🦐 👉🏿 💉 Reloj electrónico casero, elemento base - parte 1, medición del tiempo 😈 🎅 🤢

Probablemente, cada geek aficionado a la electrónica casera, tarde o temprano, tiene la idea de hacer su propio reloj único. La idea es bastante buena, descubriremos cómo y en qué es mejor hacerlos. Como punto de partida, suponemos que una persona sabe cómo programar microcontroladores, entiende cómo enviar 2 bytes a través de i2c o puerto serie, y puede soldar varios cables juntos. En principio, esto es suficiente.

Está claro que la función clave de un reloj es medir el tiempo (¿quién hubiera pensado, sí?). Y es deseable hacer esto con la mayor precisión posible, hay varias opciones y dificultades.

Entonces, ¿qué métodos de medición del tiempo disponibles en el hardware podemos usar?

Generador RC incorporado

La idea más simple que se le ocurra es simplemente configurar un temporizador de software y contar los segundos. Entonces, esta idea no es buena. El reloj ciertamente funcionará, pero la precisión del generador incorporado no está regulada de ninguna manera y puede "flotar" dentro del 10% del valor nominal. Es poco probable que alguien necesite horas que desaparezcan por mes durante 15 minutos.

Módulo de tiempo real DS1307

Una opción más correcta, que también se utiliza en la mayoría de los productos "populares", es un reloj en tiempo real. El chip se intercambia con el microcontrolador a través de I2C, requiere un mínimo de unión (cuarzo y un par de resistencias). El precio de emisión es de aproximadamente 100 rublos por microcircuito, o alrededor de $ 1 por ebee para una placa terminada con un microcircuito, un módulo de memoria y un conector de batería.

Esquema de la hoja de datos:

igualmente importante, el chip está disponible en un paquete DIP, por lo que cualquier radioaficionado novato puede soldarlo. La batería incorporada mantiene el reloj funcionando incluso si se ha apagado la alimentación.

Parecería que todo está bien, si no fuera por un problema: baja precisión. La precisión aproximada del reloj de cuarzo es de 20-30 ppm. La designación ppm - partes por millón, muestra el número de partes por millón. Parecería que 20 millonésimas es super, pero para una frecuencia de 32768Hz resulta 20 * 32768/1000000 = ± 0.65536Hz, es decir Ya medio hertz. Mediante cálculos simples se puede ver que el generador con esa diferencia por día "se adhiere" a los 56 mil ciclos adicionales (o faltantes), lo que corresponde a 2 segundos por día. El cuarzo puede ser diferente, algunos usuarios escribieron sobre un error de 5 segundos por día. De alguna manera no es muy preciso: en un mes, tal reloj desaparecerá al menos por un minuto. Esta es una diferencia decente, notable a simple vista (cuando la serie favorita de la abuela comienza a las 11.00 y el reloj muestra 11.05, el desarrollador de tal reloj frente a sus familiares se sentirá incómodo).

Sin embargo, dado que la temperatura en la habitación es más o menos estable y la frecuencia del cuarzo no cambiará mucho, puede agregar la corrección del software. Otro consejo que se da en los foros es usar un reloj de cuarzo de placas base antiguas; de acuerdo con las revisiones, son bastante precisas allí.

Módulo de tiempo real DS3231

No somos los primeros en hacer la pregunta de precisión, y Dallas, cumpliendo nuestros deseos, ha lanzado un módulo más avanzado: DS3231. Se llama "Reloj de tiempo real extremadamente preciso", tiene un generador incorporado con corrección de temperatura. La precisión es 10 veces mayor y es de 2 ppm. El precio de emisión es un poco más alto, pero la carcasa del microcircuito está diseñada para montaje SMD, la soldadura no es tan conveniente, pero puede comprar una placa lista para usar.

(foto del sitio del vendedor)

Precisión de 6 segundos por mes, este ya es un buen resultado. Pero iremos más allá: idealmente, el reloj en el siglo XXI no necesita ser ajustado en absoluto.

Módulo de radio DCF-77

El método es bastante exótico, pero para completar no se puede ignorar. Pocas personas lo saben, pero las señales horarias exactas se han transmitido por radio desde los años 70. El transmisor DCF-77 se encuentra en Alemania, cerca de Frankfurt, y con una frecuencia SDV de 77.5 KHz, se transmiten marcas de tiempo (sí, ya tenían un reloj de pared y de escritorio hace 20 años que no era necesario ajustar).

El método es bueno porque el circuito tiene un bajo consumo de energía, por lo que incluso los relojes de pulsera con esa tecnología ahora se están produciendo. El tablero de admisión DCF-77 terminado se puede comprar en eBay, el precio es de $ 20.

Muchos relojes y estaciones meteorológicas tienen la capacidad de recibir DCF-77, el único problema es que la señal prácticamente no llega a Rusia. Mapa de cobertura de Wikipedia:

Como puede ver, solo Moscú y San Petersburgo están en el borde del área de recepción. Según los propietarios, solo ocasionalmente se puede recibir una señal, que por supuesto no es adecuada para un uso práctico.

Módulo GPS

Si el reloj no está lejos de la ventana, entonces un método muy real para obtener la hora exacta es un módulo GPS. Estos módulos se pueden comprar a bajo costo en eBay (precio de emisión $ 10-15). Por ejemplo, Ublox NEO-6M se conecta directamente a los pines seriales del procesador y emite cadenas NMEA a una velocidad de 9600. Los

datos vienen en aproximadamente este formato "$ GPRMC, 040302.663, A, 3939.7, N, 10506.6, W, 0.27,358.86,200804 ,, * 1A ", y no es difícil analizarlos incluso para un Arduino débil. Los patriotas, por cierto, pueden comprar el módulo Ublox NEO-7N más caro, que admite (según las revisiones) tanto GPS como Glonass.

Obviamente, el módulo GPS no sabe nada sobre las diferentes zonas horarias, por lo que el desarrollador tendrá que pensar por sí mismo para calcularlas y cambiar el horario de verano / invierno. Otra desventaja del uso de GPS es su consumo de energía relativamente alto (sin embargo, algunos módulos se pueden poner en "modo de suspensión" con comandos separados).

Wifi

Y finalmente, la última forma (y la más obvia en este momento) de obtener el tiempo exacto es tomarlo de Internet. Hay dos enfoques. El primero y más simple es usar algo como un Raspberry PI con Linux como placa de reloj, luego no necesita hacer nada, todo saldrá de la caja. Si quieres "exótico", entonces la opción más interesante es el módulo esp8266.

Esto es económico (el precio de la pregunta es de aproximadamente 200 rublos por eBay). El módulo WiFi se puede intercambiar con el servidor a través del puerto serie del procesador, si lo desea, también se puede actualizar (hay una gran cantidad de firmware de terceros), y parte de la lógica (por ejemplo, sondear el servidor horario) se puede hacer en el módulo mismo. El firmware de terceros admite un montón de todo, desde Lua a C ++, por lo que las opciones para "estirar el cerebro" son suficientes.

Sobre este tema, las mediciones de tiempo probablemente pueden cerrarse. En la siguiente parte, veremos más de cerca los procesadores y los métodos para generar tiempo.