Otvoreno računalo za navođenje Apollo DSKY: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:35

Ponosan što sam istaknuti instruktor od 1/10/18. Molimo glasajte za nas i lajkujte nas!

Kickstarter kampanja je postigla veliki uspjeh!

Otvorite DSKY Kickstarter

Naš Open DSKY trenutno je dostupan na Backerkitu (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) i dostupan je s naše web stranice za e-trgovinu.

Bill Walker (tvorac projekta Apollo Educational Experience Project), napisao je nevjerojatan prilagođeni softver (s gotovo 50 funkcija) s Referentnom naredbom po uzoru na Apollo Flight Plan za svoja 2 otvorena DSKY -a i čini ga dostupnim isključivo svima putem svog GoFundMe -a stranica. Molim vas razmislite da ga podržite.

Iako ovo zasigurno nije prva ponovna kreacija Iconic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (Display/Keyboard) koji se koristi u svim misijama Apollo 1960-ih, a možete očekivati da će se ove i sljedeće godine pojaviti još više zbog pred nadolazeću 50. obljetnicu prvog slijetanja na Mjesec, prije nekoliko godina odlučili smo stvoriti vlastitu verziju koja bi zadovoljila minimalni broj preduvjeta.

Ovaj je projekt nastao na prijedlog jednog od naših podržavatelja/suradnika Open Enigme i htjeli bismo zahvaliti Robu na njegovu prijedlogu/doprinosu. Hvala Rob!

Specifikacije preduvjeta:

- Mora biti izgrađen s Arduinom i nuditi softver otvorenog koda.

- Mora izgledati i osjećati se kao prava stvar. Vjerna replika očito BEZ osnovne memorije …

- Treba oponašati funkciju/ponašanje jedinica koje lete Apollo.

- Mora koristiti komponente koje omogućuju nekome da ga izgradi kao komplet.

Korak 1: ISTRAŽIVANJE, prikupljanje izvornih specifikacija

Iako mi osobno NISMO imali pristup fizičkom uređaju, sretni smo što su drugi ljudi koji su (ili su imali) pristup dokumentirali svoje nalaze (na primjer Fran Blanche - podržavate li naš Kickstarter ili ne, razmislite o podršci njezinoj kampanji Crowdfunding https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), neki su nam omogućili da imamo koristi od ovog znanja. Kao što je Isaac Newton napisao: "Mi stojimo na ramenu divova."

Koristeći odličan papirnati komplet tvrtke EduCraft ™ za točne dimenzije, besplatnu iPad aplikaciju iz AirSpayce Pty Ltd za značajke minimalne održivosti i vrlo detaljnu knjigu Franka O'Briena “Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation” zajedno s brojnim resursima NASA -e uključujući potpuni izvorni kod na GitHubu, uspjeli smo odrediti i replicirati mnoge točne specifikacije hardvera i softvera.

Originalni elektroluminiscentni zasloni korišteni u Apollu bili su vrlo kratkotrajna tehnologija koja je odavno nestala. To je zastarjelo početkom 1970 -ih pa smo vrlo brzo odlučili upotrijebiti LED diode u obliku 7 segmenata za njihovu emulaciju. To nam je također omogućilo da NE moramo koristiti visoki napon i 156 mehaničkih releja za pogon EL zaslona. Pronaći pravu veličinu bio je izazov, ali nismo ni znali da bi pronalaženje segmenta +/- 3 bila nemoguća misija! (čak i u današnje vrijeme …) U Izraelu smo pronašli oko 3 segmenta +/- integrirana sa 7 segmentnom jedinicom i odlučili smo ih isprobati za naše najranije prototipe …

Korak 2: Malo povijesti …

Valja napomenuti da bi prva stvar koja je doista nalikovala modernom mikrokontroleru vjerojatno bio Apollo AGC. Ovo je bilo prvo pravo letačko računalo, plus prva velika upotreba integriranih sklopova. No morate ići naprijed još jedno desetljeće prije nego što se sve osnovne funkcionalnosti računala spoje na jednom LSI čipu; kao što su Intel 8080 ili Zilog Z80. Čak i tada, memorija, sat i mnoge U/I funkcije bile su vanjske. Korisniku hobija to nije bilo jako zgodno.

Sljedeći važan korak donose ARM, AVR i slični čipovi; uključivanjem nehlapljivog flash RAM-a postalo je moguće konstruirati računalo bez praktički vanjskih komponenti. AVR serija čipova (s kojima smo najviše upoznati) ima međuspremnike I/O linija, serijske UART -ove, A/D pretvarače i PWM generatore, nadzorne mjerače vremena, pa čak i unutarnje oscilatore ako se to želi. U formatu Arduino i sličnih ploča, ovi su čipovi okruženi odgovarajućim kristalom sata ili rezonatorom, reguliranim izvorom napajanja, nekim izvorom napajanja i drugim kondenzatorima za razdvajanje s kritičnim pinom i nekoliko trepćućih lampica za praćenje statusa.

Ironično je da 50 godina kasnije platforma za DIY projekt u osnovi nudi istu funkcionalnost (Ram/Rom/Obrada) uz mali dio cijene (i težine!).

Korak 3: PROTOTIPIRANJE

Odlučili smo da prvo moramo napraviti dokaz koncepta na ploči od 3 Maxim čipa koji kontroliraju 15 7 segmentnih LED dioda kako bismo bili sigurni da će se ponašati kako se očekivalo. Ovo je bio uspjeh. Zatim smo nakratko pokušali izgraditi uređaj na projektnoj ploči i vrlo brzo smo otkrili da gustoća kruga neće dopustiti da se stroj u tome proizvede. Jednostavno ne možete dobiti 21 7 segmenata + 3 3 segmenta (i 4 Maxim za upravljanje njima) plus 18 LED dioda + 19 gumba za postavljanje na projektnu ploču da ne spominjemo mikrokontroler, IMU, RTC, GPS itd. Stoga smo morali izravno pristupiti projektiranju PCB -a za koji smo smatrali da je najbolji način za izradu pouzdane, vjerne replike. Oprosti.

Također smo testirali MP3 player na ploči I … stvorili smo prototip 3D ispisanog 3 segmenta za proizvodnju neuhvatljive željene +/- LED jedinice.

Korak 4: Sheme

Sheme su sada dostupne za pomoć svima koji žele izgraditi DSKY bez našeg PCB -a ili kompleta.

Prva shema (NeoPixels) prikazuje kako smo spojili 18 neopiksela na Arduino Nano Pin 6. Druga shema prikazuje kako smo povezali (svih 18) neopiksela i 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler i SKM53 GPSr zajedno s 19 gumbi. Treća shema prikazuje veze IMU & RTC.

Koristili smo Surface mount 5050 NeoPixels za koji je bio potreban balastni otpornik od 470 Ohma prije prvog piksela, a za svaki drugi piksel koristili smo kondenzator od 10 uF.

Ako koristite NeoPixel na Adapruit (Breadboard friendly) Breakout ploči, kao što je prikazano na gornjoj slici, tada vam ne trebaju otpornici ili kondenzatori jer su oni ugrađeni na PCB-u Adafruit.

Objašnjenje GPS kruga: Većina Arduino GPS uređaja radi na napajanju od 5 volti. Rečeno je da je logička razina na tim istim uređajima 3,3 volta. Većinu vremena Arduino će na svom RX pin -u čitati 3.3V jednako visoko, jer je veći od polovice 5V. Problem leži u hardverskoj seriji … Nismo sigurni zašto, ali imamo bolje rezultate pomoću logičkog izravnavača. Čini se da nekorištenje ovisi o korištenju serijskog softvera. Serijska biblioteka softvera i verzija ugrađena u novije verzije IDE -a mijenjaju mjerače vremena i priključke na čipu Atmel 328. To zauzvrat onemogućava mogućnost korištenja knjižnice Maxim koja nam je potrebna/koju koristimo za pokretanje registara pomaka za sedam prikaza segmenata. Zato koristimo staru dobru hardversku seriju.

Reed relej se koristi za uključivanje i isključivanje hardverske serije tako da se Arduino i dalje može programirati dok je instaliran. Može se izostaviti, no Arduino uređaj bi za programiranje trebao biti uklonjen s glavne ploče jer će GPS ukrasti serijski broj. Način na koji to funkcionira je sljedeći: pri čitanju GPS -a pin 7 se povlači visoko zatvarajući trsku. GPS tada počinje puniti serijski međuspremnik (GPS se nikada neće zatvoriti nakon što utvrdi ispravku.) Serijski međuspremnik se anketira i kada se otkrije dovoljna količina podataka, on se čita i raščlanjuje. Zatim se pin 7 ispisuje nisko, isključujući GPS, dopuštajući Arduinu da nastavi s normalnim ponašanjem.

Korak 5: 3D ispis

Ispod je 5 potrebnih stl datoteka za izradu potpune Open DSKY replike.

Imajte na umu da, dok se okvir i poklopac kutije za baterije mogu ispisati na gotovo svakom 3D pisaču, pravi DSKY bio je širok 7 "i visok gotovo 8", pa su to dimenzije naše gornje ploče, srednjeg prstena i dna za koje je potreban 3D Pisač koji može ispisivati najmanje 180 x 200 mm.

Okvir, gornju ploču i srednji prsten tiskamo na sivom materijalu, dok su donja i vrata baterije ispisane crnom bojom.

Korak 6: Lasersko rezanje/graviranje

Dolje su datoteka ButtonCaps laserski izrezana/gravirana i Lampfield prozor s matiranim prozorom Lasersko ispisan, zatim laserski izrezan/graviran, datoteka.

Koristimo Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402) za izrezivanje i graviranje 19 tipki tipki. Kao i kod svih datoteka poslanih laserskom rezaču, možda ćete morati prilagoditi veličinu datoteke dok ne dobijte poklopce tipki od 19 mm do 19 mm. Na našem stroju za hlađenje CO2 sa 60Wat vodenim hlađenjem koristimo 40% snage i brzinu 300 mm/s za graviranje te 50% snage i 20 mm/s za rezanje akrilnog lima.

Mračni prozor nastaje ispisom gornje slike na prikladnom "Apollu" nazvanom prozirnost (zašto koristiti bilo koju drugu marku?) S bilo kojim laserskim pisačem, a zatim se unosi u laserski rezač/graver za "nagrizanje" vodoravno, a zatim okomito, pomoću 20 % snage i brzine od 500 mm/s za koju smatramo da stvara idealan izgled "zamrznut".

Korak 7: MATERIJAL

1 PCB v1.0D

1 3D ispisani dijelovi

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 GPS SKM53

Nivelator 1 linije

1 Reed prekidač

1 DFPlayer Mini

1 MicroSD kartica 2Gig

1 2 8Ohms zvučnik

1 Držač baterije 6AA

6 AA baterija

1 žičani terminal

1 Prekidač za uključivanje/isključivanje

4 Maksim7219

4 utičnice 24 igle

1 40 ženskih iglica

1 10uF kondenzatora

1 15 Ohm otpornik

Otpornik od 1 100 ohma

20 470 Ohm otpornika

22 1K ohmskih otpornika

4 otpornika od 10K ohma

3 otpornika od 100K ohma

18 NeoPixel RGB

19 LED tipki

19 poklopca gumba za lasersko rezanje

21 7 Segmenti 820501G

3 3 Segmenti STG

2 prozora sa staklom

Većina gore navedenih komponenti lako se može pronaći na eBayu ili Amazonu i imaju pristupačne cijene.

Izuzetak su, naravno, naša vlastita PCB (koja integrira sve ove komponente zajedno, naši laserski izrezani zatvarači dugmadi koji izgledaju jako dobro i dopuštaju svjetlu da prođe kroz gumb, zamagljeni prozori koje je James, nakon isprobavanja brojnih alternativa, doživio moždani udar genijalnosti (o tome kasnije) i na kraju!@#$%^ 3-segmentni +/- zaslon koji smo morali stvoriti od nule. Dodajte ovo naše vlastito 3D tiskano kućište i imate sve sastojke.

Ako je netko spreman prihvatiti nedostatak znaka "+" ispred odgovarajućih prikazanih numeričkih podataka, možete jednostavno dodati još 3 7 segmenata i nazvati to dnevno. Ovo jednostavno NIJE bila opcija za nas i zato smo stvorili vlastiti 3 segment.

Korak 8: 3 SEGMENT

Pomislili biste da se 2018. godine, sa svim svjetskim resursima koji su nam dostupni, može jednostavno naručiti 3Segment +/- LED jedinica … Pa, nije tako!

Dakle, shvatili smo da bismo, kako bismo ostali vjerni izvornom Apollo DSKY-u, morali od nule stvoriti vlastiti 3Segment +/- LED.

Nakon brojnih dizajna, konačno smo dobili 3D tiskanu jedinicu s integriranom kutijom za sjene.

Zatim smo nabavili odgovarajuće SMT (površinski montirane) LED diode i testirali ih.

Sada smo bili spremni za projektiranje male PCB -a koji bi stao u našu 3D tiskanu 3Segment ljusku.

Spajanje svega ovoga bio je mali izazov s obzirom da teško možemo vidjeti male LED diode, ali rezultat je Fantastičan!

Korak 9: FUNKCIONALNOST

Tada je došao trenutak da odlučimo o minimalnoj funkcionalnosti naše Replike, zajedno s proizvodnim ciljevima i popisom želja.

Nakon malo istraživanja pronašli smo besplatnu aplikaciju na iTunesu koja bi mogla biti korisna pa smo kupili iPad posebno u tu svrhu.

Besplatna iPad aplikacija tvrtke AirSpayce Pty Ltd dala nam je ideju o našem MVP -u (minimalno održivi proizvod).

Nakon što smo napisali kôd za testiranje potpune svjetiljke, odmah smo implementirali Podešavanje vremena/prikaz, IMU nadzor i GPS nadzor.

Kôd je bio zamrznut sve dok nismo odlučili dodati jednu od naših ludih stavki s popisa želja koja je trebala reproducirati slavni govor JFK -a iz 1962. na stadionu Rice "Biramo ići na Mjesec …". Zatim smo dodali još nekoliko ikonskih zvučnih zapisa.

Korak 10: UPUTE ZA MONTIRANJE - Elektronika

Prvo provjerite imate li sve potrebne komponente.

Prije početka montaže pročitajte dolje navedene upute.

1. Lemiti svih 20 470 Ohm otpornika.

2. Lemite sva 22 1K otpornika.

3. Lemite sva 4 10K otpornika.

4. Lemite sva 3 100K otpornika.

5. Lemite otpornik od 15 Ohma.

6. Lemiti otpornik od 100 ohma.

7. Izborno: Kako bih vam pomogao pri lemljenju sićušnog Surface Mount -a 5050 RGB NeoPixels, ispuštam malo lema na svaki od 4 jastučića za svaku od 18 RGB LED dioda.

8. Izrežite 2 trake ženskih pin konektora i lemite ih na mjesto Arduino Nano na stražnjoj strani PCB -a.

9. Pažljivo lemite svih 18 površinskih neopiksela u ispravnom slijedu, pazeći da ne kratite kratke spojeve s obližnjim mjestima. Nakon sastavljanja mnogih jedinica, otkrili smo da je učinkovitije lemiti 1 Neopixel, napajati Arduino (preko USB priključka) sa strandtest.ino kako bi provjerio da li svijetli, isključiti Arduino, lemiti sljedeći Neopixel u nizu, testirajte i ponovite za svih 18 neopiksela. Prilikom rješavanja problema imajte na umu da problem s Neopixelom može biti posljedica toga što prethodni Neopixel NIJE pravilno lemljen (izlazni pin). Otkrio sam da je 680 stupnjeva prevruće (i ponekad ubija crveno i ili zeleno), 518 stupnjeva izgleda mnogo bolje.

10. Izrežite traku od 4 ženska zatiča i lemite je na mjesto pretvarača Buck.

11. Umetnite Arduino Nano i Buck Converter sada ako želite testirati RGB LED diode pomoću strandtest. INO

12. U ravnini izrežite oba crna razmaka ispod svakog od 19 osvijetljenih gumba kako biste omogućili da gumbi potpuno leže na tiskanoj ploči.

13. Umetnite, zatim lemite sve 13 svjetlosnih gumba, pazeći da sve crvene točkice (katoda) budu s lijeve strane. Nakon što su svi gumbi umetnuti, napajam Arduino putem USB priključka da provjerim da li se svih 19 LED dioda uključuje prije nego što ih lemim …

14. Lemite sve 4 utičnice Maxim, poštujući orijentaciju.

15. Pripremite IMU lemljenjem njegovih muških igala i preskakanjem svoje ADO iglice na njegov VCC.

16. Pripremite izravnavač žica lemljenjem njegovih muških igala na donjoj i visokoj strani.

17. Izrežite i lemite ženske pinove kako biste primili IMU, VA RTC i izravnavač linija.

18. Lemiti svih 10 čepova poštujući polaritet. Duži pin je pozitivan.

19. Lemite relej trske, poštujući orijentaciju.

20. Lemite žičani terminal.

21. Lemite svih 21 7 segmenata, pazeći da se točke (decimalna točka) nalaze u donjem desnom kutu.

22. Lemite sva 3 S&T GeoTronics 3Segmenta (prilagođeni plus/minus).

23. Ponovo umetnite sva 4 čipa Maxim 7219 u njihova ležišta, pazeći da poštujete orijentaciju.

24. Umetnite IMU, RTC, Buck, Arduino Nano i Line Leveler.

25. Lemite zvučnik i MP3 player/SD karticu pazeći da poštujete orijentaciju I držite se visoko na PCB -u jer će GPS s druge strane morati biti u ravnini s PCB -om da bi se pravilno uklopio.

26. Lemite GPS nakon nanošenja sloja električne trake ispod kako biste spriječili potencijalno kratki spoj pinova.

27. Priključite 9Volt bateriju i testirajte dovršeni sklop elektronike.

ČESTITAMO! Gotovi ste sa sklopom elektronike.

Korak 11: UPUTE ZA MONTAŽU - Prilog

MATERIJAL

Količina artikla

1 3D ispisana maska

1 3D tiskana gornja ploča

1 3D ispisan srednji presjek

1 3D ispisano dno

1 3D štampana vrata za bateriju

1 Tiskani prozorski prozor

1 Akrilni prozor

19 poklopca gumba za lasersko rezanje

15 Drveni vijci s glavom s nasadom (M3-6 mm)

6 Sitnih vijaka za drvo

Nakon što je sklop elektronike potpuno testiran, nastavite sa sljedećim koracima:

1. Postavite svih 19 zatvarača gumba na odgovarajuće mjesto prema gornjoj slici.

2. Pažljivo umetnite sastavljenu PCB ploču u gornju ploču. Možda dobro prianja i može zahtijevati malo brušenja 3D ispisane komponente.

3. Pomoću 6 malih bakrenih vijaka pričvrstite PCB na gornju ploču. NEMOJTE previše zatezati.

4. Pomoću 2 vijka sa utičnicom, montirajte zvučnik, a zatim prekidač za uključivanje/isključivanje na 3D ispisani srednji dio, gurajući ga unutra.

5. Pomoću 8 vijaka sa utičnom glavom pričvrstite montiranu gornju ploču na srednji dio, pazeći da prekidač za uključivanje/isključivanje i otvor zvučnika budu ispred.

6. Lemite kratkospojnik sa svake strane zvučnika, preskačući ih do svake rupe za audio izlaz pokraj SD kartice.

7. Pomoću dvostrane trake umetnite kutiju za baterije u pretinac za baterije pazeći da su i crvena i crna žica umetnute u rupu.

8. Odvrnite crnu žicu iz kutije za bateriju u položaju Gnd na plavom vijčanom priključku i lemite crvenu žicu iz kutije za baterije na bilo koju iglu na prekidaču za uključivanje/isključivanje.

9. Pričvrstite kratkospojnik na 9V stranu plavog vijčanog priključka i drugi kraj zalemite na raspoloživu iglu na prekidaču za uključivanje/isključivanje.

10. Zatvorite stražnji poklopac i pomoću 8 vijaka sa utičnom glavom pričvrstite sklopljeni stražnji poklopac na srednji dio. NEMOJTE previše zatezati.

ČESTITAMO! Gotovi ste sa sklopom kućišta i sada imate kompletan DSKY!

Korak 12: SOFTVER

Posjetite naš Open Open DSKY Instructable pod nazivom "PROGRAMIRANJE OTVORENOG DSKY -a"

za detaljnije informacije o programiranju i video zapise o programiranju vašeg Open DSKY.

Budući da u velikoj mjeri koristimo neopiksele, morat ćete posjetiti Adafruit web stranicu i preuzeti njihovu divnu biblioteku. Ova knjižnica dolazi s nekim lijepim primjerima poput "standtest.ino" koje su Limor i njezin tim također napisali.

Također, budući da koristimo Shift registre za pogon 7 segmenata, knjižnica Maxim potrebna je za čip Max7219.

Nabavite ga ovdje: LedControl Library

U privitku je naš trenutni kôd od 09.01.2018. Ovo je prototip s ograničenom funkcionalnošću. Molimo provjerite na www. OpenDSKY.com dok nastavljamo razvijati i pojednostaviti skup značajki. Ovaj trenutni prototip koda testira sve registre pomaka 7 segmenata/Maxim, sve neopiksele, vrlo točan sat u stvarnom vremenu, 6 DOF IMU, GPS i MP3 player.

Sve ove funkcije u 3 autentična glagola i 3 autentične imenice i 3 programa dodali smo u demo svrhe.

GLAGOLSKI POPIS IMENIK LISTA PROGRAMA

16 DECIMALNI MONITOR 17 IMU 62 "Odlučujemo se za odlazak na Mjesec"

21 UČITAJTE PODATKE 36 VRIJEME 69 "Orao je sletio"

35 TESTOVA 43 GPS 70 "Houston, imali smo problem"

Uživajte u video isječku za kratku demonstraciju neke od trenutno implementiranih funkcija.

Korak 13: KICKSTARTER

Slijedeći našu uspješnu formulu koja se koristi za naš Open Enigma projekt, na Kickstarteru nudimo različite komplete, sastavljene/testirane jedinice i Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100) Replica.

Nudimo:

- Samo PCB

- Komplet Barebones

- DIY elektronički komplet

- Kompletan komplet (s 3D ispisanim i laserski izrezanim komponentama)

- Sastavljena/ispitana jedinica

- Ograničeno izdanje za 50. obljetnicu sa serijskim brojem i potvrdom o autentičnosti

Naš Kickstarter je trenutno UŽIVO!

Otvorite DSKY Kickstarter

Za više informacija posjetite

Posjetite www.stgeotronics.com kako biste naručili svoju PCB ili Kit.