🧑🏿‍🤝‍🧑🏾 🙏🏽 ⛄️ Jam elektronik buatan rumah, elemen dasar - bagian 1, pengukuran waktu 💇🏼 🆎 👨‍👩‍👧

Mungkin setiap kutu buku yang gemar elektronik buatan rumah, cepat atau lambat datang ke ide membuat sendiri, unik, arloji. Idenya cukup bagus, kami akan mencari tahu bagaimana dan apa yang lebih baik untuk membuatnya. Sebagai titik awal, kami mengasumsikan bahwa seseorang tahu cara memprogram mikrokontroler, memahami cara mengirim 2 byte melalui i2c atau port serial, dan dapat menyolder beberapa kabel secara bersamaan. Pada prinsipnya, ini sudah cukup.

Jelas bahwa fungsi kunci jam tangan adalah untuk mengukur waktu (siapa yang menyangka, ya?). Dan diinginkan untuk melakukan ini seakurat mungkin, ada beberapa opsi dan perangkap.

Jadi, metode pengukuran waktu apa yang tersedia dalam perangkat keras yang dapat kita gunakan?

Built-in RC Generator

Gagasan paling sederhana yang mungkin terlintas dalam pikiran adalah dengan hanya mengatur timer perangkat lunak dan menghitung detik. Jadi, ide ini tidak bagus. Jam pasti akan berfungsi, tetapi keakuratan generator yang terpasang tidak diatur dengan cara apa pun, dan dapat "mengambang" dalam jarak 10% dari nilai nominal. Tidak mungkin ada orang yang membutuhkan jam yang hilang per bulan selama 15 menit.

Modul Real Time DS1307

Opsi yang lebih tepat, yang juga digunakan di sebagian besar produk "folk", adalah jam waktu nyata. Chip tersebut ditukar dengan mikrokontroler melalui I2C, ia membutuhkan minimum pengikatan (kuarsa dan sepasang resistor). Harga masalah adalah sekitar 100 rubel per mikrosirkuit, atau sekitar $ 1 per ebee untuk papan jadi dengan mikrosirkuit, modul memori, dan konektor baterai.

Skema dari datasheet:

Sama pentingnya, chip tersedia dalam paket DIP, sehingga setiap pemula amatir dapat menyoldernya. Baterai internal menjaga jam tangan tetap beroperasi meskipun daya telah dimatikan.

Tampaknya semuanya baik-baik saja, jika bukan karena satu masalah - akurasi rendah. Akurasi perkiraan jam kuarsa adalah 20-30ppm. Ppm penunjukan - bagian per juta, menunjukkan jumlah bagian per juta. Tampaknya 20 juta adalah super, tetapi untuk frekuensi 32768Hz ternyata 20 * 32768/1000000 = ± 0,65536Hz, mis. sudah setengah hertz. Dengan perhitungan sederhana dapat dilihat bahwa generator dengan perbedaan seperti itu "tongkat" untuk ekstra (atau hilang) 56 ribu siklus, yang sesuai dengan 2 detik per hari. Kuarsa bisa berbeda, beberapa pengguna menulis tentang kesalahan 5 detik per hari. Entah bagaimana itu tidak terlalu akurat - dalam sebulan arloji seperti itu akan hilang setidaknya selama satu menit. Ini sudah merupakan perbedaan yang layak, terlihat dengan mata telanjang (ketika seri favorit nenek dimulai pukul 11.00, dan jam menunjukkan 11.05, pengembang jam tangan seperti itu di depan kerabat akan merasa tidak nyaman).

Namun, karena suhu di dalam ruangan lebih atau kurang stabil, dan frekuensi kuarsa tidak akan banyak berubah, Anda dapat menambahkan koreksi perangkat lunak. Saran lain yang diberikan di forum adalah menggunakan kuarsa arloji dari motherboard lama, menurut ulasan, mereka cukup akurat di sana.

Modul Real Time DS3231

Kami bukan orang pertama yang menanyakan pertanyaan tentang keakuratan, dan Dallas, yang memenuhi keinginan kami, telah merilis modul yang lebih canggih - DS3231. Ini disebut "Real Time Clock Sangat Akurat", ia memiliki generator built-in dengan koreksi suhu. Akurasi 10 kali lebih tinggi dan 2ppm. Masalah harga sedikit lebih tinggi, tetapi perumahan microcircuit dirancang untuk pemasangan SMD, menyolder tidak begitu nyaman, tetapi Anda dapat membeli papan siap pakai di atasnya.

(foto dari situs penjual)

Akurasi 6 detik per bulan, ini sudah merupakan hasil yang baik. Tapi kita akan melangkah lebih jauh - idealnya, jam di abad ke-21 tidak perlu disesuaikan sama sekali.

Modul radio DCF-77

Metodenya agak eksotis, tetapi untuk kelengkapannya tidak bisa diabaikan. Hanya sedikit orang yang tahu, tetapi sinyal waktu yang tepat telah ditransmisikan oleh radio sejak tahun 70-an. Pemancar DCF-77 terletak di Jerman dekat Frankfurt, dan pada frekuensi SDV 77,5 KHz, perangko waktu ditransmisikan (ya, mereka sudah memiliki jam dinding dan meja 20 tahun lalu yang tidak perlu disesuaikan).

Metode ini bagus karena rangkaiannya memiliki konsumsi daya yang rendah, sehingga bahkan jam tangan dengan teknologi seperti itu sekarang sedang diproduksi. Papan penerimaan DCF-77 yang sudah selesai dapat dibeli di eBay, harganya $ 20.

Banyak jam dan stasiun cuaca memiliki kemampuan untuk menerima DCF-77, satu-satunya masalah adalah bahwa sinyal praktis tidak mencapai Rusia. Peta cakupan Wikipedia:

Seperti yang Anda lihat, hanya Moskow dan St. Petersburg yang berada di perbatasan area penerimaan. Menurut pemiliknya, hanya sesekali sinyal dapat diterima, yang tentu saja tidak cocok untuk penggunaan praktis.

Modul GPS

Jika jam tidak jauh dari jendela, maka metode yang sangat nyata untuk mendapatkan waktu yang akurat adalah modul GPS. Modul-modul ini dapat dibeli dengan harga murah di ebay (harga masalah $ 10-15). Sebagai contoh, Ublox NEO-6M terhubung langsung ke pin seri prosesor dan output string NMEA pada kecepatan 9600.

Data datang dalam format ini kira-kira "$ GPRMC, 040302.663, A, 3939.7, N, 10506.6, W, 0.27.358.86.200804 ,, * 1A ", dan tidak sulit untuk menguraikannya bahkan untuk Arduino yang lemah. Patriot, omong-omong, dapat membeli modul Ublox NEO-7N yang lebih mahal, yang mendukung (menurut ulasan) GPS dan Glonass.

Jelas, modul GPS tidak tahu apa-apa tentang zona waktu yang berbeda, sehingga pengembang harus berpikir sendiri untuk menghitungnya dan mengubah waktu musim panas / musim dingin. Kerugian lain menggunakan GPS adalah konsumsi daya yang relatif tinggi (namun, beberapa modul dapat dimasukkan ke "mode tidur" dengan perintah terpisah).

Wifi

Dan akhirnya, cara terakhir (dan yang paling jelas saat ini) untuk mendapatkan waktu yang tepat adalah dengan mengambilnya dari Internet. Ada dua pendekatan. Yang pertama, dan paling sederhana, adalah menggunakan sesuatu seperti Raspberry PI dengan Linux sebagai papan pengawas, maka Anda tidak perlu melakukan apa pun, semuanya akan berjalan di luar kotak. Jika Anda ingin "eksotis" - maka opsi yang paling menarik adalah modul esp8266.

Ini tidak mahal (harganya sekitar 200 r per ebay). Modul WiFi dapat ditukar dengan server melalui port serial prosesor, jika Anda mau, itu juga dapat di-reflash (ada banyak firmware pihak ketiga), dan bagian dari logika (misalnya, polling server waktu) dapat dilakukan dalam modul itu sendiri. Firmware pihak ketiga mendukung banyak hal, dari Lua hingga C ++, jadi opsi untuk “meregangkan otak Anda” sudah cukup.

Pada topik ini, pengukuran waktu mungkin dapat ditutup. Pada bagian selanjutnya, kita akan melihat lebih dekat pada prosesor dan metode untuk menghasilkan waktu.