Детский набор: Настольные DIY LED электронные часы

Увидев в мае обзоры Радиоконструктор «Электронные часы» и DIY 4 Digit LED Electronic Clock Kit Large Screen LED я вспомнил о давно замышленных часах с синхронизацией с сервером времени в Интернет. От реализации меня отделяла необходимость разводить печатную плату и, отсутствие приличного корпуса.
Эти же конструкторы мне подходили — здесь возможна простейшая замена микропроцессора на свой самодельный модуль.

Данный набор для сборки настольных электронных часов отличается, от рассмотренных ранее, простотой сборки.

1. — В нем мало деталей — соответственно количество точек пайки мало.
2. — Нет резисторов и конденсаторов одинаковых внешне, но разного номинала, который необходимо уточнять по цветовой маркировке.
3. — Отсутствуют транзисторы и диоды, установка которых требует соблюдения ориентации детали.
4. — Индикаторы представляют собой единый блок, что положительно сказывается на количестве точек пайки и внешнем виде.

По простоте сборки этот набор может быть подходящим подарком ребенку, желающему попробовать научиться что-то спаять. Остальные же могут воспользоваться часами по прямому назначению, при своей цене они умеют отображать температуру и регулировать яркость свечения индикаторов.


Схематически и программно наборы для сборки часов подобны. В основе микроконтроллер STC15F204EA и микросхема часов реального времени 1302. Микроконтроллер представляет собой китайскую вариацию Intel 80C51 с элементами 8052. Производитель предоставляет документацию о его программировании, а в сети можно найти страницы о программировании подобных часов. Схематически часы подобны, пример:

Схема часов данного набора:

Разъем JP2 на первой схеме, и JP1 на второй — разъем для перепрограммирования микропроцессора. В комплект набора не входит, на плате есть место для установки.

К слову, по названию микропроцессора нашлась статья о замене микроконтроллера в подобных часах на микроконтроллер ATmega88. Я же собираюсь заменить на esp8266 ESP-12E + некая обвеска.
Для эксперимента требовался наидешевейший товар в этом классе, который и был найден на aliexpress под чудным названием «Diy kit из светодиодов электронные часы микроконтроллер из светодиодов цифровые часы время термометр бесплатная доставка».
На момент покупки я не знал, что покупаю, кроме внешнего вида на фото, размера индикаторов и цены 338,71 руб.

Из такого понятного описания следовало, что часы отличались от обзоров на mysku меньшим размером индикаторов — 1 дюйм в обзорах, а у данных часов 0.8", что ровно 2 см ( т.е. размер сегмента — 1 см.). Соответственно размер платы и корпуса меньше.
Также из описания можно было заподозрить, что часы показывают температуру и имеют будильник. И в комплекте идет прозрачный корпус.

Меня всё устраивало, при заказе не стал указывать цвет. Как оказалось при первом включении, продавец выслал с индикаторами приятного равномерного светло-зеленого свечения.

17 Мая, в воскресенье, покупка была оплачена, 21 мая, в среду, трекномер посылки появился в первом пункте своего путешествия через 5 часовых поясов, и неожиданно, для таких дешевых покупок, посылка «помчалась» и 5 июня, в пятницу, была получена.

Особо понравилась забота продавца о сохранности содержимого посылки. Пакет с деталями был, дополнительно к пузырчатому почтовому пакету, обмотан пузырчатой пленкой, детали разложены в несколько пакетиков, части корпуса и блок индикаторов, сверх собственной защитной пленки, обмотаны упаковочной пленкой, а микросхемы, панельки и блок индикаторов (маркировка zs8041bg), для сохранности выводов, вколоты в кусок толстого вспененного полиэтилена.

Порадовала длина шнура питания (1 метр), малое количество деталей и блок из четырех 7-сегментных индикаторов, в котором отсутствовали полосы, как в часах, где они были отдельными модулями.

Комплект деталей без микросхем и панелек:

Кроме этого в пакете находится инструкция, напечатанная с двух сторон листа A4, где перечислены детали, их позиционные номера, номинал и особенность установки.

Из таблице видно, что большинство деталей устанавливаются без учета полярности, остальные по рисунку на плате. В наборе оказались запасными гайка, резистор и два конденсатора. На всякий случай проверил мультиметром резисторы и конденсаторы.
Печатаная плата двухсторонняя, чистая, без окислов, переходы выполнены без дефектов, печать четкая.
Задняя сторона часов, «сторона деталей»:

Передняя сторона, «сторона блока индикаторов»:

Инструкция предписывает начинать сборку от маленьких деталей к крупным:

• кварц, конденсаторы, резисторы, держатель элемента питания.
• панельки микросхем, кнопки, зуммер, гнездо питания
• блок индикаторов вставить, но пока не впаивать

На этом этапе я не рекомендую впаивать термо и фоторезисторы. Их придется подгонять под отверстия в корпусе часов.

Здесь примеряем корпус к часам. Собираем корпус не снимая защитную пленку. Болты туго не затягиваем. На этом этапе будет видно насколько аккуратно были установлены элементы, загнуты и обрезаны их выводы. Обязательно загибайте выводы кнопок, панелек и разъема питания.

С другой стороны платы проблема негабаритных размеры резисторов и кварца. Их придется сгибать или заменить на меньшего размера. Кварцу оставьте выводы подлиннее — его придется «укладывать» под углом. Последними примеряем термо и фоторезисторы. Терморезистор ставится в «окошко» по диагонали, потому был так странно впаян.

Вставляем микросхемы по ключу в панельки. На этой фото видно очень слабое выгибание задней крышки корпуса — оказалось микроконтроллер не удается так глубоко вставить в панельку, как микросхему часов реального времени. Недостающие доли миллиметра удалось выгрызть, обрезая выступающие выводы деталей на плате (вот почему я вначале порекомендовал припаивать блок индикаторов сплавом Розе — при необходимости можно будет легко демонтировать и исправить ошибки). После последней примерки к корпусу, припаиваем блок индикаторов, согласно рисунку на плате. Вставляем элемент питания CR1220, подключаем питание и часы засветились. Нажимаем нижнюю кнопку и, не отпуская ее, верхнюю — это сброс настроек, на индикаторах должно появиться 7:59.

От уровня освещенности они меняют в несколько раз яркость свечения:

Дневная яркость очень высокая, к вечеру чрезмерная. Но часы имеют только два уровня яркости.

Раз в минуту часы несколько секунд показывают температуру. Значение на градус меньше от показаний DS18B20. И на градус больше показаний msp430g2553.

Далее выяснились некие разногласия с инструкцией:

То ли программная ошибка, то ли я делаю не так в пунктах:

• SET the alarm clock on and off
• Adjust the time to point to
• Set to on and off the hour

Мне не удалось выключить будильник — он срабатывает всегда в установленное время, ежечасный сигнал звучит только в некоторые ранние часы (ночью) — разобрался, на последнем шаге настройки индикаторы «час» — это начало периода работы сигнала, «минуты» — конец. Т.е. 08:23 означает с 8 до 23 будет срабатывать ежечасный сигнал…
Во время изучения инструкции обнаружился дефект — часы отсчитывали минуту каждые 10 секунд. Для диагностики дефекта микросхема часов реального времени была перенесена на макетную плату и соединена с платой часов. Дефект не наблюдался. Микросхема возвращена назад на панельку — дефект вернулся.

Решение — соединить проводом корпус кварца с минусом батареи. Дефект исчез.

Кварц оказался достаточно точным — за две недели пока идут точно.

Итого:

Плюсы:

• Легкость сборки
• Запасные детали
• Длинный кабель питания
• Достаточно крупные индикаторы (2*1 см) приятного цвета
• Автоматическая регулировка яркости свечения
• Встроенный термометр
• Будильник (не понятно как выключаемый), звук средней громкости и противный
• Ежечасный сигнал (непонятно как управляемый)
• Красивый «хрустальный» корпус
• Хорошая точность (но это могло повезти с конкретным экземпляром кварца или на точность положительно влияет заземление корпуса кварца)

Минусы:

• Хотелось бы матовый экран перед индикаторами или пленку светофильтра.
• Яркость регулировки имеет всего два уровня.
• Негабаритные размеры кварца и резисторов.
• На плате не предусмотрено место для припаивания корпуса кварца к «минусу», что стало причиной наводок, ускоривших ход часов.
• Непонятная работа прошивки в режиме настройки.

Часы рекомендую. А я, в ожидании посылки с ESP-12E, поразмышляю о часах своей мечты.

P.S. 08.12.2015 Получил еще один набор — отличия в дисплее. Дисплей (8401CD REV:1 YY8041BC) имеет 4 дополнительных вывода по углам, которые необходимо обрезать. У корпуса особенность — плоскость дисплея слегка вогнута.

И в этот раз резисторы по габаритам встали нормально. Вообще в этот раз часы собрал идеально. Добавлю, что за время эксплуатации часов замечена температурная зависимость точности хода часов.

Сравнение двух «одинаковых» часов, купленных в разное время, выявили отличия в прошивке.

• Несколько другой звуковой сигнал
• Завышенные показания температуры — пришлось поставить резистор 8 кОм.
• Некорректная работа датчика освещенности — пришлось заменить резистор 10 кОм на 1(один) кОм.

Впечатление, что это ошибка в прошивке. Часовые кварцы оказались один спешащий, а второй — отстающий. Забавно слышать ежечасный звуковой сигнал от обоих часов — сначала сигнал одновременно, потом расходятся во времени, создавая впечатление эха.