Obre l'ordinador Apollo Guidance DSKY: 13 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Orgullós de ser un instructable destacat des del 10/01/18. Voteu per nosaltres i doneu-nos un M'agrada!

La campanya Kickstarter va ser tot un èxit.

Obriu DSKY Kickstarter

Actualment, el nostre Open DSKY està disponible a Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) i està disponible al nostre lloc de comerç electrònic.

Bill Walker (creador de l'Apollo Educational Experience Project), ha escrit un increïble programari personalitzat (amb gairebé 50 funcions) amb una referència de comandament modelada segons el pla de vol d'Apollo per als seus 2 DSKY oberts i el posa a disposició exclusiva de tots a través del seu GoFundMe pàgina. Si us plau, considereu donar-li suport.

Tot i que sens dubte no és la primera recreació de l’icònic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (pantalla / teclat) utilitzat en totes les missions Apollo dels anys seixanta, i podeu esperar que aparegui encara més aquest any i l’any vinent a causa del pròxim 50è aniversari del primer aterratge lunar, fa uns anys vam decidir crear la nostra pròpia versió que complís un nombre mínim de requisits previs.

Aquest projecte va sorgir a partir del suggeriment d’un dels nostres col·laboradors / col·laboradors d’Open Enigma i volem agrair a Rob el seu suggeriment / contribució. Gràcies Rob!

Especificacions dels requisits previs:

- S'ha de construir amb un Arduino i oferir programari de codi obert.

- Necessita semblar-se a la realitat. Una rèplica fidel, òbviament, SENSE memòria bàsica …

- Necessitat d’emular la funció / comportament de les unitats de vol Apollo.

- Necessita utilitzar components que permetin a algú construir-lo com a kit.

Pas 1: RECERCA, recopilació de especificacions originals

Tot i que NO vam tenir accés personalment a cap dispositiu físic, tenim la sort que altres persones que tinguin (o tinguessin) accés documentessin les seves conclusions (per exemple, Fran Blanche, tant si doneu suport al nostre Kickstarter com si no, considereu donar suport a la seva campanya de finançament col·lectiu https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), alguns ens han permès beneficiar-nos d’aquest coneixement. Com va escriure Isaac Newton: "Ens posem a l'espatlla dels gegants".

Utilitzant l’excel·lent kit de paper d’EduCraft ™ per obtenir dimensions exactes, l’aplicació gratuïta per a iPad d’AirSpayce Pty Ltd per a les funcions mínimes de viabilitat i el llibre molt detallat de Frank O'Brien “The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation” juntament amb nombrosos recursos de la NASA inclòs el codi original complet a GitHub, vam poder determinar i replicar moltes de les especificacions exactes de maquinari i programari.

Les pantalles electroluminescents originals que s’utilitzaven a Apollo eren una tecnologia de molt curta vida que ja fa temps que no existeix. Va seguir el camí de l’obsolescència a principis dels anys setanta, de manera que vam decidir ràpidament utilitzar LEDs en forma de 7 segments per emular-los. Això també ens va permetre NO haver d’utilitzar l’alta tensió i els 156 relés mecànics per accionar les pantalles EL. Trobar la mida adequada era un repte, però poc sabíem que trobar un segment +/- 3 seria una missió impossible. (fins i tot en aquesta època …) Vam trobar a Israel uns 3 segments +/- integrats amb una unitat de 7 segments i vam decidir provar-los pels nostres primers prototips …

Pas 2: una mica d'història …

Cal assenyalar que el primer que realment s’assemblava a un microcontrolador modern probablement seria l’Apollo AGC. Aquest va ser el primer ordinador de vol real, a més, el primer ús important de circuits integrats. Però heu d’avançar una dècada abans que totes les funcionalitats bàsiques d’un ordinador es reunissin en un sol xip LSI; com la Intel 8080 o la Zilog Z80. I fins i tot llavors, la memòria, el rellotge i moltes de les funcions d'E / S eren externes. No era massa convenient per a l’usuari aficionat.

Són els xips ARM, AVR i similars els que aporten el següent pas important; amb la inclusió de memòria RAM no volàtil, es va poder construir un equip pràcticament sense components externs. La sèrie de xips AVR (amb els quals més coneixem) tenen línies d'E / S emmagatzemades, UART de sèrie, convertidors A / D i generadors PWM, temporitzadors de vigilància i fins i tot oscil·ladors interns. En el format de les plaques Arduino i similars, aquests xips estan envoltats d’un cristall o ressonador de rellotge adequat, una font d’alimentació regulada, una font d’alimentació i altres condensadors de desacoblament de pin crític i uns quants llums parpellejants per al control de l’estat.

Resulta irònic que 50 anys després, la plataforma escollida per a un projecte de bricolatge ofereix bàsicament la mateixa funcionalitat (Ram / Rom / Processing) a una fracció mínima del cost (i del pes!).

Pas 3: PROTOTIPACIÓ

Vam decidir que primer havíem de fer una prova de concepte a la placa de tres xips Maxim que controlessin 15 LEDs de 7 segments per assegurar-nos que es comportarien com s’esperava. Això va ser un èxit. Després vam intentar breument construir el dispositiu en una placa de projecte i vam trobar molt ràpidament que la densitat del circuit no permetria fabricar-hi la màquina. Simplement no es poden obtenir 21 7 segments + 3 3 segments (i els 4 Maxim per controlar-los) més 18 LED + 19 botons per cabre a la placa del projecte sense oblidar el microcontrolador, l’IMU, l’RTC, el GPS, etc. Per tant, vam haver de procedir directament al disseny del PCB, que ens va semblar la millor manera de produir una rèplica fiable i fiable. Ho sento.

També vam provar el reproductor MP3 a la taula de suport I … vam crear un prototip d'un segment de 3 impresos en 3D per produir la fugida unitat LED +/- desitjada.

Pas 4: Esquemes

Els esquemes ja estan disponibles per ajudar a tothom que vulgui construir un DSKY sense el nostre PCB ni el nostre kit.

El primer esquema (NeoPixels) mostra com hem connectat els 18 Neopixels a l’Arduino Nano Pin 6. El segon esquema mostra com hem connectat (tots els 18) Neopixels i els 5 Volts Buck, Reed Relay, Line Leveler i SKM53 GPSr juntament amb els 19 botons. El tercer esquema mostra les connexions IMU i RTC.

Hem utilitzat NeoPixels 5050 de muntatge superficial que requeria una resistència de llast de 470 Ohms abans del primer píxel i hem utilitzat un condensador de 10 uF per a la resta de píxels.

Si utilitzeu el NeoPixel a la placa Breakout Adafruit (Breadboard friendly), tal com es mostra a la imatge anterior, no necessiteu cap resistència ni condensador, ja que s’incorporen a la placa de sortida Adafruit.

L'explicació del circuit GPS: la majoria dels dispositius GPS Arduino funcionaran amb un subministrament de 5 volts. Dit això, el nivell lògic en aquests mateixos dispositius és de 3,3 volts. La majoria de les vegades, l’Arduino llegirà al pin RX de 3,3 V tan alt, ja que supera la meitat de 5 V. El problema rau en la sèrie de maquinari … No estem segurs de per què, però obtindrem millors resultats mitjançant l’anivellador lògic. Sembla que no utilitzar-lo depèn de l’ús de programari de sèrie. La biblioteca en sèrie del programari i la versió incorporada a les versions més recents d’IDE modifiquen els temporitzadors i els ports del xip Atmel 328. Al seu torn, desactiva la possibilitat d’utilitzar la biblioteca Maxim que necessitem / fem servir per conduir els registres de desplaçament per a les pantalles de set segments. Per tant, fem servir el bon vell serial de maquinari.

El relé reed s’utilitza per activar i desactivar la sèrie de maquinari de manera que l’Arduino encara es pugui programar mentre s’instal·la. Es pot ometre, però el dispositiu Arduino hauria de ser eliminat de la placa principal per a la seva programació, ja que el GPS robarà la sèrie. La manera en què funciona és: en llegir el GPS, el pin 7 s’estira elevant tancant la canya. Aleshores, el GPS comença a omplir la memòria intermèdia de sèrie (el GPS mai no s'apagarà un cop tingui una solució). La memòria intermèdia de sèrie es sondeja i quan es detecta una quantitat suficient de dades, es llegeix i analitza. A continuació, s'escriu el pin 7 desconnectant el GPS, cosa que permet a l'Arduino reprendre el seu comportament normal.

Pas 5: impressió 3D

A continuació es mostren els 5 fitxers STL necessaris per fer una rèplica Open DSKY completa.

Tingueu en compte que, tot i que la tapa del quadre de la bateria i del bisell es pot imprimir en gairebé qualsevol impressora 3D, la DSKY real tenia 7 "d'ample per gairebé 8" d'alçada, de manera que aquestes són les dimensions de la placa superior, de l'anell mitjà i inferior que requereixen una impressió 3D Impressora que pot imprimir almenys 180 mm per 200 mm.

Imprimim el bisell, la placa superior i l’anell central sobre material gris, mentre que la porta inferior i la de la bateria s’imprimeixen en negre.

Pas 6: tall / gravat làser

A continuació es mostren el fitxer tallat / gravat amb làser ButtonCaps i el fitxer imprès amb làser de la finestra esmaltada de Lampfield i, a continuació, fitxer tallat / gravat amb làser.

Utilitzem Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black / White 2ply 1/16 (LM922-402) per tallar i gravar les tecles de 19 botons. Igual que amb tots els fitxers enviats a un tallador làser, és possible que hàgiu de revisar la mida del fitxer fins que obteniu claus de 19 mm per 19 mm. A la nostra màquina de CO2 refrigerada per aigua de 60 watts, fem servir un 40% de potència i una velocitat de 300 mm / s per gravar i un 50% de potència i una velocitat de 20 mm / s per tallar la làmina acrílica.

La finestra esmerilada es crea imprimint la imatge anterior a la transparència adequadament "Apollo" (per què utilitzar qualsevol altra marca?) Amb qualsevol impressora làser i després alimentant-la al tallador / gravador làser per "gravar-la" horitzontalment, després verticalment, amb 20 % de potència i velocitat de 500 mm / s que creiem que crea un aspecte ideal "esmerilat".

Pas 7: FITXA DE MATERIAL

1 PCB v1.0D

1 peces impreses en 3D

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 GPS SKM53

1 Nivellador de línia

1 interruptor Reed

1 DFPlayer Mini

1 targeta MicroSD 2Gig

1 Altaveu de 2 8 Ohms

1 Suport de bateria 6AA

6 bateries AA

1 terminal de cable

1 commutador d'encès / apagat

4 Maxim7219

4 endolls de 24 pines

1 40 Pins femenins

1 condensadors de 10uF

1 resistència de 15 ohms

1 resistència de 100 ohms

20 470 Ohms Resistors

22 Resistències 1K Ohms

4 resistències de 10K Ohms

3 resistències de 100K ohms

18 NeoPixel RGB

19 polsadors LED

19 taps de botó de tall làser

21 7 segments 820501G

3 3 segments STG

2 Finestres glaçades

La majoria dels components anteriors es troben fàcilment a eBay o Amazon i tenen un preu raonable.

Les excepcions són, per descomptat, el nostre propi PCB (que integra tots aquests components junts, les nostres tapes de botó tallades amb làser, que tenen un aspecte molt bo i permeten passar la llum pel botó, les finestres glaçades que després de provar nombroses alternatives, James va tenir un cop de geni (més sobre això més endavant) i, finalment, la pantalla! @ # $% ^ 3-Segment +/- que vam haver de crear des de zero. Afegiu-hi el nostre propi recinte imprès en 3D i teniu tots els ingredients.

Si algú està disposat a acceptar la manca de signe "+" davant de les dades numèriques adequades que es mostren, només podeu afegir 3 segments més i trucar-lo al dia. Això simplement no era una opció per a nosaltres i per això vam crear el nostre propi segment de 3.

Pas 8: 3 SEGMENT

Penseu que el 2018, amb tots els recursos disponibles a tot el món, només es pot demanar una unitat LED 3Segment +/- … Bé, no és el cas!

Per tant, ens vam adonar que, per mantenir-nos fidels a l’Apollo DSKY original, hauríem de crear de zero el nostre propi LED 3Segment +/-.

Després de nombrosos dissenys, finalment vam tenir una unitat impresa en 3D amb caixa d’ombres integrada.

A continuació, hem obtingut els LED SMT (muntats en superfície) adequats i els hem provat.

Ara estàvem preparats per dissenyar el petit PCB que cabria dins de la nostra impressora en 3D de 3 segments.

Unir tot això va ser una mica un repte tenint en compte que difícilment podem veure els diminuts LED, però el resultat és fantàstic.

Pas 9: FUNCIONALITAT

Després va arribar el moment de decidir la funcionalitat mínima de la nostra rèplica, juntament amb els objectius de producció i quina era la nostra llista de desitjos.

Després d’una petita investigació, hem trobat una aplicació gratuïta a iTunes que pot ser útil, de manera que hem comprat un iPad específicament per a aquest propòsit.

L’aplicació gratuïta per a iPad d’AirSpayce Pty Ltd ens va donar una idea del nostre MVP (Producte Viable Mínim).

Després d’escriure el codi per realitzar una prova Full Lamp, vam implementar immediatament la configuració / visualització del temps, la supervisió de l’IMU i el control del GPS.

El codi es va congelar fins que vam decidir afegir un dels nostres esbojarrats elements de la llista de desitjos, que consistia a reproduir el famós discurs de JFK de 1962 a l'Estadi de l'Arròs "Decidim anar a la Lluna …". Després vam afegir un parell de bandes sonores més icòniques.

Pas 10: INSTRUCCIONS DE MUNTATGE - Electrònica

En primer lloc, assegureu-vos que teniu tots els components necessaris.

Llegiu les instruccions següents un cop completament abans d’iniciar el muntatge.

1. Soldeu totes les resistències de 20 470 Ohms.

2. Soldeu tots els 22 resistors 1K.

3. Soldeu les 4 resistències 10K.

4. Soldeu les 3 resistències 100K.

5. Soldeu la resistència de 15 ohms.

6. Soldeu la resistència de 100 ohms.

7. Opcional: per ajudar a soldar els petits NeoPixels RGB 5050 de Surface Mount, deixo una mica de soldadura a cadascun dels 4 coixinets de cadascun dels 18 LED RGB.

8. Talleu 2 tires de connectors de femelles i soldeu-los a la ubicació Arduino Nano a la part posterior del PCB.

9. Soldeu acuradament els 18 NeoPixels muntats en superfície en la seqüència adequada, assegurant-vos que no us quedeu curts amb les vies properes. Després d’assemblar moltes unitats, hem descobert que és més eficient soldar 1 Neopixel, alimentar l’Arduino (a través del seu port USB) amb el strandtest.ino per verificar que s’encén, apagar Arduino i soldar el següent Neopixel de la seqüència., proveu-lo i repetiu per als 18 Neopíxels. Mentre solucioneu problemes, tingueu en compte que un problema amb un Neopixel pot ser el resultat de que el Neopixel anterior NO es soldi correctament (pin de sortida). Vaig trobar que 680 graus fa massa calor (i mata de color vermell i verd) de vegades, 518 graus sembla molt millor.

10. Tallar una tira de 4 passadors femella i soldar-la a la ubicació del convertidor Buck.

11. Introduïu Arduino Nano i Buck Converter ara si voleu provar els LED RGB mitjançant strandtest. INO

12. Retalleu els dos espaiadors negres sota cadascun dels 19 polsadors il·luminats per deixar que els botons descansin completament sobre el PCB.

13. Introduïu i soldeu els 13 botons de pressió il·luminats, assegurant-vos que tots els punts vermells (càtode) estiguin al costat esquerre. Un cop inserits tots els botons, encenc l'Arduino mitjançant el seu port USB per comprovar que els 19 botons LED s'encenen ABANS de soldar-los …

14. Soldeu els 4 endolls Maxim i assegureu-vos de respectar l'orientació.

15. Prepareu l’IMU soldant els passadors masculins i saltant el passador ADO al VCC.

16. Prepareu el nivellador de línia soldant els passadors masculins del costat baix i del costat alt.

17. Tallar i soldar els passadors femella per rebre l’IMU, el VA RTC i el Nivellador de línia.

18. Soldeu els 10 taps respectant la polaritat. El pin més llarg és positiu.

19. Soldeu el relleu Reed, assegurant-vos de respectar l'orientació.

20. Soldeu el terminal de cable.

21. Soldeu els 21 7 segments, assegurant-vos que els punts (punt decimal) es trobin a la part inferior dreta.

22. Soldeu els 3 segments S&T GeoTronics 3 (Custom Plus / Minus).

23. Inseriu de nou els 4 xips Maxim 7219 als endolls, assegurant-vos de respectar l'orientació.

24. Introduïu l'IMU, RTC, Buck, Arduino Nano i Line Leveler.

25. Soldeu l'altaveu i el reproductor de MP3 / targeta SD assegurant-vos de respectar l'orientació I de mantenir-vos a la part superior de la placa perquè el GPS de l'altre costat haurà d'estar al mateix nivell que la placa perquè encaixi correctament.

26. Soldeu el GPS després d’aplicar una capa de cinta elèctrica per sota per evitar un possible curtcircuit dels pins..

27. Connecteu la bateria de 9 volts i proveu el conjunt de l'electrònica completada.

ENHORABONA! Ja heu acabat el muntatge de l’electrònica.

Pas 11: INSTRUCCIONS DE MUNTATGE - Tancament

FACTURA DE MATERIALS

Quantitat d'article

1 bisell imprès en 3D

1 placa superior impresa en 3D

1 secció mitjana impresa en 3D

1 fons imprès en 3D

1 porta de la bateria impresa en 3D

1 Finestra glaçada impresa

1 Finestra acrílica

19 taps de botó de tall làser

15 cargols de fusta amb cap de sòcol (M3-6mm)

6 petits cargols de fusta

Un cop provat el muntatge de l'electrònica, seguiu els passos següents:

1. Col·loqueu els 19 taps de botó a la seva ubicació correcta, seguint la imatge superior.

2. Inseriu amb cura el PCB muntat a la placa superior. Pot ser ajustat i pot requerir una mica de poliment del component imprès en 3D.

3. Amb 6 cargols de coure minúsculs, cargoleu el PCB a la placa superior. NO apretar massa.

4. Mitjançant 2 dels cargols de capçal de sòcol, munteu l’altaveu i, a continuació, l’interruptor On / Off a la secció mitjana impresa en 3D pressionant-lo cap a dins.

5. Utilitzant vuit dels cargols del cap de sòcol, cargoleu la placa superior muntada a la secció mitjana, assegurant-vos que l'interruptor d'encesa / apagat i el forat de l'altaveu estan al davant.

6. Soldeu un cable de pont a cada costat de l'altaveu, saltant-los a cada forat de sortida d'àudio al costat de la targeta SD.

7. Mitjançant cinta de doble cara, munteu la caixa de la bateria dins del compartiment de la bateria, assegurant-vos que els cables vermells i negres estiguin inserits al forat.

8. Enrosqueu el fil negre de la caixa de la bateria a la posició Gnd del terminal de cargol blau i soldeu el fil vermell de la caixa de la bateria a qualsevol dels pins de l'interruptor basculant.

9. Enrosqueu un cable de pont al costat de 9 V del terminal de cargol blau i soldeu l'altre extrem al pin disponible de l'interruptor basculant On / Off.

10. Tanqueu la tapa posterior i usant 8 dels cargols del cap de sòcol, cargoleu la tapa posterior muntada a la secció mitjana. NO apretar massa.

ENHORABONA! Ja heu acabat amb el conjunt del recinte i ja teniu un DSKY complet.

Pas 12: PROGRAMARI

Visiteu el nostre altre Open DSKY instructiu titulat "PROGRAMACIÓ DEL DSKY OBERT"

per obtenir informació de programació més detallada i vídeos sobre la programació del vostre Open DSKY.

Com que fem un ús extensiu de Neopixels, haureu de visitar el lloc web d'Adafruit i descarregar-ne la meravellosa biblioteca. Aquesta biblioteca inclou alguns bons exemples com "standtest.ino" que Limor i el seu equip també van escriure.

A més, com que fem servir Shift Registers per conduir els 7 segments, la biblioteca Maxim és necessària per al xip Max7219.

Obteniu-lo aquí: Biblioteca LedControl

S'adjunta el nostre codi actual a partir de l'1 / 9/2018. Es tracta d’un prototip amb una funcionalitat limitada. Consulteu www. OpenDSKY.com mentre continuem desenvolupant i racionalitzant el conjunt de funcions. Aquest codi prototip actual posa a prova tots els registres de desplaçament de 7 segments / Maxim, tots els Neopíxels, el rellotge en temps real molt precís, l’IMU de 6 DOF, el GPS i el reproductor MP3.

Tota aquesta funcionalitat en 3 verbs autèntics i 3 substantius autèntics i 3 programes que hem afegit amb finalitats de demostració.

LLISTA DE VERBES LLISTA DE SUBSTITUTS LLISTA DE PROGRAMES

16 MONITOR DECIMAL 17 IMU 62 “Triem anar a la Lluna”

21 DADES DE CÀRREGA 36 TEMPS 69 “L’Àliga ha aterrat”

35 LITES DE PROVA 43 GPS 70 "Houston, hem tingut un problema"

Gaudeix del videoclip per obtenir una demostració breu d'algunes de les funcionalitats implementades actualment.

Pas 13: KICKSTARTER

Seguint la nostra fórmula d’èxit utilitzada per al nostre projecte Open Enigma, oferim a Kickstarter diversos kits, unitats muntades / provades i una rèplica de l’edició limitada del 50è aniversari (Make 100).

Oferim:

- El PCB sol

- El kit Barebones

- El kit d'electrònica de bricolatge

- El kit complet (amb components impresos en 3D i tallats per làser)

- La unitat muntada / provada

- L’edició limitada del 50è aniversari amb número de sèrie i certificat d’autenticitat

Actualment, el nostre Kickstarter està EN DIRECTE.

Obriu DSKY Kickstarter

Visiteu https://opendsky.com per obtenir més informació.

Visiteu www.stgeotronics.com per demanar el vostre PCB o Kit.