд. После запуска таймера, остановить его досрочно можно повторно нажав кнопку "Старт".
На принципиальной схеме слева виден коннектор X3 с надписью "Out". Это тот самый выход управления чем-нибудь, про который я писал в начале. В исходном состоянии там "0". На этапе программирования МК можно задать, когда там будет появляться уровень "1" - во время отсчета времени или по окончании отсчета и до возвращения таймера в исходное положение. Задается это в памяти данных EEPROM, в ячейке по адресу 0x2105 (на рисунке квадратик 1). Записав туда значение 0x01, на выходе будет логическая "1" во время работы таймера. Записав 0x00 - после окончания отсчета времени. Вот скриншот программы при программировании МК.
По адресу 0x2107 (квадратик 2) находится значение числа коррекции при отсчёте времени (отстают-уменьшить, спешат-увеличить). Изменять число желательно в небольших пределах и без особой надобности лучше не трогать. Не ставить числа, равные 0 и 0FFh. По адресу 0x2109 (квадратик 3) находится число, определяющее сколько минут будет работать звуковой сигнал при окончании отсчета, если таймер не сбросили в исходное состояние нажатием кнопки.
Как писал выше, к выходу "Out" можно, например, подключить узел управления нагрузкой по такой схеме.
Если нагрузка не очень мощная (несколько десятков Ватт), тиристор можно даже не ставить на радиатор. При опытах я подключал лампу накаливания 25W и все детали были холодные, как труп.
Так как мне управлять ничем не требовалось, а таймер собирался для отсчета времени при приготовлении пищи, я подключил к этому выходу дополнительный "усилочек" с пьезодинамиком от телефона, чтобы увеличить громкость сигнала при срабатывании таймера. Получилось достаточно громко, а сигнал слышно в любом уголке квартиры.
Т.е. выход "Out" включал питание "усилка", а сам сигнал звука брался с выхода ПИКа для мелкого динамика. Получилось, что когда нажимаешь кнопки при установке времени - пищит только маленький динамик, а когда срабатывает таймер - пищат сразу оба динамика. Этот дополнительный усилочек собран на отдельной платке.
Сам таймер собран на двухсторонней печатной плате, нарисованной в . Архив приложен в конце статьи. Плата разведена под PIC в корпусе TSSOP с шагом 0,65мм.
Фото платы в процессе сборки/отладки.
Для питания таймера использовал простейший импульсный блок питания, собранный по этой схеме (саму схему взял готовую где-то в интернете). Подробно писать про него здесь нет никакого смысла, ибо это тема для отдельной статьи про импульсные блоки питания. Приведу лишь данные по намотке трансформатора. Сам каркас подходящего размера берется из энергосберегающей лампы или из сгоревшего китайского БП. Также его можно выдрать из цепи дежурки компьютерного БП или из монитора, но по размерам они будут немного больше. Для беспроблемной разборки каркаса и сердечника трансформаторов, я их окунаю в кипящую воду на 3-4 минуты и потом аккуратно, без больших усилий, разбираю. Дальше снимаем все старые обмотки и мотаем новые. Обмотки: 1-2 - 600 витков диаметром 0,08 - 0,1мм; 3-4 - 23 витка диаметром 0,3 - 0,55мм; 5-6 - 10 витков диаметром 0,08 - 0,1мм. Обмотка 1-2 намотана внавал, остальные виток к витку. Все обмотки необходимо хорошо заизолировать друг от друга. При намотке соблюдать направление и начало обмотки по точкам. Две половинки Ш-образных сердечников стыкуются через изоляционную прокладку (воздушный зазор ~ 0,1 мм).
Но можно поступить проще, взяв любой готовый китайский блок питания с напряжением 8-9 вольт на выходе.
Несколько фоток изготовления корпуса (небольшой ворклог). Особое внимание было уделено оформлению дисплея.
Ну и готовое устройство в сборе.
И напоследок про "сервисное меню", о котором упомянуто в начале текста. Если из режима установки секунд набрать "1", "1", "1", "1", "1" и "Старт", то кнопками "1" и "2" можно выбрать прямой или обратный отсчет времени. На индикаторе будет высвечиваться "Cu " (Count Up) или "Cd " (Count down). Выход из меню с сохранением настроек в EEPROM кнопкой "Старт".
Если набрать последовательность "2", "2", "2", "2", "2" (также из режима установки секунд) и "Старт" - кнопками "1" - "4" можно выбрать один из четырех вариантов звукового сигнала при срабатывании таймера. На индикаторе будет высвечиваться "A1 " -"A4 " (Alarm). Выход с сохранением настроек в EEPROM так же кнопкой "Старт".
Набрав "3", "3", "3", "3", "3" и "Старт" кнопками "1" - "4" можно выбрать один из четырех вариантов "бегущего огня" круговых светодиодов при срабатывании таймера. На индикаторе будет высвечиваться "E1 " -"E4 ".
Набрав "4", "4", "4", "4", "4" и "Старт" кнопками "1" - "4" можно выбрать один из четырех вариантов мигания семисегментных индикаторов при срабатывании таймера. На индикаторе будет высвечиваться "L1 " -"L4 ".
В архиве приложены платы таймера и блока питания (если кому надо) и прошивка контроллера. Фьюзы уже указаны в прошивке, ничего менять не надо. На плате таймера присутствует несколько керамических конденсаторов 0,1мкФ по питанию, не показанных на принципиальной схеме. Также есть пару деталей, обозначенных FB (ferrite bead) - это просто так называемые ферритовые бусинки, используемые в качестве перемычек.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | МК PIC 8-бит | PIC16F636 | 1 | В блокнот | ||
| IC2 | Кодер, декодер | SN74LS155A | 1 | В блокнот | ||
| IC3 | Регистр сдвига | К561ИР2 | 1 | В блокнот | ||
| IC4 | Линейный регулятор | L78L05 | 1 | В блокнот | ||
| VT1-VT3, VT13 | Биполярный транзистор | КТ3107БМ | 4 | В блокнот | ||
| VT4-VT12 | Биполярный транзистор | КТ3102БМ | 29 | В блокнот | ||
| D1-D4 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 4 | В блокнот | ||
| Q1 | Кварцевый резонатор | 20 МГц | 1 | В блокнот | ||
| C1, C2, C4 | 220 мкФ | 3 | В блокнот | |||
| C3, C5, C8 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 3 | В блокнот | ||
| C6, C7 | Конденсатор | 22 пФ | 2 | В блокнот | ||
| C9 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| R1-R3 | Резистор | 1 кОм | 3 | В блокнот | ||
| R4-R6 | Резистор | 680 Ом | 3 |
Таймер предназначен для однократного или периодического включения нагрузки постоянного тока напряжением от 8 до 12V, силой тока не более 1А. Таймер питается от того же источника питания, что и нагрузка. Время задается установкой перемычки, и может быть 5 минут, 10 минут, 20 минут или 40 минут.
Можно выбрать, установкой другой перемычки, один из режимов, - разовое включение или периодическое. В первом случае, нагрузка включается спустя заданное время. И остается включенной пока есть питание. Во втором режиме, нагрузка включается и выключается периодически, - включается спустя заданное время, затем выключается еще через такое же время. И это циклически повторяется.
Запуск таймера производится кнопкой. Отсчет времени начинается с момента отпускания этой кнопки. Источником тактовых импульсов служит мигающий светодиод. От частоты его мигания зависят временные интервалы. Имеющийся у автора светодиод мигал с частотой около 1,7 Гц.
При этом временные интервалы в 40, 20, 10 и 5 минут указаны приближенно, на деле они на несколько секунд меньше. Поэтому, применять этот таймер там, где нужно строгое и точное соблюдение временных интерва-лов не имеет смысла. Он годится только там, где слишком большой точности не требуется, например, в различных военно-спортивных играх.
Принципиальная схема
В основе схемы лежит микросхема CD4040 (аналог К561ИЕ20), - двоичный счетчик на 12 разрядов. Источником тактовых импульсов служит мигающий светодиод HL1. Перемычка Л служит для выбора временного интервала (на схеме показана в положении «40 минут»). Перемычка J2 служит для выбора режима (на схеме показана в положении однократного включения нагрузки).
Рис. 1. Принципиальная схема таймера (реле времени) для управления низковольной нагрузкой с током до 1А.
После обнуления счетчика D1 на всех его выходах логические нули. И нулевое напряжение через перемычку Л поступает на затвор полевого транзистора VT1, коммутирующего нагрузки. Поэтому он закрыт и на нагрузку ток не поступает.
В указанном на схеме положении, через перемычку J2 и резистор R2 подается ток на мигающий светодиод с выхода микросхемы D1. Светодиод HL1 мигает, создавая импульсы тока и напряжения по цепи своего питания. Импульсы напряжения через цепочку R3-C1 поступают на вход счетчика. После отпускания кнопки S1 счетчик начинает считать эти импульсы.
Спустя заданное время, логическая единица возникает на том выходе счетчика, с которым соединена перемычка Л. При этом, напряжение поступает на затвор полевого транзистора VT1 и он открывается. А через J2 напряжение высокого логического урвня поступает на мигающий светодиод HL1, и ток через него прекращается, - он больше не мигает и не генерирует импульсы.
Схема останавливается на этом. Но, если перемычка J2 будет в нижнем, по схеме, положении, то резистор R2 будет соединен не с выходом счетчика, а с общим минусом питания. Поэтому, счетчик продолжит работать. И спустя еще такое же время, на выходе счетчика, соединенном с перемычкой J1 возникнет логический ноль. И транзистор VT1 закроется, отключив нагрузку. И это будет повторяться циклически.
Детали и печатная плата
Вместо указанного на схеме светодиода можно применить любой одноцветный мигающий светодиод, однако нужно учесть, что у него частота мигания может быть другой, и, соответственно, временные интервалы тоже получатся другими. В качестве основы для перемычек используется панелька под 14-ти выводную микросхему. Два контакта из неё удалены.
Рис. 2. Печатная плата для схемы таймера.
Четыре контакта работают для перемычки J2, и восемь контактов - для перемычки J1. Монтаж выполнен на печатной плате, на рисунке показанной схематически. Питание может быть от 5 до 15V.
Гордеев И. РК-2017-05.
Представляем очень практичное устройство отсчёта времени для дома и кухни. Проект был разработан по причине того, что хоть всяких таймеров много в разных устройствах (часы, смартфоны и т. д.), но все они не удобны в эксплуатации в условиях кухни или мастерской. Управление должно быть максимально упрощено — никаких лишних кнопок, которые не сразу и вспомнить какая за что отвечает.
Схема принципиальная таймера с энкодером
Схема на кухонный таймер с микроконтроллером ATtiny 2313
Когда-то давно были в продаже механические таймеры — они реально были просты в использовании. Вот и решено объединить эту простоту с современной базой. Так возник этот таймер с регулятором — энкодером. В нём как и в механическом прототипе, можно увеличивать и уменьшать время отсчета. Основа — микроконтроллер ATtiny 2313. Вот к нему .
Рисунок печатки таймера
Как работает устройство
Увеличение/уменьшение времени происходит скачкообразно сразу на несколько секунд. Кроме того, время можно приостановить.
Последние 5 минут сигнализируются короткими двойными пиками каждую минуту. А последние 15 секунд пикает каждую секунду.
Возможность выключения текущего сигнала пищалки осуществляется нажатием на энкодер или поворотом его ручки в любую сторону.
Вид сбоку
С целью максимального упрощения для пользователя управления, таймер обратного отсчета не имеет никаких других лишних функций.
Вид сбоку на детали
И вместо распознавания временных шагов на 15, 30, 60 секунд, лучше было бы определить скорость поворота ручки энкодера и на этой основе изменять время. Медленное вращение — подсчитывает отдельные секунды, быстрое — шаги в несколько минут.
Готовый самодельный LED таймер
Корпус… До него дело так и не дошло 🙁 Таймер уже долгое время так и используется в полуоткрытом виде: снизу 3 пальчиковые батарейки, спереди трёхцифровой индикатор LED, а сверху ручка регулятора выбора времени.
Видео работы таймера
Вот видео, демонстрирующее работу устройства при различных режимах, а также механический секундомер рядом для сравнения.
Электронный таймер предназначен для программного управления бытовыми приборами, освещением и другими приборами. Таймер можно использовать для аквариумного и другого оборудования. Использование таймера позволит экономить электроэнергию, не понижая уровень комфорта.
Вариант 1
В состав данного устройства входит три таймера. Таймер 1.1 и таймер 1.2 каждый из них позволяет задавать время включения и выключения нагрузки, которая подключается к реле KV1. Таймер 2.1 и таймер 2.2 также позволяет задавать время включения и выключения нагрузки, которая подключается к общему реле KV2. Таймер 3 представляет собой обратный таймер, который управляет нагрузкой через KV3.
В данном устройстве применен микроконтроллер PIC16F628A. Элементы С1, С2, ZQ1 являются внешними частотозадающими элементами внутреннего тактового генератора. Для отображения информации используется индикатор HG1 с контроллером KS0066. Индикатор может отображать две строки по шестнадцать символов. Подстроечным резистором R4 можно регулировать контрастность изображения. Помощью SB1-SB5 происходит управление режимами работы и индикации, а так же настройка таймера. Через выводы 1,17,18 микроконтроллера происходит управление транзисторами VT1-VT3 и далее реле KV1-KV3, которые включают либо отключают нагрузку. При использовании реле с током катушки более 100 мА, то транзисторы КТ315В следует заменить на транзисторы максимально допустимый ток коллектора, которых больше тока катушки реле.
Режим отображения текущего времени.
Режим отображения таймера 1.1.
Если время включения установлено равным времени выключения то считается не используемым.
Назначение клавиш и управление ими такое же, как и в режиме текущего времени.
Таймеры 1.2, 2.1 и 2.2 по индикации и управлению аналогичны таймеру 1.1.
Режим отображения таймера 3
Таймер 3 - это обратный таймер.
Для входа в режим настройки таймера 3 необходимо нажать и удерживать, до появления мигающего курсора, кнопку SB5. В режиме настройки перемещение курсора осуществляется кнопками SB3 и SB4, а изменение значений кнопками SB1 и SB2. При отсчете времени остановить таймер 3 можно нажав SB5. После повторного нажатия SB5 таймер продолжит отсчет времени и когда его значение будет равно нулю, нагрузка отключится.
Переключение между режимами отображения осуществляется кнопками SB1 и SB2.
Биты конфигурации микроконтроллера.
Вариант 2
Режим отображения текущего времени
Назначение клавиш управления в этом режиме:
SB5 - вход/выход в режим настройки текущего времени.
SB3, SB4 – перемещение курсора влево либо вправо при настройке.
SB1, SB2 – уменьшение либо увеличение значений времени при настройке.
Режим отображения таймера
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | МК PIC 8-бит | PIC16F628A | 1 | В блокнот | ||
| HG1 | LCD 16x2 | BC1602B2 | 1 | В блокнот | ||
| ZQ1 | Кварцевый резонатор | 4 МГц | 1 | В блокнот | ||
| VD1-VD3 | Диод | КД105Б | 3 | В блокнот | ||
| VT1-VT3 | Биполярный транзистор | КТ315В | 3 | В блокнот | ||
| C1, C2 | Конденсатор | 15...30 пФ | 2 | В блокнот | ||
| R1, R3, R5 | Резистор | 1 кОм | 3 | В блокнот | ||
| R2, R6 | Резистор |
Данная схема таймера на микроконтроллере PIC16F684 позволяет осуществлять независимый выбор момента выключения и включения нагрузки. Отличительным качеством данного таймера служит использование ЖК-индикатора SoG со встроенным последовательным интерфейсом.
Описание работы таймера на микроконтроллере
Индикатор имеет 8 семи-сегментных цифр. Индикация времени начинается четырьмя цифрами посередине. Часы и минуты разделяются десятичной точкой. Индикация включенной или выключенной нагрузки таймера отображается с правой стороны индикатора (0 –выключено,1 – включено)
Все управление таймером осуществляется посредством 4-х кнопок. Если нажать и удерживать кнопку «Установка» на протяжении 2 секунд, то активируется режим установки. Сначала устанавливается реальное время (часы и минуты). После установки времени необходимо один раз нажать на «установка»
Для установки времени включения и выключения микроконтроллерного таймера необходимо нажать соответствующую кнопку. Также после выбора необходимого значения необходимо один раз нажать «установка».
Функционирование микроконтроллера осуществляется от встроенного RC-генератора частотой 8 МГц. Схема внутренних часы функционируют от кварцевого генератора 32768 Гц. Все основное время микроконтроллер находится в режиме sleep, поэтому среднее значение тока потребления составляет примерно 5…7 мкА.
В роли ключа используется IRLML2502 (BSS138). Тактильные кнопки произвольные. Прочие радиоэлементы SMD. Штекер для программирования микроконтроллера PLS5 с нумерацией выводов как в PICKit2.