Иногда требуется просто задать временной интервал, без особой микроскопической точности. Например, для приготовления пищи, где погрешность в несколько секунд за полчаса, час не играет важной роли. Исходя из этих соображений в качестве тактового генератора выбран внутренний RC-генератор. Стабильность которого зависит от температуры и изменения напряжения питания, поскольку микроконтроллер сохраняет свою работоспособность при напряжении 1,8-5,5 В. В качестве источника питания применил 3-х вольтовую батарейку (или 2 элемента по 1,5 В).
Ставилась задача максимально упростить конструкцию при минимуме внешних деталей и элементов управления и индикации (как можно проще). Программа написана на ассемблере в AVR Studio.
Для управления режимами таймера имеется пара кнопок. Первая "SET" для установки временного интервала, вторая "RESET" для сброса в любой момент если потребуется «переиграть» ситуацию и выставить другой временной интервал. А так же звуковой зуммер, в качестве звуковой индикации о состоянии таймера в разный период работы.
Таймер сделан с минимальным 5 минутным дискретным интервалом, таких интервалов можно набрать сколько угодно (до 255) если удерживать кнопку в нажатом состоянии.
Принципиальная схема кухонного таймера:
После отпускания кнопки начинается запуск таймера и обратный отсчёт, особенность таймера - звуковая индикация (глаза и руки не участвуют в контроле, а только слух), при установке «пикает» столько раз сколько нужно раз набрать 5-ти минутных интервалов. Например: нужен интервал 30 минут, значит надо нажать кнопку "SET" и удерживая её в нажатом состоянии, набрать «пиликаний» на 6 раз и отпустить кнопку. С момента отпускания кнопки "SET", зажигается светодиодный индикатор, свидетельствующий о том, что таймер запущен, и гаснет только по окончании всего цикла, также с момента запуска начинается обратный отсчёт, зуммер «пикает» по прошествии очередного дискретного 5-тиминутного интервала столько раз сколько их ещё осталось до завершения полного цикла таймера. А когда весь цикл пройден, в конце цикла звучит длительный «пиликающий» сигнал на протяжении около 10 секунд оповещающий о финале.
После этого, таймер переходит в режим ожидания перейдя по команде sleep в энергосберегающий режим Power down где потребляемый ток составит меньше микроампера в программе задействован, внутренний RC-генератор тактовая частота которого выбрана 128 / 8 кГц.
Простая схема хорошего таймера на МК atmega8, удобная навигация в меню, жидкокристаллический LCD дисплей, часы реального времени, минимальное количеством деталей.
Очень полезная вещь, например для теплицы, можно организовать полив или циркуляцию в гидропонике, можно настроить кормушки и поилки для животных, птиц и много еще для чего.
Сердцем данного таймера является очень популярный и уже не дорогой микроконтроллер Atmega8.
Конечно для прошивки нам потребуется программатор, но если его нет то можно обойтись всего 4 проводками подключенными к LPT порту по этой схеме.
Что нам понадобится:
Схема таймера
Как видно на ней отсутствует схема питания и исполнительное устройство, это потому, что возможно вы решите использовать выносной стабилизированный БП, а также не известно какую нагрузку в планируете подключать, поэтому каждый должен сам выбрать исполнительное устройство под свои технические требования.
Как вариант исполнительного устройства на триаках, тиристорах и симисторах показаны ниже.
Вариант из программы Sprint Layout.
Особое внимание надо обращать при монтаже микросхемы часов и кварцевого элемента. Длина дорожек между ними должна быть минимальна, а лучше использовать микро кварц из наручных часов и припаять его непосредственно к ножкам МС часов. Все свободное место рядом с часами заполняем медью на корпус. Батарея необходима для поддержания часов в рабочем состоянии во время отключения от сети. Если по какой-то причине вы не стали устанавливать эту батарейку, то посадите плюсовой провод на корпус, иначе часы просто не пойдут.
Микроконтроллер прошивается программатором или с помощью простых 5 проводов.
Автор прошивки (скачать — multitimer) постарался и не стал изменять фьюзы, что очень сильно облегчает, без заморочки, прошивку для начинающего радиолюбителя. Если МК еще не использовался, новый из магазина, то просто заливаете прошивку и все, но если уже есть изменения в фьюзах, то надо выставить их так CKSEL=0001. Все остальное просто и не нуждается в пояснении.
Для корпуса очень удобно использовать распаечные коробки из пластмассы, они бывают разных размеров и форм.
В прорезанную ножом крышку, при помощи термоклея из пистолета, закрепляем LCD экран., прорезаем отверстия под кнопки управления и кнопку питания.
Размещаем все узлы внутри корпуса, постоянно проверяя как закрывается крышка, при необходимости переносим или подгибаем мешающие.
На собранную схему подаем питание, должно появиться такое изображение.
Управление осуществляется четырьмя кнопками. Меню состоит из трех пунктов, СLОСК -установка часов, RЕSЕТ -сброс всех установленных таймеров, ТIМЕR — установка таймеров.
Сначала заходим (*) в меню часов и выставляем (>)(<)(#) точное время.
Подсказка по кнопкам управления в нижней строке дисплея, в каждом меню разное, поэтому описывать кнопки нет необходимости.
Теперь все готово чтобы корректно задавать временные позиции таймера, после нажатия решетки, программа записывается в постоянную память МК.
Хотелось сделать для всех случаев жизни, разных временных интервалов на усмотрение пользователя. Получился такой вариант. Всего две кнопки управления, и один переключатель-перемычка (джампер), два светодиода, отображающих, режимы установки и работы таймера, а так же звуковой контроль осуществляется пьезокерамическим излучателем (за ненадобностью можно его и не подключать, контролируя процесс по миганию светодиода D2).
Одна кнопка (по схеме S1) - "SET" для установки всех режимов, (всё будем делать одной кнопкой зачем нам куча разных ручек,переключателей?), а вторая кнопка (по схеме S2) - "RESET", которая позволит остановить таймер в любой момент приведя его в начальное состояние и отключить реле.
Алгоритм работы
Интервал времени таймера формируется от перемножения двух чисел: первое число (множимое) - это набранный интервал в минутах от 1 до 255, а второе число (множитель), которое при перемножении на, набранное вами, первое число сформирует заданное время таймера.
ПРИМЕР
Допустим надо набрать 1 час = 60 мин., учитывая, что минимальный дискретный временной интервал таймера =1 минуте, мы можем сформировать этот интервал несколькими вариантами, например первое число = 10 минутным интервалом, набираем первое число удерживая кнопку нажатой чтобы (10 раз мигнул светодиод, или «пиликнул» зуммер пьезоизлучателя). Набрав нужное количество, отпускаем кнопку, после этого таймер повторит «озвучит» набранное вами число(мигнув светодиодом и «пиликнув» пьезоизлучателем) набранное количество раз, когда D2 погаснет, после этого начинает прерывисто мигать второй светодиод D1. Это означает, что набор первого числа принят, но установка ещё не завершена, надо продолжать установку, (в этот момент, когда мигает D1 можно замкнуть контакты джампера S3 и оставить их в замкнутом положении, этим действием мы запишем наши настройки в энергонезависимую память микроконтроллера EEPROM, которые там будут храниться до момента записи другого временного интервала вместо прежнего. Это удобно, если вам нужен один временной интервал, которым Вы пользуетесь постоянно. Пока перемычка (джампер S3) замкнута, таймер будет выдавать только этот временной интервал, записанный вами (чтобы не набирать каждый раз снова) и сохранится в памяти при полном обесточивании устройства.
Второе число которое надо выбрать, это - множитель (набирается следом после первого). Для формирования часа тогда должен быть равен 6-ти (10мин. х 6 = 60 =1 час).
Процедура набора, такая же, как и при установке первого числа, посредством удерживания в нажатом состоянии кнопки и считая в такт с мигающим светодиодом D2 шесть миганий. После чего кнопку отпустить, сразу же следом в подтверждение, что число принято индикация D2 мигнёт и "пиликнет" повторно 6 раз, далее светодиод D1 снова начнёт прерывисто мигать. Это означает, что второе число принято и таймер готов к запуску.
СТАРТ
Чтобы запустить таймер надо нажать кнопку "SET" очередной 3-й раз удерживая нажатой около секунды, D2 тут же мигнёт (озвучит) последний раз для напоминания количество набранных вами интервалов и следом включается реле а режим индикации D1 переходит из мигающего в постоянно зажжённое состояние до окончания цикла, D2 по прошествии очередного набранного интервала будет мигать и «пиликать» зуммером.
Столько раз сколько ещё осталось до конца набранного вами суммарного интервала времени? После каждых (набранных в примере) 10 прошедших минут светодиод мигнёт столько раз сколько осталось интервалов 10 минутных из 6-ти по убывающей (5 раз потом 4 потом 3..2..1 и финиш). По окончании всего часового цикла, реле выключит нагрузку. светодиод D1 погаснет, а D2 и зуммер около 8 секунд будут ещё индицировать, оповещая, что цикл закончен.
Для установки в таймере часового интервала вариантов может быть масса. Например, набрать, первое число минута =1, а второе = 60. Тогда через каждую минуту светодиод будет мигать столько раз сколько минут осталось до конца, а можно и первое число сделать = 6-ти минутам, а второе = 10-ти, остальное по аналогии с вышеприведёнными примерами.
Такой универсальный вариант на разные вкусы, поэтому и назвал «УНИВЕРСАЛЬНЫЙ». По сути Вы сами программируете таймер на своё усмотрение, с желаемым вариантом и частотой индикации.
Если, используя таймер, Вам необходимо каждый раз набирать разные интервалы, то перемычку S3 замыкать не надо. А если таймер вам необходим для одного постоянного интервала времени, то целесообразно занести эти параметры один раз, записав их в память EEPROM микроконтроллера, который вы запрограммируете сами, сделав это так.
Установить (замкнуть перемычку джампера S3) надо ТОЛЬКО в период после набора первого или второго числа, когда мигает D1 (ни раньше ни позже) , и оставив её после этого замкнутой постоянно, при дальнейшей эксплуатации, после этого, при каждом очередном запуске таймера, нажимая кнопку «SET» сразу будет включится реле, а зуммер и D2 напомнит вам индикацией, сколько периодов временных вам осталось до конца, когда реле отключится.
Детали
Старался максимум простоты, минимум деталей и органов настроек, получилось: пара светодиодов, зуммер-пьезоизлучатель, транзистор управляющий реле, реле на 12 вольт, которое будет включать нагрузку, микросхема-стабилизатор 7805, процессор ATtiny 13 (с любыми буквами этой серии), да и всё, пожалуй.
Питаться схема будет от источника 12 В. На макетке гоняю, всё работает пока идеально. Если требуется сделать более громким звук зуммера, следует добавить усилительный каскад на транзисторе, наподобие того, как в схеме в предыдущей статье «кухонный таймер ».
Программирование микроконтроллера
ВНИМАНИЕ!!!
Очень важный момент, я использовал в микроконтроллере самую маленькую тактовую частоту внутреннего генератора это 128 кГц / 8 = 16 кГц, Это выставляется фьюзами при программировании (фото я прилагаю, где надо поставить какие галочки).
Почему выбрал такую частоту? Да вот захотелось мне))) а переписывать программу под другую тактовую частоту, потом влом было. Да и не за чем, всё работает. Меня это устраивает. Вам же, решать самим повторять эту конструкцию, или нет.
Так вот при использовании программатора с режимом ISP (типа STK 200 и пр.), которые наиболее часто используются для программирования AVR микроконтроллеров.
Ваш микроконтроллер, запрограммируется моей прошивкой ОДИН РАЗ!!! Повторно перепрограммировать его можно будет только применив параллельное высоковольтное программирование или вернув, перезаписав, заводские настройки (предупреждаю заранее!).
Вернуть заводские настройки можно при помощи программатора с возможностью режима H/V. (высоковольтного программирования). Я пользуюсь как раз программатором с таким режимом в STK 500. Но если вы уверены, что будете делать этот таймер, то первый раз прошивка «зальётся» с любого программатора, и проблем никаких не будет.
В дальнейшем планирую выложить статью со схемой устройства «реаниматор» АТtiny13, как раз для таких случаев. Которое позволит решить данную проблему, перезаписав в «заблокированный» микроконтроллер, снова исходные заводские настройки без привлечения программаторов с режимом параллельного высоковольтного программирования.
ПРОШИВКИ
Выкладываю 2 прошивки. Обе рабочие, но для разных целей. Одна для заливки в Протеусе, (TIMER_PROTEUS.hex). Другая (TIMER_UNIVERSAL.hex) для программирования реального микроконтроллера программатором. Разница между ними небольшая, просто будет погрешность в точности таймера, если залить не ту прошивку.
Выкладываю модель в Протеусе,и прошивку для заливки в проект. Где в реальном режиме времени устройство эмитирует работу таймера так же,как и это будет выглядеть в реальном устройстве. В протеусе можно наглядно увидеть,как будет запрограммирована в EEPROM первая ячейка с адресом 0х00 для первого числа и с адресом 0х01 для числа множителя.
Возможно, прежде чем приступить к сборке устройства, стоит «поиграть» с виртуальной моделью этого «Универсального таймера» в Протеусе, чтобы понять, как работает этот таймер, (звук от зуммера так же эмитируется, прослушать можно со звуковой карты через колонки).
Это схема таймера на микроконтроллере PIC16F628A позаимствована с хорошего португальского сайта по радиоэлектронике. Микроконтроллер тактируется от внутреннего генератора, который можно считать достаточно точным для данного момента, так как выводы 15 и 16 остаются свободными, то можно использовать внешний кварцевый резонатор для еще большей точности в работе.
В таймере для управления девайсом присутствуют три кнопки: «START/STOP», «MIN» и «SEC»
«START/STOP»
- для запуска и приостановки таймера.
«MIN»
- для задания временного интервала в минутах. Можно установить от 0 до 99.
«SEC»
- тож, но для установки секунд. Секунду также устанавливаются от 0 до 59.
Одновременное нажатие кнопок «MIN» и «SEC» сбросит схему таймера во время работы.
Когда установленое время на таймере израсходуется, раздастся, звуковой сигнал и загорится светодиод. В роли звукоизлучателя используется зуммер электромагнитного типа. После этого, при нажатии на кнопку, осуществится сброс таймера и светодиод потухнет.
В то время, когда таймер осуществляет обратный отсчет на выводе 13 имеется высокий уровень, а при завершении времени отсчета таймером установится низкий логический уровень. Данный вывод можно задействовать для управления каким либо исполнительным устройством. Питание схемы происходит через стабилизированный источника тока на .
Перемычка J1 используется для калибровки таймера. При ее замыкании он входит в режим программирования. С помощью кнопок «MIN» и «SEC» можноизменять значение внутреннего параметра, который замедляет или ускорять работу таймера. Это значение сохраняется в EEPROM микроконтроллера. Если находясь в режиме программирования нажать кнопку «START/STOP», то этот параметр сбросится к настройкам по умолчанию.
Простой таймер на pic16f630 |
Таймеру можно задать времянной интервал от одной минуты до 21 часа с дискретным шагом в минуту. В конструкции имеется 12 управляющих выключателей, каждому из которых, соответствует свое временя выдержки. Так как микроконтроллер работает от собственного генератора погрешность отсчета времени достаточно мала, не более 30 секунд за час.
При прошивке МК Jp1 необходимо отключить. Если изменять настройки времени планируется не часто, то вместо выключателей можно использовать перемычки. Прошивку, исходник и проект в Протеусе можно взять по ссылке выше
Таймер предназначен для однократного или периодического включения нагрузки постоянного тока напряжением от 8 до 12V, силой тока не более 1А. Таймер питается от того же источника питания, что и нагрузка. Время задается установкой перемычки, и может быть 5 минут, 10 минут, 20 минут или 40 минут.
Можно выбрать, установкой другой перемычки, один из режимов, - разовое включение или периодическое. В первом случае, нагрузка включается спустя заданное время. И остается включенной пока есть питание. Во втором режиме, нагрузка включается и выключается периодически, - включается спустя заданное время, затем выключается еще через такое же время. И это циклически повторяется.
Запуск таймера производится кнопкой. Отсчет времени начинается с момента отпускания этой кнопки. Источником тактовых импульсов служит мигающий светодиод. От частоты его мигания зависят временные интервалы. Имеющийся у автора светодиод мигал с частотой около 1,7 Гц.
При этом временные интервалы в 40, 20, 10 и 5 минут указаны приближенно, на деле они на несколько секунд меньше. Поэтому, применять этот таймер там, где нужно строгое и точное соблюдение временных интерва-лов не имеет смысла. Он годится только там, где слишком большой точности не требуется, например, в различных военно-спортивных играх.
Принципиальная схема
В основе схемы лежит микросхема CD4040 (аналог К561ИЕ20), - двоичный счетчик на 12 разрядов. Источником тактовых импульсов служит мигающий светодиод HL1. Перемычка Л служит для выбора временного интервала (на схеме показана в положении «40 минут»). Перемычка J2 служит для выбора режима (на схеме показана в положении однократного включения нагрузки).
Рис. 1. Принципиальная схема таймера (реле времени) для управления низковольной нагрузкой с током до 1А.
После обнуления счетчика D1 на всех его выходах логические нули. И нулевое напряжение через перемычку Л поступает на затвор полевого транзистора VT1, коммутирующего нагрузки. Поэтому он закрыт и на нагрузку ток не поступает.
В указанном на схеме положении, через перемычку J2 и резистор R2 подается ток на мигающий светодиод с выхода микросхемы D1. Светодиод HL1 мигает, создавая импульсы тока и напряжения по цепи своего питания. Импульсы напряжения через цепочку R3-C1 поступают на вход счетчика. После отпускания кнопки S1 счетчик начинает считать эти импульсы.
Спустя заданное время, логическая единица возникает на том выходе счетчика, с которым соединена перемычка Л. При этом, напряжение поступает на затвор полевого транзистора VT1 и он открывается. А через J2 напряжение высокого логического урвня поступает на мигающий светодиод HL1, и ток через него прекращается, - он больше не мигает и не генерирует импульсы.
Схема останавливается на этом. Но, если перемычка J2 будет в нижнем, по схеме, положении, то резистор R2 будет соединен не с выходом счетчика, а с общим минусом питания. Поэтому, счетчик продолжит работать. И спустя еще такое же время, на выходе счетчика, соединенном с перемычкой J1 возникнет логический ноль. И транзистор VT1 закроется, отключив нагрузку. И это будет повторяться циклически.
Детали и печатная плата
Вместо указанного на схеме светодиода можно применить любой одноцветный мигающий светодиод, однако нужно учесть, что у него частота мигания может быть другой, и, соответственно, временные интервалы тоже получатся другими. В качестве основы для перемычек используется панелька под 14-ти выводную микросхему. Два контакта из неё удалены.
Рис. 2. Печатная плата для схемы таймера.
Четыре контакта работают для перемычки J2, и восемь контактов - для перемычки J1. Монтаж выполнен на печатной плате, на рисунке показанной схематически. Питание может быть от 5 до 15V.
Гордеев И. РК-2017-05.
