Основы робототехники

Часы реального времени DS1307 и Arduino

Содержание

В статье вы познакомитесь с отличным модулем часов реального времени на батарейке.

С помощью этого модуля можно отслеживать время в ваших проектах на Arduino даже в случае перепрограммирования или отключения питания. Это один из необходимых элементов для проектов будильников, сигнализаций, снятия показаний с датчиков в режиме реального времени. Одна из самых популярных моделей модуля часов реального времени — DS1307. Именно на нем мы и остановимся. Модуль отлично сочетается с микроконтроллерами Arduino, на которых питание логики равно 5 В.

Особенности модуля от компании-производителя Adafruit (китайцы предлагают аналогичные варианты раза в три-четыре дешевле):

  • Все включено: чип, обвязка, батарейка;
  • Легко собирается и прост в использовании;
  • Устанавливается на любую макетную плату или подключается напрямую с помощью проводов;
  • Есть отличные библиотеки и скетчи-примеры;
  • Два отверстия для монтажа;
  • Продолжительность работы — около пяти лет!

Модуль часов реального времени может быть уже распаянным, а может продаваться в виде отдельных комплектующих, пайка которых займет около 15-ти минут, не более.

Что такое часы реального времени?

Часы реально времени — это. часы. Модуль работает от автономного питания — батарейки и продолжает вести отсчет времени, даже если на вашем проекте на Arduino пропало питание. Используя модуль реального времени, вы можете отслеживать время, даже если вы захотите внести изменения в ваш скетч и перепрограммировать микроконтроллер.

На большинстве микроконтроллеров, в том числе и Arduino, есть встроенный счетчик временни, который называется millis(). Есть и встроенные в чип таймеры, которые могут отслеживать более длительные промежутки времени (минуты или дни). Так зачем же вам отдельным модуль часов? Основная проблема в том, что millis() отслеживает время только с момента подачи питания на Arduino. То есть, как только вы отключили плату, таймер сбрасывается в 0. Вша Arduino не знает, что сейчас, например, четверг или 8-е марта. Все, чего вы можете добиться от встроенного счетчика — это "Прошло 14000 миллисекунд с момента последнего включения".

Например вы создали программу и хотите вести отсчет времени с этого момента. Если вы отключите питание микроконтроллера, счетчик времени собьется. Примерно так, как это происходит с дешевыми китайскими часами: когда садится батарейка, они начинают мигать с показанием 12:00.

В некоторых проектах Arduino вам понадобится надежный контроль времени без прерываний. Именно в таких случаях используется внешний модуль часов реального времени. Чип, который используется в подобных часах, отслеживает года и даже знает сколько дней в месяце (единственно, что обычно не учитывается — это переход на летнее и зимнее время, так как подобные переводы разные в разных частях мира).

На рисунке ниже показана материнская плата компьютера с часами реального времени DS1387. В часах используется литиевая батарея, поэтому они разрослись в размерах.

Часы реального времени на компьютере

Мы рассмотрим пример использования часов реального времени DS1307. Это дешевый, легкий в использовании модуль, который работает несколько лет от небольшой батарейки.

Пока батарейка в самом модуле не исчерпает свой заряд, DS1307 будет вести отсчет времени, даже если Arduino отключен от питания или перепрограммируется.

Узлы, из которых состоит модуль часов реального времени

Детали модуля часов реального времени DS1307 от компании Adafruit

Рисунок Обозначение Описание Производитель Количество
Чип часов реального времени DS1307 IC2 Чип часов реального времени DS1307 1
Кристалл в DS1307 Q1 32.768 КГц, 12.5 пФ кристалл Generic 1
Резистор в DS1307 R1, R2 1/4 Вт 5% 2.2 КОм резистор Красный, Красный, Красный, Золотой Generic 2
Конденсатор в DS1307 C1 0.1 мкФ керамический конденсатор Generic 1
Рельса контактов Рельса на 5 контактов (1×5) Generic 1
Батарейки Батарейка 12 мм 3 В литиевая батарейка CR1220 1
Холдер для батарейки Холдер для батарейки 12mm coin cell holder Keystone 3001 1
Монтажная плата Плата Монтажная плата Adafruit Industries 1

Сборка модуля часов реального времени

Сборка часов реального времени DS1307 компании Adafruit

Фото Пояснения
Монтажная плата DS1307 в тисках Подготовьтесь к сборке. Проверьте наличие всех необходимых деталей и инструментов. Установите монтажную плату в тисках.
Припой на контакте батареи Нанесите немного припоя на отрицательный контакт батареи.
Резистор в DS1307 Установите два резистора 2.2 КОм и керамический конденсатор. Как именно вы их расположите — неважно. Полярность не имеет значения. После этого установите кристалл (также симметрично), держатель (холдер) для батарейки и чип часов реального времени. Чип модуля реального времени надо установить таким образом, чтобы отметка (паз) на чипе располагалась в соответствии с обозначением на монтажной плате. Внимательно посмотрите на фото слева, там чип установлен верно.
Холдер для батарейкиХолдер для батарейки2 Чтобы холдер для батарейки не выпадал, лучше его припаять сверху. После этого переверните плату и и припаяйте оставшиеся контакты.
Убираем остатки контактов с задней стороны платы Удалите остатки контактов от резисторов, кристалла и конденсатора.
Паяем рельсы на DS1307 Если вы хотите использовать контакты для установки модуля на беспаечную монтажную плату, установите рельсу контактов на макетку, модуль часов реального времени сверху и припаяйте контакты.
Собранный модуль часов реального времени DS1307 Установите батарейку. Плоская часть батареи должна быть сверху. В среднем батарейка будет служить около 5 лет. Даже если батарейка села, не оставляйте слот для нее пустым.

Библиотека Arduino для работы с DS1307

DS1307 легко подключается к любому микроконтроллеру с питанием логики 5 В и возможностью I2C подключения. Мы рассмотрим подключение и использование этого модуля с Arduino.

Будем использовать библиотеку RTClib для получения и настройки показаний с DS1307. Если у вас есть вопросы по учтановке дополнительных библиотек Arduino — ознакомьтесь с этой инструкцией.

Подключение DS1307 к Arduino

В статье рассмотрен пример часов реального времени от Adafruit, но вы можете с тем же успехом использовать китайские аналоги. Принцип работы и подключения не отличается.

Ссылки для заказа оборудования, которое использовалось в проекте из Китая

На часах реального премени 5 пинов: 5V, GND, SCL, SDA и SQW.

  • 5V используется для питания чипа модуля часов реального времени, когда вы делаете к нему запрос для получения данных о времени. Если сигнал 5 В не поступает, чип переходит в "спящий" режим.
  • GND — общая земля. Обязательно подключается в схему.
  • SCL — контакт i2c часов — необходим для обмена данными с часами реального времени.
  • SDA — контакт, по которому через i2c передаются данные с часов реального времени.
  • SQW дает возможность настроить вывод данных в виде square-wave. В большинстве случаев этот контакт не используется.

Если вы настроили аналоговый пин 3 (цифровой 17) в режим OUTPUT и HIGH, а аналоговый пин 2 (цифровой 16) в режим OUTPUT и LOW, вы можете запитывать часы реального времени непосредственно от этих контактов!

Подключите аналоговый пин 4 на Arduino к SDA. Аналоговый пин 5 на Arduino подключите к SCL.

Подключение DS1307 к Arduino 2

Скетч для Arduino

Проверка часов реального времени

Первый скетч, который стоит запустить — это программа, которая будет считывать данные с модуля часов реального времени раз в секунду.

Для начала давайте посмотрим, что произойдет, если мы извлечем батарейку и заменим ее на другую, пока Arduino не подключен к USB. Подождите 3 секунды и извлеките батарейку. В результате чип на часах реального времени перезагрузится. После этого вставьте код, который приведен ниже (код также можно выгрузить в меню Examples→RTClib→ds1307 в Arduino IDE) и загрузите его на Arduino.

Вам также понадобится библиотека OneWire.h, скачть ее можно здесь

// функции даты и времени с использованием часов реального времени DS1307, подключенные по I2C. В скетче используется библиотека Wire lib


Источник: arduino-diy.com