教你制作带显示屏的GPS无线同步校时母钟_母钟_见图

图27.1 OLED屏正面

OLED屏反面

OLED，即有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode)，又称为有机电激光显示(Organic Electroluminesence Display, OELD)，其显示技能与传统的LCD显示办法不同，无需背光灯，具备轻薄、省电等特性。
从2003年开始，这种显示屏在一些小型数码产品中广泛利用。
终极我找到一款单蓝色的128像素×32像素分辨率的OLED屏(见图27.1)，笔者利用的这个1.11英寸的OLED屏内部绑定的是PT6866驱动芯片，其驱动指令和SSD1305兼容，但其外围电路不同，如图27.2所示。

31个引脚定义如表27.1所示。

表27.1

OLED屏一样平常须要外接驱动高压，本制作利用的这个屏须要7.5～12V的直流高压，电流10mA以内，并利用了PT1301做DC-DC变换，电压输出在9V旁边，详细元件参数选择可以参考PT1301的数据手册进行打算。
在驱动办法上，为了使电路连接大略，利用了串行数据驱动，终极电路如图27.3所示，终极设计出的PCB见图27.4。
制作该电路所需的元件明细见表27.2。

看OLED屏的实物图我们会创造，其连接办法是那种比较娇气的柔性PCB焊接办法，每个焊脚之间的间距是1mm。
在焊接时要非常把稳，先将屏反面的双面不干胶保护纸揭去，对准PCB上的焊盘后小心地贴上去固定，再仔细快速地焊接，以免破坏焊脚而报废。
为了防止在调试过程中由于外力造成引脚连接断裂，利用一种优柔透明的硅胶将引脚进行了加固，效果不错(见图27.5)。

图27.2 PT6866驱动电路

在综合价格、体积、性能等成分后，选择了采取丽台的LR9808或者天宝的Lassen SQ/IQ GPS模块，由于此 PCB的设计可以兼容二者，任选其一焊上去即可，通信速率固定在9600bit/s。

表27.2 显示驱动电路元器件列表

LR 9808 是Leadtek(丽台)公司推出的一款功能强大、性能卓越的OEM模块。
利用的是SIRF II 7451芯片，具有构造小巧、性能优秀等特点，低功耗12通道并行吸收。
接口采取串行TTL电平，数据格式可支持标准的NMEA-0183，不需电平转换即可与MCU直接连接。
该模块的外部有金属屏蔽盖保护，在喧华环境下可担保最佳性能。
形状尺寸为 24mm×20mm×5mm，功耗为215mW，供电电压3.3V。

GPS9808的引脚排列如图27.6所示，各引脚的功能如表27.3所示。

图27.3 显示驱动及供电电路

表27.3

Lassen SQ/IQ 是美国 Trimble(天宝)公司生产的商用GPS模块，接口采取串行TTL 电平，数据格式可支持标准的NMEA-0183，该模块的外部也有金属屏蔽盖保护，内置有天线短路检测和保护电路。
模块形状尺寸为26mm×26mm×6mm，功耗仅为120 mW，供电电压3.3V。

图27.4 显示驱动及供电电路PCB

图27.5 焊接完成的显示驱动及供电电路板

IQ在性能上比SQ要好，最大的差异是：IQ是并行12通道，SQ是并行8通道。
如果拆开就会创造，他们利用的芯片是不一样的，见图27.7。

SQ和IQ的外部尺寸、引脚排列都是一样的，可以完备兼容(见图27.8)。
各引脚的功能如表27.4所示。

表27.4

图27.6 GPS9808的引脚排列

掌握电路系统方案如下。

(1)由于利用128×32OLED显示屏来显示，考虑到一些汉字的点阵信息须要占用不少空间，MCU选择AVR的ATmega32L，为了担保MCU和GPS模块串口通信的准确、可靠，利用外部11.0592MHz晶体振荡器。

(2)OLED利用韶光长了会有光衰的征象，为了只管即便延长OLED屏的利用寿命，在程序菜单里可以对显示亮度进行16级调度，同时增加3组自动开关显示时段设置。
比如可以这样设置：07点开显示—08点关显示、11点开显示—14点关显示、17点开显示—23点关显示。

(3)正常状态下，屏幕用大数字显示所设置时区的韶光信息，右边用小字符显示同步卫星数量、时区、是否同步、发射次数等信息。

图27.7 美国Trimble商用GPS模块

图27.8 SQ和IQ的引脚排列相同

(4)程序菜单里可以对同步发送间隔进行设置，范围为1～99min。

(5)程序菜单里可对24时区进行设置。

(6)安排4个按键，方便设置、操作。

设计的掌握电路事理如图27.9所示，制作这个电路所需的元器件见表27.5。

表27.5 掌握电路元器件列表

在绘制PCB的过程中，我也为这款母钟找了一个小的铝合金外壳(见图27.10)，仔细量好尺寸后，确定PCB的构造、形状尺寸，以担保终极制作好的成品PCB刚好能插入外壳的导槽内。

在绘制好的PCB上(见图27.11)，左边放置4个操作按键，右边放置一个外接电源插座。
利用游标卡尺仔细丈量好开孔尺寸后，通过ArtCAM Pro软件(见图27.12)生产刀路，导入MACH3掌握雕刻机在铝板上铣出外壳两边的侧盖板以及侧盖板上的按键孔和天线、电源插孔(见图27.13)。

图27.9 掌握电路事理图

图27.11 掌握电路的PCB

同时还要利用雕刻机在面板上铣出一个方孔，以便安装OLED屏(见图27.14)。
将焊接好驱动的OLED显示屏测试无误后(见图27.15)，对准铣好的方孔安装在前面板上，利用透明的硅胶将它固定好(见图27.16)。

接下来，将主电路板焊接好后就可以组装起来了(见图27.17)。
OLED显示屏驱动板和主板之间是通过8芯的柔性FPC排线连接，拆卸、安装比较灵巧、方便，连好排线后，将外壳和面板安装起来(见图27.18)就大功告成，可以通电测试了。
组装好后的实际效果见图27.19。

图27.10 我找到的铝合金外壳

图27.12 利用ArtCAM Pro软件天生刀路

图27.13 用雕刻机在铝板上铣出外壳须要的孔

图27.14 用雕刻机在面板上铣出一个方孔

图27.15 测试焊接好驱动的OLED显示屏

图27.16 将OLED显示屏对准方孔装上

(1)该母钟供电是直流稳压5V，不要超过5.5V，外接电源插座是3.5mm规格，电源极性是内正外负。

(2)GPS外接有源天线接口选择内镙内针的SMA规格，供电电压为3～5V。
由于该母钟是金属外壳，能屏蔽所有的无线射频旗子暗记，以是CC1101模块也是采取的外接天线。
为了和GPS天线接口区分，防止插错，CC1101模块的433MHz外接天线选择的是内镙内孔的SMA规格。
笔者选择的是一种吸盘式螺旋天线，电缆长度3m，见图27.20。

图27.17 将系统各部分组装起来

(3)OLED显示屏比较娇气，在安装、焊接的过程一定要轻拿轻放，快速焊接，以免破坏。

将母钟放在窗边，GPS有源外接天线放在窗户边或者窗外，若条件许可，只管即便让天线所在位置的可视天空多一些，这样可以大大加快GPS模块的定位速率。
经实际测试，有时1min就可以与卫星同步了，有时可能须要20min才能与卫星同步，这与所在地当时天空的卫星所处的位置以及天线放置的环境都有很大关系，不过这对子母钟的事情没有什么影响。
CC1101的外接天线可以随便放置，放置离地面高些，效果会好点。
图27.21、图27.22是2个LED子钟和一个母钟在同步和未同步时的实物照片。

图27.18 将外壳和面板安装起来

大家可以在今后自己的时钟制作中加入CC1101吸收模块，使之成为一个跟随母钟同步校时的子钟。
笔者也制作了一大一小两款LED点阵显示的子钟，测试效果非常不错，在小区楼房密集的环境中，实际同步间隔可达150m，达到了设计目标。
说大略点，子钟只是在普通时钟的根本上增加了一个CC1101模块，程序上做了一点大略处理而已。
没有同步旗子暗记时，其显示和手动调节功能等与一样平常的时钟大同小异，这里不再赘述。
末了，我重点总结、归纳一下母钟的GPS数据吸收、CC1101同步数据发送，以及子钟CC1101同步数据吸收模块的程序体例要点和改进思路，方便大家参考制作。

1.母钟程序体例要点

(1)GPS韶光数据吸收处理部分。
GPS韶光数据采取串口中断吸收，中断可以担保对数据的及时吸收处理，避免发生缓冲区溢出而丢失数据包。
串口中断每触发一次，就可以从UDR寄存器吸收一个字节。

(2)1PPS脉冲旗子暗记处理部分。
对付1PPS脉冲旗子暗记，采取INT0中断进行处理。
当此中断触发时，意味着韶光的整秒时候到达。
此中断的处理逻辑比较大略，便是将由$GPRMC数据包中解析出的日期韶光调度到下一个整秒，这样调度过后的韶光更为精确。

例如：由最近一次$GPRMC数据包解析出的韶光是2011/07/03 11:10:00.520，当INT0中断触发时，将此韶光调度到2011/07/03 11:10:01.000。

(3)CC1101韶光同步数据发送部分。
从理论上来说，最佳的发送时候为1PPS脉冲触发整秒中断之后，也便是在INT0中断处理程序中，但为了避免中断处理占用CPU韶光过长而影响系统其他部分(例如显示)的正常运行，把同步数据的发送干系代码放在母钟的主函数main中。

图27.19 组装好后的实际效果

图27.20 吸盘式螺旋天线

图27.21 未同步状态

图27. 22 同步状态

为了让韶光尽可能准确，程序中对发送同步包的时候进行掌握，确保同步包的发送时候位于最近一次的1PPS脉冲触发中断后的某个韶光范围之内(例如50ms)，这样子、母钟的韶光偏差就能始终处于一个较小的可控范围之内(例如：50ms+CC1101传输延迟)，为未来进一步进行补偿校正以提高韶光精度供应了可能。

CC1101发送数据包采取的是变长格式，而且带CRC校验字节。

2.子钟程序体例要点

子钟程序重点是CC1100韶光同步数据吸收部分。
CC1100韶光同步数据的吸收也采取中断办法实现，由CC1100吸收模块的GDO引脚供应中断源，实际中采取了INT0中断，这种办法确保了在第一韶光就能吸收和处理同步数据。

3.程序方面可能的改进

(1)可靠性。
经由长达几个月的测试，在实际事情中，CC1101在长期的事情中可能会存在偶尔去世机的征象，今后可以考虑采纳如下方法改进。

母钟：定期对CC1100进行复位，以提高系统长期事情的可靠性。

子钟：定期或超过一定韶光没有吸收到母钟的同步数据后，对CC1100吸收模块进行复位。

(2)韶光精度。
母钟：通过定时器精确丈量发送时候和1PPS脉冲触发中断时候的间隔，并将此间隔作为同步包中的毫秒字段进行传送(目前未利用毫秒字段)。

子钟：对CC1100传输延迟进行打算、估计，然后对韶光予以补偿，以进一步减小韶光偏差。

(3)扩展信息。
在母钟上接入温度、湿度、风力、风向、雨水等传感器，可以很大略地将其功能进行扩展，将子母钟系统打造成一个小小的无线气候站。

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