V tomto článku se seznámíte s vynikajícím modulem hodin reálného času napájeným baterií.

S tímto modulem můžete sledovat čas ve svých projektech Arduino i v případě přeprogramování nebo výpadku napájení. Jedná se o jeden z nezbytných prvků pro projekty budíků, alarmů a odečítání odečtů ze senzorů v reálném čase. Jeden z nejpopulárnějších modelů hodin reálného času je DS1307. To je místo, kde se zaměříme. Modul se perfektně hodí k mikrokontrolérům Arduino, které mají logické napájení 5 V.

Vlastnosti modulu od výrobní společnosti Adafruit (Číňané nabízejí podobné možnosti třikrát až čtyřikrát levnější):

• Vše je v ceně: čip, postroj, baterie;
• Snadná montáž a snadné použití;
• Instaluje se na jakékoli prkénko nebo se připojuje přímo pomocí vodičů;
• Existují vynikající knihovny a ukázkové skici;
• Dva otvory pro montáž;
• Doba trvání práce - asi pět let!

Modul hodin reálného času může být již připájen, nebo může být prodáván ve formě samostatných součástek, jejichž pájení zabere asi 15 minut, ne více.

Co jsou hodiny reálného času?

Hodiny reálného času jsou... hodiny. Modul funguje na autonomní napájení – baterie a pokračuje v odpočítávání času, i když dojde ke ztrátě energie na vašem projektu Arduino. Pomocí modulu v reálném čase můžete sledovat čas, i když chcete provést změny v náčrtu a přeprogramovat mikrokontrolér.

Většina mikrokontrolérů, včetně Arduina, má vestavěný čítač času s názvem millis(). V čipu jsou také zabudované časovače, které mohou sledovat delší časové úseky (minuty nebo dny). Proč tedy potřebujete samostatný modul hodin? Hlavním problémem je, že millis() sleduje pouze čas od okamžiku, kdy je Arduino připojeno k napájení. Čili jakmile odpojíte desku, časovač se vynuluje na 0. Vši Arduino neví, co je například čtvrtek nebo 8. března. Z vestavěného počítadla můžete získat pouze „14 000 milisekund uplynulo od posledního zapnutí“.

Vytvořili jste například program a chcete od tohoto okamžiku odpočítávat čas. Pokud vypnete napájení mikrokontroléru, počítadlo času se ztratí. Podobně jako u levných čínských hodinek: když se vybije baterie, začnou ve 12:00 blikat.

V některých projektech Arduino budete potřebovat spolehlivou kontrolu času bez přerušení. Právě v takových případech se používá externí modul hodin reálného času. Čip, který se v takových hodinkách používá, sleduje roky a dokonce ví, kolik dní má měsíc (jediná věc, která se obvykle nebere v úvahu, je přechod na letní a zimní čas, protože tyto převody se liší v různé části světa).

Obrázek níže ukazuje základní desku počítače s hodinami reálného času DS1387. Hodinky používají lithiovou baterii, takže narostly.

Podíváme se na příklad pomocí hodin reálného času DS1307. Jedná se o levný, snadno použitelný modul, který na malou baterii vydrží několik let.

Dokud se baterie v modulu sama nevybije, bude DS1307 udržovat čas, i když je Arduino odpojeno nebo přeprogramováno.

Uzly, které tvoří modul hodin reálného času

Výkres	Označení	Popis	Výrobce	Množství
	IC2	Čip hodin reálného času	DS1307	1
	Q1	32,768 KHz, 12,5 pF krystal	Obecný	1
	R1, R2	1/4W 5% 2,2kohm rezistor červená, červená, červená, zlatá	Obecný	2
	C1	0,1uF keramický kondenzátor	Obecný	1
		5kolíková lišta (1x5)	Obecný	1
	baterie	12mm 3V lithiová baterie	CR1220	1
		12mm držák na mince	Keystone 3001	1
	Platit		Adafruit Industries	1

Sestavení modulu hodin reálného času

Fotografie	Vysvětlivky
	Připravte se na montáž. Zkontrolujte, zda máte všechny potřebné díly a nástroje. Umístěte obvodovou desku do svěráku.
	Naneste trochu pájky na záporný pól baterie.
	Nainstalujte dva odpory 2,2 kΩ a keramický kondenzátor. Jak přesně je uspořádáte, není důležité. Na polaritě nezáleží. Poté nainstalujte krystal (rovněž symetricky), držák (držák) pro baterii a čip hodin reálného času. Čip modulu reálného času musí být instalován tak, aby značka (drážka) na čipu byla umístěna v souladu s označením na desce plošných spojů. Podívejte se pozorně na fotografii vlevo, čip je nainstalován správně.
	Aby držák baterie nevypadl, je lepší jej připájet nahoře. Poté desku otočte a připájejte zbývající kolíky.
	Odstraňte zbývající kontakty z rezistorů, krystalu a kondenzátoru.
	Pokud chcete použít kolíky k montáži modulu na nepájivou desku s plošnými spoji, nainstalujte kolíkovou lištu na prkénko, modul RTC nahoru a připájejte kolíky.
	Nainstalujte baterii. Plochá část baterie by měla být nahoře. V průměru baterie vydrží asi 5 let. I když je baterie vybitá, nenechávejte slot baterie prázdný.

Knihovna Arduino pro práci s DS1307

DS1307 se snadno připojí k jakémukoli mikrokontroléru s 5V logickým napájením a I2C konektivitou. Podíváme se na připojení a použití tohoto modulu s Arduinem.

K získání a konfiguraci odečtů z DS1307 použijeme knihovnu RTClib. Máte-li dotazy ohledně instalace dalších knihoven Arduino, podívejte se na tyto pokyny.

Článek pojednává o příkladu hodin reálného času od Adafruit, ale stejně snadno můžete použít čínské analogy. Princip fungování a zapojení se neliší.

• KOUPIT Arduino Uno R3;
• KOUPIT Breadboard ;
• KOUPIT modul hodin reálného času DS1307;

Na skutečných hodinách je 5 pinů: 5V, GND, SCL, SDA a SQW.

• 5V se používá k napájení čipu modulu hodin reálného času, když se dotazujete na časové údaje. Pokud není přiveden signál 5V, čip přejde do režimu spánku.
• GND - společná zem. Musí být zapojen do obvodu.
• SCL - i2c clock contact - je nezbytný pro výměnu dat s hodinami reálného času.
• SDA je kontakt, přes který se přes i2c přenášejí data z hodin reálného času.
• SQW umožňuje konfigurovat výstup dat ve formě obdélníkové vlny. Ve většině případů se tento kontakt nepoužívá.

Pokud jste nakonfigurovali analogový pin 3 (digitální 17) jako OUTPUT a HIGH a analogový pin 2 (digitální 16) jako OUTPUT a LOW, můžete napájet hodiny reálného času přímo z těchto pinů!

Připojte analogový pin 4 na Arduinu k SDA. Připojte analogový pin 5 na Arduinu k SCL.

Skica pro Arduino

Kontrola hodin reálného času

První skica, která se spustí, je program, který bude číst data z modulu hodin reálného času jednou za sekundu.

Nejprve se podívejme, co se stane, když vyjmeme baterii a vyměníme ji za jinou, zatímco Arduino není připojeno k USB. Počkejte 3 sekundy a vyjměte baterii. V důsledku toho se čip na hodinách reálného času restartuje. Poté vložte kód níže (kód lze také nahrát do Příklady→RTClib→ds1307 v Arduino IDE) a nahrajte jej do Arduina.

Dále budete potřebovat knihovnu OneWire.h, můžete si ji stáhnout

// funkce data a času pomocí hodin reálného času DS1307 připojených přes I2C. Skica používá knihovnu Wire lib

#include <Wire.h>

#include "RTClib.h"

Serial.begin(57600);

if (!RTC.isrunning()) (

Serial.println("RTC NENÍ spuštěno!");

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

DateTime now = RTC.now();

Serial.print("/");

Serial.print("/");

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

Serial.print(" ");

Serial.print(":");

Serial.print(":");

Serial.println();

Serial.print(now.unixtime());

Serial.print("s = ");

Serial.println("d");

// výpočet data: 7 dní a 30 sekund

DateTime future(now.unixtime() + 7 * 86400L + 30);

Serial.print(" now + 7d + 30s: ");

Serial.print(future.year(), DEC);

Serial.print("/");

Serial.print(future.month(), DEC);

Serial.print("/");

Serial.print(future.day(), DEC);

Serial.print(" ");

Serial.print(future.hour(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(future.minute(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(future.second(), DEC);

Serial.println();

Serial.println();

Nyní otevřete okno sériového monitoru a ujistěte se, že je správně nastavena přenosová rychlost: 57600 bps.

V důsledku toho byste v okně sériového monitoru měli vidět něco takového:

Pokud hodiny reálného času ztratí napájení, zobrazí se 0:0:0. Sekundy se přestanou počítat. Po nastavení času začne nové odpočítávání. Z tohoto důvodu nelze baterii vyjmout, když je modul hodin reálného času spuštěný.

Nastavení času na hodinovém modulu

Ve stejné skice odkomentujte řádek, který začíná RTC.adjust:

// řádek níže slouží k nastavení data a času hodin

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

Proces nastavení data a času je velmi elegantní. Tento řádek obsahuje data z vašeho počítadla na vašem osobním počítači (v době, kdy je kód kompilován). Tato data se používají k flashování vašeho modulu hodin reálného času. To znamená, že pokud je čas na vašem PC nastaven špatně, doporučujeme nejprve opravit tuto chybu a poté přejít na flashování hodinového modulu pro Arduino.

Po nastavení otevřete sériový monitor a ujistěte se, že jsou hodiny správně nastaveny:

Všechno. Od nynějška a několik příštích let nebude potřeba DS1307 konfigurovat.

Doba čtení z DS1307

Jakmile jsou hodiny reálného času DS1307 nakonfigurovány, mohou na ně odesílat dotazy. Podívejme se na část náčrtu, která tyto dotazy implementuje.

DateTime now = RTC.now();

Serial.print(nyní.rok(), DEC);

Serial.print("/");

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

Serial.print("/");

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

Serial.print(" ");

Serial.print(now.hour(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(now.minute(), DEC);

Serial.print(":");

Serial.print(now.second(), DEC);

Serial.println();

V podstatě existuje jedna možnost, jak získat čas pomocí hodin reálného času. K tomu použijte funkci now(), která vrací objekt DateTime. Tento objekt obsahuje údaje o roce, měsíci, dni, hodině, minutě a sekundě.

Existuje řada knihoven hodin reálného času, které poskytují funkce jako RTC.year() a RTC.hour(). Tyto funkce vytáhnou samostatně rok a hodinu. Jejich použití však přináší řadu problémů: pokud zadáte požadavek na zobrazení minut najednou, například 3:14:59, to znamená těsně předtím, než by se hodnota minut měla rovnat „15“ (3:15: 00), výsledný údaj bude roven 3:14:00 - to znamená, že ztratíte jednu minutu.

Obecně platí, že použití samostatných funkcí pro vyvolání hodiny nebo roku je oprávněné pouze v případě, že přesnost časového řízení s rozpětím jedné minuty/rok není pro váš projekt kritická (zpravidla je to v případech, kdy se odečítají údaje zřídka - jednou denně, jednou týdně). V každém případě, pokud se chcete vyhnout chybám v odečtech, použijte now() a z přijatých dat extrahujte odečty, které potřebujete (minuty, roky atd.).

Existuje další formát dat, který se můžeme naučit – počet sekund od půlnoci 1. ledna 1970. K tomu slouží funkce unixtime():

Serial.print(" od roku 1970 = ");

Serial.print(now.unixtime());

Serial.print("s = ");

Serial.print(now.unixtime() / 86400L);

Serial.println("d");

Protože jeden den je 60*60*24 = 86400 sekund, můžete výslednou hodnotu převést na dny a roky. Velmi pohodlná možnost, pokud potřebujete sledovat, kolik času uplynulo od poslední žádosti. Pokud například uplynulo 5 minut od posledního přístupu Arduina k hodinám reálného času DS1307, hodnota vrácená funkcí unixtime() bude větší než 300.

Níže zanechte své komentáře, dotazy a podělte se o své osobní zkušenosti. V diskuzích se často rodí nové nápady a projekty!