Отворен компютър за насочване на Аполон DSKY: 13 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Гордея се, че ще се представя за инструктори от 1/10/18. Моля, гласувайте за нас и ни дайте харесване!

Кампанията на Kickstarter беше супер успешна!

Отворете DSKY Kickstarter

Нашият Open DSKY в момента е на живо в Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) и е достъпен от нашия сайт за електронна търговия.

Бил Уокър (създател на проекта Apollo Educational Experience Project), е написал невероятен персонализиран софтуер (с близо 50 функции) с Command Reference, моделиран по план за полет на Apollo за неговите 2 Open DSKYs и го прави достъпен изключително за всички чрез своя GoFundMe страница. Моля, помислете за подкрепата му.

Въпреки че това със сигурност не е първото пресъздаване на Iconic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (Display/Keyboard), използван във всички мисии на Apollo през 60-те години, и можете да очаквате още повече да се появят тази и следващата година поради предстоящата 50-годишнина от първото кацане на Луната, решихме преди няколко години да създадем своя собствена версия, която да отговаря на минимален брой предпоставки.

Този проект възникна по предложение на един от нашите поддръжници/сътрудници на Open Enigma и бихме искали да благодарим на Rob за неговото предложение/принос. Благодаря ти Роб!

Спецификации на предпоставките:

- Трябва да бъде изграден с Arduino и да предлага софтуер с отворен код.

- Трябва да изглежда и да се чувства като истинското нещо. Вярна реплика очевидно БЕЗ Ядро памет …

- Необходимо е да подражава на функцията/поведението на летателните единици Apollo.

- Необходимо е да се използват компоненти, които позволяват на някой да го изгради като комплект.

Стъпка 1: ИЗСЛЕДВАНЕ, Събиране на оригинални спецификации

Въпреки че ние НЕ сме имали лично достъп до физическо устройство, имаме късмет, че други хора, които имат (или са имали) достъп, са документирали своите констатации (например Фран Бланш - независимо дали подкрепяте нашия Kickstarter или не, моля, помислете за подкрепата на нейната кампания за краудфандинг https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), някои ни позволиха да се възползваме от тези знания. Както Исак Нютон написа: „Ние наистина стоим на рамото на гиганти“.

Използвайки отличния хартиен комплект от EduCraft ™ за точни размери, безплатното приложение за iPad от AirSpayce Pty Ltd за функции за минимална жизнеспособност и много подробната книга от Франк О'Брайън „Компютърът за ориентиране на Аполо - Архитектура и работа“, заедно с многобройни ресурси на НАСА включително пълния оригинален код на GitHub, успяхме да определим и възпроизведем много от точните хардуерни и софтуерни спецификации.

Оригиналните електролуминесцентни дисплеи, използвани в Аполон, бяха много краткотрайна технология, която отдавна е изчезнала. Той отиде по пътя на остаряването в началото на 70 -те години на миналия век, така че много бързо решихме да използваме светодиоди под формата на 7 сегмента, за да ги подражаваме. Това също ни позволи да НЕ трябва да използваме високо напрежение и 156 механични релета за задвижване на EL дисплеите. Намирането на правилния размер беше предизвикателство, но малко знаем, че намирането на сегмент +/- 3 би било мисия невъзможна! (дори и в наши дни …) Намерихме в Израел около 3 сегмента +/- интегрирани със 7-сегментна единица и решихме да ги пробваме за най-ранните ни прототипи …

Стъпка 2: Малко история …

Трябва да се отбележи, че първото нещо, което наистина прилича на модерен микроконтролер, вероятно ще бъде Apollo AGC. Това беше първият истински полетен компютър плюс първото голямо използване на интегрални схеми. Но трябва да продължите още едно десетилетие, преди всички основни функционалности на компютъра да бъдат събрани на един LSI чип; като Intel 8080 или Zilog Z80. И дори тогава паметта, часовникът и много от входно -изходните функции бяха външни. Това не беше ужасно удобно за потребителя на хобито.

Именно ARM, AVR и подобни чипове носят следващата важна стъпка; с включването на енергонезависима флаш оперативна памет стана възможно да се конструира компютър без практически никакви външни компоненти. Серията чипове AVR (с която сме най -добре запознати) имат буферирани входно -изходни линии, серийни UART, A/D преобразуватели и PWM генератори, таймери за наблюдение и дори вътрешни осцилатори, ако се желае. Във формата на Arduino и подобни платки, тези чипове са заобиколени от подходящ часовник кристал или резонатор, регулирано захранване, малко захранване и други кондензатори за разединяване с критични щифтове и няколко мигащи светлини за мониторинг на състоянието.

Иронично е, че 50 години по -късно избраната платформа за проект „направи си сам“предлага по същество същата функционалност (Ram/Rom/Обработка) при минимална част от цената (и теглото!).

Стъпка 3: ПРОТОТИП

Решихме, че първо трябва да направим доказателство за концепцията на макета от 3 чипа Maxim, контролиращи 15 7 сегментни светодиода, за да сме сигурни, че ще се държат според очакванията. Това беше успех. След това накратко се опитахме да изградим устройството на проектна дъска и много бързо установихме, че плътността на веригата няма да позволи машината да бъде произведена в това. Просто не можете да получите 21 7 сегмента + 3 3 сегмента (и 4-те Максима, за да ги контролирате) плюс 18 светодиода + 19 бутона, които да се поберат на таблото за проекти, да не говорим за микроконтролера, IMU, RTC, GPS и т.н. Така че трябваше да пристъпим директно към проектирането на печатни платки, които според нас бяха най -добрият начин за създаване на надеждна, вярна реплика. Съжалявам.

Ние също така тествахме MP3 плейъра на макет И … създадохме прототип на 3D отпечатан 3 сегмент, за да произведем неуловимия желания +/- LED модул.

Стъпка 4: Схеми

Вече са налични схеми, които да помогнат на всеки, който иска да изгради DSKY без нашата печатна платка или комплект.

Първата схема (NeoPixels) показва как сме свързали 18 -те неопиксела към Arduino Nano Pin 6. Втората схема показва как сме свързали (всичките 18) неопиксела и 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler и SKM53 GPSr заедно с 19 бутони. Третата схема показва връзките IMU & RTC.

Използвахме Surface mount 5050 NeoPixels, който изискваше баластен резистор от 470 ома преди първия пиксел и използвахме 10 uF кондензатор за всеки друг пиксел.

Ако използвате NeoPixel на адаптерната платка Adafruit (подходяща за Breadboard), както е на снимката по-горе, тогава нямате нужда от никакъв резистор или кондензатори, тъй като те са вградени в печатната платка Adafruit.

Обяснението на GPS веригата: Повечето GPS устройства на Arduino ще работят на 5 волта. Като се има предвид това, логическото ниво на същите тези устройства е 3,3 волта. През повечето време Arduino ще чете на своя RX пин 3.3V толкова високо, тъй като е по -голям от половината от 5V. Проблемът се крие в хардуерната серия … Не сме сигурни защо, но имаме по -добри резултати, използвайки логическото изравняване. Неизползването изглежда зависи от използването на софтуерна серия. Софтуерната серийна библиотека и версията, включена в по -новите версии на IDE, променят таймерите и портовете на чипа Atmel 328. Това от своя страна изключва възможността да използваме библиотеката Maxim, от която се нуждаем/използваме, за да управляваме регистрите за смяна за седемте сегментни дисплея. Затова използваме добрия стар хардуерен сериал.

Тръстиковото реле се използва за включване и изключване на хардуерния сериал, така че Arduino все още да може да бъде програмиран, докато е инсталиран. Може да бъде пропуснато, но устройството Arduino ще трябва да бъде премахнато от основната платка за програмиране, тъй като сериалът ще бъде откраднат от GPS. Начинът, по който това работи, е: когато четете GPS, щифт 7 се дърпа високо, затваряйки тръстиката. След това GPS започва да запълва серийния буфер (GPS никога няма да се изключи, след като има корекция.) Серийният буфер се оправя и когато бъде открито достатъчно количество данни, той се чете и анализира. След това щифт 7 се пише ниско, като изключва GPS, което позволява на Arduino да възобнови нормалното си поведение.

Стъпка 5: 3D печат

По -долу са 5 -те необходими stl файла, за да направите пълна Open DSKY реплика.

Моля, обърнете внимание, че макар че рамката и капакът на кутията на батерията могат да бъдат отпечатани на почти всеки 3D принтер, истинският DSKY е бил 7 "широк с почти 8" висок, така че това са размерите на нашата горна плоча, среден пръстен и дъно, което изисква 3D Принтер, който може да отпечатва най -малко 180 мм на 200 мм.

Ние отпечатваме рамката, горната плоча и средния пръстен върху сив материал, докато долната и батерийната врата са отпечатани в черно.

Стъпка 6: Лазерно рязане/гравиране

По -долу са файловете с лазерно изрязване/гравиране на ButtonCaps и прозорецът Lampfield с лазерно отпечатване, след това файл с лазерно изрязване/гравиране.

Ние използваме Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402), за да изрежем и гравираме ключовете с 19 бутона. Както при всички файлове, изпратени на лазерен нож, може да се наложи да промените размера на файла, докато не получаваме ключове 19 мм на 19 мм. На нашата машина с CO2 с водно охлаждане с 60 вата използваме 40% мощност и скорост 300 мм/сек за гравиране и 50% мощност и скорост 20 мм/сек за изрязване на акрилния лист.

Матираният прозорец се създава чрез отпечатване на горното изображение на подходящо „Аполо“, наречено прозрачност (защо да използвате друга марка?) С всеки лазерен принтер и след това го подавате към лазерния нож/гравьор, за да „гравирате“хоризонтално, след това вертикално, като използвате 20 % мощност и скорост от 500 мм/сек, които усещаме, създават идеален „замръзнал“вид.

Стъпка 7: СТРАНИЦА

1 печатна платка v1.0D

1 3D отпечатани части

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 GPS SKM53

Изравнител на 1 линия

1 Reed Switch

1 DFPlayer Mini

1 MicroSD карта 2Гиг

1 2 8Ohms високоговорител

1 6AA държач за батерия

6 батерии тип АА

1 проводник

1 Превключвател за включване/изключване

4 Максим7219

4 гнезда 24 пина

1 40 женски щифта

1 10uF кондензатори

1 15 ома резистор

1 100 ома резистор

20 470 ома резистори

22 1K ома резистори

4 10K ома резистори

3 100K ома резистори

18 NeoPixel RGB

19 LED бутони

19 капачки с бутони за лазерно изрязване

21 7 Сегменти 820501G

3 3 сегмента STG

2 матови Windows

Повечето компоненти по -горе лесно се намират на eBay или Amazon и са на разумни цени.

Изключение правят, разбира се, нашата собствена печатна платка (която интегрира всички тези компоненти заедно, нашите лазерно изрязани капачки на копчета, които изглеждат наистина добре и позволяват на светлината да премине през бутона, матираните прозорци, които след опити на многобройни алтернативи, Джеймс получи удар гений (повече за това по-късно) и накрая!@#$%^ 3-сегментният +/- дисплей, който трябваше да създадем от нулата. Добавете към това нашето собствено 3D отпечатано заграждение и ще имате всички съставки.

Ако някой е готов да приеме липсата на знак „+“пред съответните показани цифрови данни, тогава можете просто да добавите още 3 7 сегмента и да го наречете на ден. Това просто НЕ беше опция за нас и затова създадохме собствен собствен 3 сегмент.

Стъпка 8: 3 СЕГМЕНТ

Бихте си помислили, че през 2018 г., с всички налични световни ресурси, човек може просто да поръча 3Segment +/- LED модул … Е, това не е така!

И така, осъзнахме, че за да останем верни на оригиналния Apollo DSKY, ще трябва да създадем от нулата нашия собствен 3Segment +/- LED.

След многобройни дизайни най -накрая имахме 3D печатна единица с интегрирана кутия за сенки.

След това ние снабдихме подходящите SMT (повърхностно монтирани) светодиоди и ги тествахме.

Вече бяхме готови да проектираме малката печатна платка, която да се побере в нашата 3D отпечатана 3Segment обвивка.

Събирането на всичко това беше малко предизвикателство, като се има предвид, че едва ли можем да видим малките светодиоди, но резултатът е Фантастичен!

Стъпка 9: ФУНКЦИОНАЛНОСТ

След това дойде моментът да решим минималната функционалност на нашата реплика, заедно с производствените цели и какъв е нашият списък с желания.

След малко проучване открихме безплатно приложение в iTunes, което може да бъде полезно, затова купихме iPad специално за тази цел.

Безплатното приложение за iPad от AirSpayce Pty Ltd ни даде представа за нашия MVP (минимално жизнеспособен продукт).

След като написахме кода за извършване на тест с пълна лампа, веднага приложихме настройката/дисплея на часа, IMU мониторинга и GPS мониторинга.

Кодът беше замразен, докато не решихме да добавим един от нашите луди елементи от списъка с желания, който трябваше да възпроизведе известната реч на JFK от 1962 г. на стадион „Райс“„Ние избираме да отидем на Луната …“. След това добавихме още няколко емблематични звукови записи.

Стъпка 10: ИНСТРУКЦИИ ЗА МОНТАЖ - Електроника

Първо се уверете, че имате всички необходими компоненти.

Преди да започнете монтажа, прочетете следните инструкции напълно.

1. Запоявайте всички 20 470 ома резистори.

2. Запоявайте всички 22 1K резистора.

3. Запоявайте всички 4 10K резистора.

4. Запоявайте всички 3 100K резистора.

5. Запоявайте 15 ома резистор.

6. Запоявайте 100 ома резистор.

7. Незадължително: За да помогна при запояването на малкия Surface Mount 5050 RGB NeoPixels, пускам малко спойка върху всяка от 4 -те подложки за всеки от 18 RGB светодиода.

8. Изрежете 2 ленти от женски щифтове и ги запоявайте към Arduino Nano място на гърба на печатната платка.

9. Внимателно запоявайте всички 18 повърхностно монтирани NeoPixels в правилната последователност, като внимавате да не късо с близки проходи. След сглобяването на много устройства, ние открихме, че е по -ефективно да запоите 1 Neopixel, да захранвате Arduino (чрез USB порта) с strandtest.ino, за да проверите дали светва, да изключите Arduino, да запоите следващия Neopixel в последователността, тествайте го и повторете за всичките 18 неопиксела. Докато отстранявате проблеми, имайте предвид, че проблем с Neopixel може да се дължи на това, че предишният Neopixel НЕ е запоен правилно (изходен щифт). Открих, че 680 градуса е твърде горещо (и понякога убива червено и или зелено), 518 градуса изглежда много по -добре.

10. Изрежете лента от 4 женски щифта и я запояйте до мястото на Buck Converter.

11. Поставете Arduino Nano и Buck Converter сега, ако искате да тествате RGB светодиодите, използвайки strandtest. INO

12. Флаш изрежете двата черни дистанционера под всеки от 19 -те осветени бутона, за да позволите бутоните да лежат напълно върху печатната платка.

13. Поставете, след това запойте всички 13 осветени бутони, като се уверите, че всички червени точки (катод) са от лявата страна. След като всички бутони са поставени, захранвам Arduino през USB порта, за да проверя дали всичките 19 светодиода с бутони се включват ПРЕДИ да ги запоя …

14. Запоявайте всички 4 гнезда Maxim, като внимавате да спазвате ориентацията.

15. Подгответе IMU, като запоите неговите мъжки щифтове и прескочите своя ADO щифт към неговия VCC.

16. Подгответе изравнителя на линията, като запоите неговите мъжки щифтове от долната и високата страна.

17. Изрежете и запоявайте женските щифтове, за да получите IMU, VA RTC и линейно изравняване.

18. Запоявайте всички 10 капачки, спазвайки полярността. По -дългият щифт е положителен.

19. Запоявайте тръстиковото реле, като се уверите, че спазвате ориентацията.

20. Запоявайте клемата на проводника.

21. Запоявайте всички 21 7 сегмента, като се уверите, че точките (десетичната запетая) са в долния десен ъгъл.

22. Запоявайте всички 3 сегмента S&T GeoTronics 3 (Custom Plus/Minus).

23. Поставете отново всичките 4 чипа Maxim 7219 в гнездата им, като внимавате да спазвате ориентацията.

24. Поставете IMU, RTC, Buck, Arduino Nano и Line Leveler.

25. Запоявайте високоговорителя и MP3 плейъра/SD картата, като се уверите, че спазвате ориентацията И се държите възможно най -високо на печатната платка, защото GPS от другата страна ще трябва да бъде изравнен с печатната платка, за да се побере правилно.

26. Запоявайте GPS след нанасяне на слой електрическа лента отдолу, за да предотвратите потенциално късо съединение на щифтовете.

27. Свържете батерията 9Volt и тествайте завършения комплект електроника.

ЧЕСТИТО! Свършихте с монтажа на електрониката.

Стъпка 11: ИНСТРУКЦИИ ЗА МОНТАЖ - Приложение

СТРАНИЦА ЗА МАТЕРИАЛИ

Брой артикул

1 3D печатна рамка

1 3D печатна горна плоча

1 3D печатна средна секция

1 3D печат отдолу

1 3D отпечатана врата на батерията

1 Отпечатан прозорец с матово покритие

1 акрилен прозорец

19 капачки с бутони за лазерно изрязване

15 Дървени винтове с глава на гнездо (M3-6 мм)

6 малки винта за дърво

След като електрониката е напълно тествана, моля, продължете със следните стъпки:

1. Поставете всичките 19 капачки на бутоните на правилното им място, както следва снимката по -горе.

2. Внимателно поставете сглобената платка в горната плоча. Може да е плътно прилепнал и може да изисква малко шлайфане на 3D отпечатания компонент.

3. С помощта на 6 малки медни винта завийте платката към горната плоча. НЕ затягайте прекалено.

4. С помощта на 2 от винтовете с гнездовата глава монтирайте високоговорителя и след това превключвателя за включване/изключване към 3D печатната средна част, като го натиснете навътре.

5. С помощта на 8 от винтовете с гнездовата глава завийте сглобената горна плоча към средната секция, като се уверите, че превключвателят за включване/изключване и отворът на високоговорителя са отпред.

6. Запоявайте джъмпер проводник от всяка страна на високоговорителя, като ги прескачате до всяка дупка за аудио изход до SD картата.

7. С помощта на двустранна лента монтирайте кутията за батерията в отделението за батериите, като се уверите, че в отвора са поставени както червени, така и черни проводници.

8. Завийте черния проводник от кутията на батерията в положение Gnd на синия винтов терминал и запойте червения проводник от кутията на батерията към двата щифта на превключвателя за включване/изключване.

9. Завийте прекъсващ проводник към 9V страната на синия винтов терминал и запоявайте другия край към наличния щифт на превключвателя за включване/изключване.

10. Затворете задния капак и с помощта на 8 от винтовете с гнездовата глава завийте сглобения заден капак към средната секция. НЕ затягайте прекалено.

ЧЕСТИТО! Свършихте с монтажната кутия и вече имате пълен DSKY!

Стъпка 12: СОФТУЕР

Моля, посетете нашия друг Open DSKY Instructable, озаглавен „ПРОГРАМИРАНЕ НА ОТВОРЕНИЯ DSKY“

за по -подробна информация за програмиране и видеоклипове за програмиране на вашия Open DSKY.

Тъй като използваме широко Neopixels, ще трябва да посетите уеб сайта Adafruit и да изтеглите тяхната прекрасна библиотека. Тази библиотека идва с някои прекрасни примери като "standtest.ino", които Лимор и нейният екип също са написали.

Също така, тъй като използваме регистрите Shift за управление на 7 сегмента, библиотеката Maxim е необходима за чипа Max7219.

Вземете го тук: Библиотека LedControl

Приложен е нашият актуален код към 9.01.2018 г. Това е прототип с ограничена функционалност. Моля, проверете на www. OpenDSKY.com, докато продължаваме да разработваме и рационализираме набора от функции. Този текущ прототип код тества всички 7 сегмента/регистъра на смяна на Макси, всички неопиксели, много точния часовник в реално време, 6 DOF IMU, GPS и MP3 плейъра.

Цялата тази функционалност в 3 автентични глагола и 3 автентични съществителни и 3 програми, които добавихме за демонстрационни цели.

СПИСЪК НА ГЛАГОЛИТЕ СПИСЪК НА ПРОГРАМАТА

16 МОНИТОР ДЕЦИМАЛЕН 17 IMU 62 „Избираме да отидем на Луната“

21 ТОВАРНИ ДАННИ 36 ВРЕМЕ 69 „Орелът е кацнал“

35 ТЕСТОВЕ LITES 43 GPS 70 „Хюстън, имахме проблем“

Насладете се на видеоклипа за кратка демонстрация на някои от функционалностите, внедрени в момента.

Стъпка 13: KICKSTARTER

Следвайки нашата успешна формула, използвана за нашия проект Open Enigma, ние предлагаме на Kickstarter различни комплекти, сглобени/тествани единици и Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100) Replica.

Ние предлагаме:

- Само печатната платка

- Комплектът Barebones

- Комплектът за електроника „Направи си сам“

- Пълният комплект (с 3D отпечатани и лазерно изрязани компоненти)

- Сглобената/тествана единица

- Ограниченото издание на 50 -годишнината със сериен номер и сертификат за автентичност

Нашият Kickstarter в момента е НА ЖИВО!

Отворете DSKY Kickstarter

Моля, посетете https://opendsky.com за повече информация.

Моля, посетете www.stgeotronics.com, за да поръчате вашата печатна платка или комплект.