Часы таймер на микроконтроллерах своими руками. Простой таймер на PIC16F628A

26.02.2024

Для рассмотрения и возможного повторения, очень простую схему, очень хорошего таймера. С удобной навигацией по меню, с жидкокристаллическом LCD дисплеем, с часами реального времени, с минимально возможным количеством деталей и при всем этом можно запрограммировать целых сто временных отрезков в течении суток.

Компактные размеры

Видео проверки таймера

Сердцем данного таймера является очень популярный и уже не дорогой микроконтроллер Atmega8. Вы можете сказать, что для прошивки нам потребуется программатор которого нет, но это не так, для прошивки Atmega достаточно всего пять коротких 10-15 см. проводков подключенных через резисторы 150-200 Ом. напрямую к LPT порту по этой схеме.

Вот по этой причине, эти микроконтроллеры стали самыми популярными у радиолюбителей.

На этом рисунке Вы видите: Схему распиновки ножек МК для подключения и прошивки.

Пункт 1. Подготовим все необходимое для изготовления таймера.

Самые обязательные радиодетали схемы, остальное обычно можно подобрать у себя дома, самая маленькая микросхема, это часы DS1307.

Нам потребуются такие радиоэлементы:

Интегральные часы DS1307
LCD жидкокристаллический индикатор
Стабилизатор 7805
500-1000 Мф - 16 вольт.
Реле или электронный ключ (в зависимости от нагрузки которая планируется подключаться).
сопротивлением 5,1ком - 3 шт., резистор переменный (по мануалу LCD дисплея).
Кварц часовой 32768 Гц.
Кнопки без фиксации - 4 шт.
Батарейка таблетка на 3 вольта.
Текстолит для платы.
Небольшой трансформатор ~220в. -> ~6-12в.
Коробка распаечная для корпуса.
+ Для программатора: резисторы 150-200 Ом. - 4 шт., разъем LPT порта (для удобства, не обязателен).

Обязательные инструменты каждого радиолюбителя:
Паяльник для пайки микросхем, паяльник для пайки пассивных радиодеталей и проводов.
Тестер для прозвонки дорожек и проверки радиодеталей.
Олово, канифоль.
+ Принтер лазерный (для изготовления платы или другой способ).

Пункт 2. Приступим к изготовлению.

Таймер будем делать по этой главной схеме.

Как видите на ней отсутствует схема блока питания и выходного исполнительного устройства, это потому, что возможно вы решите использовать выносной стабилизированный БП, а также не известно какую нагрузку вы планируете подключать, поэтому, каждый должен сам выбрать исполнительное устройство под свои технические требования.

Лично я своем таймере применил вот такую схему БП и исполнительное устройство на транзисторе и реле.

Но вы можете захотеть в качестве исполнительного устройства применить триаки, тиристоры и симисторы, варианты таких схемных показаны ниже.

Они более компактные (без радиатора), но менее мощные, чем простое реле.

В соответствии с главной принципиальной схемой + БП + ИУ и анализом монтажных габаритов вашей коробки для корпуса, а также размеров подобранных радио элементов, проектируем форму, размер и рисунок дорожек на плате. Для этого удобно пользоваться программой Sprint Layout.

Для моего устройства получилась вот такая простая плата.

Полученный рисунок переносим с помощью специального маркера или по технологией ЛУТ (с помощью лазерного принтера и утюга) на медный слой текстолита. Если у вас принтер лазерный Brother (как у меня), то идею с ЛУТ лучше сразу забросить, по причине используемого в нем тугоплавкого тонера ~400C вместо обычных~200С, я кстати когда-то по глупости купил этот принтер именно для ЛУТ:(., поэтому в результате моя плата рисована маркером.
Нанесенный на медь рисунок вытравливаем в ванночке с хлорным железом или любым другим специальным раствором.

На готовую плату припаиваем детали согласно схеме, особое внимание обращаем при монтаже и пайке микросхемы часов и кварцевого элемента. Длина дорожек между ними должна быть минимальной, а лучше использовать микро кварц из наручных часов и припаять его непосредственно к ножкам МС часов. Все свободное пространство рядом с МС часов и кварца заполняем площадками корпуса (GND). 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 прошиваем программатором или с помощью 5 проводков.

*Прошивка* (скачиваний: 1394)

Автор прошивки специально для удобства (за что ему спасибо) и не стал изменять заводские 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.

Пункт 3. Сборка.

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.

Подрезаем выступающий клей.

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.

Электронный таймер предназначен для программного управления бытовыми приборами, освещением и другими приборами. Таймер можно использовать для аквариумного и другого оборудования. Использование таймера позволит экономить электроэнергию, не понижая уровень комфорта.

Вариант 1

В состав данного устройства входит три таймера. Таймер 1.1 и таймер 1.2 каждый из них позволяет задавать время включения и выключения нагрузки, которая подключается к реле KV1. Таймер 2.1 и таймер 2.2 также позволяет задавать время включения и выключения нагрузки, которая подключается к общему реле KV2. Таймер 3 представляет собой обратный таймер, который управляет нагрузкой через KV3.

В данном устройстве применен микроконтроллер PIC16F628A. Элементы С1, С2, ZQ1 являются внешними частотозадающими элементами внутреннего тактового генератора. Для отображения информации используется индикатор HG1 с контроллером KS0066. Индикатор может отображать две строки по шестнадцать символов. Подстроечным резистором R4 можно регулировать контрастность изображения. Помощью SB1-SB5 происходит управление режимами работы и индикации, а так же настройка таймера. Через выводы 1,17,18 микроконтроллера происходит управление транзисторами VT1-VT3 и далее реле KV1-KV3, которые включают либо отключают нагрузку. При использовании реле с током катушки более 100 мА, то транзисторы КТ315В следует заменить на транзисторы максимально допустимый ток коллектора, которых больше тока катушки реле.

Режим отображения текущего времени.

Режим отображения таймера 1.1.

Если время включения установлено равным времени выключения то считается не используемым.

Назначение клавиш и управление ими такое же, как и в режиме текущего времени.

Таймеры 1.2, 2.1 и 2.2 по индикации и управлению аналогичны таймеру 1.1.

Режим отображения таймера 3

Таймер 3 - это обратный таймер.

Для входа в режим настройки таймера 3 необходимо нажать и удерживать, до появления мигающего курсора, кнопку SB5. В режиме настройки перемещение курсора осуществляется кнопками SB3 и SB4, а изменение значений кнопками SB1 и SB2. При отсчете времени остановить таймер 3 можно нажав SB5. После повторного нажатия SB5 таймер продолжит отсчет времени и когда его значение будет равно нулю, нагрузка отключится.

Переключение между режимами отображения осуществляется кнопками SB1 и SB2.

Биты конфигурации микроконтроллера.

Вариант 2

Режим отображения текущего времени

Назначение клавиш управления в этом режиме:
SB5 - вход/выход в режим настройки текущего времени.
SB3, SB4 – перемещение курсора влево либо вправо при настройке.
SB1, SB2 – уменьшение либо увеличение значений времени при настройке.

Режим отображения таймера

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Мой блокнот
DD1	МК PIC 8-бит	PIC16F628A	1	В блокнот
HG1	LCD 16x2	BC1602B2	1	В блокнот
ZQ1	Кварцевый резонатор	4 МГц	1	В блокнот
VD1-VD3	Диод	КД105Б	3	В блокнот
VT1-VT3	Биполярный транзистор	КТ315В	3	В блокнот
C1, C2	Конденсатор	15...30 пФ	2	В блокнот
R1, R3, R5	Резистор	1 кОм	3	В блокнот
R2, R6	Резистор

В предыдущей статье — я написал, что это последняя разработка такого устройства с использование семисегментных светодиодных индикаторов, но оказалось, что я поспешил. Дело в том, что в этой конструкции используется лишь 40% памяти микроконтроллера, да и еще остался один незадействованный вывод порта микроконтроллера (кроме вывода RESET). Поэтому было принято решение исправить эту несправедливость по отношению к МК и добавить еще один канал управления нагрузками. После проведенной работы память МК используется на 99% и задействованы все выводы МК. Полное название измененной конструкции:
«Двухканальный термометр, двухканальный термостат (терморегулятор) с возможностью работы по времени, одноканальный таймер реального времени на микроконтроллере ATmega8 и датчиках температуры DS18B20»

Описание и характеристики двухканального термометра, термостата (терморегулятора), одноканального таймера реального времени
на ATmega8 и DS18B20

Так-как данная конструкция «вышла» из предыдущей — , и подробно описана (все характеристики термометров и термостатов, режимы работы, реакция на ошибки — остались без изменений), я остановлюсь только на нововведении — таймере реального времени.

Таймер реального времени

В конструкцию введен таймер реального времени , который позволяет управлять своей, третьей нагрузкой, в режиме реального времени в течении 24 часов и позволяет в течении суток задать два временных интервала управления нагрузкой. Также таймер позволяет задать в течении суток для каждого канала термостатирования (терморегулирования) по одному временному интервалу управления нагрузками.
Что я подразумеваю под таймером реального времени. По сути, это внутренние часы с дискретностью 10 минут. При первоначальной настройки устройства устанавливается реальное текущее время с точностью до 10 минут, а дальше таймер отсчитывает 24 часовые интервалы с шагом в 10 минут как обыкновенные часы.

Дискретность отсчета временных интервалов 10 минут принята по двум причинам:
— удобство вывода информации на трехразрядном индикаторе, к примеру 22 часа 40 минут — 22,4
— управление нагрузкой с точностью до 10 минут вполне достаточна для большинства задач (реально точность составляет 5 минут — если вам надо включить нагрузку в 7 часов 35 минут, то можно установить или 7,4 или 7,3)

Введение таймера немного изменило алгоритм работы с устройством (об алгоритме работы я расскажу ниже). Теперь нажатием кнопки «Выбор» можно попасть в два меню:
— меню установки пределов температур работы термостатов и временных интервалов работы термостатов, временных интервалов управления нагрузкой по таймеру
— меню коррекции хода часов и установки текущего времени.
Так как МК работает от внутреннего RC-генератора (8 МГц), который не отличается стабильностью и зависит как от температуры МК, так и питающего напряжения, функция коррекции хода часов позволяет подстроить точность хода для конкретных условий. А функция установки текущего времени позволяет установить текущее реальное время при первоначальной настройке или уточнять его при сильном отличии от реального времени.
Показания таймера при работе устройства не высвечиваются, узнать «который час» можно только при входе в режим установки текущего времени.

Управление нагрузками по таймеру не осуществляется (выключено), если время включения и выключения установлены в ноль. В принципе, управление нагрузками по таймеру не осуществляется при равенстве времени включения и выключения.

При входе в меню коррекции хода часов и установки текущего времени таймер останавливается. Поэтому, при коррекции хода часов необходимо, до выхода из меню, установить текущее время.

Схема трехканального термометра, термостата, таймера на ATmega8

Схема устройства создана в программе и в принципе не отличается от схемы двухканального термостата (добавлен третий канал управления нагрузкой и изменены, для разнообразия, схемы управления нагрузками):

Так-как в схеме применены «выводные» детали, то для удобства размещения конструкции в подходящем корпусе схема разделена на две части:
— Блок индикации — индикаторы и кнопки
— Блок управления — все остальное
Надо было бы вывести в блок индикации и светодиоды, которые сигнализируют о включенных каналах, но это можно сделать и самостоятельно при разводке платы (добавить три пары контактных площадок для светодиодов и соединить их с блоком управления проводами).

Конструкция устройства

Основа устройства — микроконтроллер ATmega8 с тактовой частотой 8 МГц от встроенного генератора с внутренней RC-цепочкой.
Для подстройки частоты внутреннего генератора необходимо при программирование МК записать в EEPROM-память по нулевому адресу значение калибровочной ячейки для тактовой частоты 8 МГц. В выложенном ниже НЕХ-файле EEPROM-памяти по умолчанию записано число $В1 (В1) — среднее значение калибровочных ячеек 5 проверенных микроконтроллеров.
Кроме того, для правильной работы таймера реального времени, а работает он по прерываниям от таймера/счетчика Т1 при равенстве счетного регистра и регистра сравнения OCR1A, при программировании EEPROM-памяти следом за значением калибровочной ячейки записывается число 33050 (1А81) которое программным путем заносится в регистр сравнения OCR1A. При коррекции хода таймера меняется и значение этого числа.

Индикация текущих температур и значений в режиме установки осуществляется на два трехразрядных семисегментных индикатора с схемой включения «общий катод».

Датчики DS18B20 подсоединяются к устройству через 3-х контактные штыревые линейки DS1 и DS2, нумерация выводов которых соответствует нумерации выводов датчиков.

Управление разрядами осуществляется маломощными биполярными транзисторами NPN-типа.

Вход в меню, установка значений , запуск режимов однократного нагрева (охлаждения) осуществляется тремя тактовыми кнопками типа DTS:
— S1 — «Выбор»
— S2 — » + »
— S3 — » — »

— для каналов термостатирования — через оптосимисторы МОС3063 и симисторы ВТ139-800Е по стандартной схеме включения, что позволяет управлять нагрузками мощностью до 3,5 кВт (если мощность нагрузки более 300-400 Вт — симисторы необходимо ставить на радиаторы)
— для канала от таймера — через миниатюрное механическое реле с напряжением питания катушки 5 Вольт, что позволяет, в зависимости от примененного реле, управлять нагрузкой до 2 — 2,5 кВт

Обращаю ваше внимание на подключение сетевого напряжения 220 вольт к устройству и включение нагрузки — подключать надо как на схеме, с учетом «фазы» и «нуля» сетевого напряжения.

Питание устройства осуществляется от любого источника постоянного тока напряжением 7-25 Вольт. Схему можно запитать и от ненужного зарядного устройства от сотового телефона с выходным напряжением 5 +-0,5 Вольт. В этом случае можно из схемы исключить стабилизатор 7805 и конденсаторы С4, С5. Средний ток потребления устройством 40 миллиампер.

При необходимости организации резервного питания (для бесперебойной работы таймера) можно применить, к примеру, такую схему:

Детали, примененные в конструкции:

Управление трехканальным термометром, термостатом, терморегулятором, таймером

1. Вход в меню

В устройстве имеется два меню.
При «коротком» нажатии на кнопку «Выбор» на индикаторах высвечивается надпись «ON—-OFF», входим в меню:
— установки пределов температур работы термостатов и временных интервалов работы термостатов, временных интервалов управления нагрузкой по таймеру
При «длинном» нажатии кнопки «Выбор» надпись «ON—-OFF» сменяется надписью «Cor—-USt», при этом надо отпустить кнопку, входим в меню:
— коррекции хода часов и установки текущего времени

Обращаю внимание, что при входе в меню (длинное или короткое нажатие кнопки «Выбор») все каналы управления нагрузками отключаются.

2. Меню «Коррекции хода и установки текущего времени» (длинное нажатие кнопки «Выбор»)

После входа в меню сразу попадаем в режим коррекции хода часов:
«Cor—-00»
Повторным нажатием кнопки «Выбор» переходим в режим установки текущего времени:
«USt—-00.0»
В режиме установки текущего времени смотрим на свои самые точные часы и кнопками «+» и «-» устанавливаем ближайшее время с точностью до 10 минут.
К примеру — текущее время 20 часов 37 минут, устанавливаем на индикаторе «20,4» (20 часов 40 минут) и ровно в 20.40, нажатием кнопки «Выбор» выходим из меню. Все, реальное время выставлено, часы запущены.
Корректировать ход часов можно от +50 единиц до -50 единиц. Первоначальное значение «00» («00» появляется всегда при входе в этот режим)
При изменении установки на единицу ход часов увеличивается (+1) или уменьшается (-1) примерно на 4 секунды за 24 часа.
Точность хода часов можно проверить на канале управления нагрузкой по таймеру без подключенной нагрузки по зажиганию светодиода.
К примеру, в 21.00 мы установили текущее время, задали включение нагрузки — 8.50, выключение — 9.00. Утром замерили время выключения нагрузки. Допустим нагрузка отключилась в 8 часов 59 минут 20 секунд. Значит таймер отстал на 40 секунд за 12 часов. За 24 часа отставание составит уже 80 секунд. 80 секунд делим на 4 = 20. В режиме коррекции устанавливаем показание 20, затем переходим в режим установки текущего времени, устанавливаем ближайшее текущее время, например 9.1, и в 9 часов 10 минут, нажатием кнопки «Выбор» выходим в рабочий режим.

Обращаю внимание, что при отсутствии резервного источника питания, при «пропадании» сетевого напряжения часы обнуляются и текущее время необходимо устанавливать заново.

3. Меню установки температурных и временных интервалов для термостатов

Напомню режимы работы каналов термостатирования (терморегулирования):
— режим термостатирования — поддержание определенной температуры
— режим терморегулирования — поддержание температуры в определенных границах
— режим однократного нагрева (охлаждения)
Все эти режимы подробно описаны в статье , там же приведены подробные инструкции и возможности каждого режима.
С введением в конструкцию таймера реального времени появилась возможность для каждого канала задавать в течении суток один временной интервал работы канала. Для этого в меню введены дополнительные строчки времени включения и выключения каналов.
К примеру, нам надо чтобы 1-й канала термостатирования работал только в ночное время с 23.00 до 6.30. Для этого в 1-м меню (короткое нажатие кнопки «Выбор»):
— после установки верхнего и нижнего температурного предела появятся еще две строчки: «t.On——00,0» и «t.OF——00,0» (тоже самое будет и для второго канала)
— кнопками «+» и «-» устанавливаем: «t.On——23,0» и «t.OF——06,3»
Теперь, в 23.00 1-й канал начнет работать в заданном режиме, а 6.30 канал будет отключен, и так каждые сутки.
По режиму однократного нагрева/охлаждения. Если временной интервал не выбран (время включения/выключения установлены в «0»), то запуск этих режимов осуществляется в ручном режиме, нажатием соответствующей кнопки. Этот режим может работать и по времени.
Допустим нам надо на 2-м канале термостатирования с утра, к 7.00, нагреть воду в баке до 45 градусов, учитывая, что вода в баке до этой температуры нагревается за 25 минут:
— устанавливаем «2.On——00» и «2.OF——45»
— устанавливаем «t.On——06,3» а «t.OF» оставляем по умолчанию «t.OF——00,0»
Теперь, 2-канал автоматически запуститься в 6.30 минут, и по достижению температуры воды 45 градусов отключится.
При использовании режима однократного нагрева/охлаждения совместно с таймером сохраняется возможность и ручного запуска режима, но при этом следует учитывать, что в промежуток времени «t.OF—-t.On» (для предыдущего примера — с 24.00 до 6.30) ручной режим невозможен. Поэтому, для того, чтобы в любой момент времени запустить режим вручную, необходимо «t.OF» устанавливать на 10 минут меньше чем «t.On».

4. Меню установки временных интервалов для таймера

Таймер реального времени позволяет задать два временных интервала в течении суток для управления нагрузкой по таймеру.
Для этого в меню введены дополнительно четыре строчки:
— t1.1 — время включения для первого временного интервала
— t1.0 — время выключения для первого временного интервала
— t2.1 — время включения для второго временного интервала
— t2.0 — время выключения для второго временного интервала
Временные интервалы не должны пересекаться.
Допустим, нам необходимо включать освещение во дворе два раза в сутки: с 21.00 до 0.30 и с 5.30 до 7.00
Устанавливаем:
— t1.1 — 21,0
— t1.0 — 00,3
— t2.1 — 05,3
— t2.0 — 07,0
Теперь нагрузка по таймеру будет включена в 21.00 и в 5.30, и выключена в 0.30 и в 7.00

Второй вариант печатной платы:

Вариант установки FUSE битов:

(22,2 KiB, 2 016 hits)

Данная схема таймера на микроконтроллере PIC16F684 позволяет осуществлять независимый выбор момента выключения и включения нагрузки. Отличительным качеством данного таймера служит использование ЖК-индикатора SoG со встроенным последовательным интерфейсом.

Описание работы таймера на микроконтроллере

Индикатор имеет 8 семи-сегментных цифр. Индикация времени начинается четырьмя цифрами посередине. Часы и минуты разделяются десятичной точкой. Индикация включенной или выключенной нагрузки таймера отображается с правой стороны индикатора (0 –выключено,1 – включено)

Все управление таймером осуществляется посредством 4-х кнопок. Если нажать и удерживать кнопку «Установка» на протяжении 2 секунд, то активируется режим установки. Сначала устанавливается реальное время (часы и минуты). После установки времени необходимо один раз нажать на «установка»

Для установки времени включения и выключения микроконтроллерного таймера необходимо нажать соответствующую кнопку. Также после выбора необходимого значения необходимо один раз нажать «установка».

Функционирование микроконтроллера осуществляется от встроенного RC-генератора частотой 8 МГц. Схема внутренних часы функционируют от кварцевого генератора 32768 Гц. Все основное время микроконтроллер находится в режиме sleep, поэтому среднее значение тока потребления составляет примерно 5…7 мкА.

В роли ключа используется IRLML2502 (BSS138). Тактильные кнопки произвольные. Прочие радиоэлементы SMD. Штекер для программирования микроконтроллера PLS5 с нумерацией выводов как в PICKit2.