Projekt zegarka opartego na GPS zamiast DS3231/DS1307

[pawel26021995]

Projekt zegarka opartego na GPS jako module czasu rzeczywistego. Po kilku testach układów DS1307 oraz DS3231 stwierdziłem, że nie są one wystarczająco precyzyjne; każdy z nich po jakimś czasie gubi parę minut. Testowałem układy zakupione w Polsce i w Chinach – każdy zachowywał tak samo, uje stąd pomysł na wykorzystanie modułu GPS jako źródła czasu rzeczywistego. Cena modułu GPS w Chinach to około 8 zł, więc porównywalnie do ceny układów DS. Zastosowanie LED-ów WS2812B 5V pozwala na tworzenie różnych animacji i wybór kolorów spośród 16 777 216 możliwości oraz wybór jasności 0–255. W ostatecznej wersji programu pozostałem przy jednym kolorze, który najbardziej mi odpowiada. Program umożliwia łatwą zmianę koloru i ilości użytych diod. Zastosowano 28 modułów LED WS2812B 8-bitowych tworzących wyświetlacze 7-segmentowe: LED-y 0–7 – segment a, 8–15 – segment b itd. Każde 8 LED-ów tworzy osobny wyświetlacz i jest podłączone do innego wyjścia Arduino. Podzielone są na dziesiątki godzin, godziny, dziesiątki minut i minuty oraz dwukropek, który jest zrobiony z dwóch diod LED WS2812B z taśmy LED. Ponieważ jasność diod LED w nocy może być oślepiająca, zastosowałem warunek, który zmienia jasność diod LED na 10 w godzinach 20–6. Można też całkowicie wyłączyć zegarek w tych godzinach. Minimalna jasność dobrze się sprawdza w nocy, w szczególności po przebudzeniu. Strefa czasowa jest ustawiona na stałe na +1 względem czasu UTC. Strefę czasową można zmienić za pomocą komunikacji szeregowej, wysyłając żądaną wartość. Program korzysta ze standardowych bibliotek NeoPixel oraz TinyGPS++. Całość przyklejona jest do plexy z podświetlania z zepsutego monitora. Podgrzana hotair aby była plastyczna do formowania w kształt V. Podłączenie jest tak proste, że nie potrzeba schematu. Całkowity koszt budowy zegarka około 50zł kupując części w chinach. Zachęca do wspierania Polskich sklepów takich jak botland.

Opis programu:

//wykorzystane biblioteki do obsługi GPS oraz ledów ws2812.

#include <Adafruit_NeoPixel.h&gt;
#include <TinyGPS++.h&gt;

// Definicja segmentów ósemki (po 8 LED na segment)
const uint8_t segments[8][8] = {
{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}, // Segment A
{8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15}, // Segment B
{16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23}, // Segment C
{24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31}, // Segment D
{32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39}, // Segment E
{40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47}, // Segment F
{48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55} // Segment G
};

W tym miejscu można dowolnie zmieniać ilość zastosowanych ledów podzielonych na segmenty.

// Mapowanie cyfr na segmenty (0 = wyłączony, 1 = włączony)
const uint8_t digitMap[10][7] = {
{1, 1, 1, 1, 1, 1, 0}, // 0
{0, 1, 1, 0, 0, 0, 0}, // 1
{1, 1, 0, 1, 1, 0, 1}, // 2
{1, 1, 1, 1, 0, 0, 1}, // 3
{0, 1, 1, 0, 0, 1, 1}, // 4
{1, 0, 1, 1, 0, 1, 1}, // 5
{1, 0, 1, 1, 1, 1, 1}, // 6
{1, 1, 1, 0, 0, 0, 0}, // 7
{1, 1, 1, 1, 1, 1, 1}, // 8
{1, 1, 1, 1, 0, 1, 1} // 9
};

Tworzenie mapy ledów tak, aby cały segment 8 LED był wykorzystywany jako jeden LED.

uint8_t newBrightness = (hour >= 20 || hour < 6) ? 2 : 10;//Operator trójargumentowy działa w postaci: warunek ? wartość_jeśli_prawda : wartość_jeśli_fałsz;

Sprawdzanie aktualnego czasu i dostosowywanie jasności zegara.

// Funkcja wyświetlająca czas na wszystkich ósemkach
void displayTime(int hour, int minute, int second) {
displayDigit(strip1, hour / 10, strip1.Color(100, 100, 0)); // Dziesiątki godzin
displayDigit(strip2, hour % 10, strip2.Color(100, 100, 0)); // Jedności godzin
displayDigit(strip3, minute / 10, strip3.Color( 100, 100, 0)); // Dziesiątki minut
displayDigit(strip4, minute % 10, strip4.Color(100, 100, 0)); // Jedności minut
}

Podział czasu na dziesiątki i jedności oraz wybór koloru.

Zdjęcia projektu:

 

Dla porównania zegarek oparty o DS1307 ustawiony 01.02.2025 równo z GPS, spieszy o około 1,5 minuty.

 

Cały program można pobrać z Google dysku

7egment_ws2812b_gps_nano.zip

• Arduino nano
• LED WS2812B
• GPS

[ethanak]

Jedna uwaga: brak automatycznego uwzględniania zmiany czasu. Reszta OK.

[jand]

5 minut temu, ethanak napisał:

brak automatycznego uwzględniania zmiany czasu

Powiem więcej - nie mogę się dopatrzeć w programie jakiejkolwiek możliwości zmiany strefy czasowej.

[orb777]

Projekt fajny, ale dodałbym to, o czym wspominają przedmówcy, wtedy zegar będzie bardziej bezobsługowy. Wyliczanie stref względem utc jest proste, +/- 1h na każde 15 stopni długości geograficznej. Letnia/zimowa zmiana czasu - tu jest trochę więcej roboty, jeżeli zegar miałby być "ogólnoświatowy". Dla samej Polski nie będzie skomplikowane, ostatnia niedziela marca/października, ale nie w każdym kraju tak jest.

W opisie podałeś link do gps od "waveshare", ale na zdjęciu jest "ublox neo-6m". Sprawdzałeś może jego dokładność przy oknie? Mam neo-8m, ale przy oknie "gubi" pozycję na ~10-15m, czasem 20.

Edytowano Luty 27, 2025 przez orb777

[farmaceuta]

13 minut temu, orb777 napisał:

Sprawdzałeś może jego dokładność przy oknie? Mam neo-8m, ale przy oknie "gubi" pozycję na ~10-15m, czasem 20.

Zazwyczaj w mieszkaniu nie chce załapać fix'a a jak się uda to są duże odchyłki w pozycji...sprawdź ile satelit złapałeś, dla przykładu w autopilocie modelarskim GPS musi złapać minimum 6 satelit żeby brać pod uwagę pozycję 

[pawel26021995]

@orb777 caly zegarek mam ponad 1m od okna i nie było z nim problemów, podczas programowania i testów był około 2-3m od okna i też dobrze działał

[orb777]

@pawel26021995 , dzięki. Chociaż czas/data są szybciej (i łatwiej) uzyskiwane w mieszkaniu niż pozycja, z tego co zauważyłem na 8m.

 

@farmaceuta , i to by się zgadzało. Nie chcę offtopować autorowi w jego wątku, ale bazując na $GNGGA (poz 6 i 7), $GNGSA (poz 2):

$GNGGA,124638.00,****.*****,N,*****.*****,E,2,12,0.80,133.4,M,34.8,M,,0000*4A\r\n

$GNGSA,A,3,18,16,23,26,27,10,15,08,,,,,1.36,0.67,1.18*12\r\n

Czyli fix jest (3D, DGPS) + 12 używanych satelit. Generuję link do google maps za pomocą ich api, sprawdzam na mapie i... błąd wynosi średnio 8-15 m względem aktualnej pozycji.

Edytowano Luty 27, 2025 przez orb777
+$GNGSA

[pawel26021995]

@ethanak @jand

Na początku kodu jest strefa czasowa na stałe ustalona, można to zmieniać 

//Zmienna strefy czasowej

int timezoneOffset = 1; // Przesunięcie czasowe względem UTC w godzinach

[jand]

Oczywiście że można to zmienić, ale program trzeba przekompilowaći i wgrać na nowo.

Dwa razy w roku.

Edytowano Luty 27, 2025 przez jand

[kostuch]

2 godziny temu, farmaceuta napisał:

Zazwyczaj w mieszkaniu nie chce załapać fix'a a jak się uda to są duże odchyłki w pozycji...sprawdź ile satelit złapałeś, dla przykładu w autopilocie modelarskim GPS musi złapać minimum 6 satelit żeby brać pod uwagę pozycję 

Do czytania czasu z gps nie musisz mieć fixa. Wystarczy że jest jakiś tam sygnał z jednego satelity.

U mnie pod blaszanym dachem NEO6 widzi średnio 8 satelitów nawet w pochmurną pogodę.

 

Apropo strefy czasowej, to chyba widziałem jakąś bibliotekę do obsługi - podaje się kraj i sama przelicza.

 

[ethanak]

Czyli są kraje w których to nie zadziała

[farmaceuta]

2 godziny temu, kostuch napisał:

Do czytania czasu z gps nie musisz mieć fixa. Wystarczy że jest jakiś tam sygnał z jednego satelity.

Tak tak..zgadza się odpowiedź moja była w stronę pobierania pozycji 

@orb777 jest taki program do konfiguracji GPS który się nazywa u-center, można tam zmienić wszystko...być może masz coś nie tak w konfiguracji jak sobie więcej przypomnę to Cię poinformuję

[kostuch]

23 godziny temu, ethanak napisał:

Czyli są kraje w których to nie zadziała

Jakie to kraje? Jak masz na myśli Trumpoland z kilkoma strefami, to też działa.

https://github.com/JChristensen/Timezone

[ethanak]

Jest kilka krajów gdzie offset nie jest pełną godziną.

[kostuch]

Jak na szybko patrzyłem w kod, to offset podaje się w minutach.

Więc takie wynaturzenia jak w np Nepalu, też są obsługiwane.