Часы реального времени, RTC (Trema-модуль)
Общие сведения:
Trema-модуль RTC (DS1307Z) и Trema-модуль RTC (DS3231) — высокоточные энергонезависимые модули, которые можно использовать в таких проектах как часы, будильник, секундомер и т.д., а также, с его помощью, можно запускать Ваши процессы по расписанию.
Trema-модуль RTC (DS1307Z) построен на базе чипа DS1307Z, который снабжен: интерфейсом I2C (частота 100 кГц, адрес 0x68), 64 однобайтными регистрами (56 из которых доступны для хранения данных пользователя), компаратором (для переключения между основным и резервным питанием), блоком подзарядки аккумуляторной батареи. Модуль позволяет считывать: секунды, минуты, часы, дни, дни недели, месяц и год.
Trema-модуль RTC (DS3231) — построен на базе чипа DS3231, который снабжен: интерфейсом I2C, кварцевым резонатором на 32,768 кГц, датчиком температуры (для температурной компенсации кварцевого резонатора), регистрами данных, двумя будильниками, компаратором (контролирующим уровень заряда батареи), блоком подзарядки аккумуляторной батареи и выходами меандра (с фиксированной 32,768 кГц, и программируемой частотой 1,0 Гц — 8,192 кГц). Модуль позволяет устанавливать и считывать: секунды, минуты, часы, дни, дни недели, месяц, год и состояние. Считывать температуру и устанавливать: секунды, минуты, часы, и дни будильников
Видео
Спецификация для чипа DS1307Z:
- Питание модуля: 5 В.
- Напряжение питания батареи: 2,0 .. 3,5 В (номинально 3 В).
- Потребляемый ток (в режиме ожидания): до 200 мкА.
- Потребляемый ток (во время передачи данных): до 1,5 мА.
- Потребляемый ток (во время резервного питания): 300 . 800 нА.
- Тактовая частота шины I2C: до 100 кГц.
- Уровень «0» на шине I2C: -0,5 . 0,8 В.
- Уровень «1» на шине I2C: 2,2 . VСС 0,3 В.
- Рабочая температура: 0 . 70 °C.
- Габариты 30×30 мм.
Спецификация для чипа DS3231:
- Питание модуля: 3,3 В или 5 В (оба напряжения входят в диапазон допустимых значений).
- Потребляемый ток (в режиме ожидания): до 170 мкА.
- Потребляемый ток (во время передачи данных): до 300 мкА.
- Потребляемый ток (во время резервного питания, без передачи данных): до 3,5 мкА.
- Тактовая частота шины I2C: до 400 кГц.
- Уровень «0» на шине I2C: -0,3 . 0,3 * Vcc В.
- Уровень «1» на шине I2C: 0,7 * Vcc . Vcc + 0,3 В.
- Напряжение питания батареи: 2,3 .. 5,5 В (номинально 3,0 В).
- Рабочая температура: 0 . 70 °C.
- Точность хода: ±2 ppm (примерно ± 1 минута в год)
- Габариты 30×30 мм.
Все модули линейки «Trema» выполнены в одном формате
Подключение:
Модуль подключается к аппаратной или программной шине I2C Arduino и имеет адрес 0x68.
Для удобства подключения, предлагаем воспользоваться TremaShield.
Модуль удобно подключать 3 способами, в зависимости от ситуации:
Способ — 1 : Используя проводной шлейф и Piranha UNO
Используя провода «Папа — Мама», подключаем напрямую к контроллеру Piranha UNO.
Способ — 2 : Используя Trema Set Shield
Модуль можно подключить к любому из I2C входов Trema Set Shield.
Способ — 3 : Используя проводной шлейф и Shield
Используя 4-х проводной шлейф, к Trema Shield, Trema-Power Shield, Motor Shield, Trema Shield NANO и тд.
При подключении RTC модулей на базе чипов DS1302, DS1307, DS3231 к другим платам, например, WEMOS D1 mini или WEMOS D1 mini Pro на базе микроконтроллера ESP8266, и т.д. перед подключением библиотеки iarduino_RTC нужно подключить библиотеку Wire, как это описано в разделе Wiki — расширенные возможности библиотек iarduino для шины I2C.
Питание:
- При наличии основного (Vcc = 5 В) и резервного (Vbat = 3 В) источника питания, модули работают от основного источника питания.
- При отсутствии резервного питания, модули работают от основного источника питания.
- При отсутствии основного питания, модули работают от резервного (продолжает отсчитывать время, но не отвечает на запросы по шине I2C).
- При отсутствии основного и резервного питания, модули отключаются и все их регистры сбрасываются.
Подробнее о модулях:
Для работы с RTC модулями на базе чипов DS1302, DS1307, DS3231, . , предлагаем воспользоваться библиотекой iarduino_RTC,
Преимуществом данной библиотеки является удобная реализация получения времени.
Вы можете получать время не только через переменные (для сек., мин., часов., . ), но и одной строкой, указав, что именно в ней должно быть.
Подробнее про установку библиотеки читайте в нашей инструкции..
Примеры:
Вывод времени в Монитор последовательного порта:
Установка времени модуля:
Получение времени в переменные и вывод их в монитор:
Установка системного времени в модуль (времени компьютера):
Будильник:
В библиотеке реализовано 7 функций: 3 основных (begin, settime, gettime) и 4 дополнительных (blinktime, period, settimeUnix, gettimeUnix).
Описание основных функций библиотеки:
Данная библиотека может использовать как аппаратную, так и программную реализацию шины I2C.
О том как выбрать тип шины I2C рассказано в статье Wiki — расширенные возможности библиотек iarduino для шины I2C.
Arduino и часы RTC DS3231
Описание
DS3231 – микросхема часов реального времени, которая при наличии внешнего автономного питания считает время и всегда готова поделиться им с микроконтроллером. Основные характеристики:
- Питание: 2.3.. 5.5V
- Потребление: 180 мкА
- Потребление батарейки: 0.8 мкА
- Считает часы, минуты, секунды, число, месяц, год, день недели
- Встроенный календарь до 2100 года
- Встроенный термометр, точность ±3°С
- Свой автономный источник питания: батарейка CR2025 или
В продаже можно найти несколько вариантов модулей на базе DS3231.
В наборе GyverKIT:
- Партии 0, 1 и 2 комплектовались мини-версией модуля (второй слева на картинке выше)
- Партия 3 и далее – самый левый модуль синего цвета
Подключение
Модуль подключается к шине I2C согласно распиновке микроконтроллера:
- GND > GND
- VCC > VCC
- Arduino: SDA – A4, SCL – A5
- Wemos: SDA – D2, SCL – D1
У мини-версии модуля пины подписаны немного иначе:
Библиотеки
В примерах на этом сайте мы будем использовать microDS3231 как гораздо более лёгкую и оптимальную. Библиотека идёт в архиве к набору GyverKIT, а свежую версию всегда можно установить/обновить из встроенного менеджера библиотек Arduino по названию microDS3231. Краткая документация находится по ссылке выше, базовые примеры есть в самой библиотеке.
Примеры
Чтобы автоматически установить время на модуле, можно прошить следующую программу:
Она установит дату и время, равное времени компиляции программы, то есть текущее. После этого можно работать с модулем, например выведем дату и время разными способами:
Обзор часов реального времени DS1307 (RTC)
Автор: Сергей · Опубликовано 24.11.2016 · Обновлено 13.04.2020
DS1307 это небольшой модуль, предназначенный для подсчета времени. Собранный на базе микросхемы DS1307ZN с реализацией питания от литиевой батарейки (LIR2032), что позволяет работать автономно в течение длительного времени. Также на модуле, установлена энергонезависимая память EEPROM объемом 32 Кбайт (AT24C32). Микросхема AT24C32 и DS1307ZN связаны обшей шиной интерфейсом I2C.
Технические параметры
► Напряжение питания: 5В
► Рабочая температура: – 40℃ … + 85℃
► Память: 56 байт (энергонезависимая)
► Батарейка: LIR2032 (автоматическое определение источника питания)
► Интерфейса: I2C
► Габариты: 28мм х 25мм х 8 мм
Общие сведения
Использовании модуля DS1307 зачастую очень оправдано, например, когда данные считываются редко, интервалом более недели, использовать собственные ресурсы контроллера, неоправданно или невозможно. Обеспечивание бесперебойное питание, например платы Arduino, на длительный срок дорого, даже при использовании батареи.
Благодаря собственной памяти и автономностью, можно регистрировать события, (при автономном питании) например изменение температуры и так далее, данные сохраняются в памяти их можно считать из памяти модуля. Так что модуль DS1307 часто используют, когда контроллерам Arduino необходимо знать точное время, для запуска какого то события и так далее.
Обмен данными с другими устройствами осуществляется по интерфейсу I2C с выводов SCL и SDA. Конденсаторы С1 и С2 необходимы для снижения помех по линию питания. Чтобы обеспечить надлежащего уровня сигналов SCL и SDA установлены резисторы R2 и R3 (подтянуты к питанию). Для проверки работоспособности модуля, на вывод 7 микросхему DS1307Z, подается сигнал SQ, прямоугольной формы с частотой 1 Гц. Элементы R4, R5, R6, VD1 необходимы для подзарядку литиевой батарейки. Так же, на плате предусмотрено посадочное место (U1), для установки датчика температуры DS18B20 (при необходимости можно впаять его), считывать показания, можно с вывода DS, который подтянут к пиатнию, через резистор R1 сопротивлением 3.3 кОм. Принципиальную схему и назначение контактов можно посмотреть на рисунках ниже.
На плате расположено две группы контактов, шагом 2.54 мм, для удобного подключения к макетной плате, буду использовать штырьевые разъемы, их необходимо впаять.
Первая группа контактов:
► DS: вывод DS18B20 (1-wire)
► SCL: линия тактирования (Serial CLock)
► SDA: линия данных (Serial Dфta)
► VCC: «+» питание модуля
► GND: «-» питание модуля
Вторая группа контактов:
► SQ: вход 1 МГц
► DS: вывод DS18B20 (1-wire)
► SCL: линия тактирования (Serial CLock)
► SDA: линия данных (Serial Dфta)
► VCC: «+» питание модуля
► GND:«-» питание модуля
► BAT:
Подзарядка батареи
Как описывал ваше модуль может заряжать батарею, реализовано это, с помощью компонентов R4, R5, R6 и диода D1. Но, данная схема имеет недостаток, через резистор R4 и R6 происходит разряд батареи (как подметил пользователь ALEXEY, совсем не большой). Так как модуль потребляем незначительный ток, можно удалить цепь питания, для этого убираем R4, R5, R6 и VD1, вместо R6 поставим перемычку (после удаления компонентов, можно использовать обычную батарейку CR2032).
Подключение DS1307 к Arduino
Необходимые детали:
► Arduino UNO R3 x 1 шт.
► Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см x 1 шт.
► Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.
► Часы реального времени RTC DS1307 x 1 шт.
Подключение:
Для подключения часы реального времени DS1307, необходимо впаять впаять штыревые разъемы в первую группу контактов. Далее, подключаем провода SCL (DS1307) к выводу 4 (Arduino UNO) и SDA (DS1307) к выводу 5 (Arduino UNO), осталось подключить питания VCC к +5V и GND к GND. Кстати, в различных платах Arduino вывода интерфейса I2C отличаются, назначение каждого можно посмотреть ниже.
Установка времени DS1307
Первым делом, необходимо скачать и установить библиотеку «DS1307RTC» и «TimeLib» в среду разработки IDE Arduino, далее необходимо настроить время, открываем пример из библиотеки DS1307RTC «Файл» —> «Примеры» —> «DS1307RTC» —> «SetTime» или копируем код снизу.
Подключение DS1302 к Ардуино по I2C / SPI
DS1302 Аrduino — это модуль часов реального времени с возможностью бесперебойного питания от литиевой батарейки. Рассмотрим схему подключения модуля к плате Ардуино и продемонстрируем код, с помощью которого можно установить нужную дату и время. Также мы разместили описание универсальной библиотеки iarduino_RTC.h для работы с модулями DS1302, DS1307 и DS3231.
Модуль DS1302 (RTC): схема, описание
Ориентация по времени полезна при создании устройства для автоматического полива растений, включении света или отопления по строгому расписанию и т.д. Контроллер Arduino не имеет встроенных часов, поэтому при необходимости выполнения задач микроконтроллером Arduino Uno в строго определенное время суток, понадобится использовать в проекте модуль часов DS1302 или ближайшие аналоги.
Распиновка ds1302. Часы реального времени Arduino DS1302
Микросхема отличается низким энергопотреблением и позволяет отсчитывать время с точностью до секунд. Подключение ds1302 к Ардуино осуществляется с помощью пяти контактов. Выводы VCC и Gnd отвечают за питание модуля. Контакты CLK,DAT и RESX подключают к цифровым пинам микроконтроллера. В скетче можно самим указать задействованные цифровые пины (в нашем примере использован 6,7 и 8 пин).
Как подключить DS1302 к Arduino (RTC)
Для этого занятия потребуется:
- плата Arduino Uno / Arduino Nano / Arduino Mega;
- модуль DS1302, DS1307 или DS3231;
- LCD монитор 1602 i2c;
- провода «папа-мама».
Модули часов DS1307 и DS3231 подключаются к плате Ардуино через I2C протокол, как LCD дисплей I2C. Контакт SDA подключается к пину A4, контакт SCL к пину A5 Ардуино Уно. При подключении данных модулей к плате Arduino Mega следует использовать порты SDA (20 пин) и SCL (21 пин). При этом в скетче необходимо снять комментарий в строчке с нужным модулем, а строчку с модулем 1302 наоборот закомментировать.
Скетч. Работа с модулем ds3231 Ардуино DS1307
Пояснения к коду:
- для работы с программой необходимо скачать библиотеку iarduino_RTC.h.
- с помощью команды time.settime(); можно установить дату и время, которые будут выводится на монитор порта Arduino IDE каждую секунду.
Подключение DS1307 к дисплею LCD 1602 i2c
Рассмотрим два варианта подключения модуля RTC к Arduino и текстового дисплея 1602. В первом варианте используется протокол SPI для модуля часов, поэтому к предыдущей схеме потребуется добавить только дисплей с iic модулем. А в скетче следует расскомментировать соответствующую строку. После внесения правок в схему и программу — загрузите следующий скетч в микроконтроллер.
Скетч. Часы с экраном LCD 1602 и DS1302
Пояснения к коду:
- в данном примере с помощью команды time.gettime(); можно выводить на текстовый экран текущее время и дату в разном формате.
При подключении экрана и модуля RTC к одной шине iic — порты SDA(A4) и SCL(A5), следует указать в скетче какой модуль используется. Схема подключения размещена выше, кроме того вы можете использовать сканер шины i2c для того, чтобы увидеть адреса устройств. Если адреса, которые установлены производителем по умолчанию вы не изменяли — соберите схему и загрузите следующий пример в плату.
Схема подключения DS1307 и LCD по i2c
Скетч. Часы с LCD 1602 и DS1302 I2C Arduino
Пояснения к коду:
- как видите, скетч отличается от предыдущего только одной строчкой
Библиотека RTC.h Arduino: описание команд
Для работы с модулями часов Ардуино, в библиотеке реализовано 5 функций:
begin(); // запуск модуля
settime(секунды, минуты, часы, день, месяц, год, день недели); // указать время
— год указывается без учета века, в формате 0-99
— часы указываются в 24-часовом формате, от 0 до 23
— день недели указывается в виде числа от 0-воскресенье, 6-суббота
gettime(«строка с параметрами»); // получить время
— gettime(«d-m-Y, H:i:s, D»); ответит строкой «12-06-2020, 18:30:05, Fri»
— gettime(«H»); ответит строкой «18»
функцией gettime можно получать различную информацию:
- s — секунды от 00 до 59 (два знака)
- i — минуты от 00 до 59 (два знака)
- h — часы в 12-часовом формате от 01 до 12 (два знака)
- H — часы в 24-часовом формате от 00 до 23 (два знака)
- d — день месяца от 01 до 31 (два знака)
- D — день недели наименование от Mon до Sun (три знака)
- m — месяц от 01 до 12 (два знака)
- M — месяц наименование от Jan до Dec (три знака)
- Y — год от 2000 до 2099 (четыре знака)
- y — год от 00 до 99 (два знака)
blinktime(параметр)
— указывает функции gettime мигать одним из параметров времени
period(минуты)
— устанавливает период обращения к модулю в минутах (от 0 до 255)
Заключение. В часы на Ардуино с дисплеем 1602 и DS1302 можно добавить функцию показа температуры и будильник. Данный модуль позволяет существенно расширить функции микроконтроллера, которые должны выполняться в определенное время суток. Если у вас возникли вопросы по сборке и программированию часов на Arduino с DS1302 и LCD дисплеем — оставляйте их в комментариях к записи.