Elektronika
je stále výkonnější a levnější. I elektronické hodiny jsou stále
přesnější, případně synchronizované dle DCF 77, GPS, sítě mobilních
operátorů nebo z NTP servery Internetu. Pomalu ztrácí význam řešit sítě
jednotného času na bázi rozvodů polarizovaných či stejnosměrných
impulzů. Přesto jsou místa, kde takové sítě jsou vhodné. Přistoupili
jsme proto k vývoji SW pro co nejlevnější variantu elektronických
hlavních hodin na bázi modulu ESP8266 ESP-12F do napětí 24 V jak pro
polarizované impulzy, tak i pro třídrátový rozvod nepolarizovaných
pulzů hodin INTERNATIONAL.
Naše řešení je minimalistické, bez zbytných zobrazovacích a nastavovacích prvků. Používá pouze moduly - řídící jednotku ESP8266 ESP-12F připojenou na WiFi síť pro prvotní získání času a vlastní řízení a výkonový modul s dvojitým H můstkem. Od verze 2 doplněné o EEPROM a step down zdroj. Výhodou je, že H můstek je původně určen pro řízení krokových motorů a proto obsahuje ochranné prvky pro připojení indukční zátěže cívek podružných hodin. ( Modul zároveň napětím 5V může napájet řídící jednotku. ) Pořizovací cena potřebných modulů jen několik málo stokorun.
Přímé ruční ovládání je redukováno pouze na FAST tlačítko, které při normálním režimu aktivuje režim rychlého chodu a ruší příkaz STOP. Při startu způsobí vynechání pokusu o připojení k WiFi a umožní nastavit parametry. Indikuje se připojení pracovní napětí (na výkonovém modulu), malou modrou LED připojení k WiFi a RGB ledkou stav řídící jednotky (červená signalizuje čekání, modrá a zelená polaritu pulzu). Složitější ovládání řídící jednotky řeší monitorovací a nastavovací WEB na IP adrese 192.168.4.1 nebo na IP adrese určené sítí, ke které je připojena.
Navržené
hlavní hodiny mají přesnost danou synchronizací ze serveru NTP.
Jednotka nemá vlastní RTC hodiny, při ztrátě spojení s NTP serverem
určuje
čas pomocí vnitřního rezonátoru. Při startu a připojení musí na prvotní
získání aktuálního času počkat. 
Schema pinů řídící jednotky je na obrázku. Jako výstupní jsou použity piny GPIO 12 a 13. Stav těchto pinů je signalizován zelenou a modrou LED v rámci RGB LED. Vedou na vstupní body můstku L298N Dual H Most DC označené jako In1 a In2 a paralelně na IN3 a IN4. Protože řídící deska nemá možnost snadného připojení vodičů, je doplněna základnou postavenou z univerzální desky a dutinkových konektorů. Výstupní dráty jsou k univerzální desce připájeny. Řídící desku lze vyjmout a připojit k její programovací základně.
Na horním obrázku je zapojení ve variantě pro polarizované pulzy generované prvním z H můstků. Linka se připojuje do horních modrých svorek OUT1 a OUT2 L298N Dual H Mostu DC. (Od verze 2 i na OUT3 a OUT4). Pracovní napětí 24 V je přivedeno na svorky označené VCC a GND. Deska má vlastní stabilizátor 5 V pro potřeby vnitřní logiky desky. Zde u verze 1 je využit i k napájení Arduina. Napětí 5V je třeba připojit ze svorek 5V a GND na piny VCC a GND na řídící jednotce.
K řídící jednotce se můžeme připojit internetovým prohlížečem přímo na její WiFi. Jméno WiFi je obvykle NTPgenMI- plus MAC adresa zařízení. Připojení je bez hesla. Po připojení zadáme IP adresu 192.168.4.1 Pro vstup do ovládání je nutné zadat jméno admin a heslo, které bylo určeno při překladu programu. Připojit se jde i na IP přidělené WiFi sítí, pokud jsme připojeni k téže síti. Pravděpodobně nám nadřízený router nepřidělil veřejnou IP. Lze však za jistých nastaveních v firewallu nastavit DMZ tak, aby web impulzeru byl přístupný i od jinud. Podle mého názoru však nemá velký smysl nařizovat hlavní hodiny, když k nim nemám přístup.
Jak již bylo popsáno impulzer nemá vlastní nastavovací prvky, proto umožňuje veškerá nastavení pomocí mobilního telefonu či notebooku. Jednotka při startu spustí WiFi v režimu AP + STA a snaží se připojit k zadané WiFi. Režimy AP a STA jsou trochu konkurenční, tedy v případě, že se modul stále neúspěšně pokouší o připojení, nestíhá obsluhovat WEB. Aby i v tomto případě šlo zadat jméno a heslo sítě, program při stlačení FAST tlačítka při zapnutí přeskočí pokus o připojení a vstoupí rovnou do nastavovacího režimu PANIKA. Stav je signalizován rychlým blikáním červené LED. Nastavovací web jednotky má čtyři stránky.
Úvodní stránkaNa stránce je v hlavičce uvedena MAC adresa bez oddělovacích dvojteček. V barevném rámečku je okno aktuálního stavu. Momentálně má olivovou barvu, je tedy vše v pořádku. Zobrazen je datum a čas dle NTP serveru. V dalším řádku je stav linky - zde 16:54 a kód stavu. Zde chod na základě záporného impulzu. Toto okno se obnovuje buď jednou za minutu nebo při rychlém chodu jednou za 2 sekundy.
Kódy stavu jsou následující:
Další webové tlačítko umožňuje Zastavit nebo Spustit linku. Zastavení se doporučuje například při zadávání opravného stavu linky.
Do formuláře času na hodinách se zadává aktuální hodnota zobrazená na hodinách. Pozor, zadává se bez oddělovacího znaku mezi hodinami a minutami tedy například 832 je ve významu 8:32. Po zadání dojde k automatickému nastavení podružných hodin na správný čas buď rychlým posunem nebo naopak vyčkáním na dosažený čas.
Další oblast webová tlačítka na další nastavovací stránky a případné obnovení stránky.
Na této stránce můžete nastavit připojení k nadřízené WiFi. Modul nejprve provede Scan sítí v okolí a nalezené sítě seřadí do výběrového menu. Zjišťování sítí nějakou dobu trvá, takže mějte trpělivost. Ve výběrovém řádku je síla signálu v dBm a SSID.
Pokud to síť vyžaduje, zadáte heslo a případně i NTP server. Přednastavená hodnota cz.pool.ntp.org je pool českých NTP serverů. Pool znamená, že jsou automaticky NTP servery střídány, aby nedocházelo k přetěžování některého z nich. Většinou není vhodné toto nastavení měnit.
Po zadání připojovacích informací modul restartuje.
Ze stránky se můžete vrátit odkazem Zpět.
Pokud se jednotka neúspěšně snaží připojit k nezadané či neexistující síti, případně s chybně zadaným heslem, je touto činností zcela vytížena a nestihne vysílat webové stránky.
Dobu čekání lze zkrátit vyvoláním režimu PANIKA bez připojování k WiFi. Tento režim se hlásí rychlým blikáním červené LED. Režim vyvoláme stisknutím tlačítka FAST na modulu při zapnutí napájecího napětí. Automaticky jednotka do tohoto "panického" režimu přejde po cca 5 minutách marných pokusů o připojení. Bez prvotního získání času z NTP nemůže jednotka pracovat.
V pravém okně běží reálný externí monitor NTP impulzeru. Zobrazuje kódový stav systému, nastavení linky, případnou existence letního času a používanou délku pulzu a délku minimální mezery. Vzhledem k tomu, že NTPimpulzer má nastaveno několik možných AP, je zobrazeno jméno sítě, ke které je právě připojen a "síla" signálu. Pro rozlišení je uvedena i MAC adresa konkrétního NTPimpulzeru.
Údaje monitoru nejsou internetové hodiny. Je to zpožděná informace o nastavení linky. Zpoždění je zejména proto, že na obrazovce vašeho počítače se nová hodnota objeví až nastane Refresch okna. Refresch je prováděn v normálním režimu jednou za minutu tak, aby byl několik sekund po celé minutě. Impulzer posílá tuto informaci až po dokončení pohybu ručiček.
Je však třeba připomenout, že původní účel použitého čipu ESP8266, byl přenos sériové komunikace pomocí WiFi. Pro zpracovaní vlastního kódu se musí přerušit původní rutina obsluhující WiFi a když se zase její běh v krátkém čase neobnoví tak to může dělat různá zpoždění v komunikaci. Zároveň se asi uplatňují úspory napájení, kdy modul upadá do různě hlubokého spánku. To také lehce ovlivňuje přesnost odeslání impulzu. Tato chyba se však při připojení k NTP serveru nekumuluje a asi nebude v daném okamžiku větší než zlomek sekundy.
Na videu v režimu nastavení na čas (FAST).
Verze
2 od 2.8.2023Po asi ročním provozu jsem přikročil k vývoji druhé varianty. Tato varianta má vypuštěné volby Generování kódu P1, Generování kódu P2 a kódu Mobatime. Doplněno hlášení chyby EEPROM fialovou barvou ve všech režimech. Chyba vznikne v okamžiku, kdy se nepodaří zápis do EEPROM reálné či simulované. Podstatné je odstranění občasné chyby, kdy patrně při zakmitání napájecího napětí došlo k vymazání paměti nastavení. Patrně to bylo proto, že použité Arduino nemá reálnou paměť EEPROM. Tato paměť je u první varianty pouze softwarově simulovaná. Použitý HW druhé varianty je rozšířen o modul I2C EEPROM AT24C256. Tím je do impulzeru přidána reálná EEPROM paměť. Konstrukce se o několik desetikorun prodražila.
Lehce se také zvětšila spotřeba energie. Při použití pro 24 V linku se vestavěný zdroj 5 V až moc zahříval. Na snímku přidán chladič bez většího úspěchu. Nakonec byl zdroj na desce H můstku vypnut a nahražen napájecím modulem Mini Step Down Buck 3A DC 5-23 na DC 1-17 umístěným pod desku ESP8266.
Ve verzi 2 jsou zapojeny oba H můstky paralelně, takže lze řídit dvě výstupní linky. Zvýší se tak možnost připojení více podružných hodin. Zároveň je zvoleno takové propojení, že HW pro střídavé i stejnosměrné impulzy ala IBM je stejný. Liší se jen použitý SW.
Funkce nastavení linky byla rozšířena o možnost nastavení kalendářních hodin například CPJ061. Pokud je nastaven cyklus 24 hodin, je na stránce hlavních voleb výběrový seznam pro nastavení dne v týdnu, který hodiny ukazují. Pokud je zobrazený den v týdnu na hodinách odlišný od aktuálního dne, provede řídící jednotka tolik skupin 1440 impulzů, aby byl dosažen požadovaný den. Nastavení dne proběhne po nastavení hodin na požadovaný čas. Nejnovější rozšíření funkce je zavedení režimu vysílání půlminutových pulzů. Volba je přidána do stránky nastavení parametrů. Implicitně jednotka vysílá minutové pulzy.
