Будильник — несомненно, очень полезное устройство, без которого среднестатистическому человеку очень сложно проснуться в нужное время. Ещё 20 лет назад и часы и будильник были отдельными устройствами, которые 90% своей техножизни стояли в одном месте и служили одной цели. В наше же время, функцию часов и будильника взял на себя смартфон.
В этой онлайн-инструкции мы будем собирать светодиодный будильник на китайском микроконтроллере STC15W408AS. Он уже запрограммирован, поэтому нам нужно только правильно спаять все компоненты, подать питание и будильник заработает. В качестве индикаторов в данном устройстве применяются семисегментные светодиодные индикаторы и 3мм светодиоды синего цвета показывающие секундный круг размещенные по кругу будильника.
Для питания будильника используется кабель Micro-USB. Он идет в комплекте.
SMD элементы
В переводе с английского, SMD — это surface mounted device, то есть «устройство, монтируемое на поверхность». В отличие от технологий недавнего прошлого, SMD элементы занимают гораздо меньше места. SMD позволяет нам сделать устройство очень компактным. Достаточно посмотреть на материнскую плату любого смартфона, чтобы понять о чем идет речь.
SMD бывают разных размеров. Элементы прямоугольной формы такие как светодиоды или резисторы измеряются по длинам сторон. Например, на популярной плате Ардуино установлены светодиоды 0805. В переводе с дюймовой системы в метрическую это соответствует размеру 2 x 1,25 мм. А большинство керамических конденсаторов на той же плате имеют уже размер 0603 = 1,6 x 0,8 мм.
В данном наборе мы будем учиться работать с элементами типоразмера 0805.
Выводные элементы
Радиодеталь называют выводной если она крепится к печатной плате путём установки её контактов в отверстия и дальнейшего их припаивания (или с помощью накрутки). А процесс сборки плат с такими деталями называют сквозным монтажом, или на английском: THT — Through-hole Technology.
На заре электроники все радиодетали были выводными. Сейчас же такой способ монтажа применяется в основном для силовых элементов, которые работают с большими значениями напряжения и силы тока. В наше время вся электроника собирается поверхностным монтажом с помощью SMD элементов — это компактнее и дешевле в масштабах промышленного производства.
Но выводной монтаж всё ещё широко распространён среди DIY-энтузиастов. Ведь чтобы создать прототип устройства на макетной плате потребуется соединить различные модули, радиодетали и контроллеры, которые часто снабжены или штырьками или отверстиями под них.
Подготовка к работе
Для сборки устройства понадобится паяльник, немного припоя и флюс, жидкий или гелевый. Если чего-то не хватает, вы можете приобрести это у нас в магазине RobotClass:
Сборка
В комплекте используются компоненты SMD-формата для пайки всей «умной» части и выводные элементы для светодиодов и цифрового индикатора.
Состав набора
- резистор 10 кОм (код 103), R1, R2 — 2шт;
- резистор 1 кОм (код 102), R3..R11 — 9шт;
- фоторезистор — 1шт;
- терморезистор 0805 — 1шт;
- транзистор sot23 Q1 — 1шт;
- конденсатор 0805, C1,C2 — 2шт;
- кнопки, S1,S2 — 2шт;
- микросхема RTC DS1302, U2 — 1шт;
- микроконтроллер STC15W408AS, U1 — 1шт;
- разъём Micro-USB, J1 — 1шт;
- держатель батарейки, BT1 — 1шт;
- зуммер, U3 — 1шт;
- кварцевый резонатор, Y1 — 1шт;
- семисегментный индикатор, DS1 — 1шт.
Обратная сторона
На это стороне большая часть элементов — SMD.
Резисторы
Для удобства сборки начнем пайку с самых простых элементов платы — резисторов. Все резисторы в комплекте имеют формат 0805 и маркировку в которой указан их номинал. Определить его можно двумя способами: воспользоваться омметром — не очень удобно из-за размеров элементов, или прочитать код указанный на элементе и ввести его в SMD-калькулятор резисторов.
Всего в комплекте 2 номинала:
- R1, R2 — 10 кОм (код 103);
- R3..R11 — 1 кОм (код 102).
Также в наборе есть еще один компонент черного очень похожий на резистор, но не имеющий маркировки — это термодатчик, к нему мы придем позже…
У резисторов нет полярности, так что припаиваем их на соответствующие посадочные места на плате. Сначала ставим 10 кОм.
Затем 1 кОм.
Транзистор
В наборе имеется только один SMD-транзистор в корпусе SOT23-3. На плате он отмечен меткой Q1. Устанавливаем его на плату.
Конденсаторы
Конденсаторы в наборе представлены только одним номиналом: 10 пикофарад. У них нет полярности, припаиваем любой стороной на места C1 и C2.
Фоторезистор
Этот элемент используется в качестве датчика света. Ставим его на место рядом с R2 так, чтобы его ножки можно было загнуть и обратить на лицевую сторону платы. У фоторезистора нет полярности.
Терморезистор
Коточасы умеют измерять текущую температуру при помощи терморезистора. Конечно, такое измерение не будет таким точным как у домашних электронных термометров с цифровым датчиком, однако для демонстрации работы будет терморезистора достаточно.
Кнопки
На плате предусмотрено две кнопки для управления будильником. У них тоже нет полярности. Устанавливаем их сверху платы на места S1 и S2.
Микросхема часов реального времени
Микросхема DS1302 служит для точного отсчёта времени. В этом ей помогает кварцевый резонатор, который мы установим позже.
Припаиваем микросхему так, чтобы ключ на ней — небольшая чёрная точка на корпусе, совпадал с ключом на маркировке посадочного места (U2) — выемка на контуре.
Микроконтроллер
Точно по такому же принципу припаиваем микроконтроллер STC15W408AS на место U1.
Кварцевый резонатор
Для микросхемы DS1302 требуется внешний кварцевый резонатор. Этот небольшой элемент, настроенный на создание резонанса на определенной частоте. Припаиваем его на место Y1. Полярность не важна.
Держатель батарейки
Батарейка нужна модулю часов для продолжения отсчета времени даже когда часы не подключены к питанию. На плате нарисован контур держателя, так что вставляем его на место BT1 и хорошенько пропиваем.
Micro-USB разъем
С этой позиции начинаются выводные элементы. Это значит, что у них есть выводы — ножки, которые вставляются в соответствующие отверстия на плате и хорошенько пропаиваются.
Начнём с Micro-USB разъём. его помощью осуществляется питание будильника. Вставляем его на место J1 и припаиваем.
Зуммер
Зуммер — это звукоизлучатель со встроенным генератором. Он пищит при подаче на него питания. Очевидно, зачем он используется в схеме будильника. Устанавливаем его на место U3. Полярность при пайке не имеет значения.
Лицевая сторона
Семисегментный индикатор
Светодиодный семисегментный индикатор с четырьмя цифрами. Вставляем его в отверстия с лицевой стороны так, чтобы точки на индикаторе оказались внизу.
Светодиодный циферблат
На этом циферблате будет по кругу бегать светящаяся точка отображающая секунды.
Самое важное на этом этапе — быть очень внимательным и правильно установить, а потом припаять светодиоды.
У светодиоды есть полярность. Положительный его контакт называется анодом, а отрицательный — катодом.
Нам необходимо чтобы диод размещался анодом (длинная нога) — наружу, катодом (короткая нога) — внутрь платы.
Рекомендуем сначала расставить все светодиоды по местам, а затем припаять у них только одну ногу чтобы они не выпадали из своих площадок. Затем прижать светодиод пальцем к плате и расплавить уже нанесенный припой. Светодиод станет прилегать к плате более ровно, но как только припой застынет, элемент уже будет надежно зафиксирован на своем месте. Так повторить со всеми светодиодами в круге. Затем припаять вторую ногу светодиода и удалить лишние части контактов кусачками.
Финальная сборка
Внимание! Перед тем как приступать к этому этапу рекомендуется убедиться что вся плата собрана правильно и все работает исправно.
Для этого подключим кабель питания к будильнику, и убедимся, что на циферблате горит только один светодиод, и он перемещается по часовой стрелке. Семисегментный индикатор должен корректно отображать цифры, а кнопки реагировать на нажатие.
С первого раза или нет — молодец! Переходим к этапу который придаст нашему будильнику завершенный вид.
К этому моменту из всего набора у нас должна остаться только собранная плата, акриловые панельки, несколько винтов с гайками и пластиковые проставки.
Вставляем винты в лицевую панель.
Надеваем на них плату, затем нейлоновые проставки. Сверху закрываем тыльной панелью и закручиваем гайки (без черзмерного усилия).
Готово!
Настройка
Нажмите кнопку S1 для отображения даты, недели и года.
Нажмите кнопку S2 для отображения температуры, будильника, минут и секунд.
Нажмите S1 и S2 одновременно для переключения стиля отображения светодиодного циферблата.
Нажмите и удерживайте кнопки S1 и S2 одновременно более пяти секунд, для входа в режим настройки. На дисплее должно отобразиться «Fu-1», что означает функцию 1. Используйте кнопку S1 для переключения между номерами каждой функции. Используйте кнопку S2 для входа в соответствующую функцию, ниже приводится описание каждой функции.
Fu-1: Установка времени. Нажмите S1 чтобы изменить значение мигающего сегмента. Нажмите S2, чтобы перейти к следующей позиции. После перехода к последней позиции снова нажмите S2 чтобы сохранить установленное время.
Fu-2: Установка даты. Используйте клавишу S2 для переключения между месяцем, днём и годом. После переключения на год, дисплей отображает «20XX». При этом последние две цифры будут мигать. После изменения года снова нажмите S2, чтобы сохранить настройки.
Fu-3: Установка будильника. Обратите внимание, что часы будильника можно установить на «24», когда он установлен на «24» и сохранен — это значит что будильник выключен.
Fu-4: Установка режима отображения информации и настойка яркости дисплея. После входа в режим Fu-4, первая цифра индикатора отобразит букву «I». Вторая цифра при этом отвечает за режим отображения:
- 0 — отображать только время;
- 1 — отображать время и температуру в течение нескольких секунд на регулярной основе;
- 2 — отображать время, регулярно отображать дату и температуру;
- 3 — отображать только температуру.
Последние две цифры индикатора отражают значение яркости дисплея. Если вместо цифр горит буква «A», значит включен режим автоматической настройки яркости, в зависимости от внешнего освещения.
Настройка погрешности термометра
Настройте режим отображения — 3, сохраните его и выйдите из настроек — на дисплее будет отображаться температура. Затем нажмите кнопки S1 и S2, затем один раз кнопку S1 или S2. Появится значение текущей дельты коррекции температуры. Нажмите S1 и S2 для настройки нужной коррекции.
Обратите внимание, что значение коррекции может быть отрицательным. Через некоторое время будильник сам выйдет из настроек погрешности и можно будет включить нужный режим отображения.
Fu-5: Установка мелодии будильника. Вторая цифра дисплея показывает номер мелодии, а последние две цифры — громкость.
