Odprite Apollo Guidance Computer DSKY: 13 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:04

Ponosen sem, da je predstavljen za poučevanje od 10. januarja 18. Glasujte za nas in nam všečkajte!

Kampanja Kickstarter je zelo uspela!

Odprite DSKY Kickstarter

Naš Open DSKY je trenutno na voljo na Backerkitu (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) in je na voljo na našem spletnem mestu za e-trgovino.

Bill Walker (ustvarjalec projekta Apollo Educational Experience Project) je napisal neverjetno programsko opremo po meri (s skoraj 50 funkcijami) z referenčnim ukazom po vzoru letala Apollo za svoja 2 odprta DSKY -ja in je na voljo izključno vsem prek svojega GoFundMe stran. Prosim, razmislite o njegovi podpori.

Čeprav to zagotovo ni prva ponovna izdelava ikoničnega AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (zaslona/tipkovnice), ki se uporablja v vseh misijah Apollo v šestdesetih letih, lahko pričakujete, da se bo letos in prihodnje leto pojavilo še več ob prihajajoči 50. obletnici prvega pristanka na Luni smo se pred nekaj leti odločili ustvariti lastno različico, ki bi ustrezala minimalnemu številu predpogojev.

Ta projekt je nastal na podlagi predloga enega od naših podpornikov/sodelavcev Open Enigme in Robu se želimo zahvaliti za njegov predlog/prispevek. Hvala Rob!

Specifikacije predpogojev:

- Zgrajen mora biti z Arduinom in ponuditi odprtokodno programsko opremo.

- Mora izgledati in se počutiti kot prava stvar. Zvesta replika očitno BREZ jedrnega spomina …

- Treba je posnemati delovanje/vedenje letalskih enot Apollo.

- Uporabiti je treba komponente, ki nekomu omogočajo, da ga sestavi kot komplet.

1. korak: RAZISKAVE, zbiranje izvirnih specifikacij

Čeprav osebno NISMO imeli dostopa do fizične naprave, imamo srečo, da so drugi ljudje, ki so imeli (ali so imeli) dostop, dokumentirali svoje ugotovitve (na primer Fran Blanche - ne glede na to, ali podpirate naš Kickstarter ali ne, razmislite o podpori njene akcije množičnega financiranja https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), nekateri so nam omogočili, da to znanje izkoristimo. Kot je zapisal Isaac Newton: "Stojimo na rami velikanov."

Z uporabo odličnega papirnega kompleta EduCraft ™ za natančne dimenzije, brezplačne aplikacije iPad podjetja AirSpayce Pty Ltd za funkcije minimalne sposobnosti preživetja in zelo podrobne knjige Franka O'Briena »Računalnik za vodenje Apolla - arhitektura in delovanje« skupaj s številnimi viri NASA vključno s celotno izvirno kodo na GitHubu smo uspeli določiti in ponoviti številne natančne specifikacije strojne in programske opreme.

Prvotni elektroluminiscenčni zasloni, uporabljeni v Apollu, so bili zelo kratkotrajna tehnologija, ki je že dolgo ni več. V zgodnjih sedemdesetih letih je prišlo do zastarelosti, zato smo se zelo hitro odločili za uporabo LED v obliki 7 segmentov za njihovo posnemanje. To nam je tudi omogočilo, da nam za pogon prikazovalnikov EL ni treba uporabljati visokonapetostnih in 156 mehanskih relejev. Iskanje prave velikosti je bil izziv, a malo smo vedeli, da bi bilo iskanje segmenta +/- 3 nemogoče poslanstvo! (tudi v današnjem času …) V Izraelu smo našli približno 3 segmente +/-, integrirane s 7-segmentno enoto, in se odločili, da jih preizkusimo v najzgodnejših prototipih …

2. korak: Malo zgodovine …

Treba je omeniti, da bi bila prva stvar, ki je res spominjala na sodoben mikrokrmilnik, verjetno Apollo AGC. To je bil prvi pravi računalnik za letenje in prva večja uporaba integriranih vezij. Toda še eno desetletje morate iti naprej, preden se vse osnovne funkcionalnosti računalnika združijo na enem samem čipu LSI; na primer Intel 8080 ali Zilog Z80. Tudi takrat so bili pomnilnik, ura in številne V/I funkcije zunanje. Za uporabnika hobija to ni bilo zelo priročno.

Naslednji pomemben korak prinašajo čipi ARM, AVR in podobni; z vključitvijo nehlapnega bliskovnega pomnilnika RAM je bilo mogoče izdelati računalnik brez praktično nobenih zunanjih komponent. Serija čipov AVR (s katerimi smo najbolj seznanjeni) ima medpomnjene V/I linije, zaporedne UART -e, A/D pretvornike in PWM generatorje, nadzorne časovnike in celo notranje oscilatorje, če želite. V formatu Arduino in podobnih plošč so ti čipi obdani z ustreznim kristalom ure ali resonatorjem, reguliranim napajanjem, nekaj napajalnika in drugimi kondenzatorji za odklop sklopa s kritičnimi zatiči ter nekaj utripajočimi lučkami za spremljanje stanja.

Ironično je, da 50 let kasneje izbrana platforma za DIY projekt v bistvu ponuja enako funkcionalnost (Ram/Rom/Processing) z majhnim deležem stroškov (in teže!).

3. korak: PROTOTIPIRANJE

Odločili smo se, da moramo najprej narediti dokaz koncepta na plošči 3 čipov Maxim, ki nadzorujejo 15 7 -segmentnih LED, da se prepričamo, da se bodo obnašali po pričakovanjih. To je bil uspeh. Nato smo na kratko poskušali zgraditi napravo na projektni plošči in zelo hitro ugotovili, da gostota tokokroga ne dovoljuje izdelave stroja. Preprosto ne morete dobiti 21 7 segmentov + 3 3 segmente (in 4 Maxim za njihovo upravljanje) ter 18 LED + 19 gumbov, ki se prilegajo projektni plošči, da ne omenjam mikrokrmilnika, IMU, RTC, GPS itd. Zato smo morali neposredno nadaljevati z oblikovanjem tiskanega vezja, za katerega smo menili, da je najboljši način za izdelavo zanesljive in zveste replike. Oprosti.

Predvajalnik MP3 smo preizkusili tudi na plošči IN… ustvarili smo prototip 3D natisnjenega 3 segmenta za izdelavo nedosegljive želene enote +/- LED.

4. korak: Sheme

Zdaj so na voljo sheme za pomoč vsem, ki želijo zgraditi DSKY brez našega tiskanega vezja ali kompleta.

Prva shema (NeoPixels) prikazuje, kako smo 18 neopikslov povezali z Arduino Nano Pin 6. Druga shema prikazuje, kako smo povezali (vseh 18) Neopikslov in 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler in SKM53 GPSr skupaj z 19 gumbi. Tretja shema prikazuje povezave IMU in RTC.

Uporabili smo Surface mount 5050 NeoPixels, ki je pred prvo slikovno piko zahteval balastni upor 470 Ohmov, za vsak drugi slikovni pik pa smo uporabili kondenzator 10 uF.

Če uporabljate NeoPixel na plošči Adafruit (Breadboard prijazno), kot je prikazano na zgornji sliki, potem ne potrebujete nobenega upora ali kondenzatorjev, saj so ti vgrajeni v tiskalno vezje Adafruit.

Pojasnilo vezja GPS: Večina naprav Arduino GPS bo delovala na 5 voltno napajanje. Kot rečeno, je logična raven na teh istih napravah 3,3 volta. Večino časa bo Arduino na svojem RX -pinu bral 3.3V tako visoko, saj je večji od polovice 5V. Težava je v serijski opremi strojne opreme … Nismo prepričani zakaj, vendar imamo boljše rezultate z uporabo izravnalnika logike. Zdi se, da neuporaba temelji na uporabi serijske programske opreme. Serijska knjižnica programske opreme in različica, vključena v novejše različice IDE, spreminjata časovnike in vrata na čipu Atmel 328. To pa onemogoča uporabo knjižnice Maxim, ki jo potrebujemo/uporabljamo za poganjanje registrov premikov za sedem segmentnih zaslonov. Zato uporabljamo dobro staro serijo strojne opreme.

Reed rele se uporablja za vklop in izklop serijske opreme strojne opreme, tako da je Arduino med namestitvijo še vedno programiran. Lahko ga izpustimo, vendar bi morali napravo Arduino za programiranje odstraniti z glavne plošče, saj bo serijo ukradel GPS. To deluje tako: ko berete GPS, se zatič 7 potegne visoko, da zapre trstiko. GPS nato začne polniti serijski vmesni pomnilnik (GPS se ne bo nikoli ustavil, ko odpravi napako.) Serijski vmesni pomnilnik je anketiran in ko zazna zadostno količino podatkov, se prebere in razčleni. Nato je na pin 7 zapisan nizki odklop GPS -a, kar Arduinu omogoči, da nadaljuje s svojim normalnim vedenjem.

5. korak: 3D tiskanje

Spodaj je 5 potrebnih datotek stl za popolno odprto repliko DSKY.

Upoštevajte, da čeprav je okvir in pokrov baterije mogoče natisniti na skoraj vsakem 3D tiskalniku, je bil pravi DSKY širok 7 "in skoraj 8" visok, zato so to dimenzije naše zgornje plošče, srednjega obroča in dna, ki zahteva 3D Tiskalnik, ki lahko tiska najmanj 180 mm do 200 mm.

Okvir, zgornjo ploščo in srednji prstan tiskamo na siv material, spodnja in baterijska vrata pa črno.

6. korak: lasersko rezanje/graviranje

Spodaj sta datoteki ButtonCaps Laser cut/gravirano in Lampfield okensko okno Lasersko natisnjeno, nato lasersko izrezano/gravirano datoteko.

Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402) uporabljamo za izrezovanje in graviranje 19 tipk na tipkah. Tako kot pri vseh datotekah, poslanih na laserski rezalnik, boste morda morali prilagoditi velikost datoteke, dokler ne pridobite zaponke tipk 19 mm do 19 mm. Na našem stroju za CO2 z vodnim hlajenjem 60 Watt uporabljamo 40% moči in hitrost 300 mm/s za graviranje ter 50% moči in 20 mm/s za rezanje akrilne pločevine.

Zamrznjeno okno nastane tako, da zgornjo sliko natisnete na primerno "Apollo", imenovano transparentnost (zakaj bi uporabili katero koli drugo blagovno znamko?) S katerim koli laserskim tiskalnikom, nato pa ga vstavite v laserski rezalnik/graver za "jedkanje" vodoravno, nato navpično, z uporabo 20 % moči in 500 mm/s hitrost, za katero menimo, da ustvarja idealen "zamrznjen" videz.

7. korak: MATERIALNI KONOVNIK

1 PCB v1.0D

1 3D natisnjeni deli

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 GPS SKM53

Izravnalnik 1 vrstice

1 Reed stikalo

1 DFPlayer Mini

1 kartica MicroSD 2Gig

1 2 8Ohmski zvočnik

1 Nosilec baterije 6AA

6 AA baterij

1 Žični priključek

1 Stikalo za vklop/izklop

4 Maxim7219

4 vtičnice 24pins

1 40 ženskih zatičev

1 10uF kondenzatorjev

1 15 ohmski upor

1 100 ohmov upor

20 470 ohmov upori

22 1K ohmskih uporov

4 10K ohmski upori

3 100K ohmski upori

18 NeoPixel RGB

19 LED gumbov

19 Pokrovčki gumbov za lasersko rezanje

21 7 Segmenti 820501G

3 3 Segmenti STG

2 zamrznjena okna

Večino zgornjih komponent zlahka najdete na eBayu ali Amazonu in so po razumnih cenah.

Izjema so seveda naša lastna tiskana vezja (ki združuje vse te komponente skupaj, naše lasersko izrezane zaponke gumbov, ki izgledajo zelo dobro in omogočajo, da svetloba gre skozi gumb, zamrznjena okna, ki jih je James po poskusu številnih alternativ udaril) genialnosti (o tem kasneje) in na koncu!@#$%^ 3-segmentni +/- zaslon, ki smo ga morali ustvariti od začetka. Dodajte k temu še naše lastno 3D tiskano ohišje in imate vse sestavine.

Če je nekdo pripravljen sprejeti pomanjkanje znaka "+" pred ustreznimi številčnimi podatki, lahko preprosto dodate še 3 7 segmentov in ga pokličete na dan. To preprosto ni bila možnost za nas in zato smo ustvarili lasten 3 segment.

8. korak: 3 SEGMENT

Mislili bi, da lahko leta 2018 z vsemi svetovnimi viri, ki so nam na voljo, preprosto naročite enoto 3Segment +/- LED … No, ni tako!

Tako smo ugotovili, da moramo za ohranitev zvestobe prvotnemu Apollu DSKY iz nič ustvariti naš lasten 3Segment +/- LED.

Po številnih modelih smo končno dobili 3D tiskano enoto z integrirano senčno škatlo.

Nato smo pridobili ustrezne LED diode SMT (površinsko nameščene) in jih preizkusili.

Zdaj smo bili pripravljeni oblikovati drobno tiskano vezje, ki bi se prilegalo naši 3D natisnjeni lupini 3Segment.

Združiti vse to je bil majhen izziv, saj drobne LED -je skoraj ne vidimo, rezultat pa je fantastičen!

9. korak: FUNKCIONALNOST

Nato je prišel trenutek, da se odločimo o minimalni funkcionalnosti naše kopije, skupaj s cilji proizvodnje in kakšen je naš seznam želja.

Po kratkem raziskovanju smo na iTunesu našli brezplačno aplikacijo, ki bi lahko bila koristna, zato smo iPad kupili posebej v ta namen.

Brezplačna aplikacija iPad podjetja AirSpayce Pty Ltd nam je dala idejo o našem MVP (minimalno sposobnem izdelku).

Ko smo napisali kodo za izvedbo preizkusa polne svetilke, smo takoj uvedli nastavitev časa/prikaz časa, nadzor IMU in nadzor GPS.

Koda je bila zamrznjena, dokler se nismo odločili dodati enega od naših norih elementov s seznama želja, ki naj bi predvajal znameniti govor JFK iz leta 1962 na stadionu Rice "Odločimo se za odhod na Luno …". Nato smo dodali še nekaj ikoničnih zvočnih posnetkov.

10. korak: NAVODILA ZA MONTAŽO - Elektronika

Najprej se prepričajte, da imate vse potrebne komponente.

Preden začnete s sestavljanjem, natančno preberite naslednja navodila.

1. Spajkajte vseh 20 470 ohmskih uporov.

2. Spajkajte vseh 22 1K uporov.

3. Spajkajte vse 4 10K upore.

4. Spajkajte vse 3 100K upore.

5. Spajkajte 15 ohmski upor.

6. Spajkajte 100 ohmski upor.

7. Izbirno: Za pomoč pri spajkanju drobnega Surface Mount 5050 RGB NeoPixels, spustim malo spajkanja na vsako od 4 ploščic za vsako od 18 LED RGB.

8. Odrežite 2 traka ženskih konektorjev in jih spajkajte na mesto Arduino Nano na hrbtni strani tiskanega vezja.

9. Previdno spajkajte vseh 18 površinsko nameščenih neopikslov v ustreznem zaporedju, pri čemer pazite, da ne zamudite bližnjih premerov. Po sestavljanju številnih enot smo odkrili, da je učinkoviteje spajkati 1 Neopixel, napajati Arduino (prek vrat USB) s strandtest.ino, da se prepriča, da zasveti, izklopiti Arduino, spajkati naslednji Neopixel v zaporedju, preizkusite in ponovite za vseh 18 neopikslov. Ko odpravljate težave, ne pozabite, da je težava z Neopixelom lahko posledica tega, da predhodni Neopixel NI bil pravilno spajkan (izhodni pin). Ugotovil sem, da je 680 stopinj prevroče (včasih ubije rdeče in ali zeleno), 518 stopinj se zdi veliko bolje.

10. Odrežite trak s 4 ženskimi zatiči in ga spajkajte na mesto pretvornika Buck.

11. Vstavite Arduino Nano in Buck Converter zdaj, če želite preizkusiti RGB LED z uporabo strandtest. INO

12. Splaknite oba črna distančnika pod vsakim od 19 osvetljenih gumbov, da lahko gumbi popolnoma ležijo na tiskanem vezju.

13. Vstavite, nato spajkajte vseh 13 osvetljenih potisnih gumbov, pri tem pazite, da so vse rdeče pike (katoda) na levi strani. Ko so vstavljeni vsi gumbi, vklopim Arduino prek vrat USB, da preverim, ali se prižge vseh 19 gumbov LED, preden jih spajkam …

14. Spajkajte vse 4 vtičnice Maxim in upoštevajte orientacijo.

15. Pripravite IMU tako, da spajkate njegove moške zatiče in preskočite svoj pin ADO na njegov VCC.

16. Pripravite izravnalnik linij tako, da njegove moške zatičete na spodnji in visoki strani.

17. Odrežite in spajkajte ženske zatiče, da prejmete IMU, VA RTC in izravnalnik linij.

18. Spajkajte vseh 10 pokrovčkov ob upoštevanju polarnosti. Daljši pin je pozitiven.

19. Spajkajte rele Reed, pri tem pazite na orientacijo.

20. Spajkajte žični priključek.

21. Spajkajte vseh 21 7 segmentov in se prepričajte, da so pike (decimalna vejica) spodaj desno.

22. Spajkajte vse 3 segmente S&T GeoTronics 3 (po meri plus/minus).

23. Ponovno vstavite vse 4 čipe Maxim 7219 v vtičnice in pri tem pazite na orientacijo.

24. Vstavite IMU, RTC, Buck, Arduino Nano in Line Leveler.

25. Spajajte zvočnik in predvajalnik MP3/kartico SD, pri tem pazite, da spoštujete orientacijo in se držite čim višje na tiskanem vezju, ker bo treba GPS na drugi strani, da se pravilno prilega, poravnati s tiskanim vezjem.

26. Spajajte GPS, potem ko nanesete plast električnega traku spodaj, da preprečite potencialno kratki stik nožic.

27. Priključite baterijo 9Volt in preizkusite dokončan sklop elektronike.

ČESTITAMO! Končali ste z montažo elektronike.

11. korak: NAVODILA ZA MONTAŽO - Ohišje

RAČUN ZA MATERIALE

Količina artikla

1 3D natisnjen okvir

1 3D natisnjena zgornja plošča

1 3D natisnjen srednji del

1 3D natisnjeno dno

1 3D natisnjena baterijska vrata

1 Tiskano okno z mat

1 Akrilno okno

19 Pokrovčki gumbov za lasersko rezanje

15 lesenih vijakov z vtičnico (M3-6mm)

6 drobnih vijakov za les

Ko je sklop elektronike v celoti preizkušen, nadaljujte z naslednjimi koraki:

1. Postavite vseh 19 gumbov na ustrezno mesto, kot je prikazano zgoraj.

2. Sestavljeno tiskano vezje previdno vstavite v zgornjo ploščo. Lahko se tesno prilega in lahko zahteva malo brušenja 3D tiskane komponente.

3. S 6 drobnimi bakrenimi vijaki pritrdite tiskano vezje na zgornjo ploščo. NE zategnite preveč.

4. Z dvema vijakoma vtične glave namestite zvočnik in nato stikalo za vklop/izklop na srednji del 3D natisnjenega, tako da ga potisnete navznoter.

5. S pomočjo 8 vijakov vtične glave privijte sestavljeno zgornjo ploščo na srednji del in se prepričajte, da sta stikalo za vklop/izklop in luknja za zvočnik spredaj.

6. Spajajte mostiček na vsaki strani zvočnika in ga skočite na vsako luknjo za avdio izhod poleg kartice SD.

7. Z dvostranskim trakom namestite baterijsko omarico v predal za baterije in pazite, da sta v luknjo vstavljeni rdeča in črna žica.

8. Privijte črno žico iz škatle za baterije v položaju Gnd modrega vijačnega priključka in spajkajte rdečo žico iz škatle za baterije na kateri koli zatič stikala za vklop/izklop.

9. Privijte odklopno žico na 9V stran modrega vijačnega priključka in drugi konec spajkajte z razpoložljivim zatičem na stikalu za vklop/izklop.

10. Zaprite zadnji pokrov in z 8 vijaki vtične glave privijte sestavljeni zadnji pokrov na srednji del. NE zategnite preveč.

ČESTITAMO! Končali ste s sklopom ohišja in zdaj imate popoln DSKY!

12. korak: PROGRAMSKA OPREMA

Obiščite našo drugo Open DSKY navodilo z naslovom "PROGRAMING OF OPEN DSKY"

za podrobnejše informacije o programiranju in videoposnetke o programiranju vašega Open DSKY.

Ker uporabljamo neopiksle veliko, boste morali obiskati spletno stran Adafruit in prenesti njihovo čudovito knjižnico. Ta knjižnica vsebuje nekaj lepih primerov, kot je "standtest.ino", ki sta jih napisala tudi Limor in njena ekipa.

Ker za premikanje 7 segmentov uporabljamo registre Shift, je za čip Max7219 potrebna knjižnica Maxim.

Pridobite ga tukaj: Knjižnica LedControl

V prilogi je naša trenutna koda od 1.9.2018. To je prototip z omejeno funkcionalnostjo. Prosimo, preverite na www. OpenDSKY.com, saj še naprej razvijamo in poenostavljamo nabor funkcij. Ta trenutna prototipna koda preizkuša vse registre premikov 7 segmentov/Maxim, vse Neopiksele, zelo natančno uro v realnem času, 6 DOF IMU, GPS in MP3 predvajalnik.

Vse te funkcije v 3 verodostojnih glagolih in 3 verodostojnih samostalnikih ter 3 programih smo dodali za demo namene.

SEZNAM GLAGOLOV SEZNAM PROGRAMOV SEZNAM IMENIKOV

16 MONITOR DECIMAL 17 IMU 62 "Odločili smo se iti na Luno"

21 NALOŽI PODATKE 36 TIME 69 "Orel je pristal"

35 TEST LITES 43 GPS 70 "Houston we had a problem"

Uživajte v video posnetku za kratek prikaz nekaterih trenutno uporabljenih funkcij.

Korak: KICKSTARTER

Po naši uspešni formuli, uporabljeni za naš projekt Open Enigma, na Kickstarterju ponujamo različne komplete, sestavljene/preizkušene enote in Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100) Replic.

Ponujamo:

- Samo tiskano vezje

- Komplet Barebones

- Komplet elektronike DIY

- Popoln komplet (s 3D tiskanimi in lasersko izrezanimi komponentami)

- Sestavljena/preizkušena enota

- Omejena izdaja 50. obletnice s serijsko številko in potrdilom o pristnosti

Naš Kickstarter je trenutno V ŽIVO!

Odprite DSKY Kickstarter

Za več informacij obiščite

Za naročilo tiskanega vezja ali kompleta obiščite www.stgeotronics.com.