Arduino Nano based HamRadio Contest Clock

Proiect de Duminică                                         Autor: Robert Dima (YO8SHU)

Ceas pentru concurs cu Arduino Nano și RTC

De ceva vreme încerc să-mi fac timp pentru un proiect destul de simplu dar în același timp util, la care mă gâdesc de ceva vreme și nu am avut timpul necesar să-l încep darămite să-l și duc până la capăt.

Aveam, prin șmelțurile mele, un arduino nano care a fost achiziționat datorită prețului și nu pentru un proiect anume, iar eu voiam ceva simplu, care să-mi ofere și oarece satisfacție. În ideea că nu am făcut nici măcar inițerea în arduino, teama era destulă dar nefondată. În sfârșit, mi-am pus la punct planul, am achiziționat piesele de care mai era nevoie, și m-am apucat de treabă, puțin copy/paste de aici, putină documentare de acolo și uite așa am încropit și firmwareul ce urma să-l uploadez pe arduino. După ce am construit ceasul pe breadboard și am făcut câteva debuguri la firmware totul era pregătit pentru a începe construcția montajului final.

Astfel: am folosit în acest proiect următoarele componente și module:

1 x  Arduino Nano ,

1 x RTC cu comunicare I2c,

1 x LCD 16X2 compatibil HD44780,

1 x adaptor I2c la LCD,

1 x R 10K ohm,

1 x R 100K ohm,

1 x Cablaj de test cu dimensiuni 60x80 (din acela cu găurele),

2 x Rigletă cu pini (tată) 1x20,

1 x Rigletă cu pini (mama) 1x20

1 x Baterie 9v

1 x cutie de tablă refolosită (destul de mare sa-ti incapa totul in ea),

1 x comutator ON/OFF,

1 x Push Button,

Ca și scule, am avut următoarele:

1 x ciocan,

1 x șurubelniță „Phillip” („cruce” fară să știe mitropolitul că vrea drepturi de autor),

1 x pilă dreaptă

1 x letcon cu pământare(ca să nu ardem microcontrolerul cand facem reparații, GRIJA MARE CA SE ARDE),

1 x dremel cu pânză pentru tăiat fier,

1 x cutter,

1 x ciupitor,

1 x patent,

Fludorul, sacâzul și sârmele cred că le are toata lumea.

 Să trecem la treabă:

        

Am început prin a lipi adaptorul I2c la LCD pe un lcd16x2 de dimensiuni rezonabile...mai mare decât cele standard (recuperat, nu mai știu de pe unde). Pe placa de test am lipit baretele pentru arduino și pentru RTC conform schemei, pe aceeași placă am lipit și firele pentru conectarea lcd-ului, LCD-ul este unul recuperat, cu dimensiuni mari pentru o vizibilitate bună dar care este 100% compatibil cu HD44780, 16 caractere pe 2 rânduri. Apoi am lipit cele două rezistențe ce formează divizorul de tensiune pentru a coborî nivelul măsurat la sub 5v maxim măsurabil de arduino.

         Apoi am trasat, cu un marker, forma LCD-ului pe capacul superior al cutiei, urmând imediat și tăierea cu dremelul, apoi am modificat și lărgit găurile de pe spatele cutiei astfel încât să iasă mufele de alimentare și mufa USB a modulului arduino. Am punctat unde vin găurile pentru șuruburi. După ce am montat arduino în interiorul cutiei și mi-am făcut o idee unde și cum montez restul m-am apucat de lipit pinii pe PCB de test  urmând imediat și firele aferente conexiunilor.

         După cum se vede și din schemă, divizorul de tensiune, se leagă pe pinul A0 al modulului arduino, acesta fiind un pin ANALOG IN ce conține un DAC cu rezoluție de 10 biti, el oferindu-i procesorului o valoare între 0 si 1023, mai mult decât de ajuns pentru a avea o acuratete de 0.01v în măsurarea tensiunii bateriei.

         Ultima conexiune cu arduino se face pe pinul A2 unde s-a conectat un buton push cu celălalt capăt la GND.

         Alimentare din baterie se face pe pinul VIN al modulului, iar toate perifericele se conectează pe pinul +5v de pe arduino.

         Ceasul este gata de utilizare și nu mai este necesar decât să-i reglăm ora.

Pentru aceasta există o porțiune din cod unde se introduce data și ora exactă, UTC, și se „de-comentează” linia de cod semnalizată astfel dupa care facem upload, la cod, în arduino. După ce am văzut că arduino afișează data si ora corect, vom „re-comenta” linia de cod „de-comentată” anterior și facem iarăși upload la cod. Nefiind necesare alte modificări în cod până când vom sincroniza iarăși ceasurile (în funcție de modulul RTC folosit este posibil să nu mai fie necesară o astfel de sincronizare)         Butonul aprinde retro-ilumiarea ecranului, pentru economisirea bateriei, stingându-se la 10 secunde dupa eliberarea butonului.

         Baftă la construit.
Un link catre pagina proiectului de pe  GitHub

Mai jos aveti codul sursa pe care-l puteti modifica si imbunatati dupa plac.

// Ceas pentru concursurile de radioamatori
// Versiune 3.0
// YO8SHU Robert

// Connectare LCD:
//pin SDA to Arduino Analog pin A4
//pin SCL to Arduino Analog pin A5
//pin GND to Arduino GND
//pin VCC to Arduino 5v

//Conectare RTC:
//pin SDA to Arduino Analog pin A4
//pin SCL to Arduino Analog pin A5
//pin GND to Arduino GND
//pin VCC to Arduino 5v

// Conectare Divizor pin A0
// Conectare buton pin A2

//Librarii

#include <Wire.h>                                        // include libraria Wire.h
#include <LCD.h>                                         // include libraria LCD.h
#include <LiquidCrystal_I2C.h>                      // include libraria LiquidCrystal_I2C.h
#define DS1307_I2C_ADDRESS 0x68               // defineste adresa I2C folosita de RTC 0x68
LiquidCrystal_I2C  lcd(0x27,2,1,0,4,5,6,7);        // defineste adresa I2C folosita de LCD 0x27

// Configurare Voltmetru
   int vBat = A0;                                            //Pinul folosit pentru citirea voltajului de pe baterie, A0.
   float vout = 0;
   float vin = 0;
   float R1 = 103000;                                    // R1 aprox 100K, pentru acuratetea masurarii trebuie introdusa valoarea exacta!
   float R2 = 10000;                                     // R2 aprox 10K, pentru acuratetea masurarii trebuie introdusa valoarea exacta!
   int value = 0;

// Configurare activare si temporizare retroiluminare
   const byte BUTTON = A2;                           // Pinul folosit pentru butonul ce prinde retroiluminarea, A2
   unsigned long buttonPushedMillis = 0;          // defineste cand butonul a fost eliberat
   unsigned long ledTurnedOnAt = 0;               // defineste cand ledul sa aprins
   unsigned long turnOnDelay = 250;               // defineste cat se asteapta pana se aprinde ledul
   unsigned long turnOffDelay = 10000;           // defineste cat timp sta aprins ledul
   bool ledReady = true;                                 // flag for when button is let go
   bool ledState = false;                                 // for LED is on or not.

// Converteste numerele Zecimale in Binare
   byte decToBcd(byte val)
        {return ( (val/10*16) + (val%10) );}

// Converteste numerele Binare in Zecimale
   byte bcdToDec(byte val)
        {return ( (val/16*10) + (val%16) );}

// 1) Setarea datei si orei in modulul RTC
// 2) Porneste ceasul
// 3) regleaza afisarea orei in formatul 24 ore
// introduceti cifre corecte                                     
   void setDateDs1307( byte second,                             //ORA:   // 0-59  
                       byte minute,                                        // 0-59
                       byte hour,                                           // 1-23
                       byte dayOfWeek,                                 //DATA:  // 1-7   
                       byte dayOfMonth,                                // 1-28/29/30/31
                       byte month,                                        // 1-12
                       byte year)                                          // 0-99
   {Wire.beginTransmission(DS1307_I2C_ADDRESS);
    Wire.write(0);
    Wire.write(decToBcd(second));                               // 0 to bit 7 starts the clock
    Wire.write(decToBcd(minute));
    Wire.write(decToBcd(hour)); 
    Wire.write(decToBcd(dayOfWeek));
    Wire.write(decToBcd(dayOfMonth));
    Wire.write(decToBcd(month));
    Wire.write(decToBcd(year));
    Wire.write(0x10);                                                  // sends 0x10 (hex) 00010000 (binary) to control register - turns on square wave
    Wire.endTransmission();}

// Citirea datei si orei din modulul RTC
   void getDateDs1307(byte *second,
   byte *minute,
   byte *hour,
   byte *dayOfWeek,
   byte *dayOfMonth,
   byte *month,
   byte *year)
   
// Reset the register pointer
             {Wire.beginTransmission(DS1307_I2C_ADDRESS);
              Wire.write(0);
              Wire.endTransmission();
              Wire.requestFrom(DS1307_I2C_ADDRESS, 7);
               *second     = bcdToDec(Wire.read() & 0x7f);        // A few of these need masks because certain bits are control bits
               *minute     = bcdToDec(Wire.read());
               *hour       = bcdToDec(Wire.read() & 0x3f);        // Need to change this if 12 hour am/pm
               *dayOfWeek  = bcdToDec(Wire.read());
               *dayOfMonth = bcdToDec(Wire.read());
               *month      = bcdToDec(Wire.read());
               *year       = bcdToDec(Wire.read());}
              
void setup()
    {pinMode(BUTTON, INPUT_PULLUP);           // Setaza butonul ca fiind Pulup
     pinMode(vBat, INPUT);                              // Setaza pinul de masura voltaj baterie ca fiind INPUT
     lcd.setBacklightPin(3,POSITIVE);                // Seteaza pinul 3 din i2c to lcd ca fiind cel ce controleaza iluminatul
     lcd.setBacklight(HIGH);                             // Aprinde iluminatul
     byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year;
     Wire.begin();

// Introduceti mai jos data si ora exacta
// Aceasta informatii se introduc doar atunci cand dorim sincronizarea ceasului cu ora excacta
// In functie de calitatea RTC-ului acest lucru nu trebuie efectuat prea des.

             second = 0;                               // aici se introduce secunda exacta
             minute = 12;                             // aici se introduce minutul exact
             hour = 13;                                // aici se introduce ora exacta
             dayOfWeek = 7;                        // aici se introduce numarul zilei din saptamana
             dayOfMonth = 12;                     // aici se introduce ziua
             month = 04;                             // aici se introduce luna
             year = 20;                                // aici se introduce anul

// Pentru a introduce datele de mai sus in modulul RTC, se decomenteaza urmatoarea linie si apoi se uploadeaza codul in arduino.
// setDateDs1307(second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year); 
// Dupa ce sa uploadat codul cu ora exacta reglata, se comentaza la loc linia de deasupra si se face upload la cod din nou.
// daca linia raman decomentata, la fiecare pornire a ceasului informatiile de mai sus se reintroduc in
// modulul RTC ceea ce face ca data si ora sa se reseteze la momentul uploadului initial.

// initializare LCD
   lcd.begin(16, 2);                                                           // Stabileste dimensiunile LCD-ului
   lcd.setCursor(0,1);                                                        // Stabileste pozitia cursorului la inceputul primului rand , Stanga sus
   lcd.print(" CONTEST  TIMER ");                                      // Afiseaza textul ditre paranteze
   lcd.setCursor(0,0);                                                        // Stabileste pozitia cursorului la inceputul urmatorului rand.
   lcd.print("YO8SHU/P  Ver. 3");                                       // Afiseaza textul ditre paranteze, puteti modifica textul dupa plac
   delay(5000);                                                               // pauza de 5 secunde sa se poata citi textul
   lcd.clear();}                                                                // sterge ecranul

  void loop()
       {byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year;
        getDateDs1307(&second, &minute, &hour, &dayOfWeek, &dayOfMonth, &month, &year);

        BackLight();                                                          //Apeleaza functia backlight
  
//Afisare DATA si ORA
       UTC();                                                                            // Afiseaza ora UTC pe primul rand
            if (second < 20){CFR(); }                                            // Daca secunde < 20 afiseaza pe randul 2 ora CFR
            else if (second < 30){BatVolt(); }                                 // Altfel daca secunde < 30 afiseaza voltajul bateriei pe randul 2                    
            else if (second < 50){ DATA(); }                                  // Altfel daca secunde < 50 afiseaza pe randul doi data 
            else if (second < 60){BatVolt(); }}                               // Altfel daca secunde < 60 afiseaza voltajul bateriei pe randul 2    

//Functie citire si afisare voltaj baterie
void BatVolt()
    {value = analogRead(vBat);                                               // citeste pinul vBat si stocheaza valoarea in value
     vout =(value * 5) / 1024.0;                                               // defineste vout ca fiind value inmulti cu tensiunea de referinta totul impartit la numarul de pasi
     vin = vout / (R2/(R1+R2));                                              // defineste vin ca fiind vout impartit la divizorul de tensiune
       if (vin<6) {                                                                  // daca vin mai mic ca 6
          lcd.setCursor(0,1);                                                     // stabileste cursorul pe randul 2
          lcd.print("Low bat Recharge");}                                     // afiseaza low bat reincarcati
       else{                                                                             // altfel
          lcd.setCursor(0,1);                                                      // cursorul pe randul 2
          lcd.print("Bat. volt. ");                                                // afiseaza: Bat. Volt. 
          lcd.print(vin);                                                           // afiseaza valoarea lui vin
          lcd.print("V");}}                                                      // afiseaza: V

// Functie aprindere backlight
void BackLight()
    {unsigned long currentMillis = millis();                                          // deineste surrentMillis ca find ora actuala
      if (digitalRead(BUTTON) == LOW) {                                               
          buttonPushedMillis = currentMillis;                                         // inoieste milis cand butonul a fost apasat
          ledReady = true; }
      if (ledReady) {                                                                 // this is typical millis code here:
      if ((unsigned long)(currentMillis - buttonPushedMillis) >= turnOnDelay) {       // okay, enough time has passed since the button was let go.
         lcd.setBacklight(HIGH);                                                      // Backlight on setup our next "state"
         ledState = true;                                                             // save when the LED turned on
         ledTurnedOnAt = currentMillis;                                               // wait for next button press
         ledReady = false;}}
      if (ledState) {                                                                 // okay, led on, check for now long  
      if ((unsigned long)(currentMillis - ledTurnedOnAt) >= turnOffDelay) {
          ledState = false;
          lcd.setBacklight(LOW);}}}                                                    // Backlight off               

// functie afisare ora UTC
void UTC()
    {byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year;
     getDateDs1307(&second, &minute, &hour, &dayOfWeek, &dayOfMonth, &month, &year); 

//Afiseaza ORA UTC 
     lcd.setCursor(0,0);
     lcd.print("  UTC ");
         if (hour<10){lcd.print("0");}   
     lcd.print(hour, DEC);
     lcd.print(":");
         if (minute<10){lcd.print("0");}
     lcd.print(minute, DEC);
     lcd.print(":");
         if (second<10){lcd.print("0");}
     lcd.print(second, DEC);
     lcd.print("  ");}

// Functie afisare ora CFR
void CFR()
    {byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year;
     getDateDs1307(&second, &minute, &hour, &dayOfWeek, &dayOfMonth, &month, &year);

//Afiseaza ORA CFR
     lcd.setCursor(0,1);
     lcd.print("  CFR ");
         if (hour+3<10){lcd.print("0");}                               // se inlocuieste +3 cu +2 daca se foloseste ora de iarna
         if (hour+3>24){lcd.print (hour-21,DEC);}                      // se inlocuieste +3 cu +2 daca se foloseste ora de iarna
         else {lcd.print(hour+3, DEC);}                                // se inlocuieste +3 cu +2 daca se foloseste ora de iarna
     lcd.print(":");
         if (minute<10){lcd.print("0");}
     lcd.print(minute, DEC);
     lcd.print(":");
         if (second<10){lcd.print("0");}
     lcd.print(second, DEC);
     lcd.print("  ");}

// Functie afisare DATA
void DATA()
    {byte second, minute, hour, dayOfWeek, dayOfMonth, month, year;
     getDateDs1307(&second, &minute, &hour, &dayOfWeek, &dayOfMonth, &month, &year);

//Afiseaza DATA
     lcd.setCursor(0,1);
     lcd.print(" ");
         switch(dayOfWeek){                           //AFISEAZA in loc de cifra, numele zilei
          case 1: lcd.print("Lun"); break;
          case 2: lcd.print("Mar"); break;
          case 3: lcd.print("Mie"); break;
          case 4: lcd.print("Joi"); break;
          case 5: lcd.print("Vin"); break;
          case 6: lcd.print("Sam"); break;
          case 7: lcd.print("Dum"); break; }  
     lcd.print(" ");
         if (dayOfMonth<10){lcd.print("0");}           //Daca ZIUA mai mica ca 10 afiseaza "0" inainte
     lcd.print(dayOfMonth, DEC);                       //Print ZIUA
     lcd.print(".");
         if (month<10) {lcd.print("0");}               //Daca LUNA mai mica ca 10 afiseaza "0" inainte
     lcd.print(month, DEC);                            //Print LUNA
     lcd.print(".20");
     lcd.print(year, DEC);                             //Print ANUL
     lcd.print(" ");}

Link catre Github