Elektronika

Stopky v4.1

Po poměrně dlouhém vývoji přináším tuto novou verzi stopek nejen pro hasiče. Tato nová verze sebou přináší mnoho nového a to včetně mikropočítače (ATMEGA32U4), na kterém stopky běží. Vyšel jsem z dlouholeté zkušenosti se zakázkovými stopkami a integroval všechny nejčastěji žádané funkce. Stopky jsou velmi dobře přizpůsobitelné, takže je možno pouhou změnou programu (firmware) upravit jejich funkcionalitu.

 

PCB	B-0090
Napájecí napětí	8-15V DC (na polaritě záleží: střední kolík +)
Odběr proudu interní	cca 100mA
Odběr proudu externí	max 1,5A
Pojistka interní	0,75A vratná
Pojistka externí	2A automobilová mini
Rozlišení displeje (interní LCD)	59:59:999 (MM:VV:SSS)
Displej interní (LCD)	LCD 2x16 znaků (podsvícený)
Rozlišení displeje (interní LED)	59:59:99 (MM:VV:SS) (volitelně – není nutný)
Displej interní (LED)	Jednořádkový sedmisegmentový LED
Rozlišení displeje (externí)	59:59:99 (MM:VV:SS) (volitelně – není nutný)
Displej externí	Dvouřádkový z LED pásků
Vstupy	opticky oddělené (START, RESET, STOP-L, STOP-P)
Souhrnný vstup	RJ45 obsahující START, STOP-L, STOP-P
Diagnostika	Test konfigurace vstupů dle zvoleného režimu
Provozní režimy	3 (blíže dále v textu)
Propojení s PC	USB 9600bps (omezená funkcionalita)
Ukládání měřených časů	Do PC nebo na SD kartu (nepodporuje ve free verzi)

Popis konstrukce:

Stopky jsou určeny k měření času ve třech provozních režimech:
 
1. Běžný hasičský útok. V tomto režimu bude měřen čas ve dvou drahách (terčích). Tento čas bude zobrazen jak na malém LCD, tak na velkém externím displeji. Čas každé dráhy je zobrazován na jednom řádku displeje. Po spuštění stopek v tomto režimu naskočí na spodních řádcích displejů odečet 5ti minut (05:00). Tento čas je uživatelsky editovatelný (viz dále nastavení stopek). Malý LCD ještě v prvním řádku píše nápis Priprava muzstva. Velký displej je komplet zhasnutý krom spodního řádku s odpočtem. Po uplynutí odpočtu naskočí na malém displeji již časy jednotlivých drah a stejně tak na displeji externím. Pokud bude třeba spustit odečet 5minut znovu je to možno tlačítkem RESET (vstup IN2). Samotné spuštění stopek je možno provést vstupem IN1, nebo tlačítkem START přímo na stopkách. Po spuštění měření již vstup IN1 (START) nereaguje a čeká se na ukončení měření v obou drahách vstupy IN3 a IN4 (STOP-L a STOP-P). Pokud je dosažen patřičný terč, je čas v dané dráze zastaven. Spuštění stopek je možno i stiskem START nebo vstupem IN1 počas odpočtu 5ti minut. Reset stopek je možný kdykoli tlačítkem RESET. Po jeho stisku dojde vždy k ukončení jakéhokoli měření a naskočí odečet 5ti minut. Aby mohl naskočit odečet 5ti minut je nutné, aby byly oba terče (jejich spínače) v LOG-0. Jinak bude na LCD zobrazeno chybové hlášení Terc X: ERORR. Chybu na terči je třeba odstranit a potom bude automaticky vymazáno chybové hlášení z displeje a stopky budou připraveny k měření.
 
2. Start/STOP. Je druhý režim, při kterém se používá pouze spodní řádek displejů. Po přepnutí do tohoto režimu stopky zobrazí v druhém řádku na LCD čas 00:00:000. Na externím displeji se zobrazí na druhém řádku 00:00:00. Všechny ostatní zobrazovače jsou zhaslé. Spuštění stopek se provede stiskem tlačítka START nebo přivedením LOG-1 na vstup IN1. Následně je vstup IN1 po dobu 5s blokován (odečet tohoto času se spouští až uvolněním tlačítka START nebo přechodem vstupu IN do LOG-0. Jde o ochranu, aby se stopky nezastavily v případě poruchy spouštěcího mechanizmu). Tento čas je uživatelsky editovatelný (viz dále nastavení stopek). Po uplynutí tohoto času je možno opětovným stiskem tlačítka START nebo IN1 měření ukončit. Reset stopek se provede opět tlačítkem RESET.
 
3. Start/STOP separé. Je třetí režim, který je stejný jako režim 2 s tím rozdílem, že pro spuštění stopek se použije tlačítko START nebo vstup IN1 a pro ukončení se použije vstup IN3 nebo IN4 (STOP-L nebo STOP-P).

Ovládání stopek:

Stopky se ovládají pomocí vstupů na zadním panelu, případně tlačítky na víku krabičky. K dispozici jsou 4 vstupy (tlačítka) START (IN1), STOP-L (IN3), STOP-P (IN4) a RESET (IN2). Přivedením signálu na patřičný vstup dojde podle jeho funkce buď ke spuštění (START) nebo zastavení (STOP) měření. Stiskem (RESET) dojde k vynulování stopek.
Stopky si před spuštěním měření (po jejich resetu) kontrolují stav na vstupech STOP, zda není přítomen signál. Pokud by zde byl signál přítomen (stisknuto některé tlačítko STOP, nebo vybaven patřičný vstup IN) je to vyhodnoceno jako chyba a na displeji se místo času zobrazí nápis: Terc X: ERORR. Po odstranění závady se chybové hlášení samo smaže.

Externí displej:

Ke stopkám je možno pomocí výstupu J1 připojit externí displej až o 6ti znacích ve dvou řádcích. Zobrazovány jsou následující hodnoty z interního displeje: 59:59:99 (minuty:vteřiny:setiny). Nejsou tedy zobrazovány tisíciny vteřin, neb to většinou není potřeba a displej by se tak zbytečně prodražil. Taktéž pokud je uznáno, že není třeba zobrazovat desítky minut, nemusí se tento zobrazovač také osadit. Stopky nemají s displejem žádnou zpětnou vazbu, takže je jedno kolik čísel si osadíte do velkého displeje. Stopky budou vždy posílat data všechna a displej si vybere, co je třeba zobrazit.
Více o externím displeji najdete na webu:
https://www.sakul.cz/velky-displej-nejen-pro-stopky/n

Napájení stopek:

Stopky je možno napájet pouze z USB, pokud jsou připojeny k PC. Nicméně pro plnohodnotný provoz je doporučeno používat napájecí napětí v rozsahu 8-12V přivedené do konektoru US2. Jde o běžný napájecí DC konektor 5/2.1mm, přičemž střední kolík je vždy kladné napětí a vnější plášť je vždy GND.
Pokud připojujete do vstupů IN1-IN4 (případně do souhrnného konektoru J7/RJ45) nějaké optické snímače jako třeba laserové závory je vhodné, aby bylo napájecí napětí v rozsahu 12-15V kvůli správnému napájení těchto snímačů. Při nižším napájení nemusejí pracovat spolehlivě. Vždy to zkontrolujte s doporučením výrobce daného snímače.
 
Propojení s PC přes USB:
Stopky je možno propojit s PC pomocí USB kabelu. Aby mohla být zachycena data, jež stopky do PC posílají, je nutné na PC spustit vhodný program. Jako doporučený program je Hyperterminal, jež je součástí dokumentace. Tento program dokáže veškerá přijímaná data ukládat do textového souboru. Výhodou je to, že vidíme všechny přijatá data na rozdíl od displeje stopek, kde jsou zobrazeny pouze data aktuálního závodu.
Stopky tuto možnost nemusí podporovat (momentálně nepodporují).

Nastavení stopek:

Stopky je možno nastavovat dvěma způsoby. Ručně pomocí tlačítek a interního LCD displeje, případně vzdáleně přes PC pomocí AT příkazů (stopky jsou k PC připojeny USB kabelem).
Nastavovat lze následující parametry:
Režim provozu - 1 (1-3) Viz předchozí odstavec Popis konstrukce.
Čas odečtu - 5min (0-10 minut) Jde o čas na přípravu družstva.
Čas blokování - 5s (0-30 sekund) Platí pouze pro Režim 2 při ovládání pouze jedním vstupem IN1 (tlačítkem).
Všechny uvedené hodnoty jsou defaultní a lze je měnit v rozsahu uvedeném v závorce.
Možnost ručního nastavení tlačítky:
Do nastavovacího režimu přejdou stopky pouze za předpokladu, že jsou odpojeny od veškerého napájení (jsou vypnuty). V tento moment stiskneme a držíme tlačítko START, a připojíme stopky na napájení. Jakmile se na displeji objeví informace o stopkách, můžeme tlačítko START uvolnit. Poté co stopky zobrazí úvodní informace, přejdou do nastavovacího režimu. Na displeji vidíme v prvním řádku Priprava – 05:00 (čas na přípravu družstva) a blikající kurzor na místě desítek minut. Stiskem tlačítka STOP-L můžeme hodnotu zvedat, případně STOP-P hodnotu snižovat. Přepnutí na další editovatelnou pozici provedeme stiskem tlačítka START. Takto můžeme postupně najet do druhého řádku na Rezim-1 (režim provozu stopek) a Blok-5 (čas blokování pro režim 2). Pokud se dostaneme blikajícím kurzorem na poslední položku, další stisk tlačítka START vrátí kurzor opět na začátek, ale současně proběhne uložení všech aktuálních hodnot do paměti stopek.
Z nastavovacího režimu je možno kdykoli vyskočit stiskem tlačítka RESET. Při opuštění nastavovacího režimu dojde opět k uložení všech hodnot.
Možnost vzdáleného nastavení pomocí PC:
Kdykoli během chodu stopek je možno editovat výše popsané parametry pomocí AT příkazů. Z toho důvodu je potřeba propojit stopky s PC a na PC spustit nějaký terminálový program, který dokáže posílat data bez ukončovacích znaků. Doporučený program je SimpleSerialTerminal (SST). Tento program je součástí dokumentace s již předpřipravenými příkazy. Po spuštění programu SST nastavíme správný COM port, pod kterým jsou stopky připojeny k PC (bližší info v odstavci Propojení s PC přes USB). Komunikační rychlost nastavíme na 9600bps a stiskneme tlačítko OPEN. Tím dojde k připojení ke stopkám a můžeme začít posílat jednotlivé příkazy zapsané v řádcích F1-F6 pomocí patřičného tlačítka SEND.
Podporované příkazy jsou:
1. Režim provozu: (AT-Rezim1*) - Umožňuje nastavit režim stopek přes terminál (USB). Podporované parametry 1-3 (default: AT-Rezim1*).
2. Čas blokování pro režim 2: (AT-Blokovani5*) - Umožňuje nastavit prodlevu mezi spuštěním a ukončením měření, pokud jsou stopky v režimu 2 (ovládání START/STOP jedním tlačítkem). Podporované parametry 1-30 (default: AT-Blokovani5*) hodnota udává čas v sekundách.
3. Čas odečtu (příprava družstva): (AT-Odecet500*) - Nastavuje čas pro přípravu družstva pro režim stopek 1. Hodnotu nastavujeme v rozsahu 1-5959 což odpovídá 1 vteřině až 59:59 min, tedy až 1 hodina. Čas se zadává tedy následovně. Pokud chceme nastavit 15minut a 30vteřin bude zápis vypadat 1530 (15:30). Pro 5 minut bude zápis 500 (5:00). (default: AT-Odecet500*)
4. Výpis konfigurace: (AT-Info*) - Zobrazí všechny dostupné informace o stopkách na terminálu.
5. Uložení konfigurace: (AT-Save*) - Uloží všechny upravené hodnoty do EEPROM. Jinak by se po restartu stopek načetly původní hodnoty.

Schéma zapojení:

Schéma je pouze ilustrativní a odpovídá kompletnímu osazení. Nicméně to nemusí být vždy provedeno. Komponenty jsou osazovány pouze na základě požadavků na funkcionalitu. Proto čtěte veškeré dodatečné informace pro postup osazení.

Osazovací plán:

Stopky jsou zhotoveny na oboustranném plošném spoji.

Konfigurace bezdrátového modulu:

Pokud je použita bezdrátová komunikace například s externím displejem může být použit modul HC11 nebo HC12. Následuje konfigurace těchto modulů. Nicméně jde pouze o ilustrativní hodnoty, které se mohou lišit od skutečnosti. Záleží na tom, jak si dané moduly naprogramujete. Uvedené hodnoty nastavuji já jako výchozí. Podrobný popis těchto modulů a jejich konfiguraci najdete na mém webu: https://www.sakul.cz/bezdratove-moduly
Kanál -             4
Režim -           FU3
BaudRate -     19200bps

Aktualizace firmware:

U této verze stopek je možno jednoduše aktualizovat firmware. Při aktualizaci je nutné stopky propojit s PC přes USB. Na PC spustíme aktualizační utilitu ArduinoBuilder.exe. Vybereme Arduino Leonardo z nabídky Board Type: a kliknutím na tlačítko Load Sketch / HEX otevřeme požadovaný firmware ve formátu HEX. Následným kliknutím na COM port, přes který jsou stopky připojeny k PC, dojde k aktualizaci firmware ve stopkách. Instruktážní video je součástí dokumentace.

Nastavení kontrastu LCD displeje:

Na LCD je zespodu převodník, který převádí I2C komunikaci na display. Na tomto převodníku je malý trimr, kterým je možno nastavovat kontrast displeje. Taktéž je tam 4pinový konektor, kterým se propojuje modul displeje s deskou procesoru. Všechny piny jsou jasně popsány, takže by neměl nastat žádný problém. Obrázek je pouze ilustrativní a může se lišit podle použitého typu převodníku.

Video návody:

Součástí dokumentace stopek jsou i různé video návody, kde je vše podrobně vysvětlováno a názorně předváděno. Proto pokud máte jakékoli nejasnosti s obsluhou a nastavováním stopek určitě shlédněte i tuto formu návodů.

Pro konstruktéry:

V současné době se některé komponenty na desce nepoužívají, neb nejsou ještě zaprogramovány. Ovšem chci upozornit, že ani nikdy nemusí být uvolněn firmware, jež bude všechny komponenty používat. Tato konstrukce vznikla jako nástupce starších variant stopek s tím, že jde hlavně o konstrukci, jež používám pro zakázkové konstrukce. Tedy jako universální základ, kde osazuji pouze komponenty požadované pro danou funkcionalitu.
V seznamu součástek, jež následuje, jsou hvězdičkou (*) označeny komponenty, které se momentálně neosazují. Jejich osazení nebude mít na funkčnost žádný vliv, takže si je osadit můžete a třeba časem pro ně bude doplněna funkcionalita. Drobné součástky jako jsou rezistory, kondenzátory a podobně se osazují vždy, neb na výslednou cenu nemají takřka žádný vliv a zbytečně by v tom byl chaos co osadit a co né. 

Stabilizátor napětí:

Jak jste si jistě ve schématu všimly, jsou použity 3 stabilizátory napětí. Jedním je IC2, který se stará o napájení 3,3V. Ten se běžně nepoužívá, protože toto napětí se používá pro napájení SD karty a ta se neosazuje. Dalšími jsou pak DC1 a IC3. Zde musím upozornit, že se osazuje vždy pouze jeden z nich. Záleží na tom, jaký odběr očekáváte z větve 5V a jaké bude vstupní napětí. Pokud nebudete používat malý interní LED displej připojený do konektoru X3 můžete použít pro napájení větve 5V stabilizátor IC3. Pokud však tento displej použít chcete, doporučuji použít spíše DC/DC měnič DC1, který dokáže dodat podle typu až 1A (v rozpisce je varianta s proudem 0,5A) a hodí se i v případě použití vstupního napájecího napětí na horní hranici (tedy od 12V do nějakých 15-18V). Nikdy tedy nesmí být současně osazeny DC1 a IC3.

Použité displeje:

Kromě externího displeje mohou stopky obsahovat dva displeje interní. Jedním je alfanumerický podsvícený LCD displej o dvou řádcích a 16ti znacích na řádek. Mohou však existovat i varianty s LCD jiných parametrů. Nicméně tyto jiné varianty musí být podporovány firmwarem.
Tento LCD displej musí být ještě vybaven převodníkem komunikace, neboť stopky s ním komunikují po sběrnici I2C. Těchto převodníků existuje celá řada, ale ne každý může být použit. Respektive záleží na tom, který převodník je definován ve firmware. V současné době je nastaven převodník, jež je vyobrazen na obrázku.

Druhý displej je pak založen na sedmisegmentových zobrazovačích. Výhodou tohoto displeje jsou poměrně velká čísla a tím dobrá čitelnost i na větší vzdálenost. Nevýhodou je, že tento displej disponuje pouze jedním řádkem a zobrazuje pouze 6 číslic, takže nejsou zobrazeny tisíciny. Ale to ve většině případů nevadí, neb se jedná pouze o doplňkovou informaci. Bližší informace o tomto displeji lze nalézt zde: www.sakul.cz/serial-led-display-pe10-2015/n/

Závěrečné prohlášení:

Autor této konstrukce se zříká jakékoli odpovědnosti za chování této konstrukce a jakékoli škody, která může vzniknout použitím této konstrukce. Veškerou odpovědnost přebírá provozovatel zařízení.

Co znamená (EA / FINAL) v nadpisu konstrukce:

Jde o zkratku Early Access neboli předběžný přístup. Většina mých projektů začíná fází předběžného přístupu, kdy je daná konstrukce uvolněna (zveřejněna), ale stále nejde o finální provedení. Některé funkce nemusí být ještě integrovány, případně se v konstrukci mohou vyskytovat chyby. Nicméně již jde o použitelnou konstrukci, která se dále vyvíjí a zdokonaluje. V momentě, kdy uznám, že je již vše funkční a odladěné, přechází konstrukce do Finální fáze (označeno jako FINAL). Předem upozorňuji, že konstrukce zveřejněné v režimu EA nemusí nikdy přejít do verze FINAL a nelze reklamovat jejich funkcionalitu. Tím, že si tuto konstrukci pořídíte, zároveň stvrzujete, že jste seznámeni s aktuální funkcionalitou a případnými chybami, jež může konstrukce obsahovat a akceptujete je. 

Technická podpora:

Veškerá podpora pro tuto konstrukci je řešena výhradně formou diskuse. Proto pokud máte jakýkoli dotaz týkající se této konstrukce, obracejte se do fóra:
https://forum.sakul.cz/viewtopic.php?f=10&t=48
https://forum.sakul.cz/viewtopic.php?f=10&t=1115

Dokumentace

No a na závěr si zde můžete stáhnout veškerou dokumentaci pro stavbu. Je zde i projekt pro Eagle a utilita pro update firmware.
DOWNLOAD  - Včetně programu pro procesor.
Diskusi pro tuto konstrukci najdete ZDE.

Aktualizace:
 

Podpořte tuto konstrukci

Pokud Vás tato konstrukce zaujala nebo Vám dobře slouží, můžete ji podpořit volitelnou částkou. Stačí kliknout na tlačítko DONATE, zadat požadovanou částku, kterou chcete přispět na další rozvoj této a jiných konstrukcí, poté stiskněte Update Total a přihlaste se k odeslání příspěvku. Za jakékoli příspěvky předem děkuji a věřím, že zde najdete mnoho dalších zajímavých konstrukcí, které třeba vzniknou právě díky Vám.
Samozřejmě je možno přispět i na bankovní účet: 670100-2208863541/6210

 

 

Prohlášení

Tato konstrukce je z mé hlavy a proto není povoleno bez mého souhlasu přejímání na jiné stránky nebo komerční využití. Je povoleno se pouze odkazovat na tento web a tuto konstrukci. Pro více informací mne stačí kontaktovat. Zároveň nepřebírám jakoukoli odpovědnost za chování zařízení a případné škody způsobené použitím tohoto zařízení, ať by byly jakéhokoli rázu. Zařízení je určeno pouze k užití pro vlastní potřebu. Jakýkoli prodej není bez souhlasu autora možný.