Умные часы на arduino, поддерживающие bluetooth

Шаг 10. Программируем

Если вы этого еще не сделали — скачайте и установите Arduino IDE.

Добавить поддержку Sparkfun Pro Micro

Следуйте инструкциям по установке, чтобы добавить поддержку плат Sparkfun: https://github.com/sparkfun/Arduino_Boards

После установки поддержки не забудьте выбрать правильную плату в Arduino IDE:

Сервис -> Плата -> SparkFun Pro Micro (Tools -> Board -> SparkFun Pro Micro)

Сервис -> Процессор -> ATmega32U4 (3,3 В, 8 МГц) (Tools -> Processor -> ATmega32U4 (3.3V, 8MHz))

Библиотека Adafruit RTClib

Используйте Arduino IDE Library Manager для установки RTClib: https://www.arduino.cc/en/guide/libraries

Библиотека Arduino GFX

Добавьте библиотеку Arduino_GFX в Arduino IDE: https://github.com/moononournation/Arduino_GFX.git

Если вы никогда этого не делали, то просто добавьте библиотеку из GitHub, — нажмите зеленую кнопку «Клонировать или скачать», а затем «Скачать ZIP». Далее в Arduino IDE выберите меню: Эскиз -> Включить библиотеку -> Добавить библиотеку .ZIP … -> выберите загруженный файл ZIP (англ.: Sketch -> Include Library -> Add .ZIP Library… -> ZIP).

Библиотека LowPower

Добавьте библиотеку Arduino_GFX в Arduino IDE: https://github.com/rocketscream/Low-Power.git

Установка такая же, как описано выше.

Основной код часов Arduino  — Watch Core

Пожалуйста, используйте Arduino IDE, скомпилируйте и загрузите RTClibSetRTC.ino, чтобы инициализировать время в RTC. А затем скомпилируйте и загрузите Arduino_Watch.ino.

Дизайн печатной платы с использованием сервиса EasyEDA

В этом разделе статьи мы рассмотрим проектирование печатной платы для нашего проекта бинарных часов на светодиодах. Если вам это не интересно, то вы можете просто пропустить этот раздел.

Для проектирования печатной платы для нашего проекта мы выбрали онлайн-сервис EasyEDA, который, по нашему мнению, является очень удобным в подобных вопросах. Он является проектом с открытым исходным кодом и содержит много подложек (footprints). После создания печатной платы в сервисе EasyEDA можно достаточно дешево заказать ее изготовление. На этом же сервисе по изготовлению печатных плат продается достаточно много различных электронных компонентов, которые можно заказать вместе с изготовлением своей печатной платы. Конечно, для жителей стран СНГ этот сервис может быть не очень интересен, но все же решил не удалять ссылку на него при переводе статьи с сайта-источника.

При проектировании печатной платы в EasyEDA вы можете сделать проект своей печатной платы общедоступным чтобы другие пользователи могли скачивать и редактировать его. К примеру, макет печатной платы для рассматриваемого в этой статье проекта бинарных часов на светодиодах доступен по адресу:

Вы можете посмотреть печатную плату в этом сервисе со всех сторон, используя опцию ‘Layers’.

Вы также можете посмотреть как будет выглядеть плата после изготовления, используя кнопку Photo View в EasyEDA.

Сравнение популярных модулей RTC DS1302, DS1307, DS3231

В этой таблице мы привели список наиболее популярных модулей и их основные характеристики.

Название Частота Точность Поддерживаемые протоколы
DS1307 1 Гц, 4.096 кГц, 8.192 кГц, 32.768 кГц Зависит от кварца – обычно значение достигает 2,5 секунды в сутки, добиться точности выше 1 секунды в сутки невозможно. Также точность зависит от температуры. I2C
DS1302 32.768 кГц 5 секунд в сутки I2C, SPI
DS3231 Два выхода – первый на 32.768 кГц, второй – программируемый от 1 Гц до 8.192 кГц ±2 ppm при температурах от 0С до 40С.

±3,5 ppm при температурах от -40С до 85С.

Точность измерения температуры – ±3С

I2C

Примеры работы для Espruino

В качестве примера подключим дисплей к управляющей плате Iskra JS.

Подключение к Iskra JS

Для коммуникации понадобится Breadboard Half и соединительные провода «папа-папа».

Вывод Обозначение Пин Iskra JS
1 GND GND
2 VCC 5V
3 VO GND
4 RS P11
5 R/W GND
6 E P12
7 DB0
8 DB1
9 DB2
10 DB3
11 DB4 P5
12 DB5 P4
13 DB6 P3
14 DB7 P2
15 VCC 5V
16 GND GND

Вывод текста

Для вывода программы приветствия, воспользуйтесь скриптом:

hello-amperka.js
// создаём переменную для работы с дисплеем
// HD44780 — контроллер монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев
var lcd = require("HD44780").connect(P11,P12,P5,P4,P3,P2);
// печатем первую строку
lcd.print("Hello world");
// устанавливаем курсор в колонку 0, строку 1
// на самом деле это вторая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(, 1);
// печатаем вторую строку
lcd.print("Do It Yourself");

Кирилица

Вывод кирилицы на дисплей с помощью платформы Iskra JS доступен через встроенную в дисплей таблицу знакогенератора.

Таблица знакогенератора

Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора, которые состоят из различных символов и букв.

Для вывода символа на дисплей необходимо передать его номер в шестнадцатеричной системе из таблицы знакогенератора.

Так букве соответствует код в шестнадцатеричной системе. Чтобы передать на экран строку «Яndex», необходимо в явном виде с помощью последовательности встроить в строку код символа:

lcd.print("\xB1ndex");

Вы можете смешивать в одной строке обычные символы и явные коды как угодно. Единственный нюанс в том, что после того, как компилятор в строке видит последовательность , он считывает за ним все символы, которые могут являться разрядами шестнадцатеричной системы даже если их больше двух. Из-за этого нельзя использовать символы из диапазона и следом за двузначным кодом символа, иначе на дисплее отобразится неправильная информация. Чтобы обойти этот момент, можно использовать тот факт, что две строки записанные рядом склеиваются.

Сравните две строки кода для вывода надписи «Яeee»:

lcd.print("\xB1eee"); // ошибка
lcd.print("\xB1"+"eee"); // правильно

Используя полученную информацию выведем на дисплей сообщение «Привет, Амперка!»:

hello-amperka-rus.js
// создаём переменную для работы с дисплеем
// HD44780 — контроллер монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев
var lcd = require("HD44780").connect(P11,P12,P5,P4,P3,P2);
// устанавливаем курсор в колонку 5, строку 0
// на самом деле это первая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(5, );
// печатаем первую строку
lcd.print("\xA8"+"p"+"\xB8\xB3"+"e\xBF");
// устанавливаем курсор в колонку 3, строку 1
// на самом деле это вторая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(3, 1);
// печатаем вторую строку
lcd.print("o\xBF"+" A\xBC\xBE"+"ep\xBA\xB8");;

Переключение страниц знакогенератора

Дисплейный модуль хранит в памяти две страницы знакогенератора. По умолчанию установлена нулевая страница. Для переключения между страницами используйте методы:

// переключение с нулевой страницы на первую
command(0x101010);
// переключение с первой страницы на нулевую
command(0x101000);

Дисплей не может одновременно отображать символы разных страниц.

Рассмотрим пример, в котором одна и та же строка будет отображаться по-разному — в зависимости от выбранной страницы.

change-page.js
// создаём переменную для работы с дисплеем
// HD44780 — контроллер монохромных жидкокристаллических знакосинтезирующих дисплеев
var lcd = require("HD44780").connect(P11,P12,P5,P4,P3,P2);
// создаём переменную состояния
var state = false;
// устанавливаем курсор в колонку 5, строку 0
// на самом деле это первая строка, т.к. нумерация начинается с нуля
lcd.setCursor(5, );
// печатаем первую строку
lcd.print("\x9b\x9c\x9d\x9e\x9f");
 
setInterval(function() {
  // каждую секунду меняем переменую состояния
  state = !state;
  // вызываем функцию смены адреса страницы
  lcdChangePage();
}, 1000);
 
function lcdChangePage () {
  if (state) {
    // устанавливаем 0 станицу знакогенератора (стоит по умолчанию) 
    lcd.write(0b101000, 1);
  } else {
    // устанавливаем 1 станицу знакогенератора
    lcd.write(0b101010, 1);
  }
}

Полную таблицу символов с кодами можно найти в документации к экрану.

Работа схемы

Схема устройства представлена на следующем рисунке.

Плата Arduino управляет всеми процессами на этой схеме: она принимает данные от GPS модуля, извлекает дату и время из строки $GPRMC и показывает их на экране ЖК дисплея.

Контакты данных ЖК дисплея D4, D5, D6, D7 подсоединены к контактам 5, 4 , 3, 2 Arduino, а контакты управления ЖК дисплея RS и EN подсоединены к контактам 7 и 6 Arduino. Контакт передачи Tx GPS модуля подсоединен к контакту Rx (pin 10) платы Arduino (мы этот контакт сделаем входом последовательного порта с помощью соответствующей бибблиотеки). Контакты земли GPS модуля и платы Arduino соединены вместе. В данной схеме мы использовали GPS модуль SKG13BL, функционирующий на скорости 9800 бод/с, плату Arduino (ее последовательный порт) также можно сконфигурировать на работу со скоростью 9800 бод/с с помощью команды “Serial.begin(9800)”.

Что за идея

Ранее мы делали один сложный проект с цифровыми часами, о котором мы расскажем в следующих уроках, и нашли в процессе несколько проблем. После этого мы решили поделиться этой проблемой со всеми. Основная проблема в том как оценивается длительность секунды.

По факту — сделать правильную секунду в цифровых часах не так просто. Нужно правильно работать с циклами. Мы нашли много комментариев на англоязычных сайтах:

На скриншоте выше видно, что код реализован таким образом, что теперь инкремент s будет выполняться каждую 1 секунду и не больше, в зависимости от времени выполнения цикла loop{}.

В связи с этим резисторы и потенциометры мы полностью удалили.

Кнопки настройки времени вы можете использовать встроенные в микросхему ATmega328P.

pinMode(hs, INPUT_PULLUP) избегает использования внешнего Pullup. Подробнее о INPUT_PULLUP читайте в нашем Справочнике программиста Ардуино.

Избегайте потенциометра ЖК-дисплея.

Контрастность ЖК-дисплея может быть установлена с помощью сигнала PWM (Широтно-импульсная модуляция (ШИМ, англ. pulse-width modulation (PWM))) Arduino.

То же самое для подсветки, которая питается сигналом ШИМ (PWM) Arduino, поэтому её можно установить как вкл/выкл с помощью Arduino.

Общие сведения об OLED дисплеях

OLED означает “Organic Light emitting diode“, что переводится как органический светоизлучающий диод, или, более коротко – органический светодиод. OLED дисплеи для радиолюбителей изготавливаются по той же самой технологии, что и большинство современных телевизоров, но имеют гораздо меньше пикселов по сравнению с ними. Но устройства на их основе (в том числе и с использованием Arduino) смотрятся потрясающе.

В нашем проекте мы будем использовать монохромный 7-пиновый SSD1306 0.96” OLED дисплей. Причина, по которой мы выбрали данный дисплей, заключается в том, что он может работать с тремя разными протоколами связи, трехпроводный SPI (Serial Peripheral Interface — последовательный интерфейс) режим, четырехпроводный SPI режим и режим IIC. В данной статье мы рассмотрим его подключение по четырехпроводному SPI режиму как самому скоростному из приведенных.

Контакты дисплея и выполняемые ими функции описаны в следующей таблице.

Номер контакта Название контакта Альтернативное название контакта Назначение контакта
1 Gnd Ground земля
2 Vdd Vcc, 5V напряжение питания (в диапазоне 3-5 В)
3 SCK D0, SCL, CLK контакт синхронизации (clock pin). Применяется в интерфейсах I2C и SPI
4 SDA D1, MOSI контакт данных. Применяется в интерфейсах I2C и SPI
5 RES RST, RESET контакт сброса модуля. Применяется в интерфейсе SPI
6 DC A0 контакт команд (Data Command pin). Применяется в интерфейсе SPI
7 CS Chip Select (выбор чипа) используется когда несколько устройств взаимодействуют по интерфейсу SPI

Сообществом Arduino разработано достаточно много библиотек для работы с подобными дисплеями. Мы выбрали из них библиотеку Adafruit_SSD1306 как весьма простую и в то же время содержащую достаточно много полезных функций. Но если ваш проект имеет жесткие ограничения по памяти/скорости, то тогда вам лучше использовать библиотеку U8g поскольку она работает быстрее и занимает меньше места в памяти.

Скетч

Следующий тестовый скетч напечатает сообщение «Hello World!». Далее разберем его работу по подробнее.

//  подключаем библиотеку LiquidCrystal:
#include <LiquidCrystal.h>

// Создаем LCD объект. Выводы: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

void setup() 
{
  // устанавливаем количество столбцов и строк на дисплея:
  lcd.begin(16, 2);

  // Очищаем LCD дисплей 
  lcd.clear();
}

void loop() 
{
  // Печатаем сообщение на LCD.
  lcd.print(" Hello world!");

  // устанавливаем курсор на столбец 0, строка 1
  // (примечание: строка 1 - вторая строка, так как отсчет начинается с 0):
  lcd.setCursor(0, 1);
  // Печатаем сообщение на LCD.
  lcd.print(" LCD Tutorial");
}

Объяснение кода:

Скетч начинается с подключения библиотеки LiquidCrystal. Как упоминалось ранее в этом руководстве, в сообществе Arduino есть библиотека LiquidCrystal, которая облегчает использование LCD дисплеев. Вы можете узнать больше о библиотеке LiquidCrystal на официальном сайте Arduino .

//  подключаем библиотеку LiquidCrystal:
#include <LiquidCrystal.h>

Далее мы должны создать объект LiquidCrystal. Этот объект использует 6 параметров и указывает, какие выводы Arduino подключены к выводам RS, EN и выводам данных: d4, d5, d6 и d7.

// Создаем LCD объект. Выводы: (rs, enable, d4, d5, d6, d7)
LiquidCrystal lcd(12, 11, 5, 4, 3, 2);

Теперь, когда мы объявили объект LiquidCrystal, мы можем получить доступ к специальным методам (или функциям), специфичным для ЖК-дисплея.

В функции setup() мы будем использовать две функции: первая функция begin(). В ней указываются размер дисплея, т.е. количества столбцов и строк. Если вы используете 16 × 2 символьный ЖК-дисплей, укажите параметры 16 и 2, если вы используете ЖК-дисплей 20 × 4, укажите параметры 20 и 4.

Вторая функция  clear()  очищает экран и перемещает курсор в верхний левый угол.

  // устанавливаем количество столбцов и строк на дисплея:
  lcd.begin(16, 2);
  // Очищаем LCD дисплей 
  lcd.clear();

В функции loop() мы используем функцию print(), выводящая сообщение, которое мы видим в первой строке экрана.

// Печатаем сообщение на LCD.
lcd.print(" Hello world!");

После этого мы переводим курсор на вторую строку, вызвав функцию setCursor(). Позиция курсора указывает место, где вам нужно отобразить новый текст на дисплее. Верхний левый угол считается col = 0, row = 0.

lcd.setCursor(0, 1);
lcd.print(" LCD Tutorial");

Библиотека Arduino для работы с DS1307

DS1307 легко подключается к любому микроконтроллеру с питанием логики 5 В и возможностью I2C подключения. Мы рассмотрим подключение и использование этого модуля с Arduino .

Будем использовать библиотеку RTClib для получения и настройки показаний с DS1307. Если у вас есть вопросы по учтановке дополнительных библиотек Arduino — ознакомьтесь с этой инструкцией .

В статье рассмотрен пример часов реального времени от Adafruit, но вы можете с тем же успехом использовать китайские аналоги. Принцип работы и подключения не отличается.

  • КУПИТЬ Arduino Uno R3 ;
  • КУПИТЬ Breadboard ;
  • КУПИТЬ модуль часов реального времени DS1307 ;

На часах реального премени 5 пинов: 5V, GND, SCL, SDA и SQW.

  • 5V используется для питания чипа модуля часов реального времени, когда вы делаете к нему запрос для получения данных о времени. Если сигнал 5 В не поступает, чип переходит в «спящий» режим.
  • GND — общая земля. Обязательно подключается в схему.
  • SCL — контакт i2c часов — необходим для обмена данными с часами реального времени.
  • SDA — контакт, по которому через i2c передаются данные с часов реального времени.
  • SQW дает возможность настроить вывод данных в виде square-wave. В большинстве случаев этот контакт не используется.

Если вы настроили аналоговый пин 3 (цифровой 17) в режим OUTPUT и HIGH, а аналоговый пин 2 (цифровой 16) в режим OUTPUT и LOW, вы можете запитывать часы реального времени непосредственно от этих контактов!

Подключите аналоговый пин 4 на Arduino к SDA. Аналоговый пин 5 на Arduino подключите к SCL.

Код

Код проекта вы можете скачать или скопировать ниже. Код содержит комментарии. Обычно мы рекомендуем копировать код из скачанного файла, т.к. при копировании могут выявляться некоторые ошибки.

Также не забываем, что мы в самом начале подключаем библиотеку LiquidCrystal, которую вы можете скачать в разделе Библиотеки на нашем сайте.

/*
 ###  Самые простые часы на Arduino UNO ###

 Для проекта часов нужны только жк-дисплей 16х2 LCD и 2 кнопки
 Никаких потенциометров для контраса, никаких резисторов 
 Функции кнопок:
 
 - короткое нажатие одной из кнопок включает подсветку на 30 с
 
 Настройка времени
 - Нажмите H для увеличения Часов
 - Нажмите M для увеличения Минут и сброса секунд
*/

#include "LiquidCrystal.h"

// Определяем соединение ЖК-дисплея с цифровыми контактами
const int rs = 2, en = 3, d4 = 4, d5 = 5, d6 = 6, d7 = 7;
LiquidCrystal lcd(rs, en, d4, d5, d6, d7);

// Настройка контрастности ЖК
int cs=9;// пин 9 для контраста ШИМ
const int contrast = 100;// контраст по умолчанию

// Начальное отображение времени 12:59:45 PM
int h=12;
int m=59;
int s=45;
int flag=1; //PM

// Кнопки установки времени
int button1;
int button2;

// Определение пинов для Кнопок установки времени
int hs=0;// pin 0 для настройки Часов
int ms=1;// pin 1 для настройки Минут

// Тайм-аут подсветки 
const int Time_light=150;
int bl_TO=Time_light;// Тайм-аут подсветки
int bl=10; // Пин подсветки
const int backlight=120; // НЕ БОЛЕЕ 7mA !!!

// Для точного считывания времени используйте часы реального времени Arduino, а не только задержку delay()
static uint32_t last_time, now = 0; // RTC

void setup()
{
  lcd.begin(16,2);
  pinMode(hs,INPUT_PULLUP);// избегать внешних Pullup резисторов для кнопки 1
  pinMode(ms,INPUT_PULLUP);// и кнопки 2
  analogWrite(cs,contrast);// Настроить контрастность VO
  analogWrite(bl,backlight);// Включить подсветку 
  now=millis(); // читать начальное значение RTC  
}

void loop()
{ 
  lcd.begin(16,2);// каждую секунду
// Обновить ЖК-дисплей
// Вывести время TIME в Hour, Min, Sec + AM/PM (часы, минуты, секунды)
 lcd.setCursor(0,0);
 lcd.print("Time ");
 if(h<10)lcd.print("0");// всегда 2 цифры
 lcd.print(h);
 lcd.print(":");
 if(m<10)lcd.print("0");
 lcd.print(m);
 lcd.print(":");
 if(s<10)lcd.print("0");
 lcd.print(s);

 if(flag==0) lcd.print(" AM");
 if(flag==1) lcd.print(" PM");
 
 lcd.setCursor(0,1);// для Line 2
 lcd.print("Precision clock");

// улучшенная замена delay(1000) 
// гораздо лучшая точность, менее зависимая от времени выполнения цикла

for ( int i=0 ;i<5 ;i++)// сделать 5-кратный цикл 200 мс, для более быстрого ответа кнопок
{
  while ((now-last_time)<200) //задержка delay 200ms
  { 
    now=millis();
  }
 // внутренний цикл 200ms
 last_time=now; // готовим следующий цикл 

 // read Setting Buttons (читаем кнопки настройки)
 button1=digitalRead(hs);// Read Buttons
 button2=digitalRead(ms);

 //Время подсветки 
 bl_TO--;
 if(bl_TO==0)
 {
  analogWrite(bl,0);// ВЫКЛ подсветки
  bl_TO++;
 }
 
 // Нажмите что-либо, чтобы активировать подсветку 
 if(  ((button1==0)|(button2==0)) & (bl_TO==1)  )
 {
  bl_TO=Time_light;
  analogWrite(bl,backlight);
  // дождитесь отпускания кнопки
  while ((button1==0)|(button2==0))
  {
   button1=digitalRead(hs);// Read Buttons
   button2=digitalRead(ms);
  }
 }
 else
 // Поведение Кнопки 1 или Кнопки 2 пока подсветка ВКЛ 
 {
  if(button1==0){
   h=h+1;
   bl_TO=Time_light;
   analogWrite(bl,backlight);
  }

 if(button2==0){
  s=0;
  m=m+1;
  bl_TO=Time_light;
  analogWrite(bl,backlight);
  }

/* ---- управлять секундами, минутами, часами am / pm ----*/
 if(s==60){
  s=0;
  m=m+1;
 }
 if(m==60)
 {
  m=0;
  h=h+1;
 }
 if(h==13)
 {
  h=1;
  flag=flag+1;
  if(flag==2)flag=0;
 }

 if((button1==0)|(button2==0))// Обновить дисплей, если нажата кнопка
 {
  // Обновить ЖК
  // Вывести время TIME в часах, минутах, секундах + AM/PM
  lcd.setCursor(0,0);
  lcd.print("Time ");
  if(h<10)lcd.print("0");// всегда 2 цифры
  lcd.print(h);
  lcd.print(":");
  if(m<10)lcd.print("0");
  lcd.print(m);
  lcd.print(":");
  if(s<10)lcd.print("0");
  lcd.print(s);

  if(flag==0) lcd.print(" AM");
  if(flag==1) lcd.print(" PM");
 
  lcd.setCursor(0,1);// для Line 2
  lcd.print("Precision clock");
 }

 } // end if else
}// end for

// outer 1000ms loop (завершение цикла)
 s=s+1; //увеличение секунд
        
// ---- управлять секундами, минутами, часами + am/pm ----
 if(s==60){
  s=0;
  m=m+1;
 }
 if(m==60)
 {
  m=0;
  h=h+1;
 }
 if(h==13)
 {
  h=1;
  flag=flag+1;
  if(flag==2)flag=0;
 }  
// Loop end (конец цикла)
}

Модуль часов реального времени DS3231

Внешний вид данного модуля представлен на следующем рисунке.

Модуль предназначен для хранения времени и даты даже когда общее питание схемы выключено – для этой цели в его состав входит элемент питания CR2032. В состав модуля DS3231 входит также датчик температуры, поэтому его можно использовать в различных встраиваемых устройствах, например, в цифровых часах с индикатором температуры и т.д. Модуль работает по интерфейсу I2C. На нашем сайте вы можете посмотреть следующие проекты с использованием данного модуля:

  • автоматический напоминатель приема лекарств на Arduino;
  • автоматическая кормушка для животных на Arduino;
  • логгер данных (температуры, влажности) на SD карту и компьютер с помощью Arduino.

Назначение контактов (распиновка) модуля DS3231 приведена в следующей таблице.

Наименование контакта Назначение контакта
VCC напряжение питания
GND общий провод (земля)
SDA контакт последовательной передачи данных (I2C)
SCL контакт синхронизации (тактирования) (I2C)
SQW выход прямоугольного сигнала (программируемый меандр)
32K выход меандра с частотой 32.768кГц

Теперь перейдем непосредственно к схеме нашего проекта.

Кухонный таймер Ардуино с энкодером

Сейчас рассмотрим, как сделать таймер на Ардуино своими руками с энкодером и LCD. Принцип управления, подобен предыдущему варианту. Поворотом ручки энкодера можно задать необходимый временной интервал, а нажатием на ручку можно запускать и останавливать обратный отсчет времени. Далее размещена схема сборки проекта на Arduino Nano, этот проект можно собрать и на плате Arduino Uno.

Скетч таймера обратного отсчета времени

#include <Wire.h>                              // библиотека для протокола I2C
#include <LiquidCrystal_I2C.h>        // библиотека для LCD 1602 
LiquidCrystal_I2C LCD(0x27, 20, 2);  // присваиваем имя дисплею

#include <RotaryEncoder.h>                // библиотека для энкодера
RotaryEncoder encoder(4, 2);       // пины подключение энкодера (DT, CLK)

// задаем шаг энкодера, максимальное и минимальное значение
#define STEPS  1
#define POSMIN 0
#define POSMAX 30

int lastPos, newPos;
boolean buttonWasUp = true;

byte w = 0;

int SEC = 0;
int MIN = 0;
unsigned long timer;

void setup() {
   pinMode(6, INPUT_PULLUP);   // пин для кнопки энкодера
   encoder.setPosition(0 / STEPS);

   pinMode(10, OUTPUT);   // подключаем светодиод и зуммер
   pinMode(12, OUTPUT);
   digitalWrite(10, HIGH);

   LCD.init();                        // инициализация дисплея
   LCD.backlight();              // включение подсветки

   LCD.setCursor(2, 0);
   LCD.print("TIMER  STOP");
   LCD.setCursor(5, 1);
   LCD.print(MIN);
   LCD.print(" : ");
   LCD.print(SEC);
}

void loop() {

   // проверяем положение ручки энкодера
   encoder.tick();
   newPos = encoder.getPosition() * STEPS;
   if (newPos < POSMIN) {
      encoder.setPosition(POSMIN / STEPS);
      newPos = POSMIN;
   }
   else if (newPos > POSMAX) {
      encoder.setPosition(POSMAX / STEPS);
      newPos = POSMAX;
   }

   // если положение изменилось - меняем переменную MIN и выводим на дисплей
   if (lastPos != newPos) {
      MIN = newPos;
      lastPos = newPos;
      LCD.clear();
      LCD.setCursor(2, 0);
      LCD.print("TIMER  STOP");
      LCD.setCursor(5, 1);
      LCD.print(MIN);
      LCD.print(" : ");
      LCD.print(SEC);
   }

   // если была нажата кнопка энкодера запускаем отсчет времени
   boolean buttonIsUp = digitalRead(6);
   if (buttonWasUp && !buttonIsUp && MIN > 0) {
      delay(10);
      buttonIsUp = digitalRead(6);
      if (!buttonIsUp) {
         if (SEC == 0) { SEC = 60; MIN = MIN - 1; }
         if (MIN < 0 ) { MIN = 0; }
         digitalWrite(10, LOW);
         w = 1;
      }
   }
   buttonWasUp = buttonIsUp; // запоминаем состояние кнопки

   while (w == 1 ) {
      // если прошло 995 мс - вычитаем одну секунду от переменной SEC
      if (millis() - timer > 993) {
         timer = millis();
         SEC = SEC - 1;
 
      // если отсчет закончился - обнуляемся, включаем сигнал и выходим из цикла
      if (SEC == 0 && MIN == 0) {
         lastPos = 0; newPos = 0; MIN = 0; SEC = 0;
         LCD.clear();
         LCD.setCursor(2, 0);
         LCD.print("TIMER  STOP");
         LCD.setCursor(5, 1);
         LCD.print(MIN);
         LCD.print(" : ");
         LCD.print(SEC);
         digitalWrite(10, HIGH);
         tone(12, 100);
         delay(500);
         noTone(12);
         w = 0;
      }

      // если секунды дошли до нуля - вычитаем одну минуту
      if (SEC == 0 && w==1) {
         SEC = 59; MIN = MIN - 1;
         if (MIN < 0 ) { MIN = 0; }
      }

      // если из цикла while еще не вышли - выводим информацию на дисплей
      if (w == 1) {
         LCD.clear();
         LCD.setCursor(2, 0);
         LCD.print("TIMER START");
         LCD.setCursor(5, 1);
         LCD.print(MIN);
         LCD.print(" : ");
         LCD.print(SEC);
      }
    }

    // если была нажата кнопка - обнуляем переменные и выходим из цикла
    buttonIsUp = digitalRead(6);
    if (buttonWasUp && !buttonIsUp) {
       delay(10);
       buttonIsUp = digitalRead(6);
       if (!buttonIsUp) {
          lastPos = 0; newPos = 0; MIN = 0; SEC = 0;
          LCD.clear();
          LCD.setCursor(2, 0);
          LCD.print("TIMER  STOP");
          LCD.setCursor(5, 1);
          LCD.print(MIN);
          LCD.print(" : ");
          LCD.print(SEC);
          digitalWrite(10, HIGH);
          w = 0;
       }
    }
    buttonWasUp = buttonIsUp; // запоминаем состояние кнопки
  }
}

Пояснения к коду:

  1. частоту звукового сигнала можно изменить через команду tone();
  2. для скетча потребуется установить библиотеку RotaryEncoder.

Программирование таймеров в плате Arduino UNO

В этом проекте мы будем использовать прерывание переполнения таймера (Timer Overflow Interrupt) и использовать его для включения и выключения светодиода на определенные интервалы времени при помощи установки заранее определяемого значения (preloader value) регистра TCNT1 с помощью кнопок. Полный код программы будет приведен в конце статьи, здесь же рассмотрим его основные части.

Для отображения заранее определяемого значения используется ЖК дисплей, поэтому необходимо подключить библиотеку для работы с ним.

Анод светодиода подключен к контакту 7 платы Arduino, поэтому определим (инициализируем) его как ledPin.

Затем сообщим плате Arduino к каким ее контактам подключен ЖК дисплей.

Установим заранее определенное значение (preloader value) равное 3035 – это будет соответствовать интервалу времени в 4 секунды. Формула для расчета этого значения приведена выше в статье.

Затем в функции void setup() установим режим работы ЖК дисплея 16х2 и высветим приветственное сообщение на нем на несколько секунд.

Затем контакт, к которому подключен светодиод, установим в режим вывода данных, а контакты, к которым подключены кнопки – в режим ввода данных.

После этого отключим все прерывания.

Далее инициализируем Timer1.

Загрузим заранее определенное значение (3035) в TCNT1.

Затем установим коэффициент деления предделителя равный 1024 при помощи конфигурирования битов CS в регистре TCCR1B.

Разрешим вызов процедуры обработки прерывания переполнения счетчика с помощью установки соответствующего бита в регистре маски прерываний.

Теперь разрешим все прерывания.

Теперь процедура обработки прерывания переполнения счетчика будет отвечать за включение и выключение светодиода с помощью функции digitalWrite. Состояние светодиода будет меняться каждый раз когда будет происходить прерывание переполнения счетчика.

В функции void loop() предварительно загружаемое значение увеличивается и уменьшается на 10 (инкрементируется и декрементируется) при помощи кнопок в схеме. Также это значение отображается на экране ЖК дисплея 16х2.