GPS Hodiny v2 (PE2/2015)

Konstrukce vyšla v časopisu Praktická elektronika 2/2015.

Toto zapojení vzniklo jako druhá verze GPS hodin. První verze ukázala, že řízení času pomocí GPS přijímače je pro domácí hodiny použitelné a v praxi velmi pohodlné. U této konstrukce jsem se proto zaměřil na úpravy zapojení, jednodušší použití dostupných GPS modulů a praktičtější provedení desek.

Hodiny jsou řízeny mikrokontrolerem PIC16F628A a používají šestimístný LED displej. Čas je získáván z GPS přijímače, který může být připojen přímo přes sériovou linku RS232/TTL nebo přes Bluetooth modul. V běžném provozu stačí, aby GPS přijímač zachytil jediný satelit, protože pro hodiny není důležitá poloha, ale přesný čas.

Technické specifikace

Napájení	8-15 V DC nebo AC adaptér přes usměrňovací můstek.
Procesor	PIC16F628A.
Displej	Šest LED zobrazovačů se společnou anodou.
Řízení displeje	Převodník 7446N nebo starší D146D.
Vstup času	GPS přijímač s NMEA výstupem.
Komunikace	RS232/TTL nebo Bluetooth modul nastavený jako sériový port.
Ovládání	Jedno tlačítko pro přepnutí letního a zimního času.
Externí displej	Možnost vyvedení dat pro externí displej.

Schéma zapojení - procesor

Konstrukce je rozdělena na dvě části: desku procesoru a desku displeje. Na procesorové desce je umístěn PIC16F628A, převodník pro displej, napájecí část, vstup GPS signálu a konektory pro propojení s displejem.

Schéma zapojení - displej

Displejová deska nese jednotlivé LED zobrazovače a pomocné signalizační LED. Je navržena tak, aby byla propojitelná s procesorovou deskou plochým vodičem.

Deska spoje a osazovací plán - procesor

Procesorová deska je oboustranná. Při osazování je potřeba dát pozor na správnou orientaci procesoru, stabilizátoru, tranzistorů a konektorů. Stabilizátor 7805 je vhodné doplnit menším chladičem.

Deska spoje a osazovací plán - displej

Displejová deska je určena pro šestimístný LED displej. U zobrazovačů je nutné zkontrolovat zapojení společné anody a odpovídající hodnoty rezistorů podle použitého typu a požadovaného jasu.

GPS přijímač

Pro správnou funkci hodin je potřeba GPS přijímač, který poskytuje časové údaje ve formátu NMEA. V původním řešení byl použit přijímač s Bluetooth rozhraním, ale konstrukce není na konkrétní model pevně vázána. Důležité je, aby přijímač posílal sériová data v podporované rychlosti a aby byl výstup elektricky kompatibilní se vstupem hodin nebo doplněn vhodným převodníkem úrovní.

Výhodou GPS proti DCF hodinám je menší citlivost na lokální rušení a možnost umístit přijímač na místo s dobrým příjmem. Pro získání přesného času hodinám stačí příjem jediného satelitu, takže umístění není tak kritické jako u navigačního použití.

Popis konstrukce

Celé zapojení se točí kolem procesoru PIC16F628A. Displej je řízen přes převodník 7446N, případně starší D146D. Napájení je řešeno přes usměrňovací můstek a stabilizátor, takže je možné použít stejnosměrný i střídavý adaptér v uvedeném rozsahu napětí. Usměrňovací můstek zároveň zvyšuje odolnost proti přepólování napájení.

Datový vstup z GPS přijímače je přiveden na procesor. Pokud je použit Bluetooth modul nebo jiné zařízení s 3,3V logikou, je vhodné použít jednoduchý převodník úrovní. U přímého GPS modulu se sériovým výstupem lze modul připojit přímo na vstup hodin, pokud odpovídají napěťové úrovně.

V konstrukci je připraven i výstup pro externí displej. Ten se může hodit v případě, kdy chceme mít hlavní elektroniku na jednom místě a zobrazovací jednotku jinde, případně při stavbě většího displeje.

Osazení desek spojů

Při osazování doporučuji začít nízkými součástkami, tedy rezistory a propojkami, následně pokračovat paticemi, kondenzátory, tranzistory, konektory a nakonec většími součástkami. U displejové desky je potřeba hlídat orientaci LED zobrazovačů a shodu jejich zapojení s použitou deskou.

Hodnoty rezistorů pro segmenty displeje je možné upravit podle konkrétního typu zobrazovačů a požadovaného jasu. Pokud použijete jiný typ displeje, je nutné předem ověřit zapojení vývodů a společnou anodu.

Oživení

Po osazení je vhodné nejprve zkontrolovat napájecí část a přítomnost stabilizovaného napětí 5 V. Teprve poté osaďte procesor a připojte displej. Hodiny po zapnutí očekávají data z GPS přijímače. Jakmile začnou přicházet platná data, zobrazí se aktuální čas.

Pokud hodiny čas nezobrazují, je potřeba ověřit napájení GPS přijímače, komunikační rychlost, napěťové úrovně sériové linky a to, zda přijímač opravdu posílá NMEA věty s časem.

Ovládání hodin

Hodiny se v podstatě ovládají jediným tlačítkem S1 TIME/DATE. Funkce zobrazení data není v této verzi podporována, takže tlačítko slouží pro přepínání letního a zimního času. Každým stiskem tlačítka dojde k přepnutí z letního na zimní čas a opačně.

Defaultně jsou při prvním spuštění hodiny přepnuty v letním čase. Údaj o časovém posuvu se ukládá do EEPROM procesoru a nemění se vlivem výpadku napětí.

Připojení externího displeje

Konstrukce počítá s možností připojení externího displeje. Externí displej využívá data z hodin a může být umístěn odděleně od hlavní elektroniky. Při jeho použití je potřeba dodržet správné propojení signálů a napájení podle dokumentace.

Použitelné GPS přijímače

Použít lze přijímače, které poskytují standardní NMEA výstup. Vhodné jsou moduly s TTL sériovou linkou, případně GPS přijímače s rozhraním RS232, pokud se použije odpovídající převod úrovní. Důležitá je komunikační rychlost a typ posílaných NMEA vět.

GPS přijímače s Bluetooth rozhraním

Pokud je použit GPS přijímač s Bluetooth, je potřeba doplnit Bluetooth modul pracující jako sériový port. Ten se spáruje s GPS přijímačem a jeho sériový výstup se přivede do hodin. Při konfiguraci je potřeba nastavit správný PIN, komunikační rychlost a vypnout řízení toku, pokud jej použitý modul vyžaduje.

Možné problémy

Nejčastější problémy bývají způsobeny špatnou komunikační rychlostí, nevhodnými napěťovými úrovněmi mezi GPS modulem a procesorem, nedostatečným příjmem GPS signálu nebo nesprávně zvolenými LED zobrazovači. Pokud hodiny po zapnutí nenaběhnou, začněte kontrolou napájení, stabilizátoru, oscilátoru procesoru a dat na sériovém vstupu.

Seznam součástek

Deska procesoru

Deska displeje

Dokumentace - aktualizováno 1.11.2015

No a na závěr si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle a program pro procesor.

Aktualizace

30.10.2015	v1.1 - Byla doplněna možnost zapnout nebo vypnout blikání dvojteček pomocí interního jumperu JP5, který do té doby neměl žádnou funkci. Upravený program je součástí dokumentace.

Prohlášení

Tato konstrukce je autorská práce. Není povoleno bez souhlasu autora přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu.

V této konstrukci je použit program mikrokontroleru, na který se vztahují autorská práva. Na program je udělena zdarma licence pro užití pro vlastní potřebu. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný.