Подарок от Гика — делаем кухонный таймер

Выбираем подарок

У бабушки моего сына скоро будет день рождения. Так как я его увлёк микроконтроллерами, то пришла идея подарить какой-то прибор, естественно, на микроконтроллере и сделанный своими руками. Как и все бабушки, наша бабушка не является продвинутым пользователем всяких устройств, и в принципе у нее ничего особенного из электроники нет. Так что, можно сделать любой, не очень сложный прибор.

Когда мы приезжаем к ней в гости, нас всегда встречает богатый стол, с большим количеством блюд. Поэтому, мы сразу решили делать прибор, полезный на кухне. Вместе мы часто играем в различные настольные игры — лото, различные игры с кубиком. Значит, наш прибор должен и тут помогать.

Подумав немного, сын решил делать продвинутый кухонный таймер. Я ему немного помог со схемой. Основные функции нашего подарка:

• Режим таймера до 3 часов
• Режим секундомера
• Громкий сигнал
• Компактный размер
• «Вечные» батарейки — аккумуляторы, зарядка как у телефона, по micro usb
• Ну и конечно игры — кубик (случайное число от 1 до 6), лото, бомба (очень веселая игра)

Подбираем компоненты

В качестве индикатора, мы выбрали светодиодный трех-разрядный индикатор с общим анодом — у него всего 11 выводов, очень удобно. Купить не сложно, и в принципе, довольно экономично в энергопотреблении (но конечно не LCD).

Микроконтроллер — STM8S003F3P6 — с ним мы уже работали, так что все знакомо. ST-link уже есть.

Микросхема заряда и вся обвязка у МК, как у велокомпьютера.

В качестве пищалки, очень компактная и громкая пищалка HC0903A

Аккумулятор — LIR2032. Всего 45 mAh, но этого хватит на 40 часов непрерывной работы таймера. От кварцевого резонатора решили отказаться (нужны выводы), особенная точность нам не нужна, ну и у STM8 довольно точный внутренний генератор. Микросхема заряда — TP4056.

Управление — 2 тактовые кнопки. Прибор все время находится в спящем режиме, потребление меньше 5 мкА, спать может долго. Плату защиты для аккумулятора делать не стали, особенно не нужна. У МК нижний предел 3В, так что сильно не просядет. При включении идет музыка, включается индикатор (бросок тока), и если аккумулятор севший, то МК перегрузится и перейдем в спящий режим, что является сигналом к зарядке. Заряжается он током 100 мА около 40 минут, что в принципе очень быстро. Схему и программу можно скачать на github, ссылка в конце.

Корпус сын решил делать сам из монтажного короба 40 х 16 мм. Раскрасил акрилововыми красками, в качестве стекла вырезали кусок из DVD диска. Получилось очень симпатично.

Трассировку платы сын делал сам в Kicad. Расположение компонент придумал он же. Кнопки по бокам от индикатора, пищалка внизу, аккумулятор на ней. Все вошло плотно, ничего ни куда не болтается. Плата двухсторонняя. Делали из одностороннего стеклотекстолита толщиной 0.8мм с помощью метода холодного переноса тонера. Две половинки платы соединили и зафиксировали перемычками. Из разъемов — micro usb, питание и программирование.

Программа

Данный индикатор имеет общий анод, соответственно выводить в один момент времени можно только один разряд. Для вывода одновременно трёх разрядов необходима динамическая индикация.

Программно это делается очень просто. Задействуется таймер, и через равные интервалы времени, с большой частотой, например каждые 300 мкс, будем выводить по одному разряду по кругу — 1-2-3-1-2-3. Нам будет казать что цифры светятся одновременно, как в кино. Если дополнительно добавить еще пустые разряды, то можно управлять яркостью. То есть, будет такая схема вывода информации — 1-2-3-пусто-пусто-пусто-пусто-1-2-3-пусто-пусто… Управление яркостью нужна для того, чтобы снизить энергопотребление. Таким образом, например без применения яркости, один разряд потребляет 24 мА, а с применением можно сократить до 1-2 мА. При этом цифры все еще четко и далеко видно. Сын поигрался с частотой, яркостью, когда все перестало мерцать, ему понравилось. Оказалось, программировать такой типа индикатора довольно легко и удобно.
Второй сложный момент — это придумать простой, как говорится, интуитивно понятный интерфейс, когда у нас 3 разряда индикатора и 2 кнопки. Но я считаю, ему это удалось.

Придумали с кнопками так:

• Правая кнопка — долгое нажатие, смена режимов, их три — Таймер, Секундомер, Игры
• Правая кнопка — одиночное нажатие, смена подрежима. У таймера — это выбор предустановленных времен, у секундомера — выбор обычного секундомера и с подтверждением, у игры — соотв. Различные игры
• Левая кнопка — одиночное нажатие — старт/стоп или ход в игре, долгое нажатие — режим настройки, программирования

С индикатором так:

• Когда выбран таймер — то сразу выводится некое число из предустановленных настроек (Например 5,15,30 минут), их можно перепрограммировать, хранятся в ПЗУ
• Когда выбран секундомер — то 000
• Когда игры — L — лото, 6 — бомба, С — кубик.
• На индикатор цифры выводятся хитро, так как разряда только три, то выводим максимальное число значащих элементов. Например, таймер — 200 минут 30сек — то выводим 200., если таймер 10мин 15с, то выводим 10.1, если 1 минута 25с, то 1.25. При этом чтобы понимать, что таймер или секундомер запущен, точка мигает в такт секундам.
• Когда секундомер остановлен, например на 10 мин 25с то показываем попеременно 10. и .25, раз в секунду, чтобы видеть и секунды тоже.

Программа оказалась не такой простой, сын писал ее почти 3 недели в школьное время, с небольшой моей помощью. Очень много условий, разные флажки — старт, стоп, работа с памятью и т. д. Но результатом он был очень доволен.

Испытания

Первые испытания прошли в школе. Вместо кубика, гадание на оценках. Гадал весь класс. Потом бомба — супер игра. Прибор загадывает случайное время от 5 до 20секунд и начинает тикать каждую секунду. Вы его передаёте по кругу. Когда таймер дойдёт до нуля — сигнал взрыва. Тот, у кого в руках прибор, проиграл.

Первые испытания секундомера и таймера прошли на ура. Засекали разное время, сверяли с точными часами, ошибка 1-2 секунды на час. Отрабатывали звук сигнала.

Вручение подарка

Наступил день рождения. Бабушка быстро прошла обучение и была очень рада. Все вместе испытали Лото, полностью автоматизированное. Каждые 5 секунд прибор пищит и выдает новое число, из оставшихся в мешке. Играют все, водит прибор! Кто не успел тот опоздал.

Итоги

Итак, прибор получился просто отличный. Практика программирования очень интересная. Если вам тоже интересны микроконтроллеры, то можете сделать себе (или в подарок) такой же и попрограммировать. Вы обязательно научитесь:

• делать платы
• паять smd компоненты
• программировать STM8
• работать с аккумуляторами
• обрабатывать кнопки
• издавать различные звуки
• работать с таймерами и обрабатывать временные события
• бороться с энергопотреблением

На github выложена схема и плата в формате Kicad. Выложен начальный проект для STM8, там самое сложное — динамическая индикация, инициализация микроконтроллера, сложная обработка кнопок — короткое, двойное, долгое нажатие. Остальную программу предлагаю написать самостоятельно, это ведь так интересно!