Часы реального времени с будильником на основе Arduino

Автор записи Автор: admin-new
Дата записи 11.03.2020
7 комментариев к записи Часы реального времени с будильником на основе Arduino

Рассматриваемые в данной статье часы реального времени на основе платы Arduino представляют собой цифровые часы, которые показывают реальное (истинное) время на основе использования RTC IC DS1307 (микросхема часов истинного времени), которая работает по протоколу I2C. Часы реального (истинного) времени означают что они будут работать (считать время) даже если возникнет проблема с электропитанием. Когда подача питания возобновится, часы будут показывать правильное (реальное) время независимо от того сколько времени они были без питания.

В этом проекте мы будем использовать ЖК дисплей 16×2 для отображения значения времени на нем в формате: час, минута, секунда, дата, месяц и год. Также в наш проект часов реального времени добавлена опция будильника – мы можем устанавливать время «пробуждения». Время будильника будет записываться в энергонезависимую память EEPROM платы Arduino, поэтому оно будет сохраняться там даже при отключении питания. Подобные часы реального времени часто используются в наших компьютерах чтобы они могли обновляться в режиме реального времени.

Протокол I2C является способом объединения двух или более устройств в единую систему при помощи двух проводников, поэтому этот протокол также называется двухпроводным протоколом. Его можно использовать для соединения до 127 устройств в единое устройство или процессор. Большинство устройств на основе протокола I2C работает на частоте 100 кГц.

Необходимые шаги для записи данных от ведущего (master) к ведомому (slave) в протоколе I2C (slave receiving mode — режим приема для ведомого):
1. Передать состояние (команду) START к ведомому.
2. Передать адрес ведомого к ведомому устройству.
3. Передать бит (0) к ведомому.
4. Принять бит ACK (подтверждения) от ведомого.
5. Передать адрес слова (words address) ведомому.
6. Принять бит ACK (подтверждения) от ведомого.
7. Передать данные ведомому.
8. Принять бит ACK (подтверждения) от ведомого.
9. Передать команду STOP ведомому.

Шаги для чтения данных от ведомого (slave) к ведущему (master) в протоколе I2C (slave transmitting mode – режим передачи для ведомого):
1. Передать команду START ведомому.
2. Передать адрес ведомого к ведомому устройству.
3. Передать бит чтения (1) к ведомому.
4. Принять бит ACK (подтверждения) от ведомого.
5. Принять данные отведомого.
6. Принять бит ACK (подтверждения) от ведомого.
7. Передать команду STOP ведомому.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Схема построена на основе трех главных компонентов: микросхемы DS1307, платы Arduino Pro Mini и ЖК дисплея 16×2.

Плата Arduino используется для чтения времени от ds1307 и отображения его на ЖК дисплее 16×2. Микросхема DS1307 передает время/дату на Arduino используя 2 провода. Звонок (буззер) используется для подачи сигнала будильника. Структурная схема работы устройства приведена на следующем рисунке.

Как можно видеть из представленной схемы, контакты микросхемы DS1307 SDA и SCL соединены с контактами платы Arduino SDA и SCL с помощью подтягивающих резисторов которые поддерживают состояние высокого напряжения на этих линиях. Кварцевый генератор на 32.768 кГц подсоединен к микросхеме DS1307 для генерации точной 1-секундной задержки. Также батарейка на 3 В подсоединена к контакту 3 (BAT) микросхемы DS1307 чтобы обеспечивать подсчет времени во время отключения питания устройства.

ЖК дисплей 16×2 подключен к плате Arduino в 4-битном режиме. Его контакты управления RS, RW и En подключены к контактам Arduino 2, GND и 3. Контакты данных ЖК дисплея D0-D7 подключены к контактам 4, 5, 6, 7 платы Arduino. Звонок (буззер) подключен к контакту 13 Arduino при помощи NPN транзистора BC547 и резистора 1 кОм.

Три кнопки под названиями set, INC и Next используются для установки времени будильника и подключены к контактам 12, 11 и 10 платы Arduino. Когда мы будем нажимать кнопку set, будет включаться режим установки времени срабатывания будильника, в котором можно будет установить это время с помощью кнопок INC и Next.

Рассматриваемые часы реального времени с будильником на основе платы Arduino, собранные на макетной плате, показаны на следующем рисунке.

Исходный код программы

Для написания программы часов реального времени с будильником нам необходимо подключить ряд библиотек.

#include <Wire.h> #include<EEPROM.h> #include <RTClib.h> #include <LiquidCrystal.h>

Затем в функции setup необходимо произвести инициализацию RTC (часов реального времени), ЖК дисплея, задать режимы работы ряда контактов.

Остальные необходимые функции, такие как считывание времени, установка времени срабатывания будильника и другие будут выполняться в функции void loop.

Далее представлен полный текст программы.

#include <Wire.h>
#include<EEPROM.h>
#include <RTClib.h>
#include <LiquidCrystal.h>
LiquidCrystal lcd(3, 2, 4, 5, 6, 7); 
RTC_DS1307 RTC;
int temp,inc,hours1,minut,add=11;
int next=10;    
int INC=11;
int set_mad=12;
#define buzzer 13
int HOUR,MINUT,SECOND;

void setup()
{
 Wire.begin();
 RTC.begin();
 lcd.begin(16,2);
 pinMode(INC, INPUT);
 pinMode(next, INPUT);
 pinMode(set_mad, INPUT);
 pinMode(buzzer, OUTPUT);
 digitalWrite(next, HIGH);
 digitalWrite(set_mad, HIGH);
 digitalWrite(INC, HIGH);
 
   lcd.setCursor(0,0);
   lcd.print("Real Time Clock");
   lcd.setCursor(0,1);
   lcd.print("Circuit Digest ");
    delay(2000);
    
 if(!RTC.isrunning())
 {
 RTC.adjust(DateTime(__DATE__,__TIME__));
 }
}
 
void loop()
{
   int temp=0,val=1,temp4;
   DateTime now = RTC.now();
   if(digitalRead(set_mad) == 0)      // установка времени будильника
   { 
     lcd.setCursor(0,0);
     lcd.print("  Set Alarm  ");
    delay(2000);
    defualt();
    time();
    delay(1000);
    lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("  Alarm time ");
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(" has been set  ");
    delay(2000);
 }
 lcd.clear();
 lcd.setCursor(0,0);
 lcd.print("Time:");
 lcd.setCursor(6,0);
 lcd.print(HOUR=now.hour(),DEC); 
 lcd.print(":");
 lcd.print(MINUT=now.minute(),DEC);
 lcd.print(":");
 lcd.print(SECOND=now.second(),DEC);
 lcd.setCursor(0,1);
 lcd.print("Date: ");
 lcd.print(now.day(),DEC);
 lcd.print("/");
 lcd.print(now.month(),DEC);
 lcd.print("/");
 lcd.print(now.year(),DEC);
 match();
 delay(200);
}
void defualt()
{
  lcd.setCursor(0,1);
  lcd.print(HOUR);
  lcd.print(":");
  lcd.print(MINUT);
  lcd.print(":");
  lcd.print(SECOND);
}
/* функция для установки времени будильника и его загрузки в память   eeprom*/
void time()                             
{
  int temp=1,minuts=0,hours=0,seconds=0;
    while(temp==1)
    {
     if(digitalRead(INC)==0)
     {
      HOUR++;
      if(HOUR==24)
      {
       HOUR=0;
      }
      while(digitalRead(INC)==0);
     }
     lcd.clear();
      lcd.setCursor(0,0);
    lcd.print("Set Alarm Time ");
   //lcd.print(x); 
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(HOUR);
    lcd.print(":");
    lcd.print(MINUT);
    lcd.print(":");
    lcd.print(SECOND);
    delay(100);
    if(digitalRead(next)==0)
    {
      hours1=HOUR;
      EEPROM.write(add++,hours1);
     temp=2;
     while(digitalRead(next)==0);
    }
    }
    
    while(temp==2)
    {
     if(digitalRead(INC)==0)
     {
      MINUT++;
      if(MINUT==60)
      {MINUT=0;}
      while(digitalRead(INC)==0);
     }
     // lcd.clear();
    lcd.setCursor(0,1);
    lcd.print(HOUR);
    lcd.print(":");
    lcd.print(MINUT);
    lcd.print(":");
    lcd.print(SECOND);
    delay(100);
      if(digitalRead(next)==0)
      {
       minut=MINUT;
       EEPROM.write(add++, minut);
       temp=0;
       while(digitalRead(next)==0);
      }
    }
    delay(1000);
}
/* Function to chack medication time – функция чтобы прервать ваш сон*/
void match()
{
  int tem[17];
  for(int i=11;i<17;i++)
  {
    tem[i]=EEPROM.read(i);
  }
  if(HOUR == tem[11] && MINUT == tem[12]) 
  {
   beep();
   beep();
   beep();
   beep();
   lcd.clear();
   lcd.print("Wake Up........");
   lcd.setCursor(0,1);
   lcd.print("Wake Up.......");
   beep();
   beep();
   beep();
   beep();
  }
}
/* функция включения буззера */
void beep()
{
   digitalWrite(buzzer,HIGH);
   delay(500);
   digitalWrite(buzzer, LOW);
   delay(500);
}

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

143

144

145

146

147

148

149

150

151

152

153

154

155

156

157

158

159

160

161

162

163

164

165

166

167

168

169

170

171

172

173

174

175

176

177

178

179

#include <Wire.h>

#include<EEPROM.h>

#include <RTClib.h>

#include <LiquidCrystal.h>

LiquidCrystal lcd(3, 2, 4, 5, 6, 7);

RTC_DS1307 RTC;

int temp,inc,hours1,minut,add=11;

int next=10;

int INC=11;

int set_mad=12;

#define buzzer 13

int HOUR,MINUT,SECOND;

void setup()

{

Wire.begin();

RTC.begin();

lcd.begin(16,2);

pinMode(INC, INPUT);

pinMode(next, INPUT);

pinMode(set_mad, INPUT);

pinMode(buzzer, OUTPUT);

digitalWrite(next, HIGH);

digitalWrite(set_mad, HIGH);

digitalWrite(INC, HIGH);

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Real Time Clock");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Circuit Digest ");

delay(2000);

if(!RTC.isrunning())

{

RTC.adjust(DateTime(__DATE__,__TIME__));

}

void loop()

{

int temp=0,val=1,temp4;

DateTime now = RTC.now();

if(digitalRead(set_mad) == 0) // установка времени будильника

{

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(" Set Alarm ");

delay(2000);

defualt();

time();

delay(1000);

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print(" Alarm time ");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(" has been set ");

delay(2000);

}

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Time:");

lcd.setCursor(6,0);

lcd.print(HOUR=now.hour(),DEC);

lcd.print(":");

lcd.print(MINUT=now.minute(),DEC);

lcd.print(":");

lcd.print(SECOND=now.second(),DEC);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Date: ");

lcd.print(now.day(),DEC);

lcd.print("/");

lcd.print(now.month(),DEC);

lcd.print("/");

lcd.print(now.year(),DEC);

match();

delay(200);

}

void defualt()

{

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(HOUR);

lcd.print(":");

lcd.print(MINUT);

lcd.print(":");

lcd.print(SECOND);

}

/* функция для установки времени будильника и его загрузки в память eeprom*/

void time()

{

int temp=1,minuts=0,hours=0,seconds=0;

while(temp==1)

{

if(digitalRead(INC)==0)

{

HOUR++;

if(HOUR==24)

{

HOUR=0;

}

while(digitalRead(INC)==0);

}

lcd.clear();

lcd.setCursor(0,0);

lcd.print("Set Alarm Time ");

//lcd.print(x);

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(HOUR);

lcd.print(":");

lcd.print(MINUT);

lcd.print(":");

lcd.print(SECOND);

delay(100);

if(digitalRead(next)==0)

{

hours1=HOUR;

EEPROM.write(add++,hours1);

temp=2;

while(digitalRead(next)==0);

}

while(temp==2)

{

if(digitalRead(INC)==0)

{

MINUT++;

if(MINUT==60)

{MINUT=0;}

while(digitalRead(INC)==0);

}

// lcd.clear();

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print(HOUR);

lcd.print(":");

lcd.print(MINUT);

lcd.print(":");

lcd.print(SECOND);

delay(100);

if(digitalRead(next)==0)

{

minut=MINUT;

EEPROM.write(add++, minut);

temp=0;

while(digitalRead(next)==0);

}

delay(1000);

}

/* Function to chack medication time – функция чтобы прервать ваш сон*/

void match()

{

int tem[17];

for(int i=11;i<17;i++)

{

tem[i]=EEPROM.read(i);

}

if(HOUR == tem[11] && MINUT == tem[12])

{

beep();

lcd.clear();

lcd.print("Wake Up........");

lcd.setCursor(0,1);

lcd.print("Wake Up.......");

beep();

}

/* функция включения буззера */

void beep()

{

digitalWrite(buzzer,HIGH);

delay(500);

digitalWrite(buzzer, LOW);

delay(500);

}

Видео, демонстрирующее работу схемы

Метки arduino, arduino pro mini, DS1307, будильник, ЖК дисплей, система реального времени, цифровые часы

7 ответов к “Часы реального времени с будильником на основе Arduino”

Уважаемый админ, здравствуйте!
О предварительной проверке индикатора на отображение букв/цифр — не проверялся из-за банальной не компетенции.
Как это сделать? — подскажите пожалуйста.

Добрый день. Вот, посмотрите статью про подключение жидкокристаллического (ЖК) дисплея к Arduino. Попробуйте ее повторить

Уважаемые компетентные люди, здравствуйте!
Собрал конструкцию часов согласно принципиальной схеме, скачал вышеизложенный скетч, проверил и скомпилировал скетч на Arduino v.1.8.19, в результате индикатор засветился с чётким отображением знакомест, но информации нет никакой. Подскажите первопроходцу в освоении нового направления: что необходимо предпринять следующими шагами, чтобы как-то приблизиться к первому результату?..
Буду признателен за любую помощь. С уважением, Николай.

А что вы понимаете под фразой «индикатор засветился с чётким отображением знакомест»? Вы проверяли может ли он у вас корректно отображать просто буквы/цифры?

Здравствуйте. У дисплеев LCD есть регулировка контрастности отображаемых символов потенциометром, крутить который нужно плавно, ибо если контрастность мала — символы не отображаются, а если контраста перебор, то отображаются в каждом знакоместе прямоугольники. Вам нужно найти промежуточное положение потенциометра, когда символы будут отображаться комфортно для глаз.
У LCD со встроенным модулем I2C этот потенциометр также встроен в плату.

Дополню. На приведённой схеме вместо резистора R3 нужно подключить потенциометр: к контакту 3 LCD — этот «вход предназначен для регулировки контрастности экрана, которая зависит от величины напряжения на входе, обычно для этих целей устанавливается переменный резистор сопротивлением 10-20 кОм, подключенный к линии питания. »
Источник: radiolaba.ru/microcotrollers/podklyuchenie-lcd-1602-po-i2c-interfeysu.html

Добрый день. Спасибо за дополнение

Работа схемы

Исходный код программы

Видео, демонстрирующее работу схемы

Похожие статьи

7 ответов к “Часы реального времени с будильником на основе Arduino”

Добавить комментарий Отменить ответ

Добавить комментарий