Kadangi turiu VFD grafinį displėjų (128×64), ir kad ji nepamesti kur nors garaže, nutariau padaryti eilinį laikrodį. Panaudojau macniausią STM32F103 su 1M flešiuku, taigi priprogramuoti galima daugiau. O dar prikabinau reikalingų ir nereikalingų jutiklių.

Esami sensoriai:

• DS1307 – RTC, nes pas STM32F103-čią seriją vidinis RTC gaidys.
• BMP280 – oro slėgio (ir temperatūros) jutiklis.
• MPU6050 – akselerometras ir giroskopas.
• QMC5883L – 3 ašių magnetometras (kompasas).
• VEML7700 – apšvietimo jutiklis.
• HTU21 – drėgmės ir temperatūros jutiklis. Šis kiek beprasmis, nes viduje kiek per šilta nuo elektronikos.
• Du mygtukai sensoriniai.
• GPS.

Dar galima pridėti vieną kitą naują jutiklį- lygtai turiu spalvos, radarą, širdies plakimo, “infrared gesture sensor”, VL53LOX (atstumo). Gal visi ir netilps, nes korpusas vos vos didesnis už VFD ekraną.

Viena bėda- jutiklių daug, bet ką su jais daryti nežinau. Kol kas suprogramuota ar beveik suprogramuota:

• Automatinis laiko ir datos nustatymas (su žiemos/vasaros laiku) iš GPS. Beja, šiandien GPS kažkodėl išmetė neteisingą datą. Todėl nuotraukoje balandžio mėnesio informacija.
• Apšvietimo jutiklis kiek keičia laikrodžio šviesumą. Pilnoje tamsoje keičiasi ir šriftas.
• Pagal laikrodžio padėti rodomas laikas- jei ant šono, skaičiukai šonu. Tam panaudotas akselerometras.
• Oro slėgį kaip ir matuoja.
• Drėgmės matuoklis matuoja, bet viduje beveik visada 30 laipsnių šilumos, tai drėgmė nelabai. Bandžiau perskaičiuoti į 20 laipsnių, bet čia tik teorijos.
• Yra sukeltas pilnas astronomijos modulis iš interneto, kur tiksliai skaičiuoja dangaus kūnų padėtis. Taip žinom kada teka ir leidžiasi saulė ir mėnulis (ar koks Jupiteris). Ir aišku tikros mėnulio fazės. Čia kiek painiavos ant ekrano, nes yra du moduliai iš interneto ir jie skaičiuoja skirtingai (tiksliau gal aš skirtingai interpretuoju duomenis).
• Yra grafinių primityvų bibliotekos (iš čia ir analoginis laikrodis). Net išnaudota VFD hardvarės subtilybės, kai paišoma ant dviejų nepriklausomų ekranų- taip nereikia perpaišyti ciferblato, kai ant jo užeina rodyklės. Rodyklės ir fonas tai du skirtingi ekranai (planes).
• USB.

O dabar klausimas! Ką reikia įprogramuoti į šį laikrodį? Nes dabar tik 139kb užima softas (nenaudojama boot užsklanda), taigi liko kokie 850kb.

P.S. Lietuviškos raidės bus.

Projekto įdėja ne mano. Mano tik algoritmai, programa ir šiaip biški matematikos, nes kažkodėl realaus pasaulio matematika neatitiko to ką rodė jutikliai.

Taigi, Trimix arba trimix dujų mišinys. Tai deguonies, azoto ir helio mišinys naudojamas nardant į kiek gilesnius vandenius. Aš tiksliai nežinau, kam buvo kuriamas šis prietaisas, nes yra ir komerciniai dujų analizatoriai (vieną tokį ir turėjau kai testavau) ir dar šis modelis gavosi kaip ir didesnis (dėl fizikos).

Matavimo principas- deguonies kiekį parodo jutiklis, jis taip pat parodo dujų temperatūrą. O helio kiekis matuojamas netiesiogiai- matuojamas garso greitis. Visi žino, kad įkvėpus helio, balso tembras pasidaro aukštesnis. Tai vyksta ne dėl to, kad kažkas pasikeičia balso stygose, o dėl to, kad garsas sklinda greičiau ir atitinkamai keičiasi “balso dėžutės” parametrai. Garso greitį matuojam… matuodami atstumą su ultragarsiniu jutikliu. Kuo didesnis garso greitis, tuo mažesnį atstumą rodo jutiklis.

Hardwarė labai paprasta, nes čia prototipas. Aš paėmiau vieną iš savo dev PCB su LCD ir priejos pradėjau klijuoti kitus elementus.

Deguonies jutiklis kompiuterizuotas ir jungiasi prie MCU per UARTą. O štai atstumo jutiklis analoginis ir industrinis. Ne vien tik reikia maitinti didesne įtampa nei 12V, bet ir išėjimas kinta nuo nulio iki 10V. STM32F tikrai nepatinka tokios įtampos prie ADC. Todėl pastatėm įtampos daliklį. Tačiau STM32F103 serijos ADC šiaip nėra labai geras, o pridėjus netoliese DC/DC keitiklį, prototipinius laidus gavosi nelabai jau tikslūs skaičiai. Nes vienu metu norėjau statyti kitus ADC, iš kinijos užsakiau beveik visus gatavus modelius, taip pat ištraukiau iš stalčiaus ultra brangų senovinį 24 bitų ADC. Tačiau užsakovas pristabdė projektą ir išsinešė testuoti su esamu MCU ADC.

Kita bėda- atstumo jutiklis turi didelį “užkaitimo” driftą. Tai industrinis jutiklis (UNAM 12U9914/S14D), kuris tikrai tikslus, tačiau po įjungimo jis turi bent 10 minučių paveikti kol stabilizuojasi. Todėl teko daryti užnulinimo (tarinimo) mygtuką. Paleidus gryną orą reikia nuspausti mygtuką ir MCU persikalibruoja vieną tašką.

Kitas kalibracijos taškas- 100% helis. Paleidus gryną helį kalibruojam. Taip gaunam kitą tašką.

O dar yra “fabrikinė” kalibracija- taip jau gaunasi, kad keičiant dujų procentus, priklausomybė tarp ilgio ir helio nėra tiesinė. O ir atstumo jutiklis kiek kvailioja, Todėl programoje yra numatyta kita funkcija- raw duomenų nuskaitymas. Paleidus žinomą mišinį nuskaitom papildomai dar vieną ar du taškus. Tada turėdami 0, 100 ir tarpinius skaičius suskaičiuojam kreivės parametrus ir išvedam kreivės “išlenkimo” koeficientą. Šis koeficientas suvedamas į prietaiso EEPROM. Naujai kalibruojant (100% helis) ar taruojant (0% helis) šis koeficientas naudojamas perskaičiuoti kreivę. Iš esmės tai kreivės paišymas per 3 taškus.
Po tokių skaičiavimų rezultatai jau atitiko pramoninio prietaiso parodymams.

Aš paviešimu ne galutinį firmwaro source kodą ir negalutinis vidines instrukcijas. Taip pat neviešinu diskusijų su užsakovu ir excelio lentelių kur skaičiavom kitus parametrus (kad ir temperatūrą). Tačiau gal kam nors bus įdomu. Bendravimas su MCU per virtualų COM portą.

Vidinės instrukcijos– čia kaip koks kursinis darbas. Biški teorijos, biški praktikos.

Trimix source code STM32F103 gcc STM32CubeMX griaučiai (ne galutinis, bet veikiantis).

Pastebėti visokie įdomumai. Pavyzdžiui- helio įsigėrimas į 3D spausdintą plastiką:

Ar visokie gliukai su jutikliais.

Projektas tikrai žalias, bet jį galima iš čia pateiktų duomenų pasikartoti. Aš dalinuosi tik todėl, kad pas nepamirščiau ir dėl to, kad esami source kodai internete – totalus Arduinas su klaidom.

O helis skaičiuojamas labai paprastai 🙂

void Calc_Helis(double atstumas)
{
	double a=coef_a;
	double b=coef_b;
	double c=coef_c;
	helis=atstumas*atstumas*a+atstumas*b+c;
}

Sėkmės!

P.S. Dėkui Dianai už įdėją. Sėkmės doktarantūroje.

Seniai jau mėtėsi šis prabangus ADC- AD7710AR. Jis toks specifinis: aukštos įtampos maitinimas, beveik SPI ir 24 bitai.

Minimalus maitinimas- 5V, ir jo išėjimas labai arti 5V. Tačiau STM32F103 yra 5V tolerantiškas. Tačiau viskam yra ribos. MCU biški kaista. Todėl prie visų kojų nuosekliai pajungiau 64 omų rezistorius- gal kiek ir padėjo. Dar reikėtu dviejų maitinimo šaltinių- vienas skaitmenai (5V), o štai analoginei daliai kogero geriau net bipoliaris maitinimas. Tačiau iš bėdos galima prijungti prie 5V.

O štai su “SPI” interfeisu biški bėda. Primiausia čia pusė duplekso ir duomenys eina per tą patį laidą. STM32F103 lygtai ir palaiko tokį režimą, tačiau kelių dienų eksperimentai parodė, kad visdėlto neveikia. Arba CLK lieka pastoviai, arba nespėja persijungti ar tai nuskaito bet kokią informaciją. Ir dar, jaučiu problemos su mikroschemos greičiais.

O dabar dar viena kvailystė- jei nuskaitom duomenis kai įjungtas 16 bitų režimas, reikia ir skaityti tik 16 bitų, o jei skaitom 24, tai reikia ir skaityti 24. Ir dar reikia stebėti ar duomenys paruošti skaitymui. O dar yra kita kvailystė- atskiras valdymo pinas skaitymui ir rašymui, o ne vienas R/W pinas. Kodėl taip padaryta aš nežinau.

Internete neradau gyvo pavyzduko, kad viskas veiktu. Tačiau po eksperimentų gavosi, kad grynai “softwarinis” variantas puikiausiai veikia.

Čia eksperimentinis source kodas STM32F103 serijos mikroschemai AD7710. Pagrindas – STM32CubeMX.

P.S. čipo kaina biški nustebino.

Dar biški VFD temos. Turiu kelis mažesnius grafinius VFD modulius: Futaba GU112x16G-7806A. Tai darvienas modulis suderinamas su standartiniu LCD moduliu. Tačiau tai kartu ir grafinis modulis.

Šiame eksperimente aš nejungiau modulio prie standartinio paralelinio interfeiso, o pabandžiau su alternatyvinius metodus: SPI ir su papildoma plokštele- I2C (PCF8574). I2C variantas lėtokas. SPI variantas gretas, jei naudoti papildomą MB laidą per pertraukima. Šis MCU tikrai per greitas šiam moduliui ir buvo bėdų. O jei naudoti su hardcoded užvėlinimu, papildomo laido nereikia. Per i2c ir taip viskas veikia lėtai, todėl nereikia nieko stebėti.

Atkreipkite dėmesį, kad šis modulis naudoja visai kitokį SPI variantą nei didesnis modulis.

Demonstracinis source kodas SPI ir I2C variantams. STM32F103 procesoriui, cubeMX skeletas.

Jei naudojamas STM32 čipas palaiko USB HOST režimą, tai prijungti USB įrenginį labai paprasta. Mano hardwarė labai paprasta- čipas ir dvi USB jungtys. Viena jungtis suprogramuota kaip virtualus COM portas skirta peržiūrėti rezultatus, o kita USB jungtis tai USB host. Čia galima prijungti pelę ir klavietūrą. Kiti HID įrenginiai nepalaikomi.
Primenu, kad HID klavietūra palaiko iki 6 klavišų nuspaudimus (neįskaitant modifikatorius: shift, control, alt…) ir atskirai siunčiami klavišų paspaudimai ir atleidimai.
Kad viskas veiktu, tereikia savo programoje pasirašyti callbacką:

void USBH_HID_EventCallback(USBH_HandleTypeDef *phost)
{
char txt_buf[100];
char t[4];
 
strcpy(t,"[x]");
	if(USBH_HID_GetDeviceType(phost) == HID_MOUSE)  // if the HID is Mouse
	{
		HID_MOUSE_Info_TypeDef *Mouse_Info;
		Mouse_Info = USBH_HID_GetMouseInfo(phost);  // Get the info
		int8_t dX_Val = Mouse_Info->x;  // get the delta x value (note unsigned - signed conversion)
		int8_t dY_Val = Mouse_Info->y;  // get the delta y value
 
		int len = sprintf (txt_buf, "dX=%d, dY=%d, Button1=%d, Button2=%d, Button3=%d\r\n", dX_Val, dY_Val, Mouse_Info->buttons[0],Mouse_Info->buttons[1], Mouse_Info->buttons[2]);
		user_usb_tx((uint8_t *) txt_buf,len);
	}
	if(USBH_HID_GetDeviceType(phost) == HID_KEYBOARD)
	{
 
		HID_KEYBD_Info_TypeDef *Keyboard_Info;
		Keyboard_Info = USBH_HID_GetKeybdInfo(phost);  // get the info
		txt_buf[0]=0;
		unsigned char i;
		for(i=0;i<6;i++)
		{
		if(Keyboard_Info->keys[i] != OLDKEYS[i] )
			{
				if (Keyboard_Info->keys[i]==0) {strcat(txt_buf,"UPKEY:"); hex8(txt_buf,OLDKEYS[i]);t[1]=Scan2Char(OLDKEYS[i]); strcat(txt_buf,t);}
				else if (OLDKEYS[i]==0) {strcat(txt_buf,"DOWNKEY:"); hex8(txt_buf,Keyboard_Info->keys[i]);t[1]=Scan2Char(Keyboard_Info->keys[i]); strcat(txt_buf,t);}
				else {strcat(txt_buf,"ERR:"); hex8(txt_buf,Keyboard_Info->keys[i]); strcat(txt_buf,"-");hex8(txt_buf,OLDKEYS[i]);}
			}
			OLDKEYS[i]=Keyboard_Info->keys[i];
		}
		strcat(txt_buf,"\r\n");
		user_print_usb( txt_buf);
	}
}

Pačiam HID reporte visada transliuojami visi nuspausti klavišai, todėl, jei reikia susiderinti su PS2 ar senesniu standartu, reikia tikrinti, koks klavišas nuspaustas ir koks paleistas. Ta daro ciklas 24-33 eilutėse.
Rezultatas:

UPKEY:12[o]
DOWNKEY:13[p]
UPKEY:13[p]
DOWNKEY:2F[[]
UPKEY:2F[[]
DOWNKEY:30[]]
UPKEY:30[]]
DOWNKEY:31[\]
UPKEY:31[\]
DOWNKEY:04[q]
DOWNKEY:16[s]
DOWNKEY:07[d]
DOWNKEY:09[f]


DOWNKEY:2C[ ]
UPKEY:16[s]
UPKEY:07[d]
UPKEY:09[f]
UPKEY:04[q]
UPKEY:2C[ ]
DOWNKEY:0B[h]
UPKEY:0B[h]

Visas demo softo source code čia: STM32CubeMX USB host HID demo source code.