Do czego to służy?

Tradycyjny zegar wskazówkowy z budzikiem
nie zapewnia pełnej wygody użytkowania.
Dotyczy to przede wszystkim sytuacji, kiedy
pora budzenia nie jest jednakowa we wszyst-
kie dni tygodnia. Musimy wtedy za każdym
razem od nowa ustawiać nasz budzik, bo np.
w poniedziałek wstajemy o 6, we wtorek o 8,
w piątek o 7, itd. Dodatkowym problemem
jest weekend – najczęściej nie życzymy sobie,
byśmy byli wtedy budzeni, a wstajemy, kiedy
nam pasuje. Budzik musi więc być wyłączo-
ny, a to przecież też samo się nie zrobi. W cią-
głym biegu, wiecznie zapracowani i zmęcze-
ni, najczęściej zapominamy o tych sprawach.
Konsekwencje mogą być bolesne, bo albo za-
śpimy i spóźnimy się na ważne spotkanie, al-
bo zostaniemy wyrwani ze smacznego snu
w weekend. Z każdej trudnej sytuacji jest jed-
nak jakieś wyjście. W tym przypadku mamy
dwa: znajdziemy kogoś, kto będzie nas wyrę-
czał i nastawiał za nas budzik, bądź zbuduje-
my zaprezentowany tu zegar. Kalkulując, naj-
prościej będzie zapoznać się z dalszą częścią
artykułu, chwycić za lutownicę i do dzieła!

Zegar oprócz rozbudowanego budzika ma

jeszcze dodatkowo kilka innych udogodnień.
Na wyświetlaczu oprócz aktualnego czasu

wyświetlana jest także data oraz temperatura.
Teraz wystarczy jedno spojrzenie i już znamy
odpowiedzi na pytania typu: Która godzina?
Jaki dziś dzień? Czy to dziś są imieniny ma-
my? Zimno tu czy tylko mi się wydaje? By
pomieścić taką liczbę informacji, użyty został
wyświetlacz alfanumeryczny, który dodatko-
wo dodaje uroku całej konstrukcji.

Możliwości zegara:
- pomiar czasu 24h,
- kalendarz z uwzględnieniem zmiennej

liczby dni w miesiącach oraz roku
przestępnego,

- budzik z możliwością ustalenia czasu

budzenia dla każdego dnia z osobna,

- minutnik,
- regulacja podświetlania oraz możliwość

ustalenia godziny jego włączenia
i wyłączenia,

- termometr pokojowy o zakresie

od 0 do 99

o

C,

- akumulatorowe podtrzymanie w przypadku

zaniku napięcia zasilającego,

- możliwość zasilania z taniego

wtyczkowego zasilacza prądu
zmiennego np. 12V 300mA,

- intuicyjne i przyjemne menu użytkownika.

Jak to działa?

Schemat menu użytkownika przed-
stawia rysunek 1. Uwidaczniają
się tu dwa główne poziomy plus
trzeci wykorzystywany przez
budzik. Pierwszy poziom to menu
wyboru, natomiast drugi – menu
nastaw. Na głównym ekranie
oprócz czasu, temperatury oraz
daty wyświetlane są także dwie
ikony informujące o aktywnym bu-
dziku i minutniku. Z powodu braku
miejsca nazwa aktualnego dnia
przedstawiana jest na zmianę z da-

tą przy użyciu efek-
tu płynięcia napi-
sów – rysunek 2.

Poruszanie się

po menu jest dzie-
cinnie proste, przez
co nauka obsługi może odbywać się intuicyj-
nie. Z tego względu nie będę opisywał każdej
z podopcji czy też tworzył dokładnej analizy,
lecz zwrócę uwagę na rzeczy najważniejsze.
Podczas normalnej pracy zegara wciśnięcie
któregokolwiek z trzech przycisków powodu-
je wejście do pierwszego poziomu – menu
wyboru. Od tego, co zostanie w tym momen-
cie wyświetlone jako pierwsze, zależy, co
ustawiane było jako ostatnie. I tak np. jeśli
wcześniej ustawialiśmy minutnik, to teraz
ukaże się „Ustaw minutnik”. Skrajne klawisze
S1 i S3 służą do poruszania się po zapętlonym
menu wyboru, którego dokonujemy środko-
wym przyciskiem S2.

Po wybraniu opcji „Ustaw budzik” mamy

możliwość ustawienia czasów budzenia dla
każdego dnia z osobna. Wchodząc do trzecie-
go poziomu, dokonujemy selekcji dni, w któ-
rych budzik ma być wyłączony. Przed zakoń-
czeniem nastaw należy pamiętać o uaktyw-
nieniu budzika, czego efektem będzie poja-
wienie się na głównym ekranie odpowiedniej
ikony. Intensywność podświetlania wyświe-
tlacza regulujemy po wejściu w opcję o na-
zwie „Ustaw podsw”. Mamy tu także możli-
wość ustalenia godziny włączenia oraz wyłą-
czenia podświetlania. Dokonujemy tego od-
powiednio za pomocą L1 i L2, a następnie
uaktywniamy – „ON”.

Opcje „Ustaw czas” oraz „Ustaw datę” nie

wymagają chyba komentarza.

Każdemu wyjściu z menu użytkownika to-

warzyszy graficzny efekt zasłony – wycie-
raczki, co po części przedstawia rysunek 3.

Schemat ideowy układu przedstawiony został

na rysunku 4. Dla zwiększenia przejrzystości

+

+

+

+

2

2

8

8

2

2

5

5

Rys. 1

P

P

r

r

a

a

k

k

t

t

y

y

c

c

z

z

n

n

y

y

z

z

e

e

g

g

a

a

r

r

z

z

b

b

u

u

d

d

z

z

i

i

k

k

i

i

e

e

m

m

52

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 2

53

Elektronika dla Wszystkich

zrezygnowano z niektórych połączeń, zastępu-
jąc je odpowiednimi symbolami. Sercem zega-
ra jest weteran wśród mikrokontrolerów –
AT89C4051. Program został napisany
w asemblerze i zajmuje prawie całą czterokilo-
bajtową pamięć programu (można go ściągnąć
z Elportalu EdW). Elementy C3 i R1 zapew-
niają poprawny reset mikrokontrolera podczas
startu. Do komunikacji ze światem zewnętrz-
nym służy wyświetlacz alfanumeryczny 2x16
znaków oraz przyciski: S1, S2, S3. Wyświe-
tlacz pracuje w oszczędnym trybie 4-bit-
owym, dzięki czemu wykorzystuje tylko
6 wyprowadzeń mikrokontrolera. Okupione
jest to oczywiście brakiem możliwości defi-
niowania przez użytkownika własnych zna-
ków, a w konsekwencji brak polskich znaków
diakrytycznych w menu. Trzy wyprowadze-
nia mikrokontrolera zostały użyte do zrealizo-
wania regulacji podświetlania wyświetlacza.
Uzyskano w ten sposób siedmiostopniową re-
gulację plus stan całkowitego wygaszenia.
Odpowiednio dobrane wartości rezystorów
R3, R4, R5 podłączone do bazy tranzystora
T4 sterują intensywnością podświetlania.

Termometr zbudowano przy użyciu kompa-

ratora analogowe-
go znajdującego
się wewnątrz mi-
k r o k o n t r o l e r a .
Rolę czujnika peł-
ni LM35D, które-
go napięcie wyj-
ściowe jest pro-
porcjonalne do
t e m p e r a t u r y
w stopniach Cel-
sjusza. A dlacze-

go nie DS18B20? – zapytają niektórzy. Odpo-
wiadam – by pokazać i przypomnieć, że istnie-
ją równie proste sposoby pomiaru temperatury,
choć od strony technicznej trochę bardziej
kłopotliwe. Katalogowy zakres mierzonych
temperatur LM35D wynosi od 0 do 100

o

C.

W praktyce czujnik może mierzyć także niższe
temperatury, jednak producent nie daje gwa-
rancji na dokładność wskazań. Początkowo za-
mierzałem wydusić z niego maksimum i mie-
rzyć także ujemne temperatury, jednak szybko
zrezygnowałem z tego pomysłu. Jest to w koń-
cu termometr pokojowy, więc tak szeroki za-
kres wskazań nie jest potrzebny. Niski poziom
napięcia wyjściowego czujnika uniemożliwia
bezpośrednie podłączenie go do komparatora.
Sygnał zostaje więc odpowiednio wzmocniony
poprzez wzmacniacz nieodwracający U2A. Na
drugie wejście wewnętrznego komparatora
podłączony jest kondensator pomiarowy C4.
Kondensator ten jest programowo rozładowy-
wany, a następnie ładowany do momentu, kie-
dy napięcie na nim osiągnie wartość równą na-
pięciu mierzonemu, w tym przypadku – napię-
ciu z LM35D. Mikrokontroler mierzy więc

czas ładowania kon-
densatora i w ten
sposób po przetwo-
rzeniu na wyświetla-
czu otrzymujemy

wartość temperatury. By zapewnić powtarzal-
ność pomiaru, ładowanie odbywa się stałym
prądem ze źródła prądowego zbudowanego na
tranzystorach T2 i T3. W ten sposób udało się
uzyskać zadowalającą liniowość ładowania.

Rolę głośnika alarmu pełni przetwornik

piezo z generatorem Q1. Poziom dźwięku jest
w zupełności wystarczający i bez problemu
obudzi każdego śpiocha. Sygnał jest modulo-
wany programowo i naśladuje dźwięk alarmu
standardowego, elektronicznego budzika.

Część zasilającą tworzą mostek B1, stabi-

lizator U4 oraz kondensatory filtrujące C5...
C8. Podtrzymanie zasilania zrealizowano
przy użyciu akumulatorka AK1 3,6V 60mAh,
który ładowany jest poprzez rezystor R9. Pod-
czas zaniku napięcia zasilającego, podtrzyma-
nia wymaga nie tylko mikrokontroler, ale tak-
że wyświetlacz, źródło prądowe oraz prze-
twornik piezo. Przy tak niskim napięciu pod-
trzymania znaki na wyświetlaczu są ledwo
widoczne, więc nie ma mowy o odczycie in-
formacji. Łączny pobór prądu z akumulatorka
nie jest większy niż 5mA, co zapewnia kilku-
nastogodzinną pracę. Zworka JP1 służy do
ręcznego odłączenia akumulatorka, gdy zegar
nie będzie pracował przez dłuższy czas. Chro-
ni to przed całkowitym jego rozładowaniem,
a w konsekwencji uszkodzeniem.

Ciąg dalszy na stronie 58.

Komplet ppodzespołów zz ppłytką jjest ddostępny ww sieci hhandlowej AAVT jjako kkit sszkolny AAVT-22825.

Rys. 3

Rys. 4

Wykaz elementów

Rezystory

R1,R6. . . . . . . . . . . . . . . . . . 15kΩ

R2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1kΩ

R3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100kΩ

R4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47kΩ

R5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22kΩ

R7. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3,3kΩ

R8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10kΩ

PR1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10kΩ

R9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100Ω

PR2 . . . . . . . . . . . . . helitrim 10kΩ

Kondensatory

C1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22pF

C2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30pF

C3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10µF

C4,C7,C8 . . . . . . . . . . . . . . 100nF

C5,C6. . . . . . . . . . . . . . . . . 100µF

CT. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . trymer

Półprzewodniki

B1. . . . . . . mostek prostowniczy 2A

(okrągły)

D1-D3 . . . . . . . . . . . . . . . 1N4148

D4,D5. . . . . . . . . . . . . . . . 1N4148

T1-T4 . . . . . . . . . . . . . . . . . BC557

U1 . . . . . . . . . . . . . . . AT89C4051

U2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LM358

U3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . LM35

U4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7805

Q1. . . . . . . . . . piezo z generatorem

Pozostałe

S1-S3 . . . . . . . . . . . . . mikroswitch

AK1 . . . . . . . . . . NiMH 3,6V 60mA

X1. . . . . rezonator kwarcowy 12MHz

do pozostałych wyprowadzeń, jeżeli i tym ra-
zem napięcie będzie w zakresie 0-5V, to
wszystko jest w porządku, nie ma zwarć na
płytce ani przebić. Wyższe napięcie podane
na wejście interfejsu może uszkodzić transop-
tory, ale nie port LPT.

Jeszcze słowo o magistrali. Składa się ona

z czterech przewodów: VCC, GND, DATA,
CLK. Każdy sterownik posiada komplet tych
wyprowadzeń i wszystkie odpowiednio łączy
się razem, jak na rysunku 6.

Możliwości zmian

Zmiany można dokonać w bloku zasilania.
Wystarczy wtedy jeden transformator i roz-
prowadzanie napięcia w magistrali. Drugą
sprawą jest sama magistrala, która ze względu

na swój charakter nie pozwoli sterować urzą-
dzeniami na dużą odległość. Osobom, którym
zależy na zautomatyzowaniu swojego
M150m

2

, polecam implementację protokołu

RS485 w projekcie z układami MAX485

(szczegóły w notach aplikacyjnych).

Wersja modelowa nie pozwala na sterowa-

nie dużymi mocami, jak np. pralką. Ograni-
czeniem jest tu dopuszczalny prąd triaka. Ste-
rowanie tak pokaźnymi mocami wymaga wy-

miany tegoż elementu na bardziej
wytrzymały i zatroszczenia się o je-
go chłodzenie.

Warto samemu napisać program

sterujący pracą kontrolerów i dosto-
sować go do swoich indywidual-
nych wymagań. Rolę centrum stero-
wania może również pełnić... inny
mikrokontroler.

Jakub Borzdyński

[e-mail]

58

Forum Czytelników

Elektronika dla Wszystkich

Rys. 6

Ciąg dalszy ze strony 49.

Niebagatelną zaletą układu MAR jest we-

wnętrzne dopasowane do obciążenia 50

Ω,

niewymagające zewnętrznych układów dopa-
sowujących. Jest to bardzo wygodne do
wszelkich zastosowań w.cz., bowiem więk-
szość sprzętu radiokomunikacyjnego charak-
teryzuje się właśnie impedancją we/wy 50

Ω.

W każdym razie po upewnieniu się, że
wszystkie generatory w układzie pracują pra-
widłowo można przystąpić do montażu me-
chanicznego w obudowie (najlepiej metalo-
wej i dość wysokiej, aby pomieściła niezbęd-
ne elementy regulacyjne). Na płycie czołowej

powinny znajdować się przełączniki zakre-
sów oraz potencjometry strojenia i amplitudy
sygnałów m.cz./w.cz. zaś na tylnej gniazda
wyjściowe i zasilania.

Płytka montażowa z racji umocowania

przełączników m.cz/w.cz. powinna znajdo-
wać się zaraz za płytą czołową (w zasadzie
wystarczy jak przykręci się ją za pośrednic-
twem nakrętek na przełącznikach). Wskazane
jest aby z lewej strony na płycie czołowej,
pod przełącznikiem S1 (zmiana zakresu m.
cz.) znajdował się potencjometr P2 a obok
niego gniazdo WY m.cz. (P1 – potencjometr
strojenia m. cz. można umieścić nad S1).
Z prawej strony na płycie czołowej, pod prze-

łącznikiem S2 (zmiana zakresu w.cz.) znajdo-
wał się potencjometr P4 a obok niego gniazdo
WY w.cz. (P3 – potencjometr strojenia w.cz.
można umieścić nad S1). Przełącznik S3 mo-
że znajdować się pomiędzy P1 a P3.

Na wypadkową stabilność częstotliwości

generatora, oprócz stabilizowanego napięcia
zasilania, ma wpływ stabilność mechaniczna
potencjometrów lub kondensatora zmiennego
(luzy na przekładniach zębatych), a także
drgania obudowy, szczególnie na najwyż-
szych zakresach UKF.

Andrzej Janeczek

Ciąg dalszy ze strony 53.

Montaż i uruchomienie

Pokazany na rysunku 4 obwód drukowany
zaprojektowany został na jednostronnej płyt-
ce drukowanej w programie Eagle. Nie udało
się niestety uniknąć kilku zworek, od których
tradycyjnie zaczynamy montaż. Dla zmniej-
szenia rozmiarów płytki rezystory w większo-
ści montowane są pionowo. Dotyczy to rezy-
storów 1/4W, gdyż małe rezystory 1/8W moż-
na bez problemu lutować poziomo. Pod
wzmacniacz operacyjny oraz mikrokontroler
należy zastosować podstawki. Wyświetlacz
montujemy na samym końcu, kiedy już
wszystkie pozostałe elementy znajdują się na
płytce. Dobrym rozwiązaniem jest przyluto-
wanie do płytki gniazda pin, a do samego wy-
świetlacza listwy szesnastu goldpinów. Wcze-
śniej należy sprawdzić, na jakiej wysokości
przylutować gniazdo, by wyświetlacz nie za-
wadzał o inne elementy. Czujnik temperatury
lutujemy do odcinka przewodu trójżyłowego,
a następnie do płytki. Należy zapewnić, by
tranzystory źródła prądowego T2 i T3 znajdo-
wały się maksymalnie blisko siebie. Najlepiej
jest je po prostu skleić bądź, tak jak jest to

zrobione w modelu –
ścisnąć gumką. Zapobi-
ega to powstawaniu róż-
nicy temperatur między
tranzystorami, co pocią-
gałoby za sobą zmianę
parametrów

źródła,

a w konsekwencji zafał-
szowanie temperatury.

Po podłączeniu zasi-

lania układ działa od ra-
zu, jeżeli tylko użyte
elementy są sprawne,
a mikrokontroler zapro-
gramowany. Konieczne
może okazać się wyre-
gulowanie kontrastu
wyświetlacza za pomocą potencjometru PR1.
Mamy raczej znikome szanse, że po pierw-
szym uruchomieniu wartość wskazywanej
temperatury będzie poprawna, dlatego trzeba
będzie ją wyregulować potencjometrem PR2.
Do porównania posłuży jakikolwiek inny,
wzorcowy termometr.

Problem doboru odpowiedniej obudowy

pozostawiam już szanownym Czytelnikom.
Niewielkie rozmiary zegara pozwalają na

umieszczenie go w większości obudów
dostępnych na rynku. Można oczywiście po-
kusić się o własnoręcznie wykonaną, unikalną
obudowę bądź po prostu wbudować zegar
w inne urządzenie.

Patryk Ziewiec

[e-mail]

Rys. 4 Schemat montażowy