Automatic clock adjustment Arduino

Automatic adjustment of the clock time

The models of the clock device use real-time clocks DS1307, DS3231. Unfortunately, all these time sources have an error. For example, DS1307 have an error of 5-20 seconds per day. This amounts to up to two hours per year. The DS3231 time source is much more accurate, but also has an error of 1-4 seconds per day.

The accuracy of the clock can be significantly improved if automatic time adjustments are made at certain time intervals. For watches using DS1307, this algorithm described below reduces the error to 1 second per day (6 minutes per year).

Description of the algorithm

We determine the error of the clock. We synchronize the clock with the exact astronomical time and wait for a few days. Then we compare the time on our watch with the source of the exact time and divide the error by the number of days for which the error has accumulated. For example, in 5 days the clock is 40 seconds behind. This means that the daily error of the clock is 8 seconds.

 

The essence of the automatic clock correction algorithm is that the automatic clock correction mechanism is triggered in two cases:

  1. When the clock is turned on;
  2. Every 24 hours of continuous operation.
  3. The date and exact time of the last clock adjustment are stored in non-volatile memory. This will allow you to calculate the magnitude of the stroke correction even in the event of a sudden loss of power to the watch. Or when the clock is turned off for a long time.
  4. The value of the clock stroke correction is determined as follows:
    1. the daily correction of the clock is read from the non-volatile memory;
    2. the Julian date of the last adjustment of the clock is determined — for this purpose, the date and exact time of the last adjustment of the clock are pre-read from the non-volatile memory;
    3. the Julian date of the current system time of the clock is determined;
    4. both dates are translated into the number of hours;
    5. The difference in Julian dates is the number of hours that have elapsed since the last time adjustment. This difference is multiplied by the hourly correction of the clock, which is the value of the correction of the clock in seconds;
    6. next, the current system time is converted to seconds, added up with the time correction and converted back to the date and exact time;
    7. a new system time is being set;
    8. The date and time of the last time adjustment is stored in the non-volatile memory of the Arduino.

A subroutine for adjusting the time of the clock

By following the link, you can download an archive with a text file containing a subroutine for adjusting the time of the clock.

Автоматическая корректировка хода часов на Ардуино

Автоматическая корректировка хода времени часов

В моделях устройства часов используются часы реального времени DS1307, DS3231. К сожалению все эти источники времени обладают погрешностью. Например DS1307 имеют погрешность 5-20 секунд в сутки. Это составляет до двух часов в год. Источник времени DS3231 намного более точный, но также имеет погрешность 1-4 секунды в сутки.

Точность хода часов можно значительно повысить, если через определенные интервалы времени производить автоматическую корректировку времени. Для часов, использующих DS1307, этот нижеописанный алгоритм позволяет сократить погрешность до 1 секунды в сутки (6 минут в год).

Описание алгоритма

Определяем погрешность хода часов. Синхронизируем часы с точным астрономическим временем и ждем несколько дней. Затем сверяем время на наших часах с источником точного времени и погрешность делим на количество дней, за которые накопилась ошибка. Например, за 5 дней часы отстают на 40 секунд. Это значит, что суточная погрешность хода часов составляет 8 секунд.

Суть алгоритма автоматической коррекции хода часов состоит в том, что механизм автоматической коррекции часов запускается в двух случаях:

  1. При включении часов;

  2. Каждые 24 часа непрерывной работы.

  3. В энергонезависимую память сохраняется дата и точное время последней корректировки часов. Это позволит вычислять величину коррекции хода даже в случае внезапного пропадания питания часов. Либо при отключении часов на длительное время.

  4. Величина коррекции хода часов определяется следующим образом:

    1. из энергонезависимой памяти считывается суточная поправка хода часов;

    2. определяется юлианская дата последней корректировки часов — для этого из энергонезависимой памяти предварительно считывается дата и точное время последней корректировки часов;

    3. определяется юлианская дата текущего системного времени часов;

    4. обе даты переводятся в количество часов;

    5. разница юлианских дат это количество часов, прошедших с момента последней корректировки времени. Эта разница умножается на часовую поправку хода часов, что и есть величина коррекции хода часов в секундах;

    6. далее текущее системное время переводится в секунды, складывается с поправкой времени и переводится обратно в дату и точное время;

    7. устанавливается новое системное время;

    8. дата и время последней корректировки времени сохраняется в энергонезависимой памяти Arduino.

Подпрограмма для корректировки хода времени часов

По ссылке можно скачать архив с текстовым файлом, содержащим подпрограмму для корректировки времени часов.

Good luck clock Arduino

Good Luck Clock

Many consider the number «13» on the clock a bad sign. This project implements a table clock that will never upset its owner. During the day, instead of «13» hours, they will show «01». Instead of 13 minutes, it will be «14». In general, the watch will become absolutely harmless for those who believe in mystical powers. A watch is not just a device for measuring time. It is a symbol of freedom, independence and individuality. And it is these qualities inherent in the watch that will be displayed in this project.

Interesting features:

  1. large display;
  2. changing the brightness depending on the illumination;
  3. automatic demonstration of the date when the user approaches the clock;
  4. «sleep» mode;
  5. auto-correction of the clock to improve accuracy;
  6. minimum of controls.

Components

The project uses components:

  1. Arduino Nano — 1 pc;
  2. Light sensor KY018 — 1 pc;
  3. Presence sensor AM312 — 1 pc;
  4. Two 10kOhm resistors;
  5. DS1307 Real-time clock;
  6. LED matrix MAX7219 — 1 pc;
  7. Encoder — 1 pc;
  8. Power connector — 1 pc;
  9. Transparent sticker on the hole for the light sensor — 1 pc;
  10. Cables 5 pieces with a plug for connection to the board, of which:
    • 2 pcs. x for 5 contacts;
    • 2 x 3;
    • 1 x 2
  11. Housing for the device 158 x 90 x 60 mm;
  12. Adapter for power supply of the device 5V, 2A;
  13. A board for assembling all components (alternatively, a universal board).

Case of the device, dimensions 158 x 90 x 60 mm

DS1307 Real-time clock Module

Light sensor KY018

Encoder

Adapter 5V, 2A

Presence Sensor AM312

Cable with contact plug (2pcs x 5 pins + 2 x 3 + 1 x 2)

LED matrix MAX7219

Transparent sticker

Power connector

Two 10kOhm resistors

Arduino Nano

Printed circuit board for mounting all components

A printed circuit board specifically for this project

You can print the board on the EasyEDA website, the cost with delivery is about $ 30 (10 pcs). The Gerber file for ordering the board can be downloaded below.

Gerber_AAC_30062021_1_2021-09-04

All components:

Device diagram:

Device Assembly:

1. Holes must be made in the housing for the LED matrix, encoder, presence sensor, light sensor and plug to power the device from the adapter.

2. Solder the cables to the encoder, presence sensor, light sensor, power plug and LED matrix.

3. Solder an Arduino microcontroller, a real-time clock, two resistors and five contact groups to the board to connect the peripherals.

Generic circuit boards can also be used to connect all components.

In this case, there are too many connections made of wires, in which it is easy to get confused, as in the picture below. The reliability of connections during the installation of components is significantly reduced.

4.Attach the board to the case and attach all sensors to it. We attach the sensors to the housing.

The hole for the light sensor is covered with a transparent plastic sticker. The adapter connection input is glued on the back side.

5.The board is glued to the case on strips of foam.

Everything is ready. It remains to fill in the sketch and close the lid.

Device management program (sketch)

Click the archive link with a text file containing a program for controlling the device.

				
					  if ((time.Hours == 13) & (time.minutes == 13)) {
    time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D");
    h = time.hours;
    m = time.minutes + 1;
  }
  else if ((time.Hours == 13) & (time.minutes != 13)) {
    time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D");
    h = time.hours;
    m = time.minutes;
  }

Let's consider in detail the individual blocks of the Arduino clock management program.

  1. Displays the current time on the display.
  2. A running string with the readings of the current date when approaching the clock.
  3. Setting the date and time. One of the necessary functions of the Arduino clock is the ability for the user to set the date and time. We organize the control of this function by means of an encoder.
  4. Automatic change of the brightness of the clock display depending on the illumination. The watch can automatically change the brightness of the display depending on the current lighting conditions, so that the user always sees a clear picture in bright ambient light, and in low light the display does not blind the eyes.
  5. Switching the clock to sleep mode.
  6. Determination of the day of the week.
  7. Automatic adjustment of the accuracy of the clock.

You can use a more presentable device case, an encoder handle, and decorate the case with stickers.

Часы удачи на Ардуино

Часы удачи

Многие считают число «13» на часах плохим знаком. В этом проекте реализованы настольные часы, которые никогда не огорчат своего владельца. Днем, вместо «13» часов они будут показывать «01». Вместо 13 минут, будет «14». В общем, часы станут абсолютно безобидными для тех, кто верит в мистические силы. Часы – это не просто устройство для измерения времени. Это символ свободы, независимости и индивидуальности. И именно эти, присущие часам качества, будут отображены в данном проекте.Интересные функции:

  1. большой дисплей;
  2. изменение яркости в зависимости от освещенности;
  3. автоматическая демонстрация даты при приближении пользователя к часам;
  4. режим «сна»;
  5. автокоррекция хода часов для повышения точности;
  6. минимум органов управления.

Компоненты

В проекте использованы компоненты:

  1. Arduino Nano — 1 шт;

  2. Датчик освещенности KY018 — 1 шт;

  3. Датчик присутствия AM312 — 1 шт;

  4. Два резистора 10 кОм;

  5. Часы реального времени DS1307;

  6. Led матрица MAX7219 — 1 шт;

  7. Энкодер — 1шт;

  8. Разъем для подключения питания — 1шт;

  9. Прозрачная наклейка на отверстие под датчик освещенности — 1 шт;

  10. Кабели 5 штук с вилкой для подключения к плате, из них:

    • 2 шт. х на 5 контактов;

    • 2 х 3;

    • 1 х 2

  11. Корпус для устройства 158 х 90 х 60 мм;

  12. Адаптер для питания устройства 5V, 2A;

  13. Плата для сборки всех компонентов (как вариант — универсальная плата).

Корпус устройства, размеры 158 х 90 х 60 мм

Модуль часов реального времени DS1307

Датчик освещенности KY018

Энкодер

Адаптер 5V, 2A

Датчик присутствия AM312

Кабель с контактной вилкой (2шт х 5 контактов + 2 х 3 + 1 х 2)

Led матрица MAX7219

Прозрачная наклейка

Разъем для подключения питания

Два резистора на 10 кОм

Arduino Nano

Плата для монтажа всех компонентов

Печатная плата специально для этого проекта

Напечатать плату можно на сайте EasyEDA, стоимость с доставкой примерно 30$ (10 шт). Gerber файл для заказа платы можно скачать ниже.

Gerber_AAC_30062021_1_2021-09-04

Все компоненты вместе:

Схема устройства:

Сборка устройства

1. В корпусе необходимо сделать отверстия под LED матрицу, энкодер, датчик присутствия, датчик освещенности и вилку для питания устройства от адаптера.

2. Припаиваем кабели к энкодеру, датчику присутствия, датчику освещенности, вилке питания и Led матрице.

3. Припаиваем к плате микроконтроллер Arduino, часы реального времени, два резистора и пять контактных групп для подключения периферии.

Для соединения всех компонентов можно использовать и универсальные монтажные платы.

В этом случае получается слишком много соединений из проводов, в которых легко запутаться, как на картинке ниже. Надежность соединений в процессе монтажа компонентов значительно снижается.

4.Прикрепляем к корпусу плату и присоединяем к ней все датчики. Датчики крепим к корпусу.

Отверстие для датчика освещенности закрыто прозрачной пластмассовой наклейкой. С задней стороны приклеен вход для подключения адаптера.

5.Плата приклеена к корпусу на полосках пенопласта.

Все готово. Осталось залить скетч и закрыть крышку.

Программа по управлению устройством

По ссылке архив с текстовым файлом, содержащем программу для управления устройством.

				
					  if ((time.Hours == 13) & (time.minutes == 13)) {
    time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D");
    h = time.hours;
    m = time.minutes + 1;
  }
  else if ((time.Hours == 13) & (time.minutes != 13)) {
    time.gettime("d-m-Y, H:i:s, D");
    h = time.hours;
    m = time.minutes;
  }

Рассмотрим подробно отдельные блоки программы по управлению часами на Ардуино.

  1. Вывод показаний текущего времени на дисплей.
  2. Бегущая строка с показаниями текущей даты при приближении к часам.
  3. Установка даты и времени. Одна из необходимых функций часов на Ардуино, это возможность для пользователя установить дату и время. Организуем управление этой функции посредством энкодера.
  4. Автоматическое изменение яркости дисплея часов в зависимости от освещенности.Часы могут автоматически изменять яркость дисплея в зависимости от текущих условий освещения, чтобы пользователь всегда видел четкую картинку при яркой освещенности окружающего пространства, а при низкой освещенности дисплей не ослеплял глаза.
  5. Перевод часов в режим сна.
  6. Определение дня недели.
  7. Автоматическая корректировка хода времени часов.

Можно использовать более презентабельный корпус устройства, ручку энкодера, украсить корпус наклейками.

Яндекс.Метрика