Dokładny zegar matrycowy z termometrem – zestaw z Chin

W tym roku to już trzeci (i ostatni) zegar do samodzielnego montażu. Opisany niżej układ charakteryzuje się efektownym wyglądem, ciekawymi funkcjami i wysoką dokładnością odmierzanego czasu. Pole odczytowe składa się z matrycy 105 diod led, dzięki czemu prócz cyfr, można też wyświetlać litery i stosować animacje. Zegar jest dość prosty w montażu, mimo zastosowania elementów SMD do montażu powierzchniowego.

Zegar matrycowy z układem DS3231

Zegar został zbudowany w oparciu o dość egzotyczny (jak na nasz rynek) mikrokontroler IAC 15W413S. Dzięki temu, cała “inteligencja” tkwi w oprogramowaniu, a doskonałą dokładnością odmierzanego czasu zajmuję się DS3231 z podtrzymaniem bateryjnym. Cały zestaw, wraz z estetyczną obudową kosztuje w sklepie Banggood około $14. Zegar występuje w kilku wersjach różniacych się kolorem wyświetlacza: biały, czerwony, zielony, niebieski. Ja zdecydowałem się na białe diody LED, nieco obniżyłem sobie cenę punktami i za ok. $12 zegar po miesiącu od zamówienia znalazł się w skrzynce pocztowej. Kupowałem z tego linka: https://goo.gl/2PeM9z. Po rozpakowaniu koperty i “odpiankowaniu” wygląda to tak:

W zestawie znajduje się wszystko – części elektroniczne i mechaniczne wraz z obudową.

Jest nawet kabelek zasilający – zwykły mini USB:

Płytka PCB wygląda naprawdę dobrze i tak samo się lutuje. Jest pomalowana białą soldermaską, a pola lutownicze pokryte dobrej jakości cyną. Przód to praktycznie tylko miejsce na 105 diod LED SMD 5050:

Tył płytki drukowanej to miejsce na pozostałą elektronikę – mikrokontroler, zasilanie, zegar DS3231:

Montaż zegara matrycowego

Na stronie z zegarem (https://goo.gl/2PeM9z) znajduje się link do dokumentacji na google drive. Są tam zdjęcia z kolejnymi etapami montażu. Na pierwszy ogień najbardziej czasochłonna część, wymagająca też staranności – lutowanie diod LED. Na płytce jest ich 105, do zestawu dołączono o 5 więcej. Prace najlepiej zacząć od pocynowania jednego punktu lutowniczego (np. owalnego) każdej diody, co umożliwi wstępne ustalenie jej pozycji na płytce. Następnie montaż diod. I tu uwaga – na laminacie w górnym prawym rogu każdego leda jest kropka. Dioda zawiera wycięcie. Wycięcie musi znajdować się po przeciwnej stronie względem kropki. Czyli kropka w górnym prawym rogu, a wycięcie diody w lewym dolnym:

Żeby nie było monotonnie, ja montowałem sobie ledy wierszami. Polecam po każdym przylutowanym rzędzie przymierzyć czarną matrycę, by sprawdzić czy bez problemu nachodzi na ledy. Jeśli nie, bo któraś dioda jest krzywo, czy użyto zbyt dużo cyny, łatwiej to będzie wychwycić. Po kilkunastu minutach lutowanie przodu PCB skończone:

Teraz czas na tył, nie ma tu dużo części.

Ja zacząłem od mikrokontrolera U1, układu DS3231 U2, scalaki fajnie się lutowało, nie był potrzebny nawet dodatkowy topnik. Następnie rezytory: R1 i R2 o wartości 1MΩ o oznaczeniu 105, R3 do R5 to 10kΩ o oznaczeniu 103. C2 i C4 mają identyczną pojemność 100nF, wejściowy elektrolit C1 to 220μF, C3 za stabilizatorem to 10μF. Jest jeszcze tranzystor i stabilizator, ale nie sposób pomylić je miejscami. Lutując buzzer należy zwrócić uwagę na jego polaryzację. Brak oznaczenia na płytce drukowanej, ale na obudowie brzęczyka jest symbol + i musi on być skierowany w stronę U1. Na koniec można przylutować gniazdko mini USB i pojemnik na baterię podtrzymującą ustawienia zegara.

Zegar prawie gotowy, brakuje obudowy, ale można spróbować go uruchomić:

U mnie wystartował bez problemu, ale w kilku diodach świeciły jedna lub dwie struktury zamiast trzech. Wystarczyło tam poprawić lutownicą (nóżki po jednej stronie diody można zwierać). Jeśli wszystko jest ok, to można zakładać akrylową, półprzezroczystą obudowę. Pierwsza warstwa na tył:

I druga, finalna:

Na przód nakładamy czarną matrycę z naklejoną białą etykietą. U mnie w zestawie były dwie, ale użyłem jedną:

I na to lita, półprzezroczysta płyta:

Na koniec wszystko skręca się dołączonymi czterema śrubami i można podłączyć zasilanie:

Obsługa zegara matrycowego

Zaraz po włączeniu zegar wyświetla naprzemiennie czas:

temperaturę:

miesiąc i dzień:

i nazwę dnia tygodnia (angielski skrót):

Obsługa jest dosyć prosta, dolny przycisk dotykowy (pole lutownicze) po dłuższym dotknięciu uruchamia tryb ustawień, przycisk górny zmienia opcję, a dolny wchodzi do niej:

Time – ustawianie czasu, górny przycisk zmiana wartości, dolny zmiana ustawienia (godziny, minuty sekundy);

Dat -ustawienie daty;

Alar – ustawienie alarmu;

Font – wybór jednego z pięciu krojów fontu;

Disp – wybór animacji;

Midp – wybór rozdzielenia godzin od minut – różne typy dwukropka;

Fmt – tryb 12/24h;

Brh – ustawienie daty urodzin;

Brig – wybór jednego z 5 trybów jasności wyświetlacza

Nagrałem film ze skróconym przeglądem funkcji zegara:

Podsumowanie

Prezentowany zegar kosztuje ok. 50 zł, i jest warty swojej ceny. Dzięki układowi DS3231 bardzo dokładnie odmierza czas, do tego pokazuje temperaturę i datę. Informuje też płynącym napisem o urodzinach, świętach i nowym roku, ale te opcje nie są niezbędne. Estetyczna obudowa może być niezłym uzupełnieniem wystroju pokoju czy kuchni. Zaletą zegara jest bardzo mały pobór prądu na najniższym stopniu jasności, który i tak umożliwia bezproblemowy odczyt. Przez tydzień zegar zużył niecałe 2000mAh z powerbanku. Do wad trzeba zaliczyć różną jasność wyświetlanych kolumn – im więcej ledów w kolumnie jest zapalonych, tym słabiej świecą. Po prostu linia mikrokontrolera jest przeciążona i występuje na niej spadek napięcia. Nie jest to jakoś mocno widoczne, ale jednak.