Deschideți computerul Apollo Guidance DSKY: 13 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Mândru de a fi un instructable recomandat din 10.01.18. Vă rugăm să votați pentru noi și să ne dați un Like!

Campania Kickstarter a fost un super succes!

Deschideți DSKY Kickstarter

Open DSKY este în prezent live pe Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) și disponibil de pe site-ul nostru de comerț electronic.

Bill Walker (creatorul proiectului Apollo Educational Experience), a scris un software personalizat uimitor (cu aproape 50 de funcții) cu o referință de comandă modelată după Planul de zbor Apollo pentru cele două DSKY-uri deschise și îl pune la dispoziția tuturor exclusiv prin intermediul GoFundMe pagină. Vă rugăm să luați în considerare sprijinirea acestuia.

Deși aceasta nu este cu siguranță prima recreere a Iconic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (Display / Keyboard) utilizat în toate misiunile Apollo din anii 1960, și vă puteți aștepta să apară și mai multe în acest an și anul viitor din cauza viitoare 50 de ani de la prima aterizare pe lună, am decis acum câțiva ani să creăm propria noastră versiune care să îndeplinească un număr minim de cerințe prealabile.

Acest proiect a luat naștere din sugestia unuia dintre susținătorii / colaboratorii noștri Open Enigma și dorim să îi mulțumim lui Rob pentru sugestia / contribuția sa. Mulțumesc Rob!

Specificații preliminare:

- Trebuie să fie construit cu un Arduino și să ofere software Open Source.

- Trebuie să arate și să se simtă ca pe adevăratul lucru. O replică fidelă FĂRĂ memorie de bază …

- Necesitatea de a imita funcția / comportamentul unităților de zbor Apollo.

- Trebuie să utilizeze componente care să permită cuiva să le construiască ca un kit.

Pasul 1: CERCETARE, colectarea specificațiilor originale

Deși NU am avut personal acces la un dispozitiv fizic, suntem norocoși că alte persoane care au (sau au avut) acces și-au documentat concluziile (de exemplu, Fran Blanche - indiferent dacă ne sprijiniți Kickstarter-ul sau nu, vă rugăm să luați în considerare sprijinirea campaniei sale de Crowdfunding https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), unii ne-au permis să beneficiem de aceste cunoștințe. Așa cum a scris Isaac Newton: „Stăm pe umărul uriașilor”.

Folosind kitul de hârtie excelent de la EduCraft ™ pentru dimensiuni exacte, aplicația gratuită iPad de la AirSpayce Pty Ltd pentru caracteristici de viabilitate minime și cartea foarte detaliată de la Frank O'Brien „The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation” împreună cu numeroase resurse NASA inclusiv codul original complet pe GitHub, am putut determina și reproduce multe dintre specificațiile hardware și software exacte.

Ecranele electroluminescente originale utilizate în Apollo erau o tehnologie de scurtă durată, care a dispărut de mult. A mers pe calea perimării la începutul anilor 1970, așa că am decis foarte repede să folosim LED-uri sub formă de 7 segmente pentru a le imita. Acest lucru ne-a permis, de asemenea, să nu trebuie să folosim tensiunea înaltă și cele 156 de relee mecanice pentru a acționa afișajele EL. Găsirea mărimii corecte a fost o provocare, dar puțin am știut că găsirea unui segment +/- 3 ar fi misiunea imposibilă! (chiar și în zilele noastre …) Am găsit în Israel câteva 3 segmente +/- integrate cu o unitate de 7 segmente și am decis să le încercăm pentru primele noastre prototipuri …

Pasul 2: Un pic de istorie …

Trebuie remarcat faptul că primul lucru care seamănă cu un microcontroler modern ar fi probabil Apollo AGC. Acesta a fost primul computer de zbor real, plus prima utilizare majoră a circuitelor integrate. Dar trebuie să mergeți înainte încă un deceniu înainte ca toate funcționalitățile de bază ale unui computer să fie reunite pe un singur cip LSI; precum Intel 8080 sau Zilog Z80. Și chiar și atunci, memoria, ceasul și multe dintre funcțiile I / O erau externe. Nu a fost teribil de convenabil pentru utilizatorul hobby.

ARM, AVR și cipurile similare sunt cele care aduc următorul pas important; odată cu includerea memoriei RAM non-volatile, a devenit posibilă construirea unui computer practic fără componente externe. Seria de jetoane AVR (cu care suntem cel mai familiarizați) au linii de I / O tamponate, UART-uri seriale, convertoare A / D și generatoare PWM, cronometre pentru câine de pază și chiar oscilatoare interne, dacă se dorește. În formatul plăcilor Arduino și altor plăci similare, aceste cipuri sunt înconjurate cu un cristal de ceas sau un rezonator adecvat, o sursă de alimentare reglată, o sursă de alimentare și alți condensatori de decuplare a pinilor critici și câteva lumini intermitente pentru monitorizarea stării.

Este ironic faptul că 50 de ani mai târziu, platforma la alegere pentru un proiect DIY oferă practic aceeași funcționalitate (Ram / Rom / Processing) la o fracțiune minusculă din cost (și greutate!).

Pasul 3: PROTOTIPARE

Am decis că mai întâi trebuie să facem o dovadă a conceptului pe placa de joc a 3 jetoane Maxim care controlează 15 LED-uri de 7 segmente pentru a ne asigura că se vor comporta așa cum era de așteptat. A fost un succes. Apoi, am încercat pe scurt să construim dispozitivul pe o placă de proiect și am constatat foarte repede că densitatea circuitului nu ar permite fabricarea mașinii în aceasta. Pur și simplu nu puteți obține 21 de 7 segmente + 3 3 segmente (și cele 4 Maxim pentru a le controla) plus 18 LED-uri + 19 butoane pentru a se potrivi pe placa de proiect, fără a menționa microcontrolerul, IMU, RTC, GPS-ul, etc. Așa că a trebuit să procedăm direct la proiectarea PCB-ului, care am considerat că este cel mai bun mod de a produce o replică fidelă și fidelă. Îmi pare rău.

De asemenea, am testat playerul MP3 pe panou ȘI … am creat un prototip de 3 segmente tipărite 3D pentru a produce unitatea evazivă +/- LED dorită.

Pasul 4: Scheme

Schemele sunt acum disponibile pentru a ajuta pe toți cei care doresc să construiască un DSKY fără PCB sau Kit.

Prima schemă (NeoPixels) arată cum am conectat cei 18 Neopixeli la Pinul Arduino Nano 6. A doua schemă arată cum am conectat (toți cei 18) Neopixeli și 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler și SKM53 GPSr împreună cu 19 butoane. A treia schemă arată conexiunile IMU și RTC.

Am folosit NeoPixels 5050 cu montare pe suprafață, care a necesitat un rezistor de balast de 470 Ohmi înainte de primul pixel și am folosit un condensator de 10 uF pentru fiecare alt pixel.

Dacă utilizați NeoPixel pe placa de breakout Adafruit (Breadboard friendly), așa cum se arată în imaginea de mai sus, atunci nu aveți nevoie de rezistență sau condensatori, deoarece acestea sunt încorporate pe placa de circuit Adafruit.

Explicația circuitului GPS: Majoritatea dispozitivelor GPS Arduino vor funcționa pe o sursă de 5 volți. Acestea fiind spuse, nivelul logic al acestor dispozitive este de 3,3 volți. De cele mai multe ori, Arduino va citi pe pinul RX 3.3V la fel de mare, deoarece este mai mare de jumătate din 5V. Problema rezidă în seria hardware … Nu suntem siguri de ce, dar avem rezultate mai bune folosind nivelatorul logic. Dacă nu îl utilizați, se pare că depinde de utilizarea software-ului serial. Biblioteca serială a software-ului și versiunea încorporată în versiunile mai noi ale IDE modifică temporizatoarele și porturile de pe cipul Atmel 328. La rândul său, aceasta dezactivează capacitatea de a utiliza biblioteca Maxim de care avem nevoie / folosim pentru a conduce registrele de schimbare pentru afișajele de șapte segmente. Deci, folosim vechea serie hardware bună.

Releul reed este utilizat pentru a porni și opri serialul hardware, astfel încât Arduino să poată fi programat în timp ce este instalat. Poate fi omis, cu toate acestea dispozitivul Arduino ar trebui scos de pe placa principală pentru programare, deoarece serialul va fi furat de GPS. Modul în care funcționează este: când citiți GPS-ul, pinul 7 este tras în sus, închizând trestia. GPS-ul începe apoi să umple bufferul serial (GPS-ul nu se va închide niciodată odată ce a remediat). Bufferul serial este interogat și atunci când este detectată o cantitate suficientă de date, acesta este citit și analizat. Apoi pinul 7 este scris scăzând deconectând GPS-ul, permițând Arduino să reia comportamentul normal.

Pasul 5: Imprimare 3D

Mai jos sunt cele 5 fișiere STL necesare pentru a face o replică Open DSKY completă.

Vă rugăm să rețineți că, în timp ce capacul cadrului și al bateriei poate fi imprimat pe aproape orice imprimantă 3D, DSKY real avea o lățime de 7 "și aproape 8", deci acestea sunt dimensiunile plăcii noastre superioare, a inelului mediu și a fundului, care necesită un 3D Imprimantă care poate imprima cel puțin 180 mm pe 200 mm.

Imprimăm rama, placa superioară și inelul mediu pe material gri, în timp ce ușa inferioară și bateria sunt imprimate în negru.

Pasul 6: tăiere / gravare cu laser

Mai jos se află fișierul tăiat / gravat cu ButtonCaps și fereastra mată cu lampfield, imprimată cu laser, apoi fișierul tăiat / gravat cu laser.

Folosim Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black / White 2ply 1/16 (LM922-402) pentru tăierea și gravarea tastelor cu 19 butoane. Ca și în cazul tuturor fișierelor trimise la un dispozitiv de tăiere cu laser, este posibil să fie necesar să treceți la dimensiunea fișierului până când obțineți chei de 19 mm cu 19 mm. Pe mașina noastră de CO2 răcită cu apă de 60 W, folosim 40% putere și viteză de 300 mm / s pentru gravare și 50% putere și viteză de 20 mm / s pentru a tăia foaia acrilică.

Fereastra înghețată este creată prin imprimarea imaginii de mai sus pe „Apollo” numită în mod adecvat transparență (de ce să folosiți orice altă marcă?) Cu orice imprimantă laser și apoi alimentarea acesteia către tăietorul / gravorul laser pentru „gravarea” pe orizontală, apoi pe verticală, folosind 20 % putere și viteză de 500mm / s, pe care le simțim, creează un aspect ideal „mat”.

Pasul 7: FACTURA DE MATERIAL

1 PCB v1.0D

1 piese imprimate 3D

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 GPS SKM53

1 nivelator de linie

1 Comutator Reed

1 DFPlayer Mini

1 card MicroSD 2Gig

1 difuzor de 2 8 Ohms

1 Suport baterie 6AA

6 baterii AA

1 terminal cu fir

1 Comutator On / Off

4 Maxim7219

4 prize 24 pini

1 40 pini feminini

1 condensatori 10uF

1 rezistor de 15 ohmi

1 rezistor de 100 ohmi

20 470 Ohm rezistențe

22 Rezistoare 1K Ohms

4 rezistențe 10K ohmi

3 rezistențe 100K ohmi

18 NeoPixel RGB

19 Butoane cu LED

19 Capace cu butoane tăiate cu laser

21 7 segmente 820501G

3 3 segmente STG

2 Ferestre înghețate

Majoritatea componentelor de mai sus se găsesc cu ușurință pe eBay sau Amazon și au un preț rezonabil.

Excepțiile sunt, desigur, propriul nostru PCB (care integrează toate aceste componente împreună, capacele noastre cu butoane tăiate cu laser, care arată foarte bine și permit luminii să treacă prin buton, ferestrele înghețate care după ce a încercat numeroase alternative, James a avut o lovitură de geniu (mai multe despre asta mai târziu) și, în cele din urmă, afișajul! @ # $% ^ 3-Segment +/- pe care a trebuit să-l creăm de la zero. Adăugați la aceasta propria noastră incintă imprimată 3D și aveți toate ingredientele.

Dacă cineva este gata să accepte lipsa semnului „+” în fața datelor numerice corespunzătoare afișate, atunci puteți pur și simplu să adăugați încă 3 segmente și să-l apelați pe zi. Aceasta nu a fost pur și simplu o opțiune pentru noi și de aceea ne-am creat propriul nostru segment 3.

Pasul 8: 3 SEGMENT

Ați crede că în 2018, cu toate resursele disponibile la nivel mondial, putem comanda pur și simplu o unitate LED 3Segment +/- … Ei bine, nu este cazul!

Deci, ne-am dat seama că, pentru a rămâne fideli Apollo DSKY original, va trebui să creăm de la zero propriul nostru LED 3Segment +/-.

După numeroase modele, am avut în cele din urmă o unitate tipărită 3D cu casetă de umbră integrată.

Apoi, am obținut LED-urile SMT (montate la suprafață) corespunzătoare și le-am testat.

Eram acum gata să proiectăm micul PCB care să încapă în carcasa noastră 3Segment tipărită 3D.

A pune toate acestea laolaltă a fost o provocare, având în vedere că cu greu putem vedea LED-urile mici, dar rezultatul este fantastic!

Pasul 9: FUNCȚIONALITATE

Apoi a venit ideea de a decide funcționalitatea minimă a replicii noastre, împreună cu obiectivele de producție și care a fost lista noastră de dorințe.

După o mică cercetare, am găsit o aplicație gratuită pe iTunes care ar putea fi utilă, așa că am cumpărat un iPad special în acest scop.

Aplicația gratuită pentru iPad de la AirSpayce Pty Ltd ne-a dat o idee despre MVP-ul nostru (produs minim viabil).

După ce am scris codul pentru a efectua un test Full Lamp, am implementat imediat setarea / afișarea orei, monitorizarea IMU și monitorizarea GPS.

Codul a fost înghețat până când am decis să adăugăm unul dintre elementele noastre nebunești din lista de dorințe, care urma să redea celebrul discurs JFK din 1962, pe stadionul Rice „Noi alegem să mergem pe Lună …”. Apoi am adăugat câteva alte piese sonore iconice.

Pasul 10: INSTRUCȚIUNI DE ASAMBLARE - Electronică

Mai întâi, asigurați-vă că aveți toate componentele necesare.

Citiți următoarele instrucțiuni odată complet înainte de a începe asamblarea.

1. Lipiți toate rezistențele de 20 470 Ohmi.

2. Lipiți toate cele 22 de rezistențe 1K.

3. Lipiți toate cele 4 rezistențe 10K.

4. Lipiți toate cele 3 rezistențe 100K.

5. Lipiți rezistorul de 15 ohmi.

6. Lipiți rezistorul de 100 ohmi.

7. Opțional: pentru a ajuta la lipirea minusculului NeoPixels 5050 RGB Surface Mount, am scăpat un pic de lipit pe fiecare dintre cele 4 plăcuțe pentru fiecare dintre cele 18 LED-uri RGB.

8. Tăiați 2 benzi de conectori pin femele și lipiți-le în locația Arduino Nano din spatele PCB.

9. Lipiți cu grijă toți cei 18 NeoPixeli montați la suprafață în ordinea corectă, asigurându-vă că nu vă scurtați cu viale din apropiere. După asamblarea multor unități, am descoperit că este mai eficient să lipiți 1 Neopixel, să alimentați Arduino (prin portul USB) cu strandtest.ino pentru a verifica dacă se aprinde, să opriți Arduino, să lipiți următorul Neopixel din secvență., testați-l și repetați pentru toți cei 18 Neopixeli. Pe măsură ce depanați probleme, rețineți că o problemă cu un Neopixel poate fi rezultatul lipsei lipirii corespunzătoare a Neopixelului anterior (pin de ieșire). Am constatat că 680 grade este prea fierbinte (și ucide uneori roșu și verde), 518 grade par mult mai bune.

10. Tăiați o bandă de 4 pini feminini și lipiți-o în locația Buck Converter.

11. Introduceți Arduino Nano și Buck Converter acum dacă doriți să testați LED-urile RGB folosind strandtest. INO

12. Îndepărtați ambele distanțieri negri sub fiecare dintre cele 19 butoane aprinse pentru a permite butoanelor să se sprijine complet pe PCB.

13. Introduceți, apoi lipiți toate cele 13 butoane aprinse, asigurându-vă că toate punctele roșii (catodul) sunt pe partea stângă. Odată introduse toate butoanele, pornesc Arduino prin portul USB pentru a testa dacă toate LED-urile cu 19 butoane se aprind ÎNAINTE să le lipesc …

14. Lipiți toate cele 4 prize Maxim, asigurându-vă că respectați orientarea.

15. Pregătiți IMU lipind pinii săi masculi și sărind pinul ADO la VCC.

16. Pregătiți Nivelatorul de linie prin lipirea știfturilor sale tată pe partea de jos și partea de sus.

17. Tăiați și lipiți pinii femele pentru a primi IMU, VA RTC și Line Leveler.

18. Lipiți toate cele 10 capace respectând polaritatea. Pinul mai lung este pozitiv.

19. Lipiți Releul Reed, asigurându-vă că respectați orientarea.

20. Lipiți terminalul de sârmă.

21. Lipiți toate cele 21 de 7 segmente, asigurându-vă că punctele (punctul zecimal) sunt în dreapta jos.

22. Lipiți toate cele 3 S&T GeoTronics 3Segments (Custom Plus / Minus).

23. Introduceți toate cele 4 jetoane Maxim 7219 în prize, din nou, asigurându-vă că respectați orientarea.

24. Introduceți IMU, RTC, Buck, Arduino Nano și Line Leveler.

25. Lipiți difuzorul și playerul MP3 / cardul SD, asigurându-vă că respectați orientarea ȘI păstrați-vă cât mai sus pe PCB, deoarece GPS-ul de cealaltă parte va trebui să fie la același nivel cu PCB pentru a se potrivi corect.

26. Lipiți GPS-ul după aplicarea unui strat de bandă electrică dedesubt pentru a preveni scurtcircuitul potențial al pinilor..

27. Conectați acumulatorul de 9 Volți și testați ansamblul electronic completat.

FELICITĂRI! Ați terminat cu ansamblul electronic.

Pasul 11: INSTRUCȚIUNI DE ASAMBLARE - Carcasă

PROIECT DE LEGE DE MATERIALE

Cantitate articol

1 cadru imprimat 3D

1 placă superioară imprimată 3D

1 secțiune imprimată 3D

1 fund imprimat 3D

1 ușă a bateriei imprimate 3D

1 fereastră imprimată înghețată

1 fereastră acrilică

19 Capace cu butoane tăiate cu laser

15 șuruburi de lemn cu cap de soclu (M3-6mm)

6 șuruburi mici pentru lemn

Odată ce ansamblul electronic este complet testat, vă rugăm să continuați cu următorii pași:

1. Poziționați toate cele 19 capace de butoane în locația lor corectă, după imaginea de mai sus.

2. Introduceți cu atenție PCB asamblat în placa superioară. Poate fi o potrivire strânsă și poate necesita puțină șlefuire a componentei imprimate 3D.

3. Folosind 6 șuruburi mici de cupru, înșurubați PCB pe placa superioară. NU strângeți excesiv.

4. Folosind 2 dintre șuruburile cu cap de soclu, montați difuzorul și apoi comutatorul Pornit / Oprit în secțiunea mijlocie imprimată 3D, împingând-o înăuntru.

5. Folosind 8 șuruburi cu cap de soclu, înșurubați placa superioară asamblată la secțiunea centrală, asigurându-vă că întrerupătorul On / Off și orificiul difuzorului sunt în față.

6. Lipiți un fir jumper pe fiecare parte a difuzorului, sărind-le în fiecare gaură de ieșire audio de lângă cardul SD.

7. Folosind bandă dublă, montați cutia bateriei în compartimentul bateriei, asigurându-vă că atât firele roșii, cât și cele negre sunt introduse în gaură.

8. Înșurubați firul negru de la cutia bateriei în poziția Gnd a terminalului cu șurub albastru și lipiți firul roșu de la cutia bateriei la oricare dintre pinii de pe comutatorul basculant On / Off.

9. Înșurubați un cablu jumper pe partea de 9V a terminalului șurub albastru și lipiți celălalt capăt la pinul disponibil pe comutatorul basculant On / Off.

10. Închideți capacul din spate și folosind 8 șuruburi cu cap de soclu, înșurubați capacul din spate asamblat în secțiunea mijlocie. NU strângeți excesiv.

FELICITĂRI! Ați terminat cu ansamblul carcasei și aveți acum un DSKY complet!

Pasul 12: SOFTWARE

Vă rugăm să vizitați celălalt Open DSKY instructabil intitulat „PROGRAMAREA OPEN DSKY”

pentru informații mai detaliate de programare și videoclipuri despre programarea Open DSKY.

Deoarece utilizăm pe scară largă Neopixels, va trebui să vizitați site-ul web Adafruit și să descărcați minunata lor bibliotecă. Această bibliotecă vine cu câteva exemple frumoase, cum ar fi „standtest.ino”, pe care Limor și echipa ei au scris-o.

De asemenea, deoarece folosim Shift Registers pentru a conduce cele 7 segmente, biblioteca Maxim este necesară pentru cipul Max7219.

Obțineți-l aici: Biblioteca LedControl

Atașat este codul nostru actual din 01.09.2018. Acesta este un prototip cu funcționalitate limitată. Vă rugăm să consultați www. OpenDSKY.com deoarece continuăm să dezvoltăm și să simplificăm setul de caracteristici. Acest cod prototip actual testează toate cele 7 segmente / registre de deplasare Maxim, toate Neopixeli, ceasul foarte precis în timp real, 6 DOF IMU, GPS-ul și playerul MP3.

Toate aceste funcționalități în 3 verbe autentice și 3 substantive autentice și 3 programe le-am adăugat în scop demo.

LISTA VERBE LISTA SUBSTANȚELOR LISTA PROGRAMELOR

16 MONITOR DECIMAL 17 IMU 62 „Alegem să mergem pe Lună”

21 DATE DE ÎNCĂRCARE 36 TIMP 69 „Vulturul a aterizat”

35 LITURI DE TEST 43 GPS 70 „Houston am avut o problemă”

Bucurați-vă de videoclipul pentru o scurtă demonstrație a unora dintre funcționalitățile implementate în prezent.

Pasul 13: KICKSTARTER

În urma formulei noastre de succes utilizate pentru proiectul nostru Open Enigma, oferim pe Kickstarter diferite kituri, unități asamblate / testate și o replică Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100).

Oferim:

- PCB-ul singur

- Trusa Barebones

- Setul de electronice DIY

- Setul complet (cu componente imprimate 3D și tăiate cu laser)

- Unitatea asamblată / testată

- Ediția limitată a 50-a aniversare cu număr de serie și certificat de autenticitate

Kickstarter-ul nostru este în prezent LIVE!

Deschideți DSKY Kickstarter

Vă rugăm să vizitați https://opendsky.com pentru mai multe informații.

Vă rugăm să vizitați www.stgeotronics.com pentru a comanda PCB-ul sau kitul.