Czołówka astronomiczna - ATTiny13A: jeden timer, jeden przycisk i jeden kB pamięci flash

[pmochocki]

Od lat nie bawiłem się elektroniką, bo ostatnio pochłonęło mnie nowe hobby: astronomia. Należy dodać, że chodzi o obserwacje wizualne: czyli czekamy na moment kiedy jest nów i nie ma chmur, bierzemy teleskop i wywozimy na jakąś ciemną miejscówkę, czekamy aż wzrok zaadoptuje się do ciemności i oglądamy wszechświat w postaci mgławic, galaktyk i gromad gwiazd. Tylko te wszystkie skarby wszechświata trzeba odnaleźć. Tu z pomocą przychodzą atlasy gwiazd. Ale aby taki atlas oglądać po ciemku potrzebne jest światło. Tylko nie białe, ale czerwone i niezbyt intensywne, aby nie stracić adaptacji wzroku, bo nici z obserwacji na około 30-45min.

Kupiłem w Decathlonie czołówkę z czerwoną diodą LED, ale w gratisie dodałem też białe światło i niestety tylko jeden przycisk. Krótkie naciśniecie powodowało: OFF -> czerwone -> białe -> białe intensywne -> OFF. Jak czołówka była włączona długie naciśnięcie wyłączało ją. Jak się możecie domyśleć nie raz w pośpiechu po odnalezieniu obiektu w atlasie, chciałem szybko spojrzeć przez teleskop i zamiast nacisnąć długo, nacisnąłem krótko i białe światło zmarnowało mi 30 minut obserwacji. Zacząłem się rozglądać za czołówką z oddzielnym przyciskiem dla diody białej i czerwonej, ale w sumie w zależności od jakości miejscówki (ciemności miejsca obserwacji), warto mieć możliwość doregulowania sobie intensywności światła czerwonego. Takich czołówek nie ma, więc stwierdziłem, że zrobię sobie sam. Jako, że na co dzień moje życie jest związane z programowaniem, myślałem na początku o jakimś projekcie na podstawie NE555, aby od programowania odpocząć. Ale po pierwszych próbach stwierdziłem, że nie ma się co męczyć. Jest teraz Arduino i ATTiny można kupić z 3zł więc nie ma się co zastanawiać.

Wybrałem ATTiny13A w obudowie SOIC-8 ponieważ dokładnie w takiej obudowie siedział układ scalony w tej czołówce. Tranzystory do sterowania LEDów były poza tym układem scalonym. Wystarczyło więc tylko podmienić układ, no i przeciąć kilka ścieżek oraz zrobić zworki. Podsumowując - pod względem mechanicznym pestka.

Więc po latach przerwy w zabawie mikrokontrolerami myślę sobie, że teraz dzięki Arduino, przecież każdy może programować. Teraz to są gotowe biblioteki, wszystko podane na tacy. Przysłowiowe 10 linijek kodu i wszystko będę miał zaprogramowane. Biorę sobie więc pierwszą bibliotekę wskazaną przez wujka Google, którą łatwo odróżnić czy przycisk jest naciśnięty długo czy krótko - ezButton. Dodaje PWM dla diody i ... ZONG:

Program, który zapala diodę LED na 50% jasności i odczytuje stan przycisku za pomocą biblioteki nie mieści się w 1kB pamięci. No tak zapomniałem jaki stary jestem... współcześnie nie robi się już prostych rzeczy. Telefon służy do grania, a zegarek liczy kroki i spalane kalorie.

Już myślałem, że będę musiał instalować całe AVR Studio i kombinować, ale okazało się, że IDE Arduino potrafi obsługiwać programy napisane w stylu "old school". Gdyby ktoś był zainteresowany samym programem może go znaleźć tu https://github.com/pmochocki/astro-headlamp Całą logikę udało się zmieścić na 458 bajtach: 

Martwiłem się trochę jaki będzie pobór prądu zgaszonej czołówki. Mikrokontroler musi przecież wykryć naciśnięcie przycisku. Na szczęście udało się zejść z poborem prądu do około 100nA. Piszę około bo jest to wartość na granicy mierzalności mojego multimetru, który wyświetla 0.1uA.

Najwięcej zabawy było jak na jednym timerze obsługiwać PWM, debounce przycisku i wykrywanie jego długości naciśnięcia. Na PWM podszedł timer, a  przycisk jest obsługiwany zwykłym opóźnieniem. Metoda przeze mnie zastosowana jest prymitywna i siłowa, więc jakby ktoś miał jakiś fajny pomysł jak to zrobić lepiej, to chętnie się czegoś nowego nauczę. Przy każdym IFie obsługującym przycisk dodałem komentarz:  https://github.com/pmochocki/astro-headlamp

Jedyny przycisk w mojej czołówce działa teraz następująco: krótkie naciśniecie: on/off. Długie naciśniecie rozjaśnij, jeszcze raz długie naciśniecie przyciemnij, itd... Nie mogę zamieścić video, więc może animowany gif następnym razem.

Na koniec warto może dodać, że aby uzyskać takie zużycie prądu podczas gdy latarka jest wyłączona konieczne było użycie trybu power down i wybudzanie przerwaniem. Niestety nie było to takie proste. Po set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN) a przed funkcją sleep() musiałem dodać opóźnienie. Poniżej kod - dla zwiększenia czytelności, zbędna logikę zakomentowałem // ... //.

Zwrocie proszę uwagę na: Additional 200ms before power down mode

    // endless loop
    while(1)
    {               
        if(push_button())
        {
            _delay_ms(400);
            if(KEY_DOWN)    // if after 400ms + debuncing the button is pressed - it is a long press
            {               // this means we will adjust the red led brightness
                // ... //
                set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);    // in long press mode we allways go to idle mode
                long_press = 1;
            }
            else    // the button was pressed but shortly or released during 400ms after changing brightness
            {
                if(!long_press)   // the button was pressed but shortly - on/off case
                {
                    if(OCR0A)     // led was on - switch it off and go to power down mode 
                    {
                        OCR0A = 0;
                        set_sleep_mode(SLEEP_MODE_PWR_DOWN);
                        _delay_ms(200);    // Additional 200ms before power down mode
                    }
                    else          // led was off - switch it on and go to idle mode
                    {
                        OCR0A = brightness_level[brightness_index];
                        set_sleep_mode(SLEEP_MODE_IDLE);
                    }      
                }
                // ... //
            }
        }
        // ... //
        // go to sleep - the mode was already set 
        sleep();  
    }
}

funkcja sleep wygląda tak:

// puts mc to sleep - sleep mode (SLEEP_MODE_IDLE/SLEEP_MODE_PWR_DOWN) is set outside 
// this function using set_sleep_mode() - not the prettiest solution. 
void sleep(void)
{
    sleep_enable();
    sei();          //Activate Interrupts

    sleep_cpu();
    //and wake up
    cli();          //Deactivate Interrupts
    sleep_disable();  
}

Jakby ktoś wiedział skąd potrzeba takiego opóźnia byłbym bardzo wdzięczy za wyjaśnienie  

W planach jest jeszcze dorobienie obsługi białej diody LED. Kod już jest, ale nie przetestowany, bo tranzystor został spalony jak źle przeciąłem ścieżkę. 

PS: Jak każdy wie, ma nic prostszego niż jeden przycisk: 

 

Edytowano Październik 16, 2021 przez pmochocki

[_LM_]

Link do gita nie działa, wrzuć może tutaj cały kod.

Cytat

Jedyny przycisk w mojej czołówce działa teraz następująco: krótkie naciśniecie: on/off. Długie naciśniecie rozjaśnij, jeszcze raz długie naciśniecie przyciemnij, itd...

Czy rozjaśnianie i przyciemnianie jest do 100% czy do 50? Nie wiem czy to masz tam w kodzie ale można jeszcze bardziej obniżyć pobór prądu wyłączając wewnętrzny komparator analogowy. Chyba że z niego korzystasz 

 _delay_ms(400);
_delay_ ....

skoro używasz timerów to najpewniej te delaye można pominąć. A na czas oczekiwania również usypiać mikrokontroler

Edytowano Październik 16, 2021 przez _LM_

[ethanak]

6 minut temu, _LM_ napisał:

Link do gita nie działa

Jak wywalisz kropkę która się przykleiła to zadziała...

@pmochocki co powinieneś jak najszybciej zrobić (edycja)!

BTW fajnie, że ktoś znajduje sensowne rozwiązania dla takich maleństw

 

[pmochocki]

21 minut temu, _LM_ napisał:

Link do gita nie działa, wrzuć może tutaj cały kod.

Link poprawiony - wkradła się kropka na końcu linka.

21 minut temu, _LM_ napisał:

Czy rozjaśnianie i przyciemnianie jest do 100% czy do 50?

    // red led brightness levels - the led brightness is not changing linear but exponential 
    uint8_t brightness_level[] = {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255};  // used 9 values from 2^n 

 

21 minut temu, _LM_ napisał:

Nie wiem czy to masz tam w kodzie ale można jeszcze bardziej obniżyć pobór prądu wyłączając wewnętrzny komparator analogowy.

    // Initialization
    // Disabling unused staff to save power
    cli();                                  // Deactivate Interrupts      
    GIMSK |= (1<<INT0);                     // Enable INT0 interrupt
    ADCSRA &= ~(1<<ADEN);                   // By writing it to zero, the ADC is turned off
    ACSR |=  (1<<ACD);                      // When this bit is written logic one, the power to the Analog
                                            // Comparator is switched off
    WDTCR &= ~(1<<WDTIE);                   // Disabling the Watchdog Timer. Just in case WDTON fuse is programmed.
    // BOD - Ensure it is disabled using the fuses. It can not be changed from the program brightness_level.

 

21 minut temu, _LM_ napisał:

skoro używasz timerów to najpewniej te delaye można pominąć.

Timer jest tylko jeden i jest użyty do PWM - pewnie nieprecyzyjnie to opisałem.

21 minut temu, _LM_ napisał:

A na czas oczekiwania również usypiać mikrokontroler

On śpi cały czas: jest albo "idle" albo "power down" - przycisk go wybudza przerwaniem.
EDIT: Oczywiście nie jest to do końca prawda. Aby wykryć czy przycisk jest wciśnięty długo czy krótko i do debounce używam delay. Ale 99.9% czasu czołówka świeci albo nie świeci i wtedy ATTiny jest idle/power down.

Edytowano Październik 16, 2021 przez pmochocki

[_LM_]

uint8_t brightness_level[] = {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255};  // used 9 values from 2^n 

zapisałbym 

uint8_t brightness_level = 1;
brightness_level = (1<<step);
step 0...7 ;)

 

[pmochocki]

9 minut temu, _LM_ napisał:

uint8_t brightness_level[] = {1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255};  // used 9 values from 2^n 

zapisałbym 

uint8_t brightness_level = 1;
brightness_level = (1<<step);
step 0...7 ;)

 

A co z 255?
W sumie nie napisałem, ale pierwotnie był plan taki, aby liczbę stanów troszkę zmniejszyć i zatrzymać tylko te najczęściej używane. Jednak na obserwacjach jestem tak pochłonięty oglądaniem, że zawsze zapominam sprawdzić i zapisać jakie poziomy jasności używałem.

[_LM_]

1 godzinę temu, pmochocki napisał:

A co z 255?

No tak mój błąd, można zapisać:

OCR0 = (255 >> (7 - step));

Wtedy pwm zmieni się 1..255

1 godzinę temu, pmochocki napisał:

W sumie nie napisałem, ale pierwotnie był plan taki, aby liczbę stanów troszkę zmniejszyć i zatrzymać tylko te najczęściej używane.

W istocie trzy, max cztery poziomy jasności wystarczą, w takim przypadku zastosowanie tablicy pwm jest niezbędne.

[ethanak]

11 godzin temu, pmochocki napisał:

okazało się, że IDE Arduino potrafi obsługiwać programy napisane w stylu "old school"

Można również pisać całość w czystym C. Trick: plik .ino zostawiasz pusty, a tworzysz jakiś plik z rozszerzeniem .c (tylko nie o tej samej nazwie co szkic bo mu się pokiełbasi) i tam wrzucasz kod.

Poza tym nie wiem jaki masz OS na kompie, u mnie na Linuksie nie trzeba instalować żadnego AVR Studio, wystarczy avr-libc, avrdude, binutils-avr i gcc-avr. Na dobrą sprawę nawet nie trzeba tego wszystkiego instalować (niezależnie od systemu), można skorzystać z tego, co jest we flakach Arduino IDE, ale instalacja dużo nie kosztuje a nie jest zależna od jakichś arduinowych wynalazków. Wtedy masz komfort posługiwania się starym dobrym make

 

[pmochocki]

6 godzin temu, _LM_ napisał:

No tak mój błąd, można zapisać:

OCR0 = (255 >> (7 - step));

Wtedy pwm zmieni się 1..255

Bardzo fajna konstrukcja. 

6 godzin temu, ethanak napisał:

Można również pisać całość w czystym C. Trick: plik .ino zostawiasz pusty, a tworzysz jakiś plik z rozszerzeniem .c (tylko nie o tej samej nazwie co szkic bo mu się pokiełbasi) i tam wrzucasz kod.

Dzięki za wskazówkę. 

6 godzin temu, ethanak napisał:

Poza tym nie wiem jaki masz OS na kompie, u mnie na Linuksie nie trzeba instalować żadnego AVR Studio, wystarczy avr-libc, avrdude, binutils-avr i gcc-avr. Na dobrą sprawę nawet nie trzeba tego wszystkiego instalować (niezależnie od systemu), można skorzystać z tego, co jest we flakach Arduino IDE, ale instalacja dużo nie kosztuje a nie jest zależna od jakichś arduinowych wynalazków. Wtedy masz komfort posługiwania się starym dobrym make

W sumie to ja użyłem Arduino Uno do programowania ATTiny, więc arduinowe wynalazki mi się przydały. Używałem laptopa żony z Windowsem, który pożyczyła mi na dwa wieczory. Na służbowym nie mogę instalować takich rzeczy. 

8 godzin temu, ethanak napisał:

fajnie, że ktoś znajduje sensowne rozwiązania dla takich maleństw

ATTiny jest jak jak dobry skrypt. Piszesz go (na niego) w jeden lub dwa wieczory, a potem używasz latmi. 

[_LM_]

26 minut temu, pmochocki napisał:

ATTiny jest jak jak dobry skrypt. Piszesz go (na niego) w jeden lub dwa wieczory, a potem używasz latmi. 

Potwierdzam, pracują u mnie dwa takie typki i "robią robotę" jak należy, ten starszy już z 7 lat