Часы, синхронизируемые смартфоном

Автор: Сергей Безруков (aka Ser60)
Опубликовано 15.04.2025
Создано при помощи КотоРед.

Предлагаю вниманию читателей ещё одну конструкцию малогабаритных часов с размерами и интерфейсом с пользователем как у моей предыдущей конструкции, опубликованной здесь. Часы проектировались с целью установки на прикроватной тумбочке и показа времени преимущественно в ночное время по запросу пользователя. Постоянно светящиеся ночью часы мешают мне спать, поэтому большую часть времени дисплей часов выключен. Для показа времени следует легонько хлопнуть фалангами пальцев по любому месту тумбочки, см. видео в вышеупомянутой статье.

Выключение дисплея также благоприятно сказывается на токопотреблении устройства и позволяет питать его от одной пальчиковой батарейки типоразмера ААА в течение нескольких лет. Для повышения напряжения батареи до 3В используется микро-мощный преобразователь на микросхеме IC3. В этой микросхеме имеется встроенный ключ, который коммутирует питание дисплея. Управление ключом производится модулем SiP (System in Package) IC1. Определение хлопка по поверхности установки часов и управление их режимами производится с помощью акселерометра IC2.

SiP модуль IC1 помимо ARM Cortex-M33 микроконтроллера содержит в своём QFN корпусе размером 6×6×1.1мм всю необходимую пассивную обвязку, включая высокочастотный кристалл, дроссель понижающего DC/DC конвертера, Bluetooth радио, антенный фильтр, и даже саму антенну. Для согласования последней на плате следует вытравить специальный «земляной» контур с геометрией, описанной в ДШ. Несмотря на наличие в модуле высокоточного часового RC-генератора, синхронизируемого от внутреннего высокочастотного кристалла, я решил поставить в схему внешний часовой кварц фирмы Micro Crystal AG размером 2×1.2мм. В качестве дисплея использован широко распространённый графический OLED с разрешением 128×32 пикселей. Дисплей и акселерометр управляются по интерфейсу I2C на тактирующей частоте 400 кГц. Схема собрана на односторонней печатной плате, установленной на задней стенке держателя батареи, и имеет соответствующие размеры 50×13мм близкие размерам модуля дисплея. Несколько неразведённых соединений реализованы проволочными перемычками. Плата дисплея установлена поверх деталей на основной плате и приклеена к ней через прокладки толщиной 2мм.

Как следует из схемы, часы не имеют никаких механических кнопок для интерфейса с пользователем. Установка времени производится через Bluetooth протокол, например, с помощью смартфона. Для этого часы следует повернуть дисплеем вверх, что приводит к пробуждению МК акселерометром и началу посылок оповещений (advertisements) на протяжении 30 сек, в течение которых предполагается установить соединение с часами. Для упрощения синхронизации времени разработано специальное Android приложение, которое после соединения с часами автоматически засылает в них время (и дату) из мобильного устройства. Таким образом, установка времени производится буквально одним кликом по экрану смартфона, который всегда знает точное время. Предусмотрена также возможность периодической синхронизации времени со специальным внешним Bluetooth/WiFi синхронизатором, но подробнее о нём как-нибудь в другой раз.

При пробуждении МК акселерометром в рабочем положении часов, когда плата дисплея перпендикулярна поверхности тумбочки, производится включение дисплея на 2 секунды с показом текущего времени. Bluetooth оповещения при этом не посылаются, таким образом часы оказываются невидимыми для внешних Bluetooth устройств. Мощность передатчика SiP модуля часов ограничена значением 0 dBm (1 мВт), чего вполне достаточно для соединения в пределах жилой комнаты. Низкая мощность передатчика в сочетании с очень ограниченным временем видимости часов внешними Bluetooth устройствами фактически исключает несанкционированную установку времени. Потребление от батареи при выключенном дисплее составляет около 15мкА, а при показе времени увеличивается до 10мА. Учитывая ёмкость ААА батареи 1000 мА/ч, получаем непрерывную работу в режиме сна порядка нескольких лет. Печатная плата для Eagle и полный исходный код проекта прилагаются.

Файлы:
archive

Все вопросы в Форум.