ЭЛЕКТРОННЫЕ ЧАСЫ С СИНХРОНИЗАЦИЕЙ

ShIoTiny: часы без пружины или реальное время и как с ним работать

О чем эта статья

Продолжаем цикл статей о ShIoTiny — визуально программируемом контроллере на базе чипа ESP8266.

В этот статье рассказано о часах реального времени в контроллере ShIoTiny, синхронизации времени и использовании узлов работы с часами.

Сайт проекта ShIoTiny

Предыдущие статьи серии.

ShIoTiny: малая автоматизация, интернет вещей или «за полгода до отпуска»

ShIoTiny: узлы, связи и события или особенности рисования программ

ShIoTiny: вентиляция влажного помещения (проект-пример)

ShIoTiny и окружающий мир: подключение датчиков к бинарным входам, дребезг контактов и другие вопросы

ShIoTiny и окружающий мир: аналоговые датчики или АЦП для самых маленьких

Бинарные прошивки, схема контроллера и документация

Вступление

Сегодня мы поговорим о времени. Не о времени, в том смысле, в котором о нем веками спорят философы и конца-края этому спору не видно.

А о том времени, которое мы видим на часах и согласно которому идем на работу, в школу или спешим на свидание.

Вся штука в том, что энергонезависимые часы реального времени в чипе ESP8266 и контроллере ShIoTiny — отсутствуют.

Эта родовая травма контроллера ShIoTiny — целиком и полностью моя вина. Но, что сделано — то сделано.

Как только прошивка увидела свет, возмущенная моим отношением к реальному времени общественность начала тыкать меня носом в этот недостаток.

Так как ошибки надо исправлять, и, на этот раз хотя бы не кровью, то я пошел навстречу все возрастающему числу пользователей моей прошивки и сделал то что смог. А именно — я добавил в прошивку контроллера ShIoTiny узлы, позволяющие более-менее удобно с этим работать с реальным временем.

О часах ShIoTiny

Как уже было сказано, «часов с батарейкой» в ShIoTiny нет. Но в то же время, отсчет секунд, начиная с 1 января 1970 года реализован.

Это то самое время, которое называется UNIX-time, хранится в переменных типа time_t языков С/C++ и которое в 32-битных системах должно закончится 19 января 2038 года.

Но, не бойтесь. Я думаю, что к 2038 году все успеют сделать тип time_t 64-битным и на ближайшие примерно 292 миллиарда лет проблема будет решена. Ну а там еще что-нибудь придумаем.

Но вернемся к нашему контроллеру. Итак, часы в нем есть, но эти часы сбрасываются в 0 после отключения питания. Отсюда следует тривиальный вывод, что главной проблемой отсчета времени в контроллере ShIoTiny является необходимость синхронизации часов контролера при включении питания. Остальное — чисто технические проблемы

Синхронизация времени

Давным давно устоявшийся способ синхронизации времени в интернете — это NTP-сервера. И первой идеей было сделать узел, который синхронизирует время с заданным NTP-сервером.

Но, немного подышав свежим воздухом и покумекав своей тыковкой я понял, что этот подход идеологически неверный.

Ведь не факт, что пользователь захочет вытащить контролер с прошивкой ShIoTiny в интернет.

И время для синхронизации может присылаться не только с NTP-сервера но и по UDP-multicast или при известном качестве связи — по MQTT.

Поэтому было принято судьбоносное решение — разделить узлы получения времени с NTP-сервера и установки системного времени.

Всего для синхронизации времени было разработано два узла: узел получения времени с NTP-сервера NTP Time

и узел установки системных часов Set Time

Узел получения времени с NTP-сервера в качестве параметров получает имя или IP-адрес NTP-сервера и, через запятую, период запроса времени с NTP-сервера в минутах.

По умолчанию время запрашивается с NTP-сервера каждые 60 минут или 1 час.

На выходе этот узел выставляет 0 до тех пор, пока время не синхронизировано или временную метку — результат последней синхронизации с сервером.

Узел установки системных часов получает на вход временную метку и и устанавливает системные часы в соответствии с этой меткой. Простейшая схема синхронизации системных часов с NTP-сервером приведена на рисунке.
Период синхронизации не задан и по умолчанию равен 60 минут. На рисунке показана временная метка.

Отмечу, что более одного узла получения времени с NTP-сервера и более одного узла установки системного времени на схеме-программе быть не может.

Если вам нужна экзотическая схема синхронизации — то можно использовать UDP-multicast или MQTT. Схемы при этом полностью аналогичны.

Для синхронизации по UDP-multicast, примерно такая, как на рисунке.

А для синхронизации по MQTT (не советую, конечно, но на крайний случай) — такая.

Надеюсь, теперь все понятно с синхронизацией времени системных часов контролера ShIoTIny. Перейдем к узлам получения и обработки времени.

Который час?

Вопрос простой, но ответить на него, порой, не просто. Ведь время в каждой точке Земли — разное. Наша необъятная Родина включает от Калининграда до Камчатки аж 11 часовых поясов.

NTP-сервер, в зависимости от настроек, может возвращать временную метку, привязанную к различным часовым поясам. Как правило, эта временная метка привязана к UTC — всемирному времени.

Но обычно нам нужно местное время того региона где работает наш контроллер. Как тут быть?

А очень просто — для получения временной метки системных часов контролера ShIoTIny был разработан узел Get Time, в котором можно задать часовой пояс в виде смещения времени от -12 часов до +12 часов относительно системных часов контроллера.

Предположим, мы получаем время с сервера pool.ntp.org и синхронизируем системные часы, как в нашем примере ранее. Этот сервер возвращает всемирное время. Нам нужно местное, например Томское, как у меня. Я знаю, что Томск находится в часовом поясе UTC+7. Значит, зададим в узле получение времени смещение +7 или просто 7. Как на рисунке ниже.

А если бы мы жили в Канадской провинции Альберта — то смещение было бы -7 часов. Главное запомните — часовой пояс задается в узле получения времени в часах. И задается он в виде смещения относительно времени системных часов. На выходе узла получения времени выставляется временная метка. Узлов получения времени на схеме может быть несколько.

Сверим часы

Машине очень удобно работать с временем в формате временных меток time_t. Ведь это просто целое число, которое показывает число секунд относительно начальной точки — 1 января 1970 года. В этом формате можно легко находить расстояние между двумя временными точками, отсчитывать периоды и так далее. Это всего лишь сложение и вычитание целых чисел. Но человек — не машина.

Ему гораздо удобнее привычное представление времени в виде года, месяца, числа, часов, минут и секунд. Так уж мы, люди, устроены.

Поэтому были введены узлы перевода временной метки в привычные человеку единицы изменения времени и наоборот — синтеза временной метки из понятных человеку единиц изменения времени.

Называются эти узлы, соответственно, Split Time и Synth Time.

Как все это работает — понятно из рисунка ниже.

Отмечу, что узлы Split Time и Synth Time месяцы (month) и дни недели (wday) отсчитывают с нуля. Для месяцев: 0-январь, 11-декабрь. Для дней недели 0-воскресенье, 6-суббота.

Остальные выходы: день месяца (day), year (год), hour (час), min (минута), sec (секунда) — отсчитываются в привычном виде. Часы, минуты, секунды — от 0 до 59. День месяца — в зависимости от месяца от первого числа до 30го или 31го и, для февраля, до 28 или 29го. Ну а год — он и есть год. 2019й сейчас. Надеюсь, все понятно.

Пример системы

Чтобы не быть голословным, приведу пример использования часов. Разумеется, упрощенный. Предположим, у нас есть влажное помещение, которое мы хотим принудительно вентилировать. Но не всегда, а только когда влажность больше заданного уровня и только ночью.

Ночью — чтобы не мешать людям днем шумом вентиляторов. Ну такие вот мы эстеты и заботимся о людях. Попробуем это реализовать.

Все кусочки схемы нам знакомы. Время синхронизируется с сервера NTP. Пока оно не синхронизировано — узел NTP Time возвращает 0 и реле включения вентилятора — отключено.

За это отвечает верхний по схеме элемент И.

Как только время синхронизировалось, включение-отключение вентилятора определяется текущим временем и уровнем влажности. Как только уровень влажности превысит 70% и время будет от 23:00 до 06:00 — вентилятор включится и не мешая никому проветрит помещение.

Разумеется, константы времени и влажности в реальном проекте лучше заменить на параметры, сохраняемые во FLASH и устанавливаемые, например по MQTT. Да и текущее состояние системы — уровень влажности, текущее, время, состояние вентилятора — тоже не повредит опубликовать в сети, чтобы контролировать систему со смартфона. Но это уже я оставляю простор для вашей фантазии.

Заключение

Вот мы и познакомили поближе наш контроллер с реальным временем.

Хочу выразить благодарность всем, кто присылал мне письма с конструктивной критикой и советами по модернизации программного обеспечения.Спасибо, ребята!

Как обычно — конструктивная критика приветствуется. Кроме этого приветствуются замечания и предложения.

Отправлять всю критику, замечания, предложения можно как обычно в комментарии или на почту: shiotiny@yandex.ru.

Источник: https://habr.com/post/467545/

Время, вперед: современные часы для дома и офиса

Домашние часы — ниша по сути своей достаточно консервативная. Если некоторые наручные часы сегодня подчас представляют собой самый настоящий смартфон, то в сфере комнатных часов прогресс таких вершин ещё не достиг. Особенно это касается таких традиционных вещей, как каминные или напольные часы, рассмотренных нами в предыдущей части.

Дизайн других видов домашних часов сегодня предлагает огромный простор для творческого подхода к оформлению дизайна помещения. Ввиду относительной простоты конструкции, многочисленные производители делают с такими часами все, что хотят: можно найти часы шарообразной формы, или формы деформированного эллипса, со статичной светодиодной проекцией или же мини-доской для рисования маркером.

С помощью домашних часов сегодня можно даже заряжать телефон и слушать музыку — обо всем этом и многом другом и пойдет сегодня речь. И начнем с радиобудильников, они же — радиочасы.

⇡#Настольные часы и радиочасы

FM-радио (а иногда бывает и АМ) — наиболее «технологически антикварная» функция таких устройств, из-за этого они даже свое название получили — «радиочасы». Кто не помнит старых фильмов восьмидесятых, где герои просыпались под внезапно включившееся радио в такой квадратной черной коробочке с ярко-красными цифрами, а то и вовсе с механикой?

Запрограммированный способ пробуждения под радио на самом деле весьма сомнителен, и вообще кажется вариантом еще хуже, чем простой будильник, звонящий противной пронзительной трелью. Радиочасы бывает сегодня еще и с таймером для выключения, и, разумеется, с памятью на определенное количество радиостанций.

Радиочасы Philips с классическим набором функций: радио, часы, радио-будильник

Радио-будильники сегодня в изобилии представлены как в китайских интернет-магазинах, так и на обычных рынках, многие из них снабжены внутренним термометром, показывающим температуру в комнате.

Сложно выделить здесь какие-то отдельные бренды, поскольку именно такой вид домашних полочных часов не делает сегодня только ленивый.

Их можно выделить в отдельный вид настольных часов, о которых речь пойдет далее.

Оригинальной формы настольные часы Oro-bianco понравятся не всем

Простые настольные часы никакого радио не предлагают. Придуманные еще в начале пятнадцатого века, они сегодня могут быть электронными, а могут быть и аналоговыми, особенно если это модели в стиле «ретро». Хотя, встречается самый настоящий мега-современный китч, панк и даже стим-панк.

Часы неизвестного китайского бренда из настоящего жесткого диска

Настольные часы могут быть оснащены как механическим, так кварцевым механизмом, а их корпус может быть как пластиковым, так и металлическим, и деревянным, и стеклянным, и керамическим, да и вообще каким душа пожелает. Все зависит от фантазии дизайнера, и чем буйнее эта фантазия, тем дороже получаются часы. Поэтому и стоить они могут как почти ничего (пару сотен рублей), так и несколько сотен тысяч.

Настольные часы iLive Clock Dock для всех фанатов и обладателей Apple iPhone

Как в случае с радиочасами, здесь сложно выделить какие-то отдельные бренды: их слишком много, поэтому даже обращать на это внимание не стоит. Подбирайте, что кому нравится внешне, и по функциям, речь о которых пойдет далее.

⇡#И ещё функции

Поскольку «ещё функции» относятся не только к радиобудильникам, их можно уместно вынести в отдельный раздел. К ним относится, например, барометр — прибор, измеряющий атмосферное давление. Встречается он, как ни странно, довольно редко.

Часы «Якорь» российского производства с барометром: для бывших, будущих и диванных моряков

Как, впрочем, и гигрометр (измеритель уровня влажности) или термометр. Гигрометр (как и барометр) больше свойственен погодным станциям, о которых мы поговорим в отдельном материале, но поскольку его иногда добавляют и в часы, упомянуть о нем вполне уместно.

Настенные часы TFA с гигрометром и термометром

Также встречаются часы со встроенным календарём, который обычно показывает текущий день недели, дату и месяц.

Часы с календарем или календарь с часами? Марка Fartech

Питание от батареек в разных группах устройств реализовано по-разному. Современные настенные часы, ак правило, только батарейками и питаются; но настольным, в силу обилия функций, мощности даже девятивольтового «Корунда» порой не хватает, поэтому батарейки в них используются для поддержания функции памяти (дата и время), остальное обеспечивает питание от сети.

Лучше всего покупать часы, которые будут работать от простых батареек или аккумуляторов типа АА или ААА, в крайнем случае — от того же «Корунда».

Часов, которым для питания (для работы или поддержания памяти) нужны маленькие плоские батарейки типа LR44, LR41, CR2032 и т.д.

, лучше избегать, поскольку эти батарейки в разы дороже простых «пальчиковых», менее распространены, и при этом их рабочий ресурс зачастую невелик.

Одна из наиболее любопытных разработок — бесшумный будильник Silence. Внешне он похож на обычные стильные цифровые настольные часы, только связан Silence по беспроводному каналу с кольцами, надеваемыми на палец или пальцы двух людей. Когда приходит время вставать, кольца вибрируют и ненавязчиво будят владельца.

Бесшумный будильник Silence с кольцами: никаких зуммеров

плеер — показатель более высокотехнологичного устройства. Как правило, воспроизводят такие пластиковые изделия какие-нибудь файлы в формате MP3, записанные в небольшую внутреннюю память, или же компакт-диски на встроенном проигрывателе. Или же на флэш-диск, с которого и считывают.

Китайские часы с CD-аудиоплеером. Все в одном, в общем

Регулировка яркости тоже характерна для некоторых продвинутых моделей современных настольных часов.

Китайские часы марки RCA, с AM/FM-приемником и регулировкой яркости дисплея с помощью ручки

Иногда встречается очень полезная функция синхронизации времени по сигналу DCF-77 со станции во Франкфурте (для Европейской части континента). С этой функцией удобно жить: не надо подводить часы, они делают это сами.

Проектор — весьма модная фишка последних лет.

Все началось на российском рынке много лет назад с первых дорогих часов-проекторов компании Oregon Scientific, но сегодня можно купить неплохие китайские часы-проектор, которые проецируют текущее время на стену или потолок на расстояние 1,5–2 метров с регулируемым углом проекции. Цены на такие модели нынче стартуют от 300-500 рублей, купить и радоваться, особенно по ночам, когда не спится.

Часы марки Electrohome с проектором. Впрочем, марка тут вторична

Кстати, домашними часами можно считать частично и погодные станции, особо полюбившиеся людям в последние годы. Оно и немудрено: китайские дешевы, а брендовые предлагают массу интересных функций, до качественного исполнения которых китайские компании в большинстве своём еще не доросли.

Настольная погодная станция AEG с двумя проекторами

Еще одно веяние последнего времени — часы с площадкой для беспроводной подзарядки смартфонов и планшетов, поддерживающих стандарт QI. Пока таких устройств немного, и к тем, что есть, продают отдельные крышки с поддержкой беспроводной зарядки (например, для iPhone 4/4S или Samsung Galaxy).

Часы-метеостанция Oregon Scientific с проектором и площадкой для беспроводной подзарядки смартфонов

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Источник: https://3dnews.ru/821548