Atpakaļ uz nākotnes pulksteni: 8 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:57

Šis projekts iesāka dzīvi kā modinātājs manam dēlam. Es padarīju to līdzīgu laika shēmai no atpakaļ uz nākotni. Displejs var parādīt laiku dažādos formātos, ieskaitot, protams, no filmām. To var konfigurēt, izmantojot kameras augšpusē esošās pogas, bet arī tīmekļa lapu, ko apkalpo Raspberry Pi Zero. Vienā no displeja režīmiem tas parādīs vietējos laika apstākļus (no manas ar Arduino darbināmās laika stacijas), kā arī prognozi un visus ikdienas atgādinājumus, kas konfigurēti, izmantojot tīmekļa saskarni. Tam ir arī audio, pateicoties DAC, un tas straumēs mūziku, izmantojot AirPlay protokolu. Modinātāja skaņa var būt jebkurš jūsu izvēlētais audio fails. Tas automātiski aptumšos un padarīs displeju gaišāku noteiktā diennakts laikā (piemēram, rītausmā un krēslā).

1. darbība. Fons

Pagājušajā gadā es meklēju jaunu Arduino projektu, tikko pabeidzu savu pirmo, mājas laika staciju. Mans 11 gadus vecais dēls tikko pirmo reizi noskatījās filmas Atpakaļ uz nākotni, tāpēc es domāju, ka būtu jautri uzbūvēt viņam modinātāju, kas izskatītos pēc laika shēmas Delorejā dzimšanas dienā. Šī nav jauna ideja, līdzīgu projektu ir diezgan daudz (piemēram, šis), tāpēc es domāju, ka tas būtu jauks projekts, lai mācītos no citiem un apgūtu jaunas prasmes.

Pirmā versija darbojās diezgan labi (tā nebija gatava viņa dzimšanas dienai: es to paveicu līdz Ziemassvētkiem), bet es kļuvu diezgan ambiciozs, ko vēlējos, un atklāju, ka mana skice nepārtraukti sasniedza Arduino atmiņas robežu. Man bija arī vairāki mazi ārēji aparatūras moduļi (WiFi, MP3 atskaņotājs, audio pastiprinātājs, RTC utt.), Tāpēc tas viss kļuva nedaudz apgrūtinoši. Galu galā es nolēmu pāriet uz Raspberry Pi platformu, kas vienkāršoja aparatūru un ļāva man iepakot daudz vairāk funkcionalitātes un funkciju.

2. darbība: galvenie aparatūras komponenti

Kastes iekšpusē

Šeit ir manis izmantotie elektroniskie komponenti. Lielākā daļa no tiem bija avoti no Core Electronics Austrālijā, bet, protams, tie ir viegli pieejami arī citur:

• 4 x četru burtciparu displejs -dzeltens -zaļš
• Raspberry Pi Zero W
• Pimoroni pHAT DAC Raspberry Pi Zero
• Audio pastiprinātājs (PAM8403 IC)
• Raspberry Pi 3+ barošanas avots
• 4 x Jumper vads - 0,1 ", 5 -pin, 12"
• 40 kontaktu (2 x 20) lentes kabelis
• Raspberry Pi GPIO vīriešu galvene
• Raspberry Pi modelis B - GPIO apvalks (2X20)
• GPIO kraušanas galviņa Pi A+/B+/PI 2/PI 3 - īpaši garš 2X20
• 4 x 5 kontaktu tēviņa galvene
• 2 mazi 3W skaļruņi
• 2 x koaksiālie kabeļi analogam audio savienojumam DAC ar pastiprinātāju
• Veraboard vai pielāgota PCB, lai apstrādātu Rpi ar pastiprinātāju, LED, pogām
• 5 x īslaicīgi spiedpogas slēdži
• 4 x divvirzienu PCB montējami skrūvju spaiļu bloki

Kaste

• MDF gabali, skrūves un skrūves šasijas izgatavošanai
• Zaļi tonēts perspex, vietējais piegādātājs
• Stirols, modelēšanas līme, aerosola krāsa (alumīnija krāsa) no vietējā hobiju veikala

• Uzlīmes (fails pieejams pēc pieprasījuma - izdrukāts ar Redbubble)

3. solis: salieciet to visu kopā

Pulksteņa LED displejs sastāv no 16x14 segmentu burtciparu displejiem, par laimi, tādu pašu rakstzīmju skaitu kā laika atgriešanās ķēdē. Lai gan tikai pirmajām trim rakstzīmēm ir jābūt burtciparu skaitļiem, bet pārējām var būt 7 segmentu ciparu displeji, lai līdzinātos filmas rekvizītam, es nolēmu tās visas izveidot burtciparu veidā, lai nodrošinātu zināmu elastību attēlošanā un lai tās visas izskatās tas pats. Četrvietīgās mugursomas Adafruit šeit ir lielisks risinājums, un tās var vadīt Raspberry Pi I2C autobusā. Plašāku informāciju par šīm vienībām un to pieslēgšanu var atrast šeit, Adafruit vietnē. Vienīgā nedaudz nestandarta lieta, kas man bija jādara, bija trīs no tām mainīt adreses, lai katra mugursoma būtu unikāla.

Lai atskaņotu audio (stereo), es iekļāvu Pimoroni pHAT DAC un 2 x 3 W stereo audio pastiprinātāju, kura pamatā ir PAM8403 mikroshēma. PHAT DAC ir patiešām viegli savienojams ar Pi. Es ievietoju 2 x 20 kontaktu vīriešu galveni uz Pi un GPIO sakraušanas galveni uz DAC, lai tos varētu savienot kopā. Vīriešu galvenes tapas iet caur DAC augšdaļu, ļaujot man vadīt lentes kabeli ar sieviešu savienotājiem, sākotnēji līdz Raspberry Pi pārtraukumam maizes dēļa pārbaudei, bet galu galā līdz slēptai galvenei uz pielāgotas PCB.

Audio pastiprinātājam ir daudz iespēju (ieskaitot tikai mikroshēmas iegūšanu un savas montāžu). Šim ir iespēja izslēgt izvadi, vienkārši mainot vienas tapas stāvokli (augsts ir ieslēgts, zems ir izslēgts), un es to vadu, lai to varētu kontrolēt no Pi. Sākotnējos mēģinājumos to savienot, es atklāju diezgan lielu fona troksni, kad bija ieslēgta audio. Pēc daudzām spēlēm ar zemējumu es beidzot mēģināju pārvietot ieejas barošanas spriegumu no Pi 5V uz 3.3V, un tas to novērsa. Es domāju, ka ir daudz trokšņa, ko rada dažādi apkārt lidojoši digitālie signāli, bet šķiet, ka 3.3 V barošana ir kaut kā izolēta.

Citi savienojumi ietver analogo audio no DAC uz pastiprinātāju (es šeit izmantoju koaksiālo kabeli, lai palīdzētu pārvaldīt trokšņa uztveršanu) un izvadīt skaņu pārī ar nelieliem 3 W skaļruņiem, kas ietilpst korpusā. Ir arī GPIO savienojumi četriem īslaicīgajiem slēdžiem kastes augšpusē, un es pieslēdzu īslaicīgu pogu cietās atiestatīšanas "RUN" tapām (skatiet sadaļu Papildu savienojumi šajā lapā). Atiestatīšanas poga ir uzstādīta ārpus redzamības kameras aizmugurē. Šeit ir diagramma, kas parāda savienojumus:

4. solis: pielāgota PCB

Lai gan ķēdē nav nekas pārāk sarežģīts, ir diezgan daudz vadu, un maizes dēlis diezgan ātri var izskatīties kā spageti. Tāpēc es izveidoju PCB, lai to visu kontrolētu. Tā ir mājās gatavota vienpusēja tāfele, un man ir draugs, kas palīdz to pagatavot. Pēc tam, kad tas tika izveidots un pieslēgts, es sapratu, ka esmu aizmirsis iekļaut audio savienojumus spaiļu blokiem, un vēlāk veicu izmaiņas, lai pārvietotu audio pastiprinātāju no 5 V uz 3,3 V, tāpēc tas nav ideāli, un man bija jāturpina daži Veroboard, lai atļautu audio savienojumus. Arī audio pastiprinātāja plates kontakti ir nestandarta atdalījumā (tie pat atšķiras starp tapām), tāpēc savienojums ar galveno PCB ir nedaudz briesmīgs ar 11 īsiem ~ 1 cm savienojuma vadiem.

Ja es izveidotu citu dēli, es iekļautu visas šīs izmaiņas un arī mainītu četru pogu savienotāju uz kaut ko mazliet jaukāku. DAC un Pi būtu sakrauti tieši virsū, tāpēc nav nepieciešams lentes kabelis. Iepriekš redzamā diagramma parāda, kā tas varētu izskatīties.

5. solis: korpuss

Es gribēju izveidot korpusu, kas izskatījās kā viena filmas laika ķēdes rinda. Trīs LED displeju rindas modinātājam būtu bijušas par daudz un ievērojami palielinātu izmaksas. Es domāju par korpusa izgatavošanu no alumīnija, bet man nav nekādu prasmju šajā jomā. Savā dzīvē esmu izgatavojis diezgan daudz plastmasas modeļu, un man ir zināma pieredze kokapstrādē, tāpēc nolēmu izgatavot rāmi, izmantojot MDF, lai uzstādītu gaismas diodes un skaļruņus, kā arī piestiprinātu skrūvi priekšpusē, pēc tam pārklājiet to ar piecpusēju stirolu kaste ar rāmi priekšpusē, krāsota alumīnija metāla smidzināšanas krāsā. Plastmasa un krāsa tika iegūta vietējā modeļu veikalā. Es rūpīgi apskatīju filmas rekvizītu etiķetes un darīju visu iespējamo, lai kopētu krāsas, fonta veidu un izmēru. Es izmantoju Photoshop, lai izveidotu etiķetes, un es tās izdrukāju kā uzlīmes no Redbubble.

Augšējie attēli parāda:

1. MDF šasijas priekšpuse. 4 LED mugursomas ir uzstādītas priekšpusē ar zaļi nokrāsotu perspex
2. Kastes iekšpusē. Visas mugursomas ir uzstādītas un rindās, Raspberry Pi un pielāgota PCB, skaļruņi abās pusēs.
3. Elektroinstalācija ir uzstādīta, un ārējais apvalks ir gatavs darbam. Tas bija mazliet saspiest!

6. darbība: Raspberry Pi iestatīšana

Man bija dažas saderības problēmas ar Raspbian Stretch (kas, iespējams, būtu bijis atrisināms, ja es būtu turpinājis), bet Džesija ar to strādā lieliski, tāpēc es nolēmu to darīt.

Es iestatīju Pi kā vienību bez galvas ar VNC un SSH piekļuvi. To varēja izdarīt, nekad nepievienojot tastatūru vai monitoru, bet es tikko aizņēmos televizoru un nopētīju tastatūru, un tā diezgan ātri kļuva bez galvas. Kopš tā laika es gandrīz izmantoju VNC.

Mans pulksteņa kods izmanto Python 2.7.9 un paļaujas uz diezgan daudzām zemāk uzskaitītajām bibliotēkām. Tāpat kā šis, es vadu kolbas tīmekļa serveri un MQTT tālvadībai un Shairplay mūzikas straumēšanai. Es tikai sekoju tiešsaistes instalēšanas piezīmēm par visiem šiem un man nebija nekādu problēmu. Šeit ir python bibliotēkas un citas paketes utt., Kas man bija jāinstalē ar saitēm uz instalācijas piezīmēm vai tikai ar komandu, kas jums jāpalaiž, lai to iegūtu:

Python bibliotēkas

• Adafruit_LED_Backpack
• Rpi. GPIO (apt-get install python-rpi.gpio)
• alsaaudio
• paho.mqtt.client (pip instalēt paho-mqtt)
• kolba (apt-get install python-kolba)

Citi iepakojumi utt

• moskīts (apt-get install mosquito)
• Shairport
• Pimoroni tīmekļa vietnē ir laba dokumentācija par DAC iestatīšanu, tāpēc es to vienkārši izmantoju.

7. solis: programmatūra

Pulksteņa kods tika rakstīts programmā Python un izmanto pavedienu, lai atskaņotu modinātāju un laiku pa laikam atskanētu fonā, nebloķējot displeja atjauninājumus. Es izmantoju ConfigParser bibliotēku, un tās uzturēto konfigurācijas failu nolasa un raksta pulksteņa kods, kā arī tīmekļa lietotne kolba, lai ikreiz, kad konfigurācija tiek mainīta, izmantojot tīmekļa saskarni vai pulksteni, tā tiktu sinhronizēta. Pulksteņa programmatūrā ir arī MQTT brokeris, kas ļauj attālināti kontrolēt displeja režīmu un izslēgšanu. Mans slēptais motīvs galu galā ir uzrakstīt iOS lietotni tālvadībai, taču tīmekļa saskarne pagaidām darbojas pietiekami labi.

Pirmajā attēlā parādīts, kā pulkstenis izskatās dažādos displeja režīmos, un ir īss video, kas parāda to ritināšanas režīmā.

Lai gan kods nav skaists, tas ir jauks un stabils. Es priecājos to nosūtīt ikvienam, kurš to pieprasa, un ievietošu to tiešsaistē, kad tas būs labāk organizēts un komentēts.

Tīmekļa lietotne

Nākamais attēls parāda, kā izskatās tīmekļa saskarne ar pulksteni. Ir arī konfigurācijas un vadības lapas, un tās ļauj daudz vieglāk spēlēt ar pulksteni bez daudzām pogu pīrāgām:-).

8. solis: kas tālāk?

Ir pieejams Python shareport metadatu dekodētājs, tāpēc domāju, ka mūzikas atskaņošanas laikā es pievienošu kādu kodu, lai parādītu informāciju, piemēram, nosaukumu un izpildītāju. Būtu arī pavisam vienkārši aprēķināt saullēkta un saulrieta laiku, lai displeju varētu automātiski izgaismot un aptumšot, nevis iestatīt to manuāli. Varbūt arī interneta radio funkcijas pievienošana būtu jautra. Ritināmo displeju varētu arī konfigurēt vairāk.