Arduino

Hodiny pro astronomická pozorování

Plošný spoj

Popis původního projektu je zde: astrohodiny

Aby nebylo nutné bastlit hodiny na univerzální desce, navrhnul jsem plošný spoj.

Plošný spoj teď funguje jako univerzální rozhraní mezi Arduinem Nano, displejem Nokia5110 a joystickem. Na desce je k dispozici i pískák, takže je možné na tom postavit libovolné zařízení, které bude pro vstup využívat joystick a bude něco zobrazovat na displeji (může to být třeba i nějaká jednoduchá hra). 
Pomocí menší přídavné destičky je možné rozšířit funkce o obvody s komunikací I²C a SPI. 
V hodinách je to využito pro RTC obvod a SRAM paměť. 

Poslední destička slouží pro připojení externího teploměru LM92, nebo napěťových vstupů.
K hlavní desce je připojena přes dva 10-pinové konektory plochým kablíkem.

K hlavní desce je ještě připojena 9V baterie a přepínač.
Dále jsou vyvedeny kontakty pro nepovinné resetovací tlačítko a vnější zdroj napájení (např. 12V)

Celkové schéma:

Připojovací náčrtek:

Zde jsou podklady pro výrobu desek ve formátu pro Eagle-6, pro případ, že byste chtěli na deskách provádět
  nějaké vlastní úpravy : astrohodiny-eagle.zip

Rozpiska součástek:

* Volitelně je možné osadit kolíky i na rozšiřující konektory K14 a K15 (6+6 pinů)
Na Arduinu (MCU1) se předpokládá osazení 2x15 kolíků + 6 kolíků pro SPI programovací konektor. Na hlavní desce je pak jako protikus 2x15 pinů dutinkové lišty.
Ostatní označené pozice konektorů jsou plánovány na trvalé propojení pomocí připájených vodičů (displej, joystick, baterie ....).

** Sloupky je třeba upravit. U sloupků typu "díra-šroub" je třeba "prodloužit" část se závitem - viz výkres)

Několik dalších poznámek k desce

1) Díra pod 3V baterkou.
Deska by měla být přišroubována v krabičce alespoň dvěma šrouby. Při použití plánovaného joysticku je deska uchycena přes jeho dva distanční sloupky.

V případě, že bude použit nějaký jiný joystick, který nebude pasovat do připravených otvorů, tak by měla být deska připevněna přes jeden sloupek od joysticku a přes tuto druhou díru, která je jinak nevyužitá.

To samozřejmě předpokládá, že se zálohovací 3V baterie umístí někam jinam, aby zůstala díra volná.


2) Jumper "3V-OFF".
Tento jumper slouží k odpojování zálohovací baterie.
Protože je baterie napevno připájená k plošňáku, myslel jsem, že by bylo dobré umožnit její snadné odpojení. 
Někdy by se to mohlo hodit. Stejného výsledku by mohlo být dosaženo vytažením přidavné destičky z dutinkové lišty, ale když budou plošňáky zabudované v krabičce, tak není k přídavné destičce přístup.


3) SMD 1206 / 0806
Pájecí plošky pro všechny SMD odpory a kondenzátory jsem v rámci možností upravil tak, aby se daly snadno osadit větší velikosti (typ 1206), ale i střední velikosti (typ 0805) SMD součástek.
Také plošky pro Zenerovu diodu 5V6 jsou přizpůsobeny pro krátkou i dlouhou variantu pouzdra.


4) U1 / UB / U2
Viz schéma. Jedná se vždy o paralelní dvojici odpor 10k + kondenzátor 100n. Jsou to napěťové vstupy pro měření napětí U1 a U2 a pro měření napětí baterie. V případě použití napěťových děličů na vstupech U1 a U2 stačí spočítat jen "horní" odpor děliče a napětí do krabičky přivádět přes vypočtený sériový odpor. 

Pro vstup U2 už je prostor pro dělič přímo na desce a skládá se z odporů R8A a R8B.
Při použití R8A=0R je dělící poměr 1:1.


5) Vývody Tx, Rx.
V hodinách se s těmito signály nepočítá ( signály jsou přes USB převodník vyvedeny na USB komunikační konektor). Pokud by se ale podařilo zjednodušit program, bylo by možné k těmto vývodům připojit GPS modul a použít ho na synchronizaci času podle signálu GPS.


6) FET 2N7000
Není nutné použít přesně tento typ univerzálního N-FETu.
Pozor ale na orientaci vývodů vůči pouzdru.
Například BS107 má vývody opačně. Při osazování se tedy řiďte hlavně popisky S, G a D.


7) Zvětšené plošky u vývodů 17 a 18 na Arduinu Nano.
Jedná se o signály "3,3V" a "AREF".
V hodinách tyto signály nejsou využité. Některá Arduina mají 3,3V dostupné pouze při připojení přes USB konektor k PC.
Vstup AREF slouží k nastavení referenčního napětí pro A/D převodník. Je lepší ho nepoužívat, protože posunutí napěťové úrovně by mělo vliv i na joystick.
I přesto, že se se signály nepočítá, zvětšil jsem plošky tak, aby k nim bylo možné v případě potřeby pohodlně připájet drátky.


8) Resetovací tlačítko není nutné.
Sloužilo hlavně při vývoji, když docházelo k častým "sběhnutím" programu.
Vývody pro resetovací tlačítko jsem ale nechal k dispozici.


9) Napájecí přepínač.
Při přepnutí do polohy "ON" se přivede 9V z baterie přes Schottkyho diodu do hodin. Zároveň se toto napětí snížené o Zenerovo napětí přivede na analogový vstup, který měří stav baterie.
Schottkyho dioda byla použita hlavně kvůli malému přechodovému napětí (0,4V) o které se při provozu na baterii snižuje napětí z baterie. Samotné Arduino potřebuje ke správné činnosti alespoň 6V.

Při přepnutí do plohy "OFF" se hodiny vypnou, ale kladný pól baterie je přiveden na pin č.10 vnějšího konektoru.
Pokud se místo baterie použije 9V akumulátor, může být na tento pin připojena nabíječka.

Při napájení z vnějšího zdroje 12V slouží Schottkyho dioda jako ochrana před "nabíjením" baterie z tohoto zdroje. 
Vnější zdroj není možné přepínačem vypnout. Zdroj musí mít vlastní vypínač, nebo nebo se musí odpojovat vytažením konektoru.

Při napájení vnějším zdrojem funguje měření napětí vnitřní 9V baterie - stačí přepnout přepínač do polohy "ON". 


10) Vnější konektor
Na 10-pinovém konektoru jsou dostupné tyto signály:
- I2C komunikace pro zjišťování teploty z čidla LM92 (SDA, SCL)
- napájení (+5V, GND)
- dva vstupy pro měření napětí (U1, U2)
- signál "BZUK". Pomocí nastaveného alarmu je možné sepnout nějaké přídavné zařízení (třeba dálkovou spoušť od foťáku)
- kladný pól vnitřní 9V baterie (při přepnutí napájecího přepínače do polohy "OFF")
- signály z potenciometrů joysticku (Joystick-X, Joystick-Y). Myslel jsem , že by se to dalo použít pro záznam času přes nějaký vnější kontakt, takže by se to dalo využít, jako nějaké stopky s fotozávorou, nebo něco podobného.


11) Přídavná destička s teploměrem.
Na destičce je dostupných všech 10 signálů z konektoru.
Navíc tam jsou vyvedeny ještě 2 signály z teploměru LM92 (T-Critt a T-Int).

Fotografie
Větší rozlišení fotek je dostupné při kliknutí na obrázek

Neosazené a nerozřezané desky
(horní a spodní strana)
Před osazením je třeba desky rozřezat podle černých čar.
Hlavní deska se pak musí zabrousit tak, aby se vešla do krabičky.

Hlavní deska
Osazená horní strana

Hlavní deska
Osazená spodní strana

Přídavná destička s RTC a pamětí
Osazená horní strana

Přídavná destička s RTC a pamětí
Osazená spodní strana

Arduino NANO a přídavná destička zasunuté v hlavní desce

Jiný pohled na Arduino NANO a přídavnou destičku v hlavní desce

Modul joysticku přišroubovaný k hlavní desce

Jiný pohled na sestavu desek s joystickem

Boční pohled, zobrazující způsob uchycení joysticku.
Jedna matka slouží jako distanční podložka mezi hlavní deskou a modulem joysticku.
Joystick je ještě odizolovaný prešpánem.

Ještě jeden pohled na sestavu desek s joystickem

Umístění desky v krabičce

Pohled z druhé strany krabičky

Uložení baterie

Úprava distančních sloupků pro uchycení joysticku
Výkres je zde: sloupek.pdf