Otvoreni Apollo vodič računara DSKY: 13 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:06

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

Kickstarter kampanja je super uspjela!

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 (sa gotovo 50 funkcija) sa Referencom komande po uzoru na Apollo Flight Plan za njegova 2 otvorena DSKY -a i čini ga dostupnim isključivo svima putem svog GoFundMe -a stranici. Molim vas razmislite da ga podržite.

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

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

Specifikacije preduslova:

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

- Mora izgledati i osjećati se kao prava stvar. Verna replika očigledno BEZ osnovne memorije …

- Potrebno je oponašati funkciju/ponašanje letjelica Apollo.

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

Korak 1: ISTRAŽIVANJE, prikupljanje originalnih 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 njenoj kampanji Crowdfunding https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), neki su nam omogućili da iskoristimo ovo znanje. Kao što je Isaac Newton napisao: "Mi stojimo na ramenu divova."

Koristeći odličan papirni komplet od EduCraft ™ za točne dimenzije, besplatnu iPad aplikaciju iz AirSpayce Pty Ltd za funkcije 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 GitHub -u, uspjeli smo odrediti i replicirati mnoge tačne hardverske i softverske specifikacije.

Originalni elektroluminiscentni ekrani korišteni u Apollu bili su vrlo kratkotrajna tehnologija koja je odavno nestala. To je zastarjelo početkom 1970 -ih pa smo vrlo brzo odlučili koristiti 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. Pronalaženje prave veličine bilo 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 istorije …

Treba napomenuti da bi prva stvar koja je zaista nalikovala modernom mikrokontroleru vjerojatno bio Apollo AGC. Ovo je bio prvi pravi letački računar, plus prva velika upotreba integriranih kola. Ali morate ići naprijed još jednu deceniju prije nego što se sve osnovne funkcionalnosti računara 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 baš zgodno.

Sljedeći važan korak donose ARM, AVR i slični čipovi; uključivanjem nehlapljivog flash RAM-a postalo je moguće konstruirati računar 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 tajmere, pa čak i interne 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 po izboru za DIY projekt nudi u osnovi istu funkcionalnost (Ram/Rom/Obrada) uz mali dio cijene (i težine!).

Korak 3: PROTOTIPIRANJE

Odlučili smo da prvo moramo napraviti dokaz koncepta na matičnoj ploči od 3 Maxim čipa koji kontroliraju 15 7 segmentnih LED dioda kako bismo bili sigurni da će se ponašati kako se očekuje. 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 mašina u tome proizvede. Jednostavno ne možete dobiti 21 7 segmenata + 3 3 segmenta (i 4 Maxim-a za upravljanje njima) plus 18 LED dioda + 19 dugmadi za postavljanje na projektnu ploču da ne spominjemo mikrokontroler, IMU, RTC, GPS itd. Stoga smo morali direktno pristupiti dizajniranju PCB -a za koji smo smatrali da je najbolji način za proizvodnju pouzdane, vjerne replike. Izvini.

Testirali smo i MP3 player na matičnoj ploči I … stvorili smo prototip 3D štampanog 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 povezali 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 sa 19 dugmad. Treća shema prikazuje IMU i RTC veze.

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 Adafruit (Breadboard friendly) Breakout ploči, kao što je prikazano na gornjoj slici, tada vam ne trebaju otpornici ili kondenzatori jer su oni ugrađeni na Adabruit probojnu ploču.

Objašnjenje GPS kola: Većina Arduino GPS uređaja će raditi na napajanju od 5 volti. Rečeno je da je logički nivo na istim uređajima 3,3 volta. Većinu vremena Arduino će na svom RX pinu 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 nivelatora. Čini se da nekorištenje ovisi o korištenju softvera serijski. Serijska biblioteka softvera i verzija ugrađena u novije verzije IDE -a mijenjaju tajmere i portove na čipu Atmel 328. Ovo zauzvrat onemogućava mogućnost korištenja Maxim biblioteke 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 kako bi Arduino i dalje mogao biti programiran dok je instaliran. Može se izostaviti, međutim Arduino uređaj bi za programiranje trebao biti uklonjen s glavne ploče jer će GPS ukrasti seriju. Način na koji to funkcionira je sljedeći: prilikom čitanja GPS -a, pin 7 se povlači visoko zatvarajući trsku. GPS tada počinje puniti serijski međuspremnik (GPS se nikada neće isključiti 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 sa normalnim ponašanjem.

Korak 5: 3D štampanje

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

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

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

Korak 6: Lasersko rezanje/graviranje

Ispod su datoteke sa ButtonCaps laserskim rezanjem/graviranjem i prozorčić sa lamelarnim prozorom Lampfield štampan laserski, zatim laserski izrezan/graviran, datoteka.

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

Zamagljeni prozor nastaje ispisom gornje slike na prikladnom "Apollu" nazvanom transparentnost (zašto koristiti bilo koju drugu marku?) Na bilo kojem laserskom pisaču, a zatim se unosi u laserski rezač/graver za "urezivanje" vodoravno, a zatim okomito, koristeći 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 štampani delovi

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 Žični terminal

1 Prekidač za uključivanje/isključivanje

4 Maxim7219

4 utičnice 24 igle

1 40 ženskih pinova

1 10uF kondenzatora

1 15 Ohm Resistor

1 otpornik od 100 ohma

20 470 Ohm otpornika

22 1K ohmski otpornici

4 otpornika od 10K ohma

3 otpornika od 100K ohma

18 NeoPixel RGB

19 LED tastera

19 Kapice za lasersko rezanje

21 7 Segmenti 820501G

3 3 Segmenti STG

2 Mutni prozori

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

Izuzetak su, naravno, naša vlastita PCB ploča (koja integrira sve ove komponente zajedno, naši laserski izrezani zatvarači dugmadi koji izgledaju jako dobro i omogućuju 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 +/- ekran koji smo morali stvoriti od nule. Dodajte ovo naše vlastito 3D štampano 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 ga 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 originalnom Apollo DSKY-u, morali od nule stvoriti vlastiti 3Segment +/- LED.

Nakon brojnih dizajna, konačno smo dobili 3D štampanu jedinicu sa integrisanom kutijom za senke.

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

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

Spajanje svega ovoga bio je mali izazov s obzirom na to 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 ciljevima proizvodnje i o tome koja je naša lista 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 kompanije 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 liste želja koja je trebala reproducirati slavni govor JFK -a iz 1962. godine na stadionu Rice "Biramo ići na Mjesec …". Zatim smo dodali još nekoliko ikonskih zvučnih zapisa.

Korak 10: UPUTSTVO ZA MONTAŽU - Elektronika

Prvo provjerite imate li sve potrebne komponente.

Prije početka montaže pročitajte dolje navedene upute.

1. Spajati svih 20 470 Ohm otpornika.

2. Lemiti svih 22 1K otpornika.

3. Lemite sva 4 10K otpornika.

4. Lemite sva 3 100K otpornika.

5. Lemiti otpornik od 15 Ohma.

6. Lemiti otpornik od 100 ohma.

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

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

9. Pažljivo lemite svih 18 neopiksela montiranih na površinu u odgovarajućem redoslijedu, pazeći da ne kratite kratke spojeve s obližnjim mjestima. Nakon sastavljanja mnogih jedinica, otkrili smo da je efikasnije lemiti 1 Neopixel, napajati Arduino (preko USB priključka) sa strandtest.ino kako bi se provjerilo 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 stepeni prevruće (i ponekad ubija crveno i ili zeleno), 518 stepeni izgleda mnogo bolje.

10. Odrežite traku sa 4 ženska pina i lemite je na lokaciju Buck Converter -a.

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

12. Isperite oba crna odstojnika ispod svakog od 19 osvetljenih tastera kako biste omogućili da tasteri potpuno leže na štampanoj ploči.

13. Umetnite, pa lemite svih 13 osvetljenih tastera, pazeći da sve crvene tačke (katoda) budu sa leve strane. Nakon što su svi gumbi umetnuti, napajam Arduino preko USB priključka da provjerim da li se svih 19 LED dioda uključuje prije nego što ih lemim …

14. Lemite sva 4 utičnice Maxim, poštujući orijentaciju.

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

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

17. Izrežite i lemite ženske pinove da 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 tačke (decimalna zapeta) 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! Završili ste sa montažom elektronike.

Korak 11: UPUTSTVA ZA MONTAŽU - Kućište

MATERIJAL

Qty Item

1 3D štampana maska

1 3D štampana gornja ploča

1 3D štampani srednji presjek

1 3D štampano dole

1 3D štampana vrata za bateriju

1 Odštampani prozorski prozor

1 Akrilni prozor

19 poklopca dugmadi za lasersko rezanje

15 Drveni vijci sa utičnicom (M3-6mm)

6 Sitnih vijaka za drvo

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

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

2. Pažljivo umetnite sastavljenu PCB ploču u gornju ploču. Možda se čvrsto uklapa i može zahtijevati malo brušenja 3D štampane komponente.

3. Pomoću 6 sitnih 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 štampani srednji deo tako što ćete ga pritisnuti.

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

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

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

8. Odvrnite crnu žicu iz kutije za bateriju u položaju Gnd na plavom vijčanom terminalu 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! Završili ste sa montažnim kućištem 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 biblioteka ima nekoliko lijepih primjera poput "standtest.ino" koje su Limor i njen tim također napisali.

Takođe, pošto koristimo Shift registre za pogon 7 segmenata, biblioteka Maxim je potrebna za čip Max7219.

Nabavite ga ovdje: LedControl Library

U prilogu 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 funkcija. Ovaj trenutni prototipni kôd testira sve registre pomaka 7 segmenata/maksimala, sve neopiksele, vrlo precizan 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.

LISTA GLAGOLA LISTA IMENICA LISTA PROGRAMA

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

21 UČITAJTE PODATKE 36 TIME 69 "Orao je sletio"

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

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

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

- Komplet elektronike uradi sam

- Kompletan komplet (sa 3D štampanim i laserskim komponentama)

- Sastavljena/ispitana jedinica

- Ograničeno izdanje za 50. godišnjicu 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 komplet.