DIY набор для пайки — Коточасы

Будильник — несомненно, очень полезное устройство, без которого среднестатистическому человеку очень сложно проснуться в нужное время. Ещё 20 лет назад и часы и будильник были отдельными устройствами, которые 90% своей техножизни стояли в одном месте и служили одной цели. В наше же время функцию часов и будильника взял на себя смартфон.

В этой онлайн-инструкции мы будем собирать светодиодный будильник на китайском микроконтроллере STC15W408AS. Он уже запрограммирован, поэтому нам нужно только правильно спаять все компоненты, подать питание и будильник заработает. В качестве индикаторов в данном устройстве применяются семисегментные светодиодные индикаторы и 3-мм светодиоды синего цвета, показывающие секундный круг, размещённые по кругу будильника.

Для питания будильника используется кабель Micro-USB. Он идёт в комплекте.

SMD элементы

В переводе с английского, SMD — это surface mounted device, то есть «устройство, монтируемое на поверхность». В отличие от технологий недавнего прошлого, SMD-элементы занимают гораздо меньше места. SMD позволяет нам сделать устройство очень компактным. Достаточно посмотреть на материнскую плату любого смартфона, чтобы понять, о чём идёт речь.

SMD бывают разных размеров. Элементы прямоугольной формы, такие как светодиоды или резисторы, измеряются по длинам сторон. Например, на популярной плате Arduino установлены светодиоды 0805. В переводе с дюймовой системы в метрическую это соответствует размеру 2 × 1,25 мм. А большинство керамических конденсаторов на той же плате имеют уже размер 0603 = 1,6 × 0,8 мм.

Примечание

В данном наборе мы будем учиться работать с элементами типоразмера 0805.

Выводные элементы

Радиодеталь называют выводной, если она крепится к печатной плате путём установки её контактов в отверстия и дальнейшего их припаивания (или с помощью накрутки). А процесс сборки плат с такими деталями называют сквозным монтажом, или на английском: THT — Through-hole Technology.

На заре электроники все радиодетали были выводными. Сейчас же такой способ монтажа применяется в основном для силовых элементов, которые работают с большими значениями напряжения и силы тока. В наше время вся электроника собирается поверхностным монтажом с помощью SMD-элементов — это компактнее и дешевле в масштабах промышленного производства.

Но выводной монтаж всё ещё широко распространён среди DIY-энтузиастов. Ведь чтобы создать прототип устройства на макетной плате, потребуется соединить различные модули, радиодетали и контроллеры, которые часто снабжены или штырьками, или отверстиями под них.

Подготовка к работе

Примечание

Для сборки устройства понадобится паяльник, немного припоя и флюс, жидкий или гелевый. Если чего-то не хватает, базовый набор инструментов доступен в магазине AlashEd: флюс ЛТИ-120, припой Sn63Pb37 0.5 мм, губка для чистки жала, бокорезы, силиконовый термостойкий мат.

Сборка

В комплекте используются компоненты SMD-формата для пайки всей «умной» части и выводные элементы для светодиодов и цифрового индикатора.

Состав набора

резистор 10 кОм (код 103), R1, R2 — 2 шт.;
резистор 1 кОм (код 102), R3..R11 — 9 шт.;
фоторезистор — 1 шт.;
терморезистор 0805 — 1 шт.;
транзистор SOT23 Q1 — 1 шт.;
конденсатор 0805, C1, C2 — 2 шт.;
кнопки, S1, S2 — 2 шт.;
микросхема RTC DS1302, U2 — 1 шт.;
микроконтроллер STC15W408AS, U1 — 1 шт.;
разъём Micro-USB, J1 — 1 шт.;
держатель батарейки, BT1 — 1 шт.;
зуммер, U3 — 1 шт.;
кварцевый резонатор, Y1 — 1 шт.;
семисегментный индикатор, DS1 — 1 шт.

Обратная сторона

На этой стороне большая часть элементов — SMD.

Резисторы

Для удобства сборки начнём пайку с самых простых элементов платы — резисторов. Все резисторы в комплекте имеют формат 0805 и маркировку, в которой указан их номинал. Определить его можно двумя способами: воспользоваться омметром — не очень удобно из-за размеров элементов, или прочитать код, указанный на элементе, и ввести его в SMD-калькулятор резисторов.

Всего в комплекте 2 номинала:

R1, R2 — 10 кОм (код 103);
R3..R11 — 1 кОм (код 102).

Примечание

В наборе есть ещё один компонент чёрного цвета, очень похожий на резистор, но не имеющий маркировки — это термодатчик, к нему мы придём позже…

У резисторов нет полярности, так что припаиваем их на соответствующие посадочные места на плате. Сначала ставим 10 кОм.

Затем 1 кОм.

Транзистор

В наборе имеется только один SMD-транзистор в корпусе SOT23-3. На плате он отмечен меткой Q1. Устанавливаем его на плату.

Конденсаторы

Конденсаторы в наборе представлены только одним номиналом: 10 пикофарад. У них нет полярности, припаиваем любой стороной на места C1 и C2.

Фоторезистор

Этот элемент используется в качестве датчика света. Ставим его на место рядом с R2 так, чтобы его ножки можно было загнуть и обратить на лицевую сторону платы. У фоторезистора нет полярности.

Терморезистор

Коточасы умеют измерять текущую температуру при помощи терморезистора. Конечно, такое измерение не будет таким точным как у домашних электронных термометров с цифровым датчиком, однако для демонстрации работы будет терморезистора достаточно.

Кнопки

На плате предусмотрено две кнопки для управления будильником. У них тоже нет полярности. Устанавливаем их сверху платы на места S1 и S2.

Микросхема часов реального времени

Микросхема DS1302 служит для точного отсчёта времени. В этом ей помогает кварцевый резонатор, который мы установим позже.

Важно

Припаиваем микросхему так, чтобы ключ на ней — небольшая чёрная точка на корпусе — совпадал с ключом на маркировке посадочного места (U2) — выемка на контуре.

Микроконтроллер

Точно по такому же принципу припаиваем микроконтроллер STC15W408AS на место U1.

Кварцевый резонатор

Для микросхемы DS1302 требуется внешний кварцевый резонатор. Этот небольшой элемент, настроенный на создание резонанса на определённой частоте. Припаиваем его на место Y1. Полярность не важна.

Держатель батарейки

Батарейка нужна модулю часов для продолжения отсчёта времени даже когда часы не подключены к питанию. На плате нарисован контур держателя, так что вставляем его на место BT1 и хорошенько пропаиваем.

Micro-USB разъём

С этой позиции начинаются выводные элементы. Это значит, что у них есть выводы — ножки, которые вставляются в соответствующие отверстия на плате и хорошенько пропаиваются.

Начнём с Micro-USB разъёма. Его помощью осуществляется питание будильника. Вставляем его на место J1 и припаиваем.

Зуммер

Зуммер — это звукоизлучатель со встроенным генератором. Он пищит при подаче на него питания. Очевидно, зачем он используется в схеме будильника. Устанавливаем его на место U3. Полярность при пайке не имеет значения.

Лицевая сторона

Семисегментный индикатор

Светодиодный семисегментный индикатор с четырьмя цифрами. Вставляем его в отверстия с лицевой стороны так, чтобы точки на индикаторе оказались внизу.

Светодиодный циферблат

На этом циферблате будет по кругу бегать светящаяся точка, отображающая секунды.

Предупреждение

Самое важное на этом этапе — быть очень внимательным и правильно установить, а потом припаять светодиоды.

У светодиодов есть полярность. Положительный его контакт называется анодом, а отрицательный — катодом.

Важно

Нам необходимо, чтобы диод размещался анодом (длинная нога) — наружу, катодом (короткая нога) — внутрь платы.

Совет

Рекомендуем сначала расставить все светодиоды по местам, а затем припаять у них только одну ногу, чтобы они не выпадали из своих площадок. Затем прижать светодиод пальцем к плате и расплавить уже нанесённый припой. Светодиод станет прилегать к плате более ровно, но как только припой застынет, элемент уже будет надёжно зафиксирован на своём месте. Так повторить со всеми светодиодами в круге. Затем припаять вторую ногу светодиода и удалить лишние части контактов кусачками.

Финальная сборка

Предупреждение

Внимание! Перед тем как приступать к этому этапу, рекомендуется убедиться, что вся плата собрана правильно и всё работает исправно.

Для этого подключим кабель питания к будильнику и убедимся, что на циферблате горит только один светодиод, и он перемещается по часовой стрелке. Семисегментный индикатор должен корректно отображать цифры, а кнопки реагировать на нажатие.

С первого раза или нет — молодец! Переходим к этапу, который придаст нашему будильнику завершённый вид.

К этому моменту из всего набора у нас должна остаться только собранная плата, акриловые панельки, несколько винтов с гайками и пластиковые проставки.

Вставляем винты в лицевую панель.

Надеваем на них плату, затем нейлоновые проставки. Сверху закрываем тыльной панелью и закручиваем гайки (без чрезмерного усилия).

Готово!

Настройка

Нажмите кнопку S1 для отображения даты, недели и года.

Нажмите кнопку S2 для отображения температуры, будильника, минут и секунд.

Нажмите S1 и S2 одновременно для переключения стиля отображения светодиодного циферблата.

Нажмите и удерживайте кнопки S1 и S2 одновременно более пяти секунд для входа в режим настройки. На дисплее должно отобразиться «Fu-1», что означает функцию 1. Используйте кнопку S1 для переключения между номерами каждой функции. Используйте кнопку S2 для входа в соответствующую функцию, ниже приводится описание каждой функции.

Fu-1: Установка времени. Нажмите S1, чтобы изменить значение мигающего сегмента. Нажмите S2, чтобы перейти к следующей позиции. После перехода к последней позиции снова нажмите S2, чтобы сохранить установленное время.

Fu-2: Установка даты. Используйте клавишу S2 для переключения между месяцем, днём и годом. После переключения на год дисплей отображает «20XX». При этом последние две цифры будут мигать. После изменения года снова нажмите S2, чтобы сохранить настройки.

Fu-3: Установка будильника.

Примечание

Часы будильника можно установить на «24», когда он установлен на «24» и сохранён — это значит, что будильник выключен.

Fu-4: Установка режима отображения информации и настройка яркости дисплея. После входа в режим Fu-4 первая цифра индикатора отобразит букву «I». Вторая цифра при этом отвечает за режим отображения:

0 — отображать только время;
1 — отображать время и температуру в течение нескольких секунд на регулярной основе;
2 — отображать время, регулярно отображать дату и температуру;
3 — отображать только температуру.

Последние две цифры индикатора отражают значение яркости дисплея. Если вместо цифр горит буква «A», значит, включён режим автоматической настройки яркости в зависимости от внешнего освещения.

Настройка погрешности термометра

Настройте режим отображения — 3, сохраните его и выйдите из настроек — на дисплее будет отображаться температура. Затем нажмите кнопки S1 и S2, затем один раз кнопку S1 или S2. Появится значение текущей дельты коррекции температуры. Нажмите S1 и S2 для настройки нужной коррекции.

Совет

Значение коррекции может быть отрицательным. Через некоторое время будильник сам выйдет из настроек погрешности, и можно будет включить нужный режим отображения.

Fu-5: Установка мелодии будильника. Вторая цифра дисплея показывает номер мелодии, а последние две цифры — громкость.