DS3231 – подключение часов реального времени. Часы на DS3231 и AVR-микроконтроллере Что такое модуль часов реального времени DS3231
Сегодня мы продолжим поиски идеальной микросхемы часов реального времени (RTC). Часы будем изготавливать на основе . Индикация будет использоваться более удобная для разработки - LCD дисплей, на котором будет отображаться вся информация сразу кроме настроек. В таком виде часы удобно использовать как настольный вариант.
Итак, рассмотрим саму микросхему DS3231. DS3231 - это часы реального времени с экстремально точным ходом (подобрали же производители словечко) благодаря встроенному кварцевому резонатору с температурной компенсацией. Интерфейс передачи данных - I 2 C. В этой микросхеме есть также вход для напряжения резервной батареи, при отключении основного питания микросхема автоматически переключается на работу от резервной батареи, точность хода от резервной батареи не нарушается. Весьма радует, не правда ли? В DS3231 поддерживается подсчет секунд, минут, часов, дней месяца (даты), дней недели, месяцев и лет (с учетом високосного года для месяцев). Поддерживается работа в 12 и 24 часовом формате. Имеется 2 будильника с возможностью их настройки и отслеживания состояния. Подстройка точности температурной компенсации. А также два выхода - на 32 кГц (выход составляет 32.768 кГц) и программируемый выход от 1 Гц до 8.192 кГц. Имеется также вывод сброса - RST. микросхема часов реального времени выпускается в корпусе SO-16. Корпус достаточно крупный, но если учитывать что внутри уже имеется кварц, да еще и температурно компенсируемый, то мне кажется, с размерами тут все отлично. У DS3231 есть близнец в виде DS3232, у которого, правда, на 2 ножки больше. Все это очень напоминает продукцию компании NXP - микросхемы часов PCA2129 и PCF2129. Аналогично температурно компенсируемый встроенных кварцевый резонатор, оба такие же близнецы только с разным количеством n.c. выводов и схожими функциями относительно DS3231 помимо хронометрожа времени.
RTC DS3231 имеются в продаже в виде модулей с необходимой обвязкой, а также до комплекта микросхемой EEPROM, которая чаще всего и даром не нужно, только веса добавляет:
Кроме необходимых деталей на плате модуля есть также светодиод, функция которого - индикация подключения питания к выводам. Наверно просто так доставили, для красоты.
Что важно знать при работе с такой микросхемой часов реального времени, так это как же извлечь из нее данные или записать их туда. Часы имеют интерфейс I 2 C. Для того чтобы осуществить запись данных (а это нужно и для того чтобы прочитать данные) нужно передать условие старта (эти команды осуществляются по средствам аппаратного или программного I 2 C для микроконтроллера), далее передать адрес микросхемы с битом записи, далее передать адрес регистра к которому будем обращаться и далее передать в этот регистр байт данных, если следом передать еще байт данных, он запишется в следующий регистр и так далее. По окончании нужно передать условие остановки. Графическое изображение выше сказанного на рисунке:
Запись данных необходима для первоначальной настройки, а также для настройки текущего времени. Далее нам нужно постоянно получать данные о текущем времени и даты. Для этого необходимо осуществлять чтение из регистров хранения этой информации. Чтение состоит из двух процедур - установить указатель на нужный регистр и прочитать его. Чтобы установить указатель на нужный регистр, нужно передать условие старта, потом передать адрес микросхемы с битом записи и байт с адресом регистра. Далее либо условие остановки и следом условие старта, либо просто рестарт. Теперь вторая процедура - непосредственно чтение из регистров. Старт передан, далее нужно отправить адрес микросхемы с битом чтения и далее считывать регистры в необходимом количестве, по окончании передать условие остановки. Если информация из регистра была прочитана, то указатель автоматически переходит на следующий за ним регистр без лишних действий со стороны микроконтроллера (мастер устройства). На рисунке проиллюстрировано все выше сказанное относительно чтения регистров по средствам I 2 C интерфейса:
Адрес микросхемы:
- для записи - 0b11010000
- для чтения - 0b11010001
Программно код на языке Си будет выглядеть следующим образом:
// функции с часами ======================================================================================================= // инициализация начальных установок void RTC_init(void){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x0E); // передача адреса памяти i2c_send_byte(0b00100000); // запустить преобразование температуры и выход на 1 Гц i2c_send_byte(0b00001000); // разрешить выход 32 кГц i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // получение времени и даты void RTC_read_time(void){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x00); // передача адреса памяти i2c_stop_cond(); // остановка i2c i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_read); // передача адреса устройства, режим чтения sec = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение секунд, ACK min = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение минут, ACK hour = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение часов, ACK wday = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение день недели, ACK day = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение число, ACK month = bcd(i2c_get_byte(0)); // чтение месяц, ACK year = bcd(i2c_get_byte(1)); // чтение год, NACK i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // установка времени void RTC_write_time(unsigned char hour1,unsigned char min1, unsigned char sec1){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x00); // передача адреса памяти i2c_send_byte(bin(sec1)); // 0x00 секунды (целесообразно ли задавать еще и секунды?) i2c_send_byte(bin(min1)); // 0x01 минуты i2c_send_byte(bin(hour1)); // 0x02 часы i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // установка даты void RTC_write_date(unsigned char wday, unsigned char day, unsigned char month, unsigned char year){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x03); // передача адреса памяти i2c_send_byte(bin(wday)); // 0x03 день недели (воскресенье - 1, пн 2, вт 3, ср 4, чт 5, пт 6, сб 7) i2c_send_byte(bin(day)); // 0x04 день месяц i2c_send_byte(bin(month)); // 0x05 месяц i2c_send_byte(bin(year)); // 0x06 год i2c_stop_cond(); // остановка i2c } // чтение температуры void RTC_read_temper(void){ i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_write); // передача адреса устройства, режим записи i2c_send_byte(0x11); // передача адреса памяти i2c_stop_cond(); // остановка i2c i2c_start_cond(); // запуск i2c i2c_send_byte(RTC_adr_read); // передача адреса устройства, режим чтения t1 = i2c_get_byte(0); // чтение MSB температуры t2 = i2c_get_byte(1); // чтение LSB температуры i2c_stop_cond(); // остановка i2c t2=(t2/128); // сдвигаем на 6 - точность 0,25 (2 бита) // сдвигаем на 7 - точность 0,5 (1 бит) t2=t2*5; }
Это весь исходный код, использовавшийся для работы с микросхемой, подстройка хода часов не затрагивалась, так как и без того часы не ушли ни на секунду за несколько дней.
Да - отличной фишкой DS3231 является то, что эта же микросхема выполняет функции термометра (а то как же еще осуществлять температурную компенсацию) и возможность чтения текущей температуры. Максимальное разрешение температуры составляет 0.25 градусов Цельсия. Также период обновления температуры достаточно большой - около 1 минуты. Да нам быстро то не к чему обновлять ее.
Схема же всего устройства часов выглядит так:
Микроконтроллер был выбран Atmega8 за свою широкую распространенность и небольшую цену. Данный микроконтроллер можно использовать как в корпусе DIP-28, так и в SMD исполнении в корпусе TQFP-32. Резистор R3 необходим для предотвращения самопроизвольного перезапуска микроконтроллера в случае появления случайных помех на выводе PC6. Резистор R3 подтягивает плюс питания к этому выводу, надежно создавая потенциал на нем. Для индикации используется жидко кристаллический (ЖК или LCD) дисплей. Мною использовался дисплей 2004А - 4 строки по 20 символов больше для красоты, поэтому можно применять дисплей более привычный - 2 строки по 16 символов. ЖК дисплей подключается к микроконтроллеру по четырех битной системе. Переменный резистор R2 необходим для регулировки контраста символов на дисплее. Вращением движка этого резистора добиваемся наиболее четких для нас показаний на экране. Подсветка ЖК дисплея организована через вывод "А" и "К" на плате дисплея. Подсветка включается через резистор, ограничивающий ток - R1. Чем больше номинал, тем более тускло будет подсвечиваться дисплей. Однако пренебрегать этим резистором не стоит во избежание порчи подсветки. Кнопки S1 - S4 управляют настройками часов. Светодиод сигнализирует о том, что будильник сработал. Светодиод можно заменить на какую-либо звуковую схему. Резисторы R5 - R8 являются подтягивающими (pull-up) и необходимы для формирования прямоугольных импульсов на выводах микросхемы часов. Также это необходимо для правильной работы протокола I2C. Для питания схемы используется микросхема линейного стабилизатора L7805, ее можно заменить на отечественный аналог пяти вольтового линейного стабилизатора КР142ЕН5А, либо применить другу микросхему стабилизатора напряжения в соответствии с подключением ее в схеме (например LM317 или импульсные стабилизаторы LM2576, LM2596, MC34063 и так далее). Далее 5 вольт стабилизируются другой микросхемой - AMS1117 в исполнении, дающей на выходе 3,3 вольта. Микросхема часов, в соответствии с даташитом, питается от напряжения 3,3 вольта. Однако максимальное напряжение составляет 5,5 вольта. Поэтому Данный стабилизатор можно использовать, а можно и нет, на ваше усмотрение. Стабилизатор напряжения AMS1117 можно также заменить на исполнение ADJ (AMS1117ADJ) - то есть регулируемый вариант, задать необходимое напряжение при таком выборе необходимо будет при помощи двух резисторов, подключаемых к микросхеме в соответствии с даташитом на нее.
Схема была собрана и отлажена с применением отладочной макетной платы для микроконтроллера ATmega8:
Назначение кнопок:
- S1 - отключает сигнал будильника, либо выходит в главное меню из любого меню настроек
- S2 - сброс микроконтроллера
- S3 - изменяет время или дату в меню настроек
- S4 - вход в меню настроек и перелистывание меню
Вывод 32 кГц может использоваться для контроля частоты кварцевого резонатора. Подключаем к этому выводу частотомер или осциллограф и контролируем частоту:
Как видно из скриншота осциллограммы, частота примерно соответствует 32,768 кГц (примерно в силу ограничения разрешения измерения частоты, а "на глаз" настолько точно трудно определить).
В итоге получились часы со следующими характеристиками:
- индикация времени
- индикация даты
- индикация дня недели
- индикация активности будильника
- 1 будильник с выходом сигнала от микроконтроллера
- индикация температуры окружающей среды (программно реализована только положительная температура, отрицательная, думаю, нам ни к чему)
- настройки будильника
- настройки времени
- настройки даты
- LCD-дисплей с подсветкой
- сохранение настроек и продолжение хода часов при отключении основного питания
Подытожим . Микросхема часов реального времени DS3231 является отличным решением. Точность хода сравнительно c какой-нибудь DS1307 или выше, а вот PCA/PCF2129 еще могут потягаться с ней. Среди рассмотренных мною микросхем часов реального времени данный экземпляр на сегодняшний день занимает первое место по функционалу и точности.
Для программирования микроконтроллера Atmega8 необходимо знать конфигурацию фьюз битов (скриншот сделан в программе ):
К статье прилагается прошивка для микроконтроллера Atmega8, проект схемы в программе , а также видео работы часов (в самом начале сработает будильник - загорится светодиод).
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | МК AVR 8-бит | ATmega8 | 1 | В блокнот | ||
| IC2 | Часы реального времени (RTC) | DS3231 | 1 | В блокнот | ||
| VR1 | Линейный регулятор | L7805AB | 1 | В блокнот | ||
| VR2 | Линейный регулятор | AMS1117-3.3 | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | 470 мкФ | 1 | В блокнот | |||
| C2, C3, C5, C7 | Конденсатор | 100 нФ | 4 | В блокнот | ||
| C4 | Электролитический конденсатор | 220 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C6, C8 | Электролитический конденсатор | 10 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Резистор | 22 Ом | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Подстроечный резистор | 10 кОм | 1 | 3296W-1-103LF |
Во многих проектах Ардуино требуется отслеживать и фиксировать время наступления тех или иных событий. Модуль часов реального времени, оснащенный дополнительной батарей, позволяет хранить текущую дату, не завися от наличия питания на самом устройстве. В этой статье мы поговорим о наиболее часто встречающихся модулях RTC DS1307, DS1302, DS3231, которые можно использовать с платой Arduino.
Модуль часов представляет собой небольшую плату, содержащей, как правило, одну из микросхем DS1307, DS1302, DS3231.Кроме этого, на плате практически можно найти механизм установки батарейки питания. Такие платы часто применяется для учета времени, даты, дня недели и других хронометрических параметров. Модули работают от автономного питания – батареек, аккумуляторов, и продолжают проводить отсчет, даже если на Ардуино отключилось питание. Наиболее распространенными моделями часов являются DS1302, DS1307, DS3231. Они основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (часы реального времени).
Часы ведут отсчет в единицах, которые удобны обычному человеку – минуты, часы, дни недели и другие, в отличие от обычных счетчиков и тактовых генераторов, которые считывают «тики». В Ардуино имеется специальная функция millis(), которая также может считывать различные временные интервалы. Но основным недостатком этой функции является сбрасывание в ноль при включении таймера. С ее помощью можно считать только время, установить дату или день недели невозможно. Для решения этой проблемы и используются модули часов реального времени.
Электронная схема включает в себя микросхему, источник питания, кварцевый резонатор и резисторы. Кварцевый резонатор работает на частоте 32768 Гц, которая является удобной для обычного двоичного счетчика. В схеме DS3231 имеется встроенный кварц и термостабилизация, которые позволяют получить значения высокой точности.
Сравнение популярных модулей RTC DS1302, DS1307, DS3231
В этой таблице мы привели список наиболее популярных модулей и их основные характеристики.
| Название | Частота | Точность | Поддерживаемые протоколы |
| DS1307 | 1 Гц, 4.096 кГц, 8.192 кГц, 32.768 кГц | Зависит от кварца – обычно значение достигает 2,5 секунды в сутки, добиться точности выше 1 секунды в сутки невозможно. Также точность зависит от температуры. | I2C |
| DS1302 | 32.768 кГц | 5 секунд в сутки | I2C, SPI |
| DS3231 | Два выхода – первый на 32.768 кГц, второй – программируемый от 1 Гц до 8.192 кГц | ±2 ppm при температурах от 0С до 40С.
±3,5 ppm при температурах от -40С до 85С. Точность измерения температуры – ±3С |
I2C |
Модуль DS1307
DS1307 – это модуль, который используется для отсчета времени. Он собран на основе микросхемы DS1307ZN, питание поступает от литиевой батарейки для реализации автономной работы в течение длительного промежутка времени. Батарея на плате крепится на обратной стороне. На модуле имеется микросхема AT24C32 – это энергонезависимая память EEPROM на 32 Кбайт. Обе микросхемы связаны между собой шиной I2C. DS1307 обладает низким энергопотреблением и содержит часы и календарь по 2100 год.
Модуль обладает следующими параметрами:
- Питание – 5В;
- Диапазон рабочих температур от -40С до 85С;
- 56 байт памяти;
- Литиевая батарейка LIR2032;
- Реализует 12-ти и 24-х часовые режимы;
- Поддержка интерфейса I2C.
Модуль оправдано использовать в случаях, когда данные считываются довольно редко, с интервалом в неделю и более. Это позволяет экономить на питании, так как при бесперебойном использовании придется больше тратить напряжения, даже при наличии батарейки. Наличие памяти позволяет регистрировать различные параметры (например, измерение температуры) и считывать полученную информацию из модуля.
Взаимодействие с другими устройствами и обмен с ними информацией производится с помощью интерфейса I2C с контактов SCL и SDA. В схеме установлены резисторы, которые позволяют обеспечивать необходимый уровень сигнала. Также на плате имеется специальное место для крепления датчика температуры DS18B20.Контакты распределены в 2 группы, шаг 2,54 мм. В первой группе контактов находятся следующие выводы:
- DS – вывод для датчика DS18B20;
- SCL – линия тактирования;
- SDA – линия данных;
- VCC – 5В;
Во второй группе контактов находятся:
- SQ – 1 МГц;
- BAT – вход для литиевой батареи.
Для подключения к плате Ардуино нужны сама плата (в данном случае рассматривается Arduino Uno), модуль часов реального времени RTC DS1307, провода и USB кабель.
Чтобы подключить контроллер к Ардуино, используются 4 пина – VCC, земля, SCL, SDA.. VCC с часов подключается к 5В на Ардуино, земля с часов – к земле с Ардуино, SDA – А4, SCL – А5.
Для начала работы с модулем часов нужно установить библиотеки DS1307RTC, TimeLib и Wire. Можно использовать для работы и RTCLib.
Проверка RTC модуля
При запуске первого кода программа будет считывать данные с модуля раз в секунду. Сначала можно посмотреть, как поведет себя программа, если достать из модуля батарейку и заменить на другую, пока плата Ардуино не присоединена к компьютеру. Нужно подождать несколько секунд и вытащить батарею, в итоге часы перезагрузятся. Затем нужно выбрать пример в меню Examples→RTClib→ds1307. Важно правильно поставить скорость передачи на 57600 bps.
При открытии окна серийного монитора должны появиться следующие строки:
Будет показывать время 0:0:0. Это связано с тем, что в часах пропадает питание, и отсчет времени прекратится. По этой причине нельзя вытаскивать батарею во время работы модуля.
Чтобы провести настройку времени на модуле, нужно в скетче найти строку
RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
В этой строке будут находиться данные с компьютера, которые используются ля прошивки модуля часов реального времени. Для корректной работы нужно сначала проверить правильность даты и времени на компьютере, и только потом начинать прошивать модуль часов. После настройки в мониторе отобразятся следующие данные:
Настройка произведена корректно и дополнительно перенастраивать часы реального времени не придется.
Считывание времени. Как только модуль настроен, можно отправлять запросы на получение времени. Для этого используется функция now(), возвращающая объект DateTime, который содержит информацию о времени и дате. Существует ряд библиотек, которые используются для считывания времени. Например, RTC.year() и RTC.hour() – они отдельно получают информацию о годе и часе. При работе с ними может возникнуть проблема: например, запрос на вывод времени будет сделан в 1:19:59. Прежде чем показать время 1:20:00, часы выведут время 1:19:00, то есть, по сути, будет потеряна одна минута. Поэтому эти библиотеки целесообразно использовать в случаях, когда считывание происходит нечасто – раз в несколько дней. Существуют и другие функции для вызова времени, но если нужно уменьшить или избежать погрешностей, лучше использовать now() и из нее уже вытаскивать необходимые показания.
Пример проекта с i2C модулем часов и дисплеем
Проект представляет собой обычные часы, на индикатор будет выведено точное время, а двоеточие между цифрами будет мигать с интервалом раз в одну секунду. Для реализации проекта потребуются плата Arduino Uno, цифровой индикатор, часы реального времени (в данном случае вышеописанный модуль ds1307), шилд для подключения (в данном случае используется Troyka Shield), батарейка для часов и провода.
В проекте используется простой четырехразрядный индикатор на микросхеме TM1637. Устройство обладает двухпроводным интерфейсом и обеспечивает 8 уровней яркости монитора. Используется только для показа времени в формате часы:минуты. Индикатор прост в использовании и легко подключается. Его выгодно применять для проектов, когда не требуется поминутная или почасовая проверка данных. Для получения более полной информации о времени и дате используются жидкокристаллические мониторы.
Модуль часов подключается к контактам SCL/SDA, которые относятся к шине I2C. Также нужно подключить землю и питание. К Ардуино подключается так же, как описан выше: SDA – A4, SCL – A5, земля с модуля к земле с Ардуино, VCC -5V.
Индикатор подключается просто – выводы с него CLK и DIO подключаются к любым цифровым пинам на плате.
Скетч. Для написания кода используется функция setup, которая позволяет инициализировать часы и индикатор, записать время компиляции. Вывод времени на экран будет выполнен с помощью loop.
#include
После этого скетч нужно загрузить и на мониторе будет показано время.
Программу можно немного модернизировать. При отключении питания выше написанный скетч приведет к тому, что после включения на дисплее будет указано время, которое было установлено при компиляции. В функции setup каждый раз будет рассчитываться время, которое прошло с 00:00:00 до начала компиляции. Этот хэш будет сравниваться с тем, что хранятся в EEPROM, которые сохраняются при отключении питания.
Для записи и чтения времени в энергонезависимую память или из нее нужно добавить функции EEPROMWriteInt и EEPROMReadInt. Они нужны для проверки совпадения/несовпадения хэша с хэшем, записанным в EEPROM.
Можно усовершенствовать проект. Если использовать жидкокристаллический монитор, можно сделать проект, который будет отображать дату и время на экране. Подключение всех элементов показано на рисунке.
В результате в коде нужно будет указать новую библиотеку (для жидкокристаллических экранов это LiquidCrystal), и добавить в функцию loop() строки для получения даты.
Алгоритм работы следующий:
- Подключение всех компонентов;
- Проверка – на экране монитора должны меняться ежесекундно время и дата. Если на экране указано неправильное время, нужно добавить в скетч функцию RTC.write (tmElements_t tm). Проблемы с неправильно указанным временем связаны с тем, что модуль часов сбрасывает дату и время на 00:00:00 01/01/2000 при выключении.
- Функция write позволяет получить дату и время с компьютера, после чего на экране будут указаны верные параметры.
Заключение
Модули часов используются во многих проектах. Они нужны для систем регистрации данных, при создании таймеров и управляющих устройств, которые работают по заданному расписанию, в бытовых приборах. С помощью широко распространенных и дешевых модулей вы можете создать такие проекты как будильник или регистратор данных с сенсоров, записывая информацию на SD-карту или показывая время на экране дисплея. В этой статье мы рассмотрели типичные сценарии использования и варианты подключения наиболее популярных видов модулей.
Зачем всё это нужно?
60сек * 60мин *24 часа * 365 дней = 31 536 000 секунд в году.
На каждый из этих миллионов 2 секунды может уходить в ту или иную сторону. 31,5 миллион делим на миллион и умножаем на 2: получаем 63 секунды в год (максимум). Приемлемый вариант? Весьма. Но 1 раз в полгода я бы синхронизировал время, чтобы оно укладывалось в 1 минуту.
Какими способами вообще можно устанавливать время на часах модуля?
Традиционно, начиная с модуля DS3107, время устанавливалось при помощи скетча для Arduino из числа примеров использования библиотеки. Алгоритм такой: открываем скетч, жмём «компилировать и закачать», и при первом запуске контроллера время устанавливается. Остался вопрос: какое время? Откуда Arduino может узнать, какое именно время устанавливать? А очень просто – время компиляции скетча. Однако с таким подходом я вижу несколько недостатков:- время компиляции зависит от «мощи» компьютера;
- время закачивания зависит от скорости передачи скомпилированного скетча в плату Arduino;
- закачанный скетч – «одноразовый» (устаревает сразу же после закачивания в Arduino).
Что ещё можно придумать? Можно, например, выставлять требуемое время в скетче вручную, предусмотреть кнопку, нажатие на которую в нужный момент выставит «руками» указанное время, например, через 2 минуты от текущего момента: пока «зальётся» скетч, пока подготовимся отследить вручную тот самый нужный момент нажатия кнопки, как раз та пара минут и пройдёт. А дальше, глядя на часы в компьютере, дожидаться «того самого» момента, чтобы нажать кнопку. Плюсы – сложнее предыдущего способа, но всё ещё относительно просто, однако точнее, чем первый способ. Минусы – этот способ ещё неудобнее, дольше, всё равно скетч «одноразовый».
Кто виноват и что делать?
Задав себе эти два риторических вопроса, я полез в Интернет искать, кто уже написал синхронизацию времени модуля часов с компьютером. И, как известно, кто ищет – тот всегда находит. Нашёлся вариант с . В теории всё просто: обычный «батник» парсит текущее полное время, полученное «первым» способом (потому что кроме самого времени нужна ещё и дата), увеличивает время на 2 секунды, и «гоняет» пустой цикл до момента, когда настанет это новое, «плюс_две_секундное», время, чтобы «вышвырнуть» данные в COM порт. Причём «новое плюс_две_секундное» время отслеживается другим способом (через %time%, если кому интересно). Но о «косяках» такого решения позже. Данные, «вышвырнутые» в COM порт, Arduino парсит и после этого устанавливает время в модуле. Вроде всё просто, логично и удобно. Но есть очень нехорошее слово «НО». Всё это писал вроде бы немец, и региональные стандарты в Windows у него отличаются от «наших», а в частности, дробная часть отделяется точкой, а не запятой. При запуске с отечественными региональными стандартами «батник» не работает, потому что в нём время выхода из пустого цикла описывается условием сравнения с XX:XX:XX.xxx. Ну так надо вместо точки поставить запятую – и всё, «я всё починил». А вот и не всё (можете проверить, кто ещё помнит, что за такое зло – программировать в «батниках»). Нужно исправлять «батник» более серьёзно. И я его исправил, используя «маты-перематы» и «мануалку» для DOS. «Батник» исправил, но скетч всё равно не работал – время не устанавливалось. То есть данные в порт слались, Arduino их видел, но «что-то пошло не так».Давайте взглянем, что шлёт «батник» в Arduino и в каком формате (справочно).
Case 83: //S = second
case 68: //D = Minute (Daghigheh in Persian)
case 72: //H = Hour
case 84: //T = Day Of Month (Tag in German)
case 77: /// M = Month
case 74: /// J = Year (Jahr in German)
Данные шлются в формате S**~D**~H**~T*~M**~J****~, где ~ - 2 байта перевода каретки. Итого, 31 байт. Вроде немного, пришлются данные быстро.
Однако есть и неудобство – как видим, не шлётся день недели. Только день месяца. Для реализации часов с будильниками, зависящими от дней недели, будет «косяк». День недели придётся выставлять «ручками» в скетче, что опять намекает на некоторую «одноразовость» скетча, его неполноценность.
Складывая факторы – неполноценность скетча «с завода», его отказ нормально работать, необходимость исправления «батника» для «наших» широт – я решил разрабатывать всё свое. А раз так, то я могу устранять недостатки и оптимизировать формат данных.
Software и hardware.
Для того, чтобы всё заработало, нужны 2 составляющие: программа для Windows и аппаратно-программная связка Arduino.Сначала общие данные по протоколу обмена. Коль скоро я стал волен выбирать формат данных для пересылки, я решил, что пересылка 31 байта информации не рациональна, и сократил передаваемые данные до 4 байт. И что, хватило? Что можно поместить в 4 байта? Да, хватило. Поместилось все, что надо. Уверен, многие догадались, что это за 4 байта. Кто не догадался – процитирую фрагмент статьи из Википедии:
UNIX-время (POSIX-время) - система описания моментов во времени, принятая в UNIX и других POSIX-совместимых операционных системах. Определяется как количество секунд, прошедших с полуночи (00:00:00 UTC) 1 января 1970 года (четверг).
UNIX-время представлено целым числом, которое увеличивается с каждой прошедшей секундой без необходимости вычислений для определения года, месяца, дня, часа или минуты для удобства восприятия человеком. Современное UNIX-время согласуется с UTC - отсчет происходит в секундах СИ.
Итак, целое число, хранящее UNIX время, занимает 4 байта, чего хватит до 2 147 483 648 секунд. А потом возможны потенциальные проблемы. Почему потенциальные? Потому что это порог, при достижении которого число может быть интерпретировано, как отрицательное (что и с айфонами многих любопытных товарищей в своё время). Может, но не обязательно будет – зависит от того, растут ли руки программистов из места, предусмотренного природой. Указанное число секунд соответствует 03:14:08 19-янв-2038. До этого времени можно неспешно переходить на 64-битную версию ОС, где время станет храниться в 8-байтной переменной, чего без проблем хватит на следующие 292 миллиарда лет. Существует вероятность, что на наш век этого хватит. А потом придётся обновляться до 128-битной версии UNIX.
Какие проблемы я решил, придя к такому варианту? Первое, сильно снизил количество передаваемых байт, что на миллисекунды увеличивает точность установки времени. Здорово, правда? И второе: я (вероятно) облегчил совместимость с Linux. К моему стыду, я никак не могу привыкнуть к Linux, и пользуюсь в основном только Windows. Для этой самой Windows я могу написать программу пересылки, а для Linux – нет. Но полагаю, что в Linux можно получить значение UNIX-времени намного легче, чем в Windows, и переслать это число в COM порт.
Никаких дополнительных данных, вроде дня недели и так далее, передавать не требуется. Только UNIX время. Всё остальное делается в Arduino.
Теперь немного конкретики непосредственно о первой составляющей – программе для Windows. Программа написана в старой-доброй Delphi. При запуске всплывающее окно просит выбрать COM порт для отправки данных. Выбираем. Остальные настройки следует оставить «дефолтными».
Как работает программа? Она пересчитывает из формата времени Windows данные для формата UNIX, то есть число секунд с полуночи 1 января 1970 года. Затем добавляет 3 секунды и «впадает» в пустой цикл (очевидно, длительностью уже менее тех самых добавочных 3 секунд), выход из которого происходит в нужное количество секунд, как можно ближе к 000 миллисекундам. Иначе говоря, отслеживается наступление самого начала той секунды времени, значение которого должно будет переслаться в Arduino. Согласитесь, пересылать данные о том, что, например, сейчас XXXXXXXXX5 секунд тогда, когда на самом деле уже, например, XXXXXXXXX5 и 756 тысячных (например) секунд, было бы не правильным. Именно для этого нужно отслеживать самое начало секунды для старта передачи данных. После передачи данных программа дружелюбно сообщает статус «Done:)». На этом миссия программы завершается.
Вторая
составляющая – аппаратно-программная часть – Arduino. Существует 2 разновидности
«железа» для этого проекта: «полная» версия с экраном и кнопкой, и «урезанная» версия для быстрой установки времени модуля, собранная из «г**на и палок». Про их отличия – ниже. «Полная» версия состоит из Arduino Nano, экрана 1602 с «переходником» с I2C в экран, опциональной кнопкой ресета Arduino и пин-хедера(female) для подключения модуля часов. Также, опционально, из корпуса девайса с «няшной» наклейкой. «Урезанная» версия состоит из Arduino (Uno, Nano, Pro Mini + «правильный» переходник на USB с DTR) и 4 проводов для подключения модуля часов.
Как видно из схем, «полная» версия, в дополнение к «урезанной», содержит кнопку для reset"а и экран 1602 с «переходником». Обе версии абсолютно одинаковы по основному функционалу – устанавливать время. Экран нужен лишь для отображения этапов процесса и, по окончании процесса установки времени, отображения свежеустановленных времени, даты и дня недели. Причём данные к тому времени будут уже считываться из самого модуля часов. В «урезанной» версии роль экрана выполняет встроенный в плату Arduino светодиод: по окончании процесса установки нового времени он начнет светиться. Вот и вся индикация.
Для чего же кнопка ресет? Для того, что в полной версии после установки времени Arduino войдёт в бесконечный цикл по отображению того самого свежеустановленного времени, то есть, по сути, станет часами. Причём часами, сделанными на скорую руку, в связи с чем они не смогут заменить нормальные часы в силу нескольких причин (выборка секунд реализована через delay, пропадёт отображение времени при отключении питания). Ведь цель – убедиться, что время синхронизировано верно, не более того. Следовательно, для синхронизации следующего модуля часов без ресета не обойтись (точнее, можно обойтись, если «передёрнуть» USB кабель). Другими словами, назначение кнопки – сугубо утилитарное. При желании, можно обойтись и без неё.
Как же прошивать Arduino, ведь версии «железа» две, а скетч один? Для компиляции «правильной» версии прошивки в заголовке скетча нужно установить желаемое значение параметра fullVersion: true для «полной» версии, или false - для «урезанной». Компилятор таким образом определит, для какой версии «железа» компилировать прошивку.
Итак, схема подключения есть, нужен код скетча. Обратите внимание, что для нормальной работы скетча с «полной» версией нужна библиотека LiquidCrystal I2C by Frank de Brabander (устанавливается из репозитория при помощи Менеджера Библиотек). Также нужна библиотека для поддержки модуля часов, причём не любая:). Качать здесь: . С библиотеками разобрались.
Вот код скетча:
//======================================== настройка, доступная для изменения ========================================
#define fullVersion true //true = "полная" версия с экраном; false = "урезанная" версия со встроенным светодиодом
//================================= используемые библиотеки и объявление переменных ==================================
#include
Пара фото «полной» версии готового девайса.
Ну и, наконец, видео работы девайса «в бою»:
Где скачать скетч и программу?
Скетч качать (Dropbox).Программу для Windows качать (Dropbox).
«Плюсы» и «минусы».
Сформулировать «плюсы» и «минусы» в данном случае тяжело. Следовательно, каждый решает для себя сам, что – хорошо, а что – плохо.Итого.
Мне очень понравилось, как теперь устанавливается время в модулях! При необходимости установить время мне не приходится вспоминать каждый раз, какой же там скетч мне нужен и задумываться, насколько точно будет установлено время в модуле. Более того, скоро будет обзор самодельных часов, куда я встроил такой метод синхронизации – настолько метод мне понравился. Надеюсь, кому-то из читателей метод также придётся кстати.Проект - свободный, некоммерческий. Каждый вправе использовать данные из обзора в любых целях, кроме коммерческих.
Всем добра.
Планирую купить +48 Добавить в избранное Обзор понравился +60 +114DS3231 arduino подключение — это автономная дешевая плата, в которой имеется встроенный кварц с термо-стабилизацией с исключительной точность хода часами в режиме реального времени. В состав модуля также входит литий-ионный аккумулятор, обладающий лучшим соотношением массы и накопленной энергии. Встроенный генератор позволил сократить количество деталей в схеме и повысить корректность работы прибора.
Технические характеристики устройства
Базовая информация
Большая часть микросхем, аналогичных одной из самых доступных типов модульного устройства часов реального времени DS1307, применяется схема простого кварцевого генератора. DS3231 arduino подключение , которого не представляет никакой сложности. Данная схема выполнена на двух транзисторах с рабочей частотой 32 кГц. Однако и в этих приборах имеется свое несовершенство, так при различных температурных составляющих изменяется диапазон частот у кварца. А это в свою очередь создает неточность при обработке и подсчете времени.
Этот недостаток был решен в микросхеме DS3231, за счет внедрения в нее термо-компенсированного кварцевого генератора поддерживающий температурную стабильность частоты. При этом реальное время всегда находится в высокоточном режиме (в случае надобности, параметры температуры возможно подсчитать). DS3231 гарантирует работу с выводом информации по всем значениям, начиная от секунд и заканчивая месяцем и годом. Помимо этого он определяет сколько дней в текущем месяце и делает коррекцию при високосном годе.
Само устройство собрано на основе чипа DS3231N. Чтобы подтянуть линии 32K, SQW, SCL и SDA была применена сборка из резисторов RP1 с номиналом 4.7 кОм. Но здесь нужно учитывать одну зависимость. При использовании некоего количества приборов с шиной обеспечивающей передачу информации через интерфейс I2C, тогда нужно убрать резисторы на остальных модулях. Другая резисторная сборка, также служащая для поддержания стабильного уровня нуля на линиях A0, A1 и A2 и для изменения памяти адреса у микросхемы AT24C32N.
Подзарядка аккумулятора
Для обеспечения подзарядки аккумулятора служит цепочка, собранная на сопротивлении R5 и выпрямительном диоде D1. Вообще то эту цепь можно убрать, поскольку дисковые литиевые элементы SR2032 могут служить много лет. Светодиод визуальной индикации, включенный через сопротивление R1 показывает, что модуль включен и готов к работе. Так как DS3231 arduino подключение выполнено по интерфейсной шине I2C, то для удобства использования электрические шины поданы на два коннектора J1 и J2. Для чего служат другие контакты — показано в таблице ниже.
Функции J1
Функции J2
Что касается электронного компонента памяти AT24C32N, то он упрятан в корпус SOIC8, работает по сдвоенному интерфейсному проводнику I2C. Фиксированный адрес чипа AT24C32N — 0x57, но в случае нужды его несложно изменить, установив перемычки A0, A1 и A2. Поскольку в приборе AT24C32N реализовано три входных адреса A0, A1 и A2, способные быть в двух положениях: LOG-1 или LOG-0. Микросхема способна работать на восемь адресов, начиная от 0x50 и заканчивая 0x57.
Подключение DS3231 к Arduino
Компоненты для подключения:
Принцип подключения:
В этой иллюстрации покажу как делать DS3231 arduino подключение используя только приборы DS3231 и Arduino UNO R3, необходимая информация будет поступать на все данные будут передаваться в «Port Monitor». Сложного в схеме ничего нет, для подключения нужно две пары проводов. Первым делом подключается интерфейсный проводник I2C, SCL в A4 (Arduino UNO) и SDA в A5 (Arduino UNO), теперь подается напряжение питание GND к GND и VCC к 5V. Возможно подать и 3.3v, на этом подключение завершилось.
Для нормальной работы устройства DS3231 требуется библиотека, которая отсутствует в программе разработки Arduino, поэтому ее нужно скачать здесь и встроить в программу разработки. Скачать: DS1307RTC и TimeLib
Настройка и установка времени DS3231
Прежде, чем включать устройство нужно запустить процесс программирования времени, для этого необходимо взять из библиотеки DS1307RTC в качестве примера файл. Делается это так: -> «Файл» -> «Примеры» -> «DS1307RTC» -> «SetTime», либо можно взять готовый код расположенный ниже.
Тестирование производилось на Arduino IDE 1.8.0 Дата тестирования 16.01.2017г. */ #include // Подключаем библиотеку Wire #include // Подключаем библиотеку TimeLib #include // Подключаем библиотеку DS1307RTC const char *monthName = { "Jan", "Feb", "Mar", "Apr", "May", "Jun", "Jul", "Aug", "Sep", "Oct", "Nov", "Dec" }; tmElements_t tm; void setup() { bool parse=false; bool config=false; // get the date and time the compiler was run if (getDate(__DATE__) && getTime(__TIME__)) { parse = true; // and configure the RTC with this info if (RTC.write(tm)) { config = true; } } Serial.begin(9600); while (!Serial) ; // wait for Arduino Serial Monitor delay(200); if (parse && config) { Serial.print("DS3231 configured Time="); Serial.print(__TIME__); Serial.print(", Date="); Serial.println(__DATE__); } else if (parse) { Serial.println("DS3231 Communication Error:-{"); Serial.println("Please check your circuitry"); } else { Serial.print("Could not parse info from the compiler, Time=\""); Serial.print(__TIME__); Serial.print("\", Date=\""); Serial.print(__DATE__); Serial.println("\""); } } void loop() { } bool getTime(const char *str) { int Hour, Min, Sec; if (sscanf(str, "%d:%d:%d", &Hour, &Min, &Sec) != 3) return false; tm.Hour = Hour; tm.Minute = Min; tm.Second = Sec; return true; } bool getDate(const char *str) { char Month; int Day, Year; uint8_t monthIndex; if (sscanf(str, "%s %d %d", Month, &Day, &Year) != 3) return false; for (monthIndex = 0; monthIndex = 12) return false; tm.Day = Day; tm.Month = monthIndex + 1; tm.Year = CalendarYrToTm(Year); return true; }
DS3231 arduino подключение — теперь этот код нужно загрузить в контроллер Arduino, значение времени нужно взять с операционной системы, открываем «Мониторинг порта».
Программа разработки
В данной библиотеке имеется еще дополнительный файл для примера, открывается он также просто: DS1307RTC «Файл» -> «Примеры» -> «DS3231» -> «DS3231_Serial_Hard»
/* Тестирование производилось на Arduino IDE 1.8.0 Дата тестирования 16.01.2017г. */ #include // Подключаем библиотеку Wire #include // Подключаем библиотеку TimeLib #include // Подключаем библиотеку DS1307RTC void setup() { Serial.begin(9600); // Устанавливаем скорость передачи данных while (!Serial) ; // Ожидаем подключение последовательного порта. Нужно только для Leonardo delay(200); // Ждем 200 мкс Serial.println("DS3231RTC Read Test"); // Выводим данные на последовательный порт Serial.println("-------------------"); // Выводим данные на последовательный порт } void loop() { tmElements_t tm; if (RTC.read(tm)) { Serial.print("Ok, Time = "); print2digits(tm.Hour); Serial.write(":"); print2digits(tm.Minute); Serial.write(":"); print2digits(tm.Second); Serial.print(", Date (D/M/Y) = "); Serial.print(tm.Day); Serial.write("/"); Serial.print(tm.Month); Serial.write("/"); Serial.print(tmYearToCalendar(tm.Year)); Serial.println(); } else { if (RTC.chipPresent()) { Serial.println("The DS3231 is stopped. Please run the SetTime"); Serial.println("example to initialize the time and begin running."); Serial.println(); } else { Serial.println("DS3231 read error! Please check the circuitry."); Serial.println(); } delay(9000); } delay(1000); } void print2digits(int number) { if (number >= 0 && number < 10) { Serial.write("0"); } Serial.print(number); }
«. Знакомимся с модулем часов реального времени DS3231. В статье видео-инструкция, листинги программ, назначение и способы подключения к Arduino модулей из семейства DS.
Модуль часов реального времени DS3231
Что такое модуль часов реального времени DS3231?
Модуль часов реального времени - это электронная схема, предназначенная для учета хронометрических данных (текущее время, дата, день недели и др.), представляет собой систему из автономного источника питания и учитывающего устройства.
Модуль DS3231 по сути представляет из себя обыкновенные часы. В платах Arduino уже есть встроенный датчик времени Millis , однако он работает только при поданном питании на плату. При отключении и дальнейшем включении Arduino отсчет времени Millis сбросится до нуля. А DS3231 имеет на борту батарейку, которая даже при отключенной плате Arduino продолжает «питать» модуль, позволяя ему измерять время.
Модуль можно использовать в качестве часов или будильника, построенных на базе плат Arduino. Или же в качестве оповещения для различных систем, к примеру в «Умном доме».
Технические характеристики DS3231:
- модуль производит подсчет часов, минут, секунд, дат, месяцев, лет (високосные года учитываются до 2100 года);
- для подключения к различным устройствам, часы подключаются по I2C интерфейсу.
32К — Выход, предназначенный для подачи внешнего питания >12В.
SQW — Программируемый выход Square-Wave сигнала.
SCL – Через этот пин по интерфейсу I2C происходит обмен данными с часами.
SDA – Через этот пин передаются данные с часов.
VCC – Питание часов реального времени, нужно 5 вольт. Если на этот пин не поступает напряжение, часы переходят в спящий режим.
GND — Земля.
Схема подключения часов реального времени DS3231 и простейшая программа
Пины SDA и SCL на разных платах Arduino:
| SDA | SCL | |
| UNO | A4 | A5 |
| Mini | A4 | A5 |
| Nano | A4 | A5 |
| Mega2560 | 20 | 21 |
| Leonardo | 2 | 3 |
Подключим модуль часов реального времени к Arduino UNO. SDA — пин A4, SCL — пин A5.
Для работы модели подойдет следующая программа (программу вы можете просто скопировать в Arduino IDE):
#include
void setup() {
delay(300);
Serial.begin(9600);
time.begin();
}
void loop(){
}
}
В данном скетче просто идет отсчет времени.
В первую очередь в сктече подключение библиотеки iarduino_RTC.h.
Там же укажите точное название своего модуля для корректной работы с ним.
В итоге получаем вывод времени с модуля DS3231 в монитор порта. Идет вывод часов, минут, секунд.
В следующем скетче добавим функцию settime , позволяющую установить начальное время отсчета.
#include
iarduino_RTC time(RTC_DS3231);
void setup() {
delay(300);
Serial.begin(9600);
time.begin();
time.settime(0,0,18,24,04,17,1); // 0 сек, 0 мин, 18 час, 24, апреля, 2017 года, понедельник
}
void loop(){
if(millis()%1000==0){ // если прошла 1 секунда
Serial.println(time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D")); // выводим время
delay(1); // приостанавливаем на 1 мс, чтоб не выводить время несколько раз за 1мс
}
}
В примере время начинает отсчитываться с 0 сек, 0 мин, 18 час, 24, апреля, 2017 года, понедельник.
Посты по урокам:
- Первый урок: .
- Второй урок: .
- Третий урок: .
- Четвертый урок: .
- Пятый урок: .
- Шестой урок: .
- Седьмой урок: .
- Восьмой урок: .
- Девятый урок:
