Apri il computer di guida Apollo DSKY: 13 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

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La campagna Kickstarter è stata un super successo!

Apri DSKY Kickstarter

Il nostro Open DSKY è attualmente attivo su Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) ed è disponibile sul nostro sito di e-commerce.

Bill Walker (creatore dell'Apollo Educational Experience Project), ha scritto un fantastico software personalizzato (con quasi 50 funzioni) con un Command Reference modellato sul piano di volo Apollo per i suoi 2 Open DSKY e lo sta rendendo disponibile esclusivamente a tutti tramite il suo GoFundMe pagina. Per favore, considera di sostenerlo.

Anche se questa non è certamente la prima ricreazione dell'iconico AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (Display/Keyboard) utilizzato in tutte le missioni Apollo degli anni '60, e ci si può aspettare che appaiano ancora di più quest'anno e il prossimo anno a causa del imminente 50 ° anniversario del primo sbarco sulla luna, abbiamo deciso alcuni anni fa di creare la nostra versione che avrebbe soddisfatto un numero minimo di prerequisiti.

Questo progetto è nato dal suggerimento di uno dei nostri sostenitori/collaboratori di Open Enigma e vorremmo ringraziare Rob per il suo suggerimento/contributo. Grazie Rob!

Specifiche dei prerequisiti:

- Deve essere costruito con un Arduino e offrire software Open Source.

- Ha bisogno di sembrare e sentirsi come la cosa reale. Una replica fedele ovviamente SENZA Core Memory…

- Necessità di emulare la funzione/comportamento delle unità volate dell'Apollo.

- Ha bisogno di utilizzare componenti che permettano a qualcuno di costruirlo come kit.

Fase 1: RICERCA, raccolta delle specifiche originali

Sebbene NON abbiamo avuto accesso personalmente a un dispositivo fisico, siamo fortunati che altre persone che hanno (o hanno avuto) accesso abbiano documentato le loro scoperte (Fran Blanche per esempio - che tu supporti o meno il nostro Kickstarter, considera di supportare la sua campagna di crowdfunding https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), alcuni ci hanno permesso di beneficiare di questa conoscenza. Come ha scritto Isaac Newton, "Stiamo sulle spalle dei giganti".

Utilizzando l'eccellente kit di carta di EduCraft ™ per le dimensioni esatte, l'app gratuita per iPad di AirSpayce Pty Ltd per le funzionalità minime di fattibilità e il libro molto dettagliato di Frank O'Brien "The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation" insieme a numerose risorse della NASA incluso il codice originale completo su GitHub, siamo stati in grado di determinare e replicare molte delle specifiche hardware e software esatte.

I display originali elettroluminescenti utilizzati in Apollo erano una tecnologia di vita molto breve che è scomparsa da tempo. All'inizio degli anni '70 è diventata obsoleta, quindi abbiamo deciso molto rapidamente di utilizzare i LED sotto forma di 7 segmenti per emularli. Questo ci ha anche permesso di NON dover utilizzare l'Alta Tensione ei 156 relè meccanici per pilotare i display EL. Trovare la taglia giusta è stata una sfida, ma non sapevamo che trovare un segmento +/- 3 sarebbe stato Mission Impossible! (anche in questo giorno ed età…) Abbiamo trovato in Israele circa 3 segmenti +/- integrati con un'unità a 7 segmenti e abbiamo deciso di provarli per i nostri primi prototipi…

Passaggio 2: un po' di storia…

Va notato che la prima cosa che somigliava davvero a un moderno microcontrollore sarebbe probabilmente l'Apollo AGC. Questo è stato il primo vero computer di volo, oltre al primo uso importante di circuiti integrati. Ma devi andare avanti di un altro decennio prima che tutte le funzionalità di base di un computer siano riunite su un singolo chip LSI; come l'Intel 8080 o lo Zilog Z80. E anche allora, la memoria, l'orologio e molte delle funzioni di I/O erano esterne. Non era molto conveniente per l'utente hobby.

Sono i chip ARM, AVR e simili che portano il prossimo passo importante; con l'inclusione della RAM flash non volatile, è diventato possibile costruire un computer praticamente senza componenti esterni. La serie di chip AVR (con cui siamo più familiari) ha linee I/O bufferizzate, UART seriali, convertitori A/D e generatori PWM, timer watchdog e persino oscillatori interni se lo si desidera. Nel formato delle schede Arduino e simili, questi chip sono circondati da un adeguato cristallo di clock o risonatore, un alimentatore regolato, un alimentatore e altri condensatori di disaccoppiamento dei pin critici e alcune luci lampeggianti per il monitoraggio dello stato.

È ironico che 50 anni dopo, la piattaforma scelta per un progetto fai-da-te offra sostanzialmente le stesse funzionalità (Ram/Rom/Processing) a una frazione minuscola del costo (e del peso!).

Fase 3: PROTOTIPAZIONE

Abbiamo deciso che dovevamo prima realizzare una prova di concetto su breadboard di 3 chip Maxim che controllano 15 LED a 7 segmenti per assicurarci che si comportassero come previsto. Questo è stato un successo. Abbiamo quindi tentato brevemente di costruire il dispositivo su una scheda di progetto e abbiamo scoperto molto rapidamente che la densità del circuito non avrebbe consentito di fabbricare la macchina in quella. Non puoi avere 21 7 segmenti + 3 3 segmenti (e i 4 Maxim per controllarli) più 18 LED + 19 pulsanti per adattarsi alla scheda di progetto per non parlare del microcontrollore, dell'IMU, dell'RTC, del GPS, ecc. Quindi abbiamo dovuto procedere direttamente alla progettazione del PCB che ritenevamo fosse il modo migliore per produrre una replica affidabile e fedele. Scusate.

Abbiamo anche testato il lettore MP3 su breadboard E… abbiamo creato un prototipo di un segmento 3 stampato in 3D per produrre l'inafferrabile unità +/- LED desiderata.

Fase 4: Schemi

Schemi ora disponibili per aiutare tutti coloro che vogliono costruire un DSKY senza il nostro PCB o Kit.

Il primo schema (NeoPixel) mostra come abbiamo collegato i 18 Neopixel al Nano Pin 6 di Arduino. Il secondo schema mostra come abbiamo cablato (tutti i 18) Neopixel e il Buck 5Volt, Reed Reed, Line Leveler e SKM53 GPSr insieme ai 19 pulsanti. Il terzo schema mostra le connessioni IMU e RTC.

Abbiamo usato i NeoPixel 5050 a montaggio superficiale che richiedevano un resistore di zavorra di 470 Ohm prima del primo pixel e abbiamo usato un condensatore da 10 uF per ogni altro pixel.

Se usi la scheda breakout NeoPixel su Adafruit (amica della breadboard) come nella foto sopra, non hai bisogno di resistori o condensatori poiché questi sono integrati nel PCB breakout Adafruit.

La spiegazione del circuito GPS: la maggior parte dei dispositivi GPS Arduino funzionerà con alimentazione a 5 volt. Detto questo, il livello logico su questi stessi dispositivi è di 3,3 volt. La maggior parte delle volte, Arduino leggerà sul suo pin RX 3,3 V in alto, poiché è maggiore della metà di 5 V. Il problema sta nell'hardware seriale… Non siamo sicuri del perché ma abbiamo risultati migliori usando il livellatore logico. Non usarlo sembra dipendere dall'uso del software seriale. La libreria seriale del software e la versione incorporata nelle versioni più recenti di IDE modificano i timer e le porte sul chip Atmel 328. Questo a sua volta disabilita la possibilità di utilizzare la libreria Maxim di cui abbiamo bisogno/usiamo per pilotare i registri a scorrimento per i display a sette segmenti. Quindi usiamo il buon vecchio seriale hardware.

Il relè reed viene utilizzato per accendere e spegnere la seriale hardware in modo che l'Arduino possa essere ancora programmato durante l'installazione. Può essere omesso, tuttavia il dispositivo Arduino dovrebbe essere rimosso dalla scheda madre per la programmazione poiché il seriale verrà rubato dal GPS. Il modo in cui funziona è: durante la lettura del GPS, il pin 7 viene tirato in alto chiudendo l'ancia. Il GPS quindi inizia a riempire il buffer seriale (il GPS non si spegnerà mai una volta che ha una posizione). Il buffer seriale viene interrogato e quando viene rilevata una quantità sufficiente di dati, viene letto e analizzato. Quindi il pin 7 è scritto basso disconnettendo il GPS, consentendo ad Arduino di riprendere il suo comportamento normale.

Passaggio 5: stampa 3D

Di seguito sono riportati i 5 file stl necessari per creare una replica Open DSKY completa.

Si prega di notare che mentre la cornice e il coperchio del vano batteria possono essere stampati praticamente su qualsiasi stampante 3D, il vero DSKY era largo 7" per quasi 8" alto, quindi queste sono le dimensioni della nostra piastra superiore, anello centrale e fondo che richiede un 3D Stampante che può stampare almeno 180 mm per 200 mm.

Stampiamo la cornice, la piastra superiore e l'anello centrale su materiale grigio, mentre la parte inferiore e lo sportello della batteria sono stampati in nero.

Passaggio 6: taglio/incisione laser

Di seguito sono riportati il file con taglio/incisione laser ButtonCaps e la finestra smerigliata Lampfield stampata al laser, quindi il file con taglio/incisione laser.

Usiamo Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402) per tagliare e incidere i copritasti a 19 pulsanti. Come con tutti i file inviati a un laser cutter, potrebbe essere necessario modificare le dimensioni del file fino a quando non ottenere copritasti da 19 mm per 19 mm Sulla nostra macchina a CO2 raffreddata ad acqua da 60 Watt, usiamo il 40% di potenza e 300 mm/s di velocità per incidere e il 50% di potenza e 20 mm/s di velocità per tagliare la lastra acrilica.

La finestra smerigliata viene creata stampando l'immagine sopra su una trasparenza appropriatamente denominata "Apollo" (perché usare qualsiasi altra marca?) % di potenza e velocità di 500 mm/s che riteniamo creino un aspetto "brinato" ideale.

Passaggio 7: DISTINTA DEI MATERIALI

1 PCB v1.0D

1 parti stampate in 3D

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 dollaro in meno

1 SKM53 GPS

1 livellatore di linea

1 interruttore a lamella

1 Mini DFPlayer

1 scheda MicroSD 2Gig

1 altoparlante da 2 8 Ohm

1 portabatteria 6AA

6 batterie AA

1 terminale di filo

1 interruttore di accensione/spegnimento

4 Maxim7219

4 prese 24 pin

1 40 pin femmina

1 condensatore da 10uF

1 Resistenza da 15 Ohm

1 Resistenza da 100 Ohm

20 resistori da 470 Ohm

Resistori da 22 1K Ohm

4 resistori da 10K Ohm

3 resistori da 100K Ohm

18 NeoPixel RGB

19 pulsanti LED

19 cappucci per bottoni tagliati al laser

21 7 Segmenti 820501G

3 3 Segmenti STG

2 finestre smerigliate

La maggior parte dei componenti di cui sopra si trovano facilmente su eBay o Amazon e hanno un prezzo ragionevole.

Le eccezioni sono ovviamente il nostro PCB (che integra tutti questi componenti insieme, i nostri cappucci per bottoni tagliati al laser che sembrano davvero buoni e consentono alla luce di passare attraverso il pulsante, le finestre smerigliate che dopo aver provato numerose alternative, James ha avuto un ictus di genio (ne parleremo più avanti) e infine, il display !@#$%^ 3-Segment +/- che abbiamo dovuto creare da zero. Aggiungi a questo il nostro involucro stampato in 3D e hai tutti gli ingredienti.

Se qualcuno è pronto ad accettare la mancanza del segno “+” davanti ai dati numerici appropriati visualizzati, allora puoi semplicemente aggiungere altri 3 7 segmenti e chiamarlo un giorno. Questa NON era semplicemente un'opzione per noi ed è per questo che abbiamo creato il nostro 3 Segmento.

Passaggio 8: 3 SEGMENT

Penseresti che nel 2018, con tutte le risorse mondiali a nostra disposizione, si possa semplicemente ordinare un'unità LED 3Segment +/-… Beh, non è così!

Quindi, ci siamo resi conto che per rimanere fedeli all'originale Apollo DSKY, avremmo dovuto creare da zero il nostro LED 3Segment +/-.

Dopo numerosi progetti, abbiamo finalmente avuto un'unità stampata in 3D con shadow box integrata.

Quindi, abbiamo acquistato i LED SMT (montati in superficie) appropriati e li abbiamo testati.

Ora eravamo pronti per progettare il piccolo PCB che si sarebbe adattato all'interno del nostro guscio 3Segment stampato in 3D.

Mettere insieme tutto questo è stata un po' una sfida considerando che non riusciamo a vedere i minuscoli LED, ma il risultato è fantastico!

Fase 9: FUNZIONALITÀ

Poi è arrivato il momento di decidere la funzionalità minima della nostra Replica, insieme agli obiettivi di produzione e quale fosse la nostra lista dei desideri.

Dopo una piccola ricerca, abbiamo trovato un'app gratuita su iTunes che potrebbe essere utile, quindi abbiamo acquistato un iPad appositamente per questo scopo.

L'app gratuita per iPad di AirSpayce Pty Ltd ci ha dato un'idea del nostro MVP (Minimum Viable Product).

Dopo aver scritto il codice per eseguire un Full Lamp test, abbiamo subito implementato il Time set/display, il monitoraggio IMU e il monitoraggio GPS.

Il codice è stato congelato fino a quando non abbiamo deciso di aggiungere uno dei nostri pazzi elementi della lista dei desideri, ovvero riprodurre il famoso discorso di JFK del 1962 al Rice Stadium "Abbiamo scelto di andare sulla Luna…". Poi abbiamo aggiunto un paio di altre colonne sonore iconiche.

Fase 10: ISTRUZIONI DI MONTAGGIO - Elettronica

Innanzitutto, assicurati di avere tutti i componenti necessari.

Leggere completamente le seguenti istruzioni prima di iniziare l'assemblaggio.

1. Saldare tutti i 20 resistori da 470 Ohm.

2. Saldare tutti i 22 resistori da 1K.

3. Saldare tutti e 4 i resistori da 10K.

4. Saldare tutti e 3 i resistori da 100K.

5. Saldare il resistore da 15 Ohm.

6. Saldare la resistenza da 100 Ohm.

7. Facoltativo: per aiutare con la saldatura dei piccoli NeoPixel RGB 5050 a montaggio superficiale, lascio un po' di saldatura su ciascuno dei 4 pad per ciascuno dei 18 LED RGB.

8. Tagliare 2 strisce di connettori pin femmina e saldarle alla posizione Arduino Nano sul retro del PCB.

9. Saldare con cura tutti i 18 NeoPixel a montaggio superficiale nella sequenza corretta, assicurandosi di non cortocircuitare con i via vicini. Dopo aver assemblato molte unità, abbiamo scoperto che è più efficiente saldare 1 Neopixel, alimentare l'Arduino (tramite la sua porta USB) con lo strandtest.ino per verificare che si accenda, spegnere Arduino, saldare il Neopixel successivo nella sequenza, provalo e ripeti per tutti i 18 Neopixel. Mentre risolvi i problemi, tieni presente che un problema con un Neopixel può essere il risultato del precedente Neopixel NON saldato correttamente (pin di uscita). Ho scoperto che 680 gradi sono troppo caldi (e a volte uccidono il rosso e il verde), 518 gradi sembrano molto meglio.

10. Tagliare una striscia di 4 pin femmina e saldarla alla posizione del convertitore buck.

11. Inserisci ora Arduino Nano e Buck Converter se vuoi testare i LED RGB usando strandtest. INO

12. Tagliare a filo entrambi i distanziatori neri sotto ciascuno dei 19 pulsanti illuminati per consentire ai pulsanti di poggiare completamente sul PCB.

13. Inserire, quindi saldare tutti e 13 i pulsanti luminosi, assicurandosi che tutti i puntini rossi (catodo) siano sul lato sinistro. Una volta inseriti tutti i pulsanti, accendo Arduino tramite la sua porta USB per verificare che tutti i 19 LED dei pulsanti si accendano PRIMA di saldarli…

14. Saldare tutte e 4 le prese Maxim, assicurandosi di rispettare l'orientamento.

15. Preparare l'IMU saldando i suoi pin maschio e saltando il suo pin ADO sul suo VCC.

16. Preparare il livellatore di linea saldando i suoi perni maschi sul lato basso e sul lato alto.

17. Tagliare e saldare i pin femmina per ricevere l'IMU, il VA RTC e il Line Leveler.

18. Saldare tutti e 10 i cappucci rispettando la polarità. Il pin più lungo è positivo.

19. Saldare il relè Reed, assicurandosi di rispettare l'orientamento.

20. Saldare il terminale del filo.

21. Saldare tutti i 21 7 segmenti, assicurandosi che i punti (punto decimale) siano in basso a destra.

22. Saldare tutti e 3 i 3 segmenti S&T GeoTronics (Custom Plus/Minus).

23. Inserire nuovamente tutti e 4 i chip Maxim 7219 nelle rispettive sedi, facendo attenzione a rispettare l'orientamento.

24. Inserire IMU, RTC, Buck, Arduino Nano e Line Leveler.

25. Saldare l'altoparlante e il lettore MP3/scheda SD assicurandosi di rispettare l'orientamento E di mantenersi il più in alto sul PCB perché il GPS sull'altro lato dovrà essere a filo con il PCB per adattarsi correttamente.

26. Saldare il GPS dopo aver applicato uno strato di nastro isolante sotto per evitare potenziali cortocircuiti dei pin.

27. Collegare il pacco batteria da 9 Volt e testare il gruppo elettronico completato.

CONGRATULAZIONI! Hai finito con il montaggio dell'elettronica.

Fase 11: ISTRUZIONI DI MONTAGGIO - Allegato

DISTINTA DEI MATERIALI

Qtà articolo

1 cornice stampata in 3D

1 piastra superiore stampata in 3D

1 sezione centrale stampata in 3D

1 fondo stampato in 3D

1 sportello della batteria stampato in 3D

1 finestra smerigliata stampata

1 finestra in acrilico

19 cappucci per bottoni tagliati al laser

15 viti a testa cilindrica per legno (M3-6mm)

6 piccole viti per legno

Una volta che l'assemblaggio dell'elettronica è stato completamente testato, procedere con i seguenti passaggi:

1. Posizionare tutti i 19 cappucci dei pulsanti nella posizione corretta seguendo l'immagine sopra.

2. Inserire con cautela il PCB assemblato nella piastra superiore. Potrebbe essere aderente e potrebbe richiedere una leggera levigatura del componente stampato in 3D.

3. Utilizzando 6 minuscole viti in rame, avvitare il PCB alla piastra superiore. NON serrare eccessivamente.

4. Utilizzando 2 delle viti a brugola, montare l'altoparlante e quindi l'interruttore On/Off sulla sezione centrale stampata in 3D spingendolo all'interno.

5. Usando 8 delle viti a brugola, avvitare la piastra superiore assemblata alla sezione centrale, assicurandosi che l'interruttore On/Off e il foro dell'altoparlante siano davanti.

6. Saldare un ponticello su ciascun lato dell'altoparlante, facendolo saltare a ciascun foro di uscita audio accanto alla scheda SD.

7. Utilizzando del nastro biadesivo, montare la scatola della batteria all'interno del vano batteria, assicurandosi che entrambi i fili rosso e nero siano inseriti nel foro.

8. Avvitare il filo nero dalla scatola della batteria nella posizione Gnd del terminale a vite blu e saldare il filo rosso dalla scatola della batteria a entrambi i pin sull'interruttore a bilanciere On/Off.

9. Avvitare un ponticello al lato 9V del terminale a vite blu e saldare l'altra estremità al pin disponibile sull'interruttore a bilanciere On/Off.

10. Chiudere il coperchio posteriore e utilizzando 8 delle viti a brugola, avvitare il coperchio posteriore assemblato alla sezione centrale. NON serrare eccessivamente.

CONGRATULAZIONI! Hai finito con l'assemblaggio della custodia e ora hai un DSKY completo!

Passaggio 12: SOFTWARE

Si prega di visitare il nostro altro Open DSKY Instructable intitolato "PROGRAMMAZIONE DI OPEN DSKY"

per informazioni di programmazione più dettagliate e video sulla programmazione di Open DSKY.

Poiché facciamo ampio uso di Neopixel, dovrai visitare il sito Web di Adafruit e scaricare la loro meravigliosa libreria. Questa libreria include alcuni ottimi esempi come "standtest.ino" che hanno scritto anche Limor e il suo team.

Inoltre, poiché utilizziamo i registri a scorrimento per pilotare i 7 segmenti, la libreria Maxim è necessaria per il chip Max7219.

Scaricalo qui: Libreria LedControl

In allegato è il nostro codice attuale a partire dal 1/9/2018. Questo è un prototipo con funzionalità limitate. Si prega di verificare con www. OpenDSKY.com mentre continuiamo a sviluppare e ottimizzare il set di funzionalità. Questo codice prototipo attuale testa tutti i registri a scorrimento 7 Segments/Maxim, tutti i Neopixel, l'orologio in tempo reale molto accurato, l'IMU 6 DOF, il GPS e il lettore MP3.

Tutta questa funzionalità in 3 verbi autentici e 3 nomi autentici e 3 programmi che abbiamo aggiunto a scopo dimostrativo.

LISTA DEI VERBI LISTA DEI NOMI LISTA DEL PROGRAMMA

16 MONITOR DECIMAL 17 IMU 62 “Scegliamo di andare sulla Luna”

21 LOAD DATA 36 TIME 69 “L'Aquila è atterrata”

35 TEST LITES 43 GPS 70 “Houston abbiamo avuto un problema”

Goditi il video clip per una breve demo di alcune delle funzionalità attualmente implementate.

Passaggio 13: AVVIAMENTO A PEDALE

Seguendo la nostra formula di successo utilizzata per il nostro progetto Open Enigma, offriamo su Kickstarter vari kit, unità assemblate/testate e una replica Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100).

Stiamo offrendo:

- Solo il PCB

- Il kit Barebone

- Il kit di elettronica fai da te

- Il kit completo (con componenti stampati in 3D e tagliati al laser)

- L'unità assemblata/testata

- L'edizione limitata per il 50° anniversario con numero di serie e certificato di autenticità

Il nostro Kickstarter è attualmente LIVE!

Apri DSKY Kickstarter

Si prega di visitare https://opendsky.com per maggiori informazioni.

Visitare www.stgeotronics.com per ordinare il PCB o il kit.