Otevřený naváděcí počítač Apollo DSKY: 13 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Hrdý na to, že je doporučený od 1. ledna 18. Hlasujte pro nás a dejte nám lajk!

Kampaň na Kickstarteru byla super úspěch!

Otevřete Kickstarter DSKY

Naše Open DSKY je v současné době k dispozici na serveru Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) a je k dispozici na našem webu pro elektronické obchodování.

Bill Walker (tvůrce projektu Apollo Educational Experience Project), napsal úžasný vlastní software (s téměř 50 funkcemi) s Command Reference po vzoru letového plánu Apollo pro své 2 otevřené DSKY a zpřístupňuje jej výhradně všem prostřednictvím svého GoFundMe strana. Zvažte prosím jeho podporu.

I když to rozhodně není první opětovné vytvoření Iconic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (displej/klávesnice) používané ve všech misích Apollo v šedesátých letech minulého století, a můžete očekávat, že letos a příští rok se objeví ještě více, protože nadcházející 50. výročí prvního přistání na Měsíci jsme se před několika lety rozhodli vytvořit vlastní verzi, která by splňovala minimální počet předpokladů.

Tento projekt vznikl na návrh jednoho z našich podporovatelů/přispěvatelů Open Enigma a my bychom rádi ocenili Roba za jeho návrh/příspěvek. Děkuji Robe!

Specifikace předpokladů:

- Musí být vytvořen s Arduino a nabízet software s otevřeným zdrojovým kódem.

- Musí vypadat a cítit se jako skutečná věc. Věrná replika evidentně BEZ základní paměti…

- Potřebuje emulovat funkci/chování létajících jednotek Apollo.

- Vyžaduje použití komponent, které umožní někomu sestavit jej jako stavebnici.

Krok 1: VÝZKUM, Shromažďování původních specifikací

I když jsme osobně NEMALI přístup k fyzickému zařízení, máme štěstí, že ostatní lidé, kteří mají (nebo měli) přístup, svá zjištění zdokumentovali (například Fran Blanche - ať už podporujete náš Kickstarter nebo ne, zvažte prosím podporu její crowdfundingové kampaně https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), některé nám umožnily těžit z těchto znalostí. Jak napsal Isaac Newton: „Stojíme na ramenou obrů.“

Pomocí vynikající papírové sady od EduCraft ™ pro přesné rozměry, bezplatné aplikace pro iPad od AirSpayce Pty Ltd pro funkce minimální životaschopnosti a velmi podrobné knihy od Franka O'Briena „The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation“spolu s řadou zdrojů NASA včetně úplného původního kódu na GitHubu jsme byli schopni určit a replikovat mnoho přesných specifikací hardwaru a softwaru.

Původní elektroluminiscenční displeje používané v Apollu byly technologií s velmi krátkou životností, která je již dávno pryč. Začátkem 70. let minulého století to šlo cestou zastarávání, takže jsme se velmi rychle rozhodli použít LED diody ve formě 7 segmentů k jejich emulaci. To nám také umožnilo NEPOUŽÍVAT k ovládání displejů EL vysokonapěťová a 156 mechanická relé. Najít správnou velikost byla výzva, ale jen málo jsme věděli, že nalezení segmentu +/- 3 bude Mission Impossible! (dokonce i v dnešní době…) Našli jsme v Izraeli asi 3 segmenty +/- integrované se 7 segmentovou jednotkou a rozhodli jsme se je vyzkoušet pro naše nejranější prototypy…

Krok 2: Trocha historie…

Je třeba poznamenat, že první věc, která by se opravdu podobala modernímu mikrokontroléru, by pravděpodobně byla Apollo AGC. Jednalo se o první skutečný letový počítač plus první velké využití integrovaných obvodů. Musíte však jít o další desetiletí dál, než se všechny základní funkce počítače spojí na jednom čipu LSI; například Intel 8080 nebo Zilog Z80. A dokonce i tehdy byla paměť, hodiny a mnoho I/O funkcí externí. Pro hobby uživatele to nebylo příliš pohodlné.

Právě čipy ARM, AVR a podobné přinášejí další důležitý krok; se zahrnutím energeticky nezávislé paměti RAM bylo možné zkonstruovat počítač prakticky bez externích komponent. Čipy řady AVR (s nimiž jsme se nejvíce seznámili) mají vyrovnávací paměti I/O linek, sériové UARTy, A/D převodníky a PWM generátory, hlídací časovače a v případě potřeby dokonce i interní oscilátory. Ve formátu desek Arduino a podobných jsou tyto čipy obklopeny správným hodinovým krystalem nebo rezonátorem, regulovaným napájecím zdrojem, některým napájecím zdrojem a dalšími kondenzátory pro odpojení kritických pinů a několika blikajícími kontrolkami pro sledování stavu.

Je ironií, že o 50 let později nabízí zvolená platforma pro kutilský projekt v zásadě stejnou funkčnost (Ram/Rom/Processing) za nepatrný zlomek nákladů (a hmotnosti!).

Krok 3: PROTOTYPING

Rozhodli jsme se, že nejprve potřebujeme na desce vytvořit důkaz konceptu 3 čipů Maxim ovládajících 15 7 segmentových LED, abychom se ujistili, že se budou chovat podle očekávání. To byl úspěch. Poté jsme se krátce pokusili postavit zařízení na projektovou desku a velmi rychle jsme zjistili, že hustota obvodu nedovolí, aby v tom byl stroj vyroben. Prostě nemůžete dostat 21 7 segmentů + 3 3 segmenty (a 4 Maximy k jejich ovládání) plus 18 LED diod + 19 tlačítek, aby se vešly na projektovou desku, nemluvě o mikrořadiči, IMU, RTC, GPS atd. Takže jsme museli přistoupit přímo k návrhu desky plošných spojů, kterou jsme považovali za nejlepší způsob, jak vyrobit spolehlivou a věrnou repliku. Promiňte.

Vyzkoušeli jsme také přehrávač MP3 na prkénku A … vytvořili jsme prototyp 3D tištěného 3 segmentu, abychom vyrobili nepolapitelnou požadovanou jednotku +/- LED.

Krok 4: Schémata

Nyní jsou k dispozici schémata, která pomohou každému, kdo chce postavit DSKY bez naší desky plošných spojů nebo soupravy.

První schéma (NeoPixels) ukazuje, jak jsme připojili 18 Neopixelů k Arduino Nano Pin 6. Druhé schéma ukazuje, jak jsme zapojili (všech 18) Neopixelů a 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler a SKM53 GPSr spolu s 19 tlačítka. Třetí schéma ukazuje připojení IMU a RTC.

Použili jsme Surface mount 5050 NeoPixels, který před prvním pixelem vyžadoval předřadný odpor 470 Ohmů a pro každý další pixel jsme použili 10 uF kondenzátor.

Pokud používáte NeoPixel na desce Adafruit (Breadboard friendly) Breakout, jak je zobrazeno výše, pak nepotřebujete žádný odpor ani kondenzátory, protože jsou integrovány na desce Adafruit Breakout PCB.

Vysvětlení obvodu GPS: Většina zařízení GPS Arduino bude pracovat s napájením 5 voltů. Jak již bylo řečeno, logická úroveň na stejných zařízeních je 3,3 voltů. Arduino bude většinu času číst na svém RX pinu 3,3 V tak vysoko, protože je větší než polovina 5 V. Problém spočívá v hardwarovém seriálu … Nejsme si jisti, proč, ale díky logickému srovnávači máme lepší výsledky. Zdá se, že jeho nepoužívání závisí na použití softwarového seriálu. Softwarová sériová knihovna a verze začleněná do novějších verzí IDE upravují časovače a porty na čipu Atmel 328. To zase zakazuje schopnost používat knihovnu Maxim, kterou potřebujeme/používáme k pohonu posuvných registrů pro sedm segmentových displejů. Používáme tedy starý dobrý hardware.

Jazýčkové relé se používá k zapnutí a vypnutí hardwarového seriálu, takže Arduino může být při instalaci stále naprogramováno. Lze to vynechat, nicméně zařízení Arduino by muselo být odstraněno z hlavní desky pro programování, protože seriál bude ukraden GPS. Funguje to takto: při čtení GPS je pin 7 vytažen vysoko a zavírá se rákos. GPS poté začne zaplňovat sériovou vyrovnávací paměť (GPS se nikdy nevypne, jakmile bude mít opravu.) Sériová vyrovnávací paměť je dotazována a když je detekováno dostatečné množství dat, je přečteno a analyzováno. Poté je na pin 7 napsáno nízké odpojení GPS, což umožňuje Arduinu pokračovat v normálním chování.

Krok 5: 3D tisk

Níže je 5 požadovaných souborů stl k vytvoření úplné otevřené repliky DSKY.

Vezměte prosím na vědomí, že zatímco víčko rámečku a krytu baterie lze vytisknout téměř na jakékoli 3D tiskárně, skutečný DSKY byl 7 "široký a téměř 8" vysoký, takže to jsou rozměry naší horní desky, středního kroužku a spodní části, která vyžaduje 3D Tiskárna, která dokáže tisknout alespoň 180 mm na 200 mm.

Bezel, horní desku a střední kroužek vytiskneme na šedý materiál, zatímco spodní a dvířka baterie jsou vytištěny černě.

Krok 6: Laserové řezání/gravírování

Níže jsou uvedeny soubory ButtonCaps Laserem vyřezávané/gravírované a matné okno Lampfield Laserem vytištěné, poté laserem řezané/gravírované.

K vyřezávání a gravírování klíčenek 19 tlačítek používáme Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402). Stejně jako u všech souborů odeslaných do laserové řezačky budete možná muset velikost souboru tweekovat, dokud získejte klíčenky 19 mm x 19 mm. Na našem 60W vodním chlazeném stroji CO2 používáme 40% výkon a rychlost 300 mm/s k gravírování a 50% výkonu a rychlosti 20 mm/s k řezání akrylového plechu.

Matné okno je vytvořeno vytištěním výše uvedeného obrázku na výstižně „Apollo“pojmenovanou průhlednost (proč použít jinou značku?) S jakoukoli laserovou tiskárnou a poté jej přivést k laserovému řezači/rytec, aby „naleptal“horizontálně, poté vertikálně, pomocí 20 % výkonu a rychlosti 500 mm/s, které cítíme, vytváří ideální „matný“vzhled.

Krok 7: BILL OF MATERIAL

1 PCB v1.0D

1 3D tištěné díly

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 GPS SKM53

1 liniový srovnávač

1 jazýčkový spínač

1 DFPlayer Mini

1 karta microSD 2gig

1 2 reproduktor 8 Ohmů

1 Držák baterie 6AA

6 baterií AA

1 drátový terminál

1 vypínač

4 Maxim7219

4 zásuvky 24 pinů

1 40 kolíků

1 10uF kondenzátory

1 15 ohmový odpor

Rezistor 1 100 ohmů

20 470 ohmových rezistorů

22 1K ohmových rezistorů

4 10K ohmové odpory

3 100K ohmové odpory

18 NeoPixel RGB

19 LED tlačítek

19 Laser Cut Cut Button Caps

21 7 Segmenty 820501G

3 3 Segmenty STG

2 Matná okna

Většinu výše uvedených komponent lze snadno najít na eBay nebo Amazonu a jejich cena je rozumná.

Výjimkou je samozřejmě naše vlastní PCB (která integruje všechny tyto komponenty dohromady, naše laserem řezané knoflíky, které vypadají opravdu dobře a umožňují světlu procházet tlačítkem, zamrzlá okna, která po vyzkoušení mnoha alternativ měla Jam mrtvici génia (o tom později) a konečně!@#$%^ 3-segmentový +/- displej, který jsme museli vytvořit úplně od začátku. Přidejte k tomu náš vlastní 3D tištěný kryt a máte všechny ingredience.

Pokud je někdo připraven přijmout chybějící znak „+“před zobrazenými příslušnými číselnými údaji, můžete jednoduše přidat 3 dalších 7 segmentů a zavolat to za den. To pro nás prostě NENÍ možnost, a proto jsme vytvořili vlastní 3 segment.

Krok 8: 3 SEGMENT

Mysleli byste si, že v roce 2018 se všemi světovými zdroji, které máme k dispozici, si můžete jednoduše objednat jednotku LED 3Segment +/-… No, není tomu tak!

Uvědomili jsme si tedy, že abychom zůstali věrní původnímu Apollu DSKY, museli bychom od začátku vytvářet vlastní 3Segment +/- LED.

Po mnoha návrzích jsme konečně měli 3D tiskovou jednotku s integrovaným stínovým boxem.

Poté jsme získali příslušné LED diody SMT (Surface Mounted) a otestovali je.

Nyní jsme byli připraveni navrhnout malou desku plošných spojů, která by se vešla do naší 3D tištěné 3segmentové skořepiny.

Dát to všechno dohromady byla trochu výzva, protože malé LED diody téměř nevidíme, ale výsledek je fantastický!

Krok 9: FUNKČNOST

Poté přišel bod rozhodnout o minimální funkčnosti naší repliky, spolu s produkčními cíli a tím, jaký byl náš seznam přání.

Po menším průzkumu jsme na iTunes našli bezplatnou aplikaci, která by mohla být užitečná, a tak jsme si koupili iPad speciálně pro tento účel.

Bezplatná aplikace pro iPad od společnosti AirSpayce Pty Ltd nám poskytla představu o našem MVP (minimálním životaschopném produktu).

Po napsání kódu k provedení testu Full Lamp jsme okamžitě implementovali nastavení/zobrazení času, monitorování IMU a monitorování GPS.

Kód byl zmrazen, dokud jsme se nerozhodli přidat jednu z našich bláznivých položek seznamu přání, která měla přehrát slavnou řeč JFK z roku 1962 na stadionu Rice „Rozhodli jsme se jít na Měsíc …“. Poté jsme přidali několik dalších ikonických zvukových stop.

Krok 10: MONTÁŽNÍ NÁVOD - Elektronika

Nejprve se ujistěte, že máte všechny požadované součásti.

Před zahájením montáže si důkladně přečtěte následující pokyny.

1. Pájejte všech 20 470 ohmových rezistorů.

2. Pájejte všech 22 1K rezistorů.

3. Pájejte všechny 4 10K odpory.

4. Pájejte všechny 3 odpory 100K.

5. Pájejte odpor 15 Ohmů.

6. Pájejte rezistor 100 Ohmů.

7. Volitelné: Abych pomohl s pájením drobného Surface Mount 5050 RGB NeoPixels, na každou ze 4 podložek kapkám trochu pájky pro každou z 18 RGB LED diod.

8. Odřízněte 2 proužky konektorů samice a připájejte je na místo Arduino Nano na zadní straně desky plošných spojů.

9. Opatrně připájejte všech 18 povrchově montovaných NeoPixelů ve správném pořadí, přičemž dbejte na to, aby nedošlo ke zkratu s blízkými průchodkami. Po sestavení mnoha jednotek jsme zjistili, že je efektivnější pájet 1 Neopixel, napájet Arduino (přes jeho USB port) pomocí strandtest.ino, abychom ověřili, že se rozsvítí, vypnout Arduino, pájet další Neopixel v pořadí, vyzkoušejte a opakujte pro všech 18 Neopixelů. Při řešení potíží mějte na paměti, že problém s Neopixelem může být důsledkem toho, že předchozí Neopixel nebyl správně připájen (výstupní pin). Zjistil jsem, že 680 stupňů je příliš horkých (a někdy zabíjí červenou a zelenou), 518 stupňů se zdá být mnohem lepší.

10. Odřízněte proužek 4 samičích kolíků a připájejte jej na místo Buck Converter.

11. Vložte Arduino Nano a Buck Converter nyní, pokud chcete otestovat RGB LED pomocí strandtest. INO

12. Vypláchněte obě černé rozpěrky pod každým z 19 osvětlených tlačítek, aby tlačítka mohla plně spočívat na desce plošných spojů.

13. Vložte a zapájejte všech 13 zapálených tlačítek a ujistěte se, že všechny červené tečky (katoda) jsou na levé straně. Jakmile jsou vložena všechna tlačítka, zapnu Arduino přes jeho USB port a otestuji, zda se všech 19 LED diod rozsvítí, NEŽ je pájím…

14. Pájejte všechny 4 zásuvky Maxim a dbejte na správnou orientaci.

15. Připravte IMU pájením jeho mužských pinů a skokem jeho ADO pinu na jeho VCC.

16. Připravte vyrovnávač linek pájením jeho mužských kolíků na nízkou a vysokou stranu.

17. Odřízněte a pájejte samičí kolíky, abyste získali IMU, VA RTC a linkový nivelační přístroj.

18. Pájejte všech 10 krytů s ohledem na polaritu. Delší kolík je kladný.

19. Pájejte jazýčkové relé a dbejte na správnou orientaci.

20. Pájejte vodičovou svorku.

21. Pájejte všech 21 7 segmentů a ujistěte se, že tečky (desetinná tečka) jsou vpravo dole.

22. Pájejte všechny 3 segmenty S&T GeoTronics 3 (vlastní plus/mínus).

23. Znovu vložte všechny 4 čipy Maxim 7219 do jejich zdířek, dbejte přitom na orientaci.

24. Vložte IMU, RTC, Buck, Arduino Nano a Line Leveler.

25. Pájejte reproduktor a přehrávač MP3/kartu SD tak, abyste respektovali orientaci A udržovali ji na desce plošných spojů tak vysoko, protože GPS na druhé straně bude muset být v jedné rovině s deskou plošných spojů, aby správně seděla.

26. Po nanesení vrstvy elektrické pásky zespodu zapájejte GPS, abyste zabránili případnému zkratování pinů.

27. Připojte baterii 9Volt a vyzkoušejte dokončenou sestavu elektroniky.

GRATULUJEME! Jste hotovi s montáží elektroniky.

Krok 11: MONTÁŽNÍ NÁVOD - Příloha

KUSOVNÍK

Množství položky

1 3D tištěný rámeček

1 3D tištěná horní deska

1 3D tištěná střední část

1 3D vytištěné dno

1 3D potištěná dvířka baterie

1 Vytištěné matné okno

1 akrylové okno

19 Laser Cut Cut Button Caps

15 dřevěných šroubů s válcovou hlavou (M3-6 mm)

6 Drobné vruty do dřeva

Jakmile je sestava elektroniky plně testována, pokračujte následujícími kroky:

1. Umístěte všech 19 krytů tlačítek na jejich správné místo podle obrázku výše.

2. Opatrně vložte sestavenou desku plošných spojů do horní desky. Může být těsný a může vyžadovat trochu broušení 3D tištěné součásti.

3. Pomocí 6 malých měděných šroubů přišroubujte desku plošných spojů k horní desce. NEUTAHUJTE příliš silně.

4. Pomocí 2 šroubů s válcovou hlavou namontujte reproduktor a poté vypínač Zapnuto/Vypnuto do 3D vytištěné střední části zatlačením.

5. Pomocí 8 šroubů s válcovou hlavou přišroubujte sestavenou horní desku ke střední části a ujistěte se, že vypínač a otvor pro reproduktor jsou vpředu.

6. Na každou stranu reproduktoru připájejte propojovací kabel a přeskočte je do každého otvoru pro zvukový výstup vedle karty SD.

7. Pomocí oboustranné lepicí pásky nainstalujte krabici na baterie dovnitř přihrádky na baterie a ujistěte se, že jsou do otvoru zasunuty jak červený, tak černý vodič.

8. Zašroubujte černý vodič z bateriového boxu do polohy Gnd na modrém šroubovacím terminálu a červený vodič z bateriového boxu připájejte na kolíky kolébkového vypínače On/Off.

9. Našroubujte propojovací vodič na stranu 9V modrého šroubového terminálu a druhý konec připájejte k dostupnému kolíku kolébkového spínače zapnutí/vypnutí.

10. Zavřete zadní kryt a pomocí 8 šroubů s válcovou hlavou našroubujte sestavený zadní kryt do střední části. NEUTAHUJTE příliš silně.

GRATULUJEME! Jste hotovi se sestavou skříně a nyní máte kompletní DSKY!

Krok 12: SOFTWARE

Navštivte náš další otevřený instruktáž DSKY s názvem „PROGRAMOVÁNÍ OPEN DSKY“

pro podrobnější informace o programování a videa o programování vašeho Open DSKY.

Protože hojně využíváme Neopixely, budete muset navštívit web Adafruit a stáhnout si jeho úžasnou knihovnu. Tato knihovna obsahuje několik skvělých příkladů, jako je „standtest.ino“, které Limor a její tým také napsali.

Protože také používáme posuvné registry k pohonu 7 segmentů, je pro čip Max7219 potřeba knihovna Maxim.

Získejte to zde: LedControl Library

V příloze je náš aktuální kód k 1. 9. 2018. Toto je prototyp s omezenou funkčností. Během pokračujícího vývoje a zefektivňování sady funkcí se obraťte na www. OpenDSKY.com. Tento aktuální prototypový kód testuje všech 7 posuvných registrů Segment/Maxim, všechny Neopixely, velmi přesné hodiny reálného času, 6 DOF IMU, GPS a MP3 přehrávač.

Všechny tyto funkce ve 3 autentických slovesech a 3 autentických podstatných jménech a 3 programech jsme přidali pro ukázkové účely.

SEVERNÍ SEZNAM SEZNAM SEZNAMŮ SEZNAM PROGRAMŮ

16 DECIMÁLNÍ MONITOR 17 IMU 62 „Rozhodli jsme se jít na Měsíc“

21 DATA ZATÍŽENÍ 36 ČAS 69 „Orel přistál“

35 TEST LITES 43 GPS 70 „Houstone, měli jsme problém“

Užijte si videoklip pro krátkou ukázku některých aktuálně implementovaných funkcí.

Krok 13: KICKSTARTER

Podle našeho úspěšného vzorce použitého pro náš projekt Open Enigma nabízíme na Kickstarteru různé sady, sestavené/testované jednotky a repliku limitované edice Ultimate 50th Anniversary (Make 100).

Nabízíme:

- Samotná DPS

- Sada Barebones

- Sada elektroniky pro kutily

- Kompletní sada (s 3D tištěnými a laserem řezanými součástmi)

- Sestavená/testovaná jednotka

- Limitovaná edice 50. výročí se sériovým číslem a certifikátem pravosti

Náš Kickstarter je právě NAŽIVO!

Otevřete Kickstarter DSKY

Pro více informací navštivte

Chcete -li si objednat desku plošných spojů nebo soupravu, navštivte www.stgeotronics.com.