Otvorený navigačný počítač Apollo DSKY: 13 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:58

Hrdý na to, že je odporúčaným návodom od 1. januára 18. Hlasujte za nás a dajte nám Like!

Kampaň na Kickstarteri bola super úspešná!

Otvorte Kickstarter DSKY

Naše otvorené DSKY sú momentálne k dispozícii na serveri Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) a sú k dispozícii na našom webe elektronického obchodu.

Bill Walker (tvorca projektu Apollo Educational Experience Project), napísal úžasný vlastný softvér (s takmer 50 funkciami) s referenčným príkazom podľa vzoru letového plánu Apollo pre svoje 2 otvorené DSKY a sprístupňuje ho výlučne všetkým prostredníctvom svojho GoFundMe stránku. Zvážte jeho podporu.

Aj keď to určite nie je prvé opätovné vytvorenie Iconic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (displej/klávesnica) používaného vo všetkých misiách Apollo v šesťdesiatych rokoch minulého storočia a môžete očakávať, že tento rok a budúci rok sa objaví ešte viac, pretože blížiace sa 50. výročie prvého pristátia na Mesiaci, pred niekoľkými rokmi sme sa rozhodli vytvoriť vlastnú verziu, ktorá bude spĺňať minimálny počet predpokladov.

Tento projekt vznikol na základe návrhu jedného z našich podporovateľov/prispievateľov Open Enigma a chceli by sme poďakovať Robovi za jeho návrh/príspevok. Ďakujem Rob!

Špecifikácia predpokladov:

- Musí byť postavený na Arduine a ponúka softvér s otvoreným zdrojovým kódom.

- Musí vyzerať a cítiť sa ako skutočný. Verná replika očividne BEZ základnej pamäte …

- Potrebuje napodobniť funkciu/správanie lietajúcich jednotiek Apollo.

- Musí používať komponenty, ktoré umožňujú niekomu postaviť ho ako súpravu.

Krok 1: VÝSKUM, zhromaždenie pôvodných špecifikácií

Aj keď sme osobne NEMALI prístup k fyzickému zariadeniu, máme šťastie, že ostatní ľudia, ktorí majú (alebo mali) prístup, zdokumentovali svoje zistenia (napríklad Fran Blanche - či už podporujete náš Kickstarter alebo nie, zvážte podporu jej kampane crowdfundingu https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), niektoré nám umožnili ťažiť z týchto znalostí. Ako napísal Isaac Newton: „Stojíme na ramene obrov.“

Použitie vynikajúcej papierovej súpravy od EduCraft ™ na presné rozmery, bezplatná aplikácia iPad od AirSpayce Pty Ltd pre funkcie minimálnej životaschopnosti a veľmi podrobná kniha od Franka O'Briena „The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation“spolu s mnohými zdrojmi NASA vrátane úplného pôvodného kódu na serveri GitHub sme boli schopní určiť a replikovať mnohé z presných špecifikácií hardvéru a softvéru.

Pôvodné elektroluminiscenčné displeje používané v Apolle boli technológiou s krátkou životnosťou, ktorá je už dávno preč. Začiatkom sedemdesiatych rokov minulého storočia išlo cestou zastarania, takže sme sa veľmi rýchlo rozhodli použiť LED diódy vo forme 7 segmentov na ich emuláciu. To nám tiež umožnilo NEPOUŽÍVAŤ vysokonapäťové a 156 mechanické relé na pohon displejov EL. Nájdenie správnej veľkosti bolo výzvou, ale nevedeli sme, že nájsť segment +/- 3 bude misia nemožná! (dokonca aj v dnešnej dobe…) V Izraeli sme našli asi 3 segmenty +/- integrované so 7 segmentovou jednotkou a rozhodli sme sa ich vyskúšať pre naše najskoršie prototypy …

Krok 2: Trochu histórie …

Je potrebné poznamenať, že prvá vec, ktorá by skutočne pripomínala moderný mikrokontrolér, by bola pravdepodobne Apollo AGC. Toto bol prvý skutočný letový počítač a prvé hlavné použitie integrovaných obvodov. Musíte však ísť o ďalšie desaťročie dopredu, kým sa všetky základné funkcie počítača spoja na jednom čipe LSI; napríklad Intel 8080 alebo Zilog Z80. A dokonca aj vtedy boli pamäť, hodiny a mnohé z I/O funkcií externé. Pre hobby užívateľa to nebolo veľmi pohodlné.

Sú to čipy ARM, AVR a podobné, ktoré prinášajú ďalší dôležitý krok; so zahrnutím energeticky nezávislej pamäte RAM bolo možné zostrojiť počítač prakticky bez externých komponentov. Čipy radu AVR (s ktorými sa poznáme) majú vyrovnávaciu pamäť I/O liniek, sériové UARTy, A/D prevodníky a generátory PWM, časovače strážneho psa a podľa potreby aj vnútorné oscilátory. Vo formáte dosiek Arduino a podobných dosiek sú tieto čipy obklopené správnym hodinovým kryštálom alebo rezonátorom, regulovaným zdrojom napájania, určitým zdrojom napájania a inými kondenzátormi na odpojenie kritických pinov a niekoľkými blikajúcimi svetlami na monitorovanie stavu.

Je iróniou, že o 50 rokov neskôr ponúka zvolená platforma pre kutilský projekt v zásade rovnakú funkcionalitu (Ram/Rom/spracovanie) za nepatrný zlomok nákladov (a hmotnosti!).

Krok 3: PROTOTYPING

Rozhodli sme sa, že sme najskôr potrebovali urobiť dôkaz o koncepcii 3 čipov Maxim ovládajúcich 15 7 segmentových LED diód, aby sme sa uistili, že sa budú správať podľa očakávania. Toto bol úspech. Potom sme sa krátko pokúsili postaviť zariadenie na projektovej doske a veľmi rýchlo sme zistili, že hustota obvodu neumožňuje stroj v tom vyrobiť. Jednoducho nemôžete dostať 21 7 segmentov + 3 3 segmenty (a 4 Maximy na ich ovládanie) plus 18 LED diód + 19 tlačidiel, ktoré sa zmestia na projektovú dosku, nehovoriac o mikroovládači, IMU, RTC, GPS Takže sme museli pristúpiť priamo k návrhu DPS, ktoré sme považovali za najlepší spôsob, ako vytvoriť spoľahlivú a vernú repliku. Prepáč.

Testovali sme tiež prehrávač MP3 na doske a … vytvorili sme prototyp 3D tlačeného 3 segmentu na výrobu nepolapiteľnej požadovanej jednotky +/- LED.

Krok 4: Schémy

Teraz sú k dispozícii schémy, ktoré pomôžu každému, kto chce postaviť DSKY bez našej dosky plošných spojov alebo súpravy.

Prvá schéma (NeoPixels) ukazuje, ako sme pripojili 18 neopixelov k Arduino Nano Pin 6. Druhá schéma ukazuje, ako sme zapojili (všetkých 18) neopixelov a 5Volt Buck, reléové relé, line leveler a SKM53 GPSr spolu s 19 tlačidlá. Tretia schéma zobrazuje pripojenia IMU a RTC.

Pred prvým pixelom sme použili povrchový držiak 5050 NeoPixels, ktorý vyžadoval predradný odpor 470 ohmov a na každý ďalší pixel sme použili 10 uF kondenzátor.

Ak na doske Adafruit (Breadboard friendly) Breakout použijete NeoPixel, ako je znázornené na obrázku vyššie, nepotrebujete žiadny odpor ani kondenzátory, pretože tieto sú vstavané na doske Adafruit Breakout PCB.

Vysvetlenie obvodu GPS: Väčšina zariadení GPS Arduino bude fungovať na napájanie 5 voltov. Logická úroveň na týchto rovnakých zariadeniach je 3,3 voltov. Arduino bude väčšinou čítať na svojom RX pine 3,3 V tak vysoko, pretože je viac ako polovica 5 V. Problém spočíva v sériovom hardvéri … Nie sme si istí, prečo, ale pomocou logického vyrovnávača máme lepšie výsledky. Zdá sa, že jeho nepoužívanie závisí od použitia softvérového seriálu. Sériová knižnica softvéru a verzia začlenená do novších verzií IDE upravujú časovače a porty na čipe Atmel 328. To zase deaktivuje schopnosť používať knižnicu Maxim, ktorú potrebujeme/používame na pohon posuvných registrov pre sedemsegmentové displeje. Používame teda starý dobrý hardvér.

Jazýčkové relé sa používa na zapínanie a vypínanie hardvérového sériového čísla, takže Arduino je možné počas inštalácie stále programovať. Možno to vynechať, zariadenie Arduino by však bolo potrebné pri programovaní odstrániť z hlavnej dosky, pretože sériové číslo ukradne systém GPS. Funguje to takto: pri čítaní GPS je kolík 7 vytiahnutý vysoko a zatvára trstinu. GPS potom začne zapĺňať sériovú vyrovnávaciu pamäť (GPS sa nikdy nevypne, akonáhle bude mať opravu.) Sériová vyrovnávacia pamäť je vyžiadaná a keď je detegované dostatočné množstvo údajov, je načítané a analyzované. Potom je na pine 7 napísané nízke odpojenie GPS, čo umožňuje Arduinu pokračovať v normálnom správaní.

Krok 5: 3D tlač

Nasleduje 5 požadovaných súborov stl na vytvorenie úplnej otvorenej repliky DSKY.

Vezmite prosím na vedomie, že zatiaľ čo kryt rámčeka a boxu na batériu je možné vytlačiť takmer na akejkoľvek 3D tlačiarni, skutočný model DSKY bol široký 7 palcov a takmer 8 palcov, takže to sú rozmery našej hornej dosky, stredného krúžku a spodnej časti, ktoré vyžadujú 3D formát. Tlačiareň, ktorá dokáže tlačiť najmenej 180 x 200 mm.

Okraj, hornú dosku a stredný krúžok vytlačíme na sivý materiál, zatiaľ čo spodný kryt a dvierka batérie sú vytlačené čiernou farbou.

Krok 6: Laserové rezanie/gravírovanie

Nasleduje súbor ButtonCaps laserom rezaný/gravírovaný a matné okno Lampfield laserom vytlačené, potom laserom rezané/gravírované.

Na vyrezanie a gravírovanie klávesov s 19 tlačidlami používame Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402). Rovnako ako všetky súbory odoslané do laserovej rezačky možno budete musieť veľkosť súboru twekovať, kým získajte krytky kľúčov 19 mm x 19 mm. Na našom 60W vodnom chladiči CO2 používame 40% výkon a rýchlosť 300 mm/s na gravírovanie a 50% výkon a rýchlosť 20 mm/s na rezanie akrylového plechu.

Matné okno sa vytvorí vytlačením vyššie uvedeného obrázku na vhodnú priehľadnú fóliu s názvom „Apollo“(prečo použiť inú značku?) Pomocou akejkoľvek laserovej tlačiarne a následným podávaním do laserovej rezačky/rytečky „leptaním“horizontálne, potom vertikálne pomocou 20 % výkonu a rýchlosti 500 mm/s, ktoré cítime, vytvárajú ideálny „matný“vzhľad.

Krok 7: ZOZNAM MATERIÁLU

1 PCB v1.0D

1 3D tlačené diely

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 dolár StepDown

1 GPS SKM53

1 vyrovnávač riadkov

1 jazýčkový spínač

1 DFPlayer Mini

1 karta microSD 2 gig

1 2 reproduktor 8 Ohmov

1 Držiak batérie 6AA

6 batérií AA

1 drôtový terminál

1 vypínač

4 Maxim7219

4 zásuvky 24 pinov

1 40 kolíkov

1 10uF kondenzátory

1 15 ohmový odpor

Rezistor 1 100 ohmov

20 470 ohmov odpory

22 1K ohmových rezistorov

4 10K ohmové odpory

3 odpory 100K ohmov

18 NeoPixel RGB

19 LED tlačidiel

19 čiapočiek na gombíky rezané laserom

21 7 Segmenty 820501G

3 3 Segmenty STG

2 Matné okná

Väčšina vyššie uvedených komponentov sa dá ľahko nájsť na eBay alebo Amazon a majú rozumnú cenu.

Výnimkou je samozrejme naša vlastná doska plošných spojov (ktorá integruje všetky tieto súčasti dohromady), naše laserom rezané gombíky, ktoré vyzerajú naozaj dobre a umožňujú svetlu prejsť tlačidlom, zamrznuté okná, ktoré po vyskúšaní mnohých alternatív Jamesa zasiahla mŕtvica génia (o tom neskôr) a nakoniec!@#$%^ 3-segmentový +/- displej, ktorý sme museli vytvoriť od začiatku. Pridajte k tomu náš vlastný 3D tlačený kryt a máte všetky ingrediencie.

Ak je niekto pripravený akceptovať nedostatok znaku „+“pred zobrazenými príslušnými číselnými údajmi, môžete jednoducho pridať ďalších 3 7 segmentov a zavolať ho za deň. Jednoducho to pre nás NIE bolo možné, a preto sme vytvorili náš vlastný 3 segment.

Krok 8: 3 SEGMENT

Mysleli by ste si, že v roku 2018, keď máme k dispozícii všetky celosvetové zdroje, je možné jednoducho objednať 3segmentovú +/- jednotku LED … No nie je to tak!

Uvedomili sme si teda, že aby sme zostali verní pôvodnému Apollu DSKY, museli by sme od začiatku vytvárať vlastnú 3Segment +/- LED.

Po mnohých návrhoch sme konečne mali 3D tlačenú jednotku s integrovaným tieňovým boxom.

Potom sme získali vhodné LED diódy SMT (na povrchovú montáž) a testovali sme ich.

Teraz sme boli pripravení navrhnúť malú DPS, ktorá by sa zmestila do našej 3D tlačenej 3 -segmentovej škrupiny.

Dať dohromady všetko bolo trochu náročné, pretože malé LED diódy takmer nevidíme, ale výsledok je fantastický!

Krok 9: FUNKČNOSŤ

Potom prišiel bod rozhodnúť o minimálnej funkčnosti našej repliky spolu s výrobnými cieľmi a tým, čo bol náš zoznam prianí.

Po menšom skúmaní sme v iTunes našli bezplatnú aplikáciu, ktorá by mohla byť užitočná, a tak sme si kúpili iPad špeciálne na tento účel.

Bezplatná aplikácia iPad od spoločnosti AirSpayce Pty Ltd nám poskytla predstavu o našom MVP (minimálnom životaschopnom produkte).

Po napísaní kódu na vykonanie testu úplnej žiarovky sme okamžite implementovali nastavenie/zobrazenie času, monitorovanie IMU a monitorovanie GPS.

Kód bol zmrazený, kým sme sa nerozhodli pridať jednu z našich bláznivých položiek zoznamu želaní, ktorá mala prehrať slávny prejav JFK z roku 1962 na štadióne Rice „Rozhodli sme sa ísť na Mesiac …“. Potom sme pridali niekoľko ďalších ikonických zvukových stôp.

Krok 10: MONTÁŽNE POKYNY - elektronika

Najprv sa uistite, že máte všetky požadované komponenty.

Pred začatím montáže si dôkladne prečítajte nasledujúce pokyny.

1. Spájkujte všetkých 20 470 ohmov odporov.

2. Spájkujte všetkých 22 1K odporov.

3. Spájkujte všetky 4 10K odpory.

4. Spájkujte všetky 3 100K odpory.

5. Spájkujte odpor 15 Ohmov.

6. Spájkujte odpor 100 ohmov.

7. Voliteľné: Aby som pomohol s spájkovaním drobných povrchových držiakov 5050 RGB NeoPixels, na každú zo 4 podložiek kvapkám trochu spájky pre každú z 18 LED diód RGB.

8. Odrežte 2 prúžky konektorov s vnútorným pólom a spájkujte ich na miesto Arduino Nano na zadnej strane dosky plošných spojov.

9. Opatrne spájkujte všetkých 18 povrchovo namontovaných NeoPixelov v správnom poradí, pričom dbajte na to, aby nedošlo ku skratu v blízkosti priechodiek. Po zostavení mnohých jednotiek sme zistili, že je efektívnejšie spájkovať 1 Neopixel, napájať Arduino (prostredníctvom jeho USB portu) pomocou strandtest.ino, aby sme overili, že sa rozsvieti, vypnúť Arduino, spájkovať ďalší Neopixel v poradí, vyskúšajte a zopakujte pre všetkých 18 Neopixelov. Pri odstraňovaní problémov majte na pamäti, že problém s neopixelom môže byť dôsledkom toho, že predchádzajúci neopixel nebol správne spájkovaný (výstupný kolík). Zistil som, že 680 stupňov je príliš horúcich (a niekedy zabíja červenú alebo zelenú), 518 stupňov sa zdá byť oveľa lepšie.

10. Odrežte pásik so 4 samičími kolíkmi a spájkujte ho s miestom Buck Converter.

11. Teraz vložte Arduino Nano a Buck Converter, ak chcete otestovať RGB LED diódy pomocou strandtest. INO

12. Vypláchnite obidve čierne rozpery pod každým z 19 rozsvietených tlačidiel, aby tlačidlá mohli úplne spočívať na doske plošných spojov.

13. Vložte a zapájajte všetkých 13 zapálených tlačidiel a uistite sa, že všetky červené bodky (katóda) sú na ľavej strane. Akonáhle sú vložené všetky tlačidlá, zapnem Arduino cez jeho USB port, aby som otestoval, či sa všetkých 19 tlačidlových LED rozsvieti skôr, ako ich spájkujem …

14. Spájkujte všetky 4 zásuvky Maxim a dbajte na orientáciu.

15. Pripravte IMU spájkovaním jeho mužských kolíkov a preskočením jeho kolíka ADO na jeho VCC.

16. Pripravte vyrovnávač línií spájkovaním jeho mužských kolíkov na dolnú a vysokú stranu.

17. Odrežte a spájkujte kolíky, aby ste dostali IMU, VA RTC a linkový vyrovnávač.

18. Spájkujte všetkých 10 viečok s ohľadom na polaritu. Dlhší kolík je pozitívny.

19. Spájkujte jazýčkové relé a dbajte na orientáciu.

20. Spájkujte svorku vodiča.

21. Spájkujte všetkých 21 7 segmentov a uistite sa, že bodky (desatinná čiarka) sú vpravo dole.

22. Spájkujte všetky 3 segmenty S&T GeoTronics 3 (vlastné plus/mínus).

23. Znovu vložte všetky 4 čipy Maxim 7219 do zásuviek a dbajte na orientáciu.

24. Vložte IMU, RTC, Buck, Arduino Nano a vyrovnávač línií.

25. Spájkujte reproduktor a prehrávač MP3/kartu SD, pričom dbajte na orientáciu A na PCB tak vysoko, pretože GPS na druhej strane bude musieť byť v jednej rovine s doskou PCB, aby sa správne zmestila.

26. Spájajte GPS po nanesení vrstvy elektrickej pásky zospodu, aby ste predišli prípadnému skratu pinov.

27. Pripojte batériu 9Volt a vyskúšajte kompletnú zostavu elektroniky.

GRATULUJEME! So zostavou elektroniky ste skončili.

Krok 11: MONTÁŽNE POKYNY - Príloha

ZOZNAM MATERIÁLOV

Množstvo položky

1 3D tlačená luneta

1 3D tlačená horná doska

1 3D tlačená stredná časť

1 3D vytlačené dno

1 Dvere na batériu s 3D tlačou

1 Vytlačené matné okno

1 akrylové okno

19 čiapočiek na gombíky rezané laserom

15 skrutiek do dreva s vnútornou hlavou (M3-6 mm)

6 Drobné skrutky do dreva

Keď je zostava elektroniky úplne testovaná, postupujte podľa nasledujúcich krokov:

1. Umiestnite všetkých 19 krytov tlačidiel na ich správne miesto podľa obrázku vyššie.

2. Opatrne vložte zostavenú DPS do hornej dosky. Môže byť tesný a môže vyžadovať trochu brúsenia 3D tlačeného komponentu.

3. Pomocou 6 malých medených skrutiek priskrutkujte PCB k hornej doske. NEUŤAHUJTE.

4. Pomocou 2 skrutiek so šesťhrannou hlavou namontujte reproduktor a potom vypínač On/Off do strednej tlačenej časti 3D zatlačením.

5. Pomocou 8 skrutiek s vnútorným šesťhranom zaskrutkujte zostavenú hornú dosku do strednej časti a uistite sa, že vypínač a otvor reproduktora sú vpredu.

6. Na každú stranu reproduktora naspájajte prepojovací kábel a presuňte ich do každého otvoru pre zvukový výstup vedľa karty SD.

7. Pomocou obojstrannej pásky pripevnite skrinku na batérie do priestoru pre batériu a uistite sa, že sú do otvoru zapojené červené aj čierne vodiče.

8. Zaskrutkujte čierny vodič z puzdra batérie v pozícii Gnd na modrom skrutkovacom termináli a spájkujte červený vodič z puzdra batérie na kolíky kolískového prepínača zapnutia/vypnutia.

9. Zaskrutkujte prepojovací kábel na 9V stranu modrého skrutkového terminálu a druhý koniec spájkujte s dostupným kolíkom kolískového vypínača.

10. Zatvorte zadný kryt a pomocou 8 skrutiek s vnútorným šesťhranom zaskrutkujte zostavený zadný kryt do strednej časti. NEUŤAHUJTE.

GRATULUJEME! Dokončili ste montáž skrinky a teraz máte kompletný DSKY!

Krok 12: SOFTVÉR

Navštívte náš ďalší otvorený pokyn DSKY s názvom „PROGRAMOVANIE OTVORENÝCH DSKY“

pre podrobnejšie informácie o programovaní a videá o programovaní vášho Open DSKY.

Pretože často používame Neopixely, budete musieť navštíviť webovú stránku Adafruit a stiahnuť si ich úžasnú knižnicu. Táto knižnica obsahuje niekoľko pekných príkladov ako „standtest.ino“, ktoré napísala Limor a jej tím.

Pretože tiež používame posuvné registre na pohon 7 segmentov, pre čip Max7219 je potrebná knižnica Maxim.

Získajte to tu: Knižnica LedControl

V prílohe je náš aktuálny kód k 1. 9. 2018. Toto je prototyp s obmedzenou funkčnosťou. Pokračujte vo vývoji a zefektívnení sady funkcií, prosím, navštívte www. OpenDSKY.com. Tento aktuálny prototypový kód testuje všetkých 7 segmentových/maximálnych posuvných registrov, všetky neopixely, veľmi presné hodiny v reálnom čase, 6 DOF IMU, GPS a prehrávač MP3.

Všetky tieto funkcie v 3 autentických slovesách a 3 autentických podstatných menách a 3 programoch sme pridali na ukážkové účely.

ZOZNAM SLOVNÍK NOUZNÝ ZOZNAM ZOZNAM PROGRAMOV

16 DECIMÁLNY MONITOR 17 IMU 62 „Rozhodli sme sa ísť na Mesiac“

21 ÚDAJE O ZATÍŽENÍ 36 ČAS 69 „Orol pristál“

35 SKÚŠOK LITES 43 GPS 70 „Houston, mali sme problém“

Vychutnajte si videoklip a ukážku niektorých z funkcií, ktoré sú v súčasnosti implementované.

Krok 13: KICKSTARTER

Podľa nášho úspešného vzorca použitého pre náš projekt Open Enigma ponúkame na Kickstarter rôzne sady, zostavené/testované jednotky a limitovanú edíciu Ultimate 50th Anniversary Limited (Make 100).

Ponúkame:

- Samotná doska plošných spojov

- Súprava Barebones

- Súprava elektroniky pre domácich majstrov

- Kompletná sada (s komponentmi vytlačenými 3D a laserom)

- Zostavená/testovaná jednotka

- Limitovaná edícia 50. výročia so sériovým číslom a certifikátom pravosti

Náš Kickstarter momentálne ŽIJE!

Otvorte Kickstarter DSKY

Ďalšie informácie nájdete na stránke

Navštívte www.stgeotronics.com a objednajte si PCB alebo súpravu.