Отличительные особенности:
- Точность ±2 ppm в диапазоне температур от 0°C до +40°C
- Точность ±3.5 ppm в диапазоне температур от-40°C до +85°C
- Вход для подключения автономного источника питания, позволяющего обеспечить непрерывную работу
- Рабочий температурный диапазон коммерческий: от 0°C до +70°C индустриальный: -от 40°C до +85°C
- Низкое потребление
- Часы реального времени, отсчитывающие секунды, минуты, часы, дни недели, дни месяца, месяц и год с коррекцией високосного года вплоть до 2100
- Два ежедневных будильника
- Выход прямоугольного сигнала с программируемой частотой
- Быстродействующие (400 кГц) I 2 C интерфейс
- 3.3 В питание
- Цифровой температурный датчик с точностью измерения ±3°C
- Регистр, содержащий данные о необходимой подстройке
- Вход/выход сброса nonRST
Применение:
- Серверы
- Электронные электросчетчики
- Телематическая аппаратура
- GPS системы
Типовая схема включения DS3231:
Общее описание:
DS3231 - высокоточные часы реального времени (RTC) со встроенными I 2 C интерфейсом, термокомпенсированным кварцевым генератором (TCXO) и кварцевым резонатором. Прибор имеет вход для подключения резервного автономного источника питания, позволяющего осуществлять хронометрирование и измерение температуры даже при отключенном основном напряжении питания. Встроенный кварцевый резонатор повышает срок службы прибора и уменьшает необходимое количество внешних элементов. DS3231 доступен в модификациях с коммерчески и индустриальным рабочим температурным диапазоном и упакован в 300 mil 16 контактный SO корпус.
RTC обеспечивает отсчет секунд, минут, часов, дней недели, дней месяца и года. Дата конца месяца определяется автоматически с учетом високосного года. Часы реального времени работают в 24 или 12- часовом формате с индикацией текущей половины суток (AM/PM). Прибор имеет два ежедневных будильника и выход прямоугольного сигнала с программируемой частотой. Обмен данными с прибором ведется через встроенный последовательный I 2 C совместимый интерфейс.
Многие устройства требуют постоянного учёта хронометрических данных (дата, время), эту функцию выполняют специальные электронные схемы, которые называются часами реального времени. Часы реального времени, в нынешнее время, реализованы в виде отдельной микросхемы, к которой нужно добавить кварцевый резонатор и автономный источник питания. В некоторых микросхемах, кварцевый резонатор встроен внутри. Одни из таких часов на микросхеме DS3231SN я купил для своих проектов . В примере буду подключать часы реального времени к китайскому аналогу Arduino UNO.
Представляют из себя законченный модуль ZS-042, который можно подключать к различным устройствам, не только к платформе Arduino.
Модуль построен на микросхеме DS3231SN , которая по сути и является часами реального времени. В отличии от старой модели часов, например на микросхеме DS1307, эти часы содержат внутренний кварцевый резонатор, благодаря чему часы имеют точный ход.
Реализовать часы на Arduino можно и без DS3231SN , но тогда при пропадании питания, значения таймера сбрасываются. Эти же часы имеют резервное питание, поэтому при пропадании питания, они продолжают дальше работать.
Часы умеют производить подсчёт часов, минут, секунд, дат, месяцев, лет (високосные года учитываются до 2100 года). Работают в 12 или 24 часовом режиме, содержат два будильника, а так же имеют внутренний термометр, с диапазоном от -40 ° C до + 85 ° C. Для подключения к различным устройствам, часы подключаются по I2C интерфейсу.
Расположение и назначение пинов на модуле ZS-042:
SQW - Программируемый выход Square-Wave сигнала.
SCL – Через этот пин по интерфейсу I2C происходит обмен данными с часами.
SDA – Через этот пин передаются данные с часов.
VCC – Питание часов реального времени, нужно 5 вольт. Если на этот пин не поступает напряжение, часы переходят в спящий режим.
GND - Земля.
Для подключения к Arduino UNO, пин SDA часов подключаем к пину A4, а пин SCL к A5. Для питания используются пины GND(-) и VCC(+5v).
Пины SDA и SCL на разных платах Arduino:
| SDA | SCL | |
| UNO | A4 | A5 |
| Mini | A4 | A5 |
| Nano | A4 | A5 |
| Mega2560 | 20 | 21 |
| Leonardo | 2 | 3 |
Установим батарейку CR2032 в часы, такие элементы используются для питания BIOS в компьютерах.
При подключении USB кабеля к Arduino, на часах должен загореться светодиод «POWER » (красный светодиод).
Для того что бы запрограммировать часы через Arduino IDE нужно установить библиотеки.
Скачать библиотеку Time и DS1307RTC .
Последняя библиотека была написана для часов на микросхеме DS1307, но её протоколы взаимодействия совместимы с DS3231, поэтому библиотека подойдёт к нашим часам.
Библиотеки нужно скачать, распаковать и поместить в папку « libraries ». При запуске Arduino IDE, они с примерами должны появится в «Образцах ».
Устанавливаем Дату и время.
Для этого скопируем данный код в Arduino IDE.
Для корректной настройки нужно изменить данные в строке
setTime(13,35,0,22,12,2016);
В скобках через запятую устанавливаем правильные: часы, минуты, секунды, число, месяц, год. У меня в примере установлено 13 часов 35 минут 0 секунд, 22 декабря 2016 год. Вгружаем скетч в Arduino.
Теперь для того что бы прочитат ь показания из часов, можно воспользоваться примером: «Файл » - «Образцы » - «DS1307RTC » - «ReadTest » и за грузить его в Arduino.
В открывшемся окне будет отображаться текущие дата и время. Если отключить питание модуля часов от Arduino, Arduino не сможет отслеживать значения и в мониторе через какое то время появится надпись "...read error! " (выделил красным). После возобновления питания, показания даты и времени будут отсчитываться далее. Показания даты и времени не сбросились, поскольку часы питались от своей батарейки CR2032.
Во многих проектах Ардуино требуется отслеживать и фиксировать время наступления тех или иных событий. Модуль часов реального времени, оснащенный дополнительной батарей, позволяет хранить текущую дату, не завися от наличия питания на самом устройстве. В этой статье мы поговорим о наиболее часто встречающихся модулях RTC DS1307, DS1302, DS3231, которые можно использовать с платой Arduino.
Модуль часов представляет собой небольшую плату, содержащей, как правило, одну из микросхем DS1307, DS1302, DS3231.Кроме этого, на плате практически можно найти механизм установки батарейки питания. Такие платы часто применяется для учета времени, даты, дня недели и других хронометрических параметров. Модули работают от автономного питания – батареек, аккумуляторов, и продолжают проводить отсчет, даже если на Ардуино отключилось питание. Наиболее распространенными моделями часов являются DS1302, DS1307, DS3231. Они основаны на подключаемом к Arduino модуле RTC (часы реального времени).
Часы ведут отсчет в единицах, которые удобны обычному человеку – минуты, часы, дни недели и другие, в отличие от обычных счетчиков и тактовых генераторов, которые считывают «тики». В Ардуино имеется специальная функция millis(), которая также может считывать различные временные интервалы. Но основным недостатком этой функции является сбрасывание в ноль при включении таймера. С ее помощью можно считать только время, установить дату или день недели невозможно. Для решения этой проблемы и используются модули часов реального времени.
Электронная схема включает в себя микросхему, источник питания, кварцевый резонатор и резисторы. Кварцевый резонатор работает на частоте 32768 Гц, которая является удобной для обычного двоичного счетчика. В схеме DS3231 имеется встроенный кварц и термостабилизация, которые позволяют получить значения высокой точности.
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 |
Модуль DS1307
DS1307 – это модуль, который используется для отсчета времени. Он собран на основе микросхемы DS1307ZN, питание поступает от литиевой батарейки для реализации автономной работы в течение длительного промежутка времени. Батарея на плате крепится на обратной стороне. На модуле имеется микросхема AT24C32 – это энергонезависимая память EEPROM на 32 Кбайт. Обе микросхемы связаны между собой шиной I2C. DS1307 обладает низким энергопотреблением и содержит часы и календарь по 2100 год.
Модуль обладает следующими параметрами:
- Питание – 5В;
- Диапазон рабочих температур от -40С до 85С;
- 56 байт памяти;
- Литиевая батарейка LIR2032;
- Реализует 12-ти и 24-х часовые режимы;
- Поддержка интерфейса I2C.
Модуль оправдано использовать в случаях, когда данные считываются довольно редко, с интервалом в неделю и более. Это позволяет экономить на питании, так как при бесперебойном использовании придется больше тратить напряжения, даже при наличии батарейки. Наличие памяти позволяет регистрировать различные параметры (например, измерение температуры) и считывать полученную информацию из модуля.
Взаимодействие с другими устройствами и обмен с ними информацией производится с помощью интерфейса I2C с контактов SCL и SDA. В схеме установлены резисторы, которые позволяют обеспечивать необходимый уровень сигнала. Также на плате имеется специальное место для крепления датчика температуры DS18B20.Контакты распределены в 2 группы, шаг 2,54 мм. В первой группе контактов находятся следующие выводы:
- DS – вывод для датчика DS18B20;
- SCL – линия тактирования;
- SDA – линия данных;
- VCC – 5В;
Во второй группе контактов находятся:
- SQ – 1 МГц;
- BAT – вход для литиевой батареи.
Для подключения к плате Ардуино нужны сама плата (в данном случае рассматривается Arduino Uno), модуль часов реального времени RTC DS1307, провода и USB кабель.
Чтобы подключить контроллер к Ардуино, используются 4 пина – VCC, земля, SCL, SDA.. VCC с часов подключается к 5В на Ардуино, земля с часов – к земле с Ардуино, SDA – А4, SCL – А5.
Для начала работы с модулем часов нужно установить библиотеки DS1307RTC, TimeLib и Wire. Можно использовать для работы и RTCLib.
Проверка RTC модуля
При запуске первого кода программа будет считывать данные с модуля раз в секунду. Сначала можно посмотреть, как поведет себя программа, если достать из модуля батарейку и заменить на другую, пока плата Ардуино не присоединена к компьютеру. Нужно подождать несколько секунд и вытащить батарею, в итоге часы перезагрузятся. Затем нужно выбрать пример в меню Examples→RTClib→ds1307. Важно правильно поставить скорость передачи на 57600 bps.
При открытии окна серийного монитора должны появиться следующие строки:
Будет показывать время 0:0:0. Это связано с тем, что в часах пропадает питание, и отсчет времени прекратится. По этой причине нельзя вытаскивать батарею во время работы модуля.
Чтобы провести настройку времени на модуле, нужно в скетче найти строку
RTC.adjust(DateTime(__DATE__, __TIME__));
В этой строке будут находиться данные с компьютера, которые используются ля прошивки модуля часов реального времени. Для корректной работы нужно сначала проверить правильность даты и времени на компьютере, и только потом начинать прошивать модуль часов. После настройки в мониторе отобразятся следующие данные:
Настройка произведена корректно и дополнительно перенастраивать часы реального времени не придется.
Считывание времени. Как только модуль настроен, можно отправлять запросы на получение времени. Для этого используется функция now(), возвращающая объект DateTime, который содержит информацию о времени и дате. Существует ряд библиотек, которые используются для считывания времени. Например, RTC.year() и RTC.hour() – они отдельно получают информацию о годе и часе. При работе с ними может возникнуть проблема: например, запрос на вывод времени будет сделан в 1:19:59. Прежде чем показать время 1:20:00, часы выведут время 1:19:00, то есть, по сути, будет потеряна одна минута. Поэтому эти библиотеки целесообразно использовать в случаях, когда считывание происходит нечасто – раз в несколько дней. Существуют и другие функции для вызова времени, но если нужно уменьшить или избежать погрешностей, лучше использовать now() и из нее уже вытаскивать необходимые показания.
Пример проекта с i2C модулем часов и дисплеем
Проект представляет собой обычные часы, на индикатор будет выведено точное время, а двоеточие между цифрами будет мигать с интервалом раз в одну секунду. Для реализации проекта потребуются плата Arduino Uno, цифровой индикатор, часы реального времени (в данном случае вышеописанный модуль ds1307), шилд для подключения (в данном случае используется Troyka Shield), батарейка для часов и провода.
В проекте используется простой четырехразрядный индикатор на микросхеме TM1637. Устройство обладает двухпроводным интерфейсом и обеспечивает 8 уровней яркости монитора. Используется только для показа времени в формате часы:минуты. Индикатор прост в использовании и легко подключается. Его выгодно применять для проектов, когда не требуется поминутная или почасовая проверка данных. Для получения более полной информации о времени и дате используются жидкокристаллические мониторы.
Модуль часов подключается к контактам SCL/SDA, которые относятся к шине I2C. Также нужно подключить землю и питание. К Ардуино подключается так же, как описан выше: SDA – A4, SCL – A5, земля с модуля к земле с Ардуино, VCC -5V.
Индикатор подключается просто – выводы с него CLK и DIO подключаются к любым цифровым пинам на плате.
Скетч. Для написания кода используется функция setup, которая позволяет инициализировать часы и индикатор, записать время компиляции. Вывод времени на экран будет выполнен с помощью loop.
#include
После этого скетч нужно загрузить и на мониторе будет показано время.
Программу можно немного модернизировать. При отключении питания выше написанный скетч приведет к тому, что после включения на дисплее будет указано время, которое было установлено при компиляции. В функции setup каждый раз будет рассчитываться время, которое прошло с 00:00:00 до начала компиляции. Этот хэш будет сравниваться с тем, что хранятся в EEPROM, которые сохраняются при отключении питания.
Для записи и чтения времени в энергонезависимую память или из нее нужно добавить функции EEPROMWriteInt и EEPROMReadInt. Они нужны для проверки совпадения/несовпадения хэша с хэшем, записанным в EEPROM.
Можно усовершенствовать проект. Если использовать жидкокристаллический монитор, можно сделать проект, который будет отображать дату и время на экране. Подключение всех элементов показано на рисунке.
В результате в коде нужно будет указать новую библиотеку (для жидкокристаллических экранов это LiquidCrystal), и добавить в функцию loop() строки для получения даты.
Алгоритм работы следующий:
- Подключение всех компонентов;
- Проверка – на экране монитора должны меняться ежесекундно время и дата. Если на экране указано неправильное время, нужно добавить в скетч функцию RTC.write (tmElements_t tm). Проблемы с неправильно указанным временем связаны с тем, что модуль часов сбрасывает дату и время на 00:00:00 01/01/2000 при выключении.
- Функция write позволяет получить дату и время с компьютера, после чего на экране будут указаны верные параметры.
Заключение
Модули часов используются во многих проектах. Они нужны для систем регистрации данных, при создании таймеров и управляющих устройств, которые работают по заданному расписанию, в бытовых приборах. С помощью широко распространенных и дешевых модулей вы можете создать такие проекты как будильник или регистратор данных с сенсоров, записывая информацию на SD-карту или показывая время на экране дисплея. В этой статье мы рассмотрели типичные сценарии использования и варианты подключения наиболее популярных видов модулей.
Модуль DS3231 (RTC, ZS-042) — представляет собой недорогую плату с чрезвычайно точными часами реального времени (RTC), с температурной компенсацией кварцевого генератора и кристалла. Модуль включает в себя литиевую батарею, которая поддерживает бесперебойную работу, даже при отключении источник питания. Интегрированный генератор улучшить точность устройства и позволил уменьшить количество компонентов.
Технические параметры
Напряжение питания: 3.3В и 5В
Чип памяти: AT24C32 (32 Кб)
Точность: ± 0.432 сек в день
Частота кварца:32.768 кГц
Поддерживаемый протокол: I2C
Габариты: 38мм x 22мм x 15мм
Общие сведения
Большинство микросхем, таких как DS1307 используют внешний кварцевый генератор частотой 32кГц, но в них есть существенный недостаток, при изменении температуры меняется частота кварца, что приводит к погрешности в подсчете времени. Эта проблема устранена в чипе DS3231, внутрь которого установили кварцевый генератор и датчик температуры, который компенсирует изменения температуры, так что время остается точным (при необходимости, данные температуры можно считать). Так же чип DS3231 поддерживает секунды, минуты, часы, день недели, дата, месяц и год информацию, а так же следит за количеством дней в месяце и делает поправку на високосный год. Поддерживает работу часов в двух форматов 24 и 12, а так-же возможно запрограммировать два будильника. Модуль работает по двух проводной шине I2C.
Теперь немного о самом модуле, построен он на микросхеме DS3231N. Резисторная сборка RP1 (4.7 кОм), необходима для подтяжки линий 32K, SQW, SCL и SDA (кстати, если используется несколько модулей с шиной I2C, необходимо выпаять подтягивающие резисторы на других модулях). Вторая сборка резисторов, необходима для подтяжки линий A0, A1 и A2, необходимы они для смены адресации микросхемы памяти AT24C32N. Резистор R5 и диод D1, служат для подзарядки батарее, в принципе их можно выпаять, так как обычной батарейки SR2032 хватает на годы. Так же установлена микросхема памяти AT24C32N, это как бы бонус, для работы часов RTC DS3231N в ней нет необходимости. Резистор R1 и светодиод Power, сигнализируют о включении модуля. Как и говорилось, модуль работает по шине I2C, для удобства эти шины были выведены на два разъема J1 и J2, назначение остальных контактов, можно посмотреть ниже.Назначение J1
32K: выход, частота 32 кГц
SQW: выход
SDA: линия данных (Serial Dфta)
VCC: «+» питание модуля
GND: «-» питание модуля
Назначение J2
SCL: линия тактирования (Serial CLock)
SDA: линия данных (Serial Data)
VCC: «+» питание модуля
GND: «-» питание модуля
Немного расскажу, о микросхеме AT24C32N, это микросхема с 32к памятью (EEPROM) от производителя Atmel, собранная в корпусе SOIC8, работающая по двухпроводной шине I2C. Адрес микросхемы 0x57, при необходимости легко меняется, с помощью перемычек A0, A1 и A2 (это позволяет увеличить количество подключенных микросхем AT24C32/64). Так как чип AT24C32N имеет, три адресных входа (A0, A1 и A2), которые могут находится в двух состояния, либо лог «1» или лог «0», микросхеме доступны восемь адресов. от 0x50 до 0x57.
Подключение DS3231 к Arduino
Необходимые детали:
Arduino UNO R3 x 1 шт.
Часы реального времени на DS3231, RTC, SPI, AT24C32 x 1 шт.
Провод DuPont, 2,54 мм, 20 см, F-M (Female — Male) x 1 шт.
Кабель USB 2.0 A-B x 1 шт.
Подключение:
В данном примере буду использовать только модуль DS3231 и Arduino UNO R3, все данные будут передаваться в «Мониторинг порта». Схема не сложная, необходимо всего четыре провода, сначала подключаем шину I2C, SCL в A4 (Arduino UNO) и SDA в A5 (Arduino UNO), осталось подключить питание GND к GND и VCC к 5V (можно записать и от 3.3В), схема собрана, теперь надо подготовить программную часть.
Библиотеки работающий с DS3231 нет в среде разработке IDE Arduino, необходимо скачать «DS3231 » и добавить в среду разработки Arduino.
Установка времени DS3231
При первом включении необходимо запрограммировать время, откройте пример из библиотеки DS3231 «Файл» -> «Примеры» -> «DS3231» -> «Arduino» -> «DS3231_Serial_Easy», или скопируйте код снизу
/*
Тестирование производилось на Arduino IDE 1.8.0
Дата тестирования 31.08.2018г.
*/
#include
Тестирование производилось на Arduino IDE 1.8.0 Дата тестирования 31.08.2018г. #include DS3231 rtc (SDA , SCL ) ; // Инициализация DS3231 void setup () Serial . begin (115200 ) ; // Установка последовательного соединения rtc . begin () ; // Инициализировать rtc // Установка времени rtc . setDOW (FRIDAY ) ; // Установить день-недели rtc . setTime (16 , 29 , 0 ) ; // Установить время 16:29:00 (формат 24 часа) void loop () Serial . print (rtc . getDOWStr () ) ; // Отправляем день-неделя Serial . print (" " ) ; Serial . print (rtc . getDateStr () ) ; // Отправляем дату Serial . print (" -- " ) ; Serial . println (rtc . getTimeStr () ) ; // Отправляем время delay (1000 ) ; // Задержка в одну секунду |
Загружаем скетч в контроллер Arduino и открываем «Мониторинг порта»
