Åpen Apollo -veiledningsmaskin DSKY: 13 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Stolt over å være en utvalgt instruks siden 1/10/18. Stem på oss og lik oss!

Kickstarter -kampanjen var en suksess!

Åpne DSKY Kickstarter

Vår Open DSKY er for øyeblikket live på Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) og tilgjengelig fra vårt e-handelsnettsted.

Bill Walker (skaperen av Apollo Educational Experience Project), har skrevet en fantastisk tilpasset programvare (med nesten 50 funksjoner) med en kommandoreferanse modellert etter Apollo Flight Plan for sine 2 åpne DSKYer og gjør den utelukkende tilgjengelig for alle via GoFundMe side. Vennligst vurder å støtte ham.

Selv om dette absolutt ikke er den første gjenopprettelsen av Iconic AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (Display/Keyboard) som ble brukt i alle Apollo-oppdrag på 1960-tallet, og du kan forvente at enda flere dukker opp i år og neste år på grunn av kommende 50-årsjubileum for den første månelandingen, bestemte vi oss for noen år siden for å lage vår egen versjon som ville oppfylle et minimum antall forutsetninger.

Dette prosjektet kom fra forslag fra en av våre Open Enigma -støttespillere/bidragsytere, og vi vil takke Rob for hans forslag/bidrag. Takk Rob!

Spesifikasjoner for forutsetninger:

- Må bygges med en Arduino og tilby programvare med åpen kildekode.

- Må se ut og føles som den virkelige tingen. En trofast kopi åpenbart UTEN kjerneminne …

- Må etterligne funksjon/oppførsel for de Apollo -fløyede enhetene.

- Må bruke komponenter som lar noen bygge det som et sett.

Trinn 1: FORSKNING, samling av originale spesifikasjoner

Selv om vi IKKE personlig hadde tilgang til en fysisk enhet, er vi heldige at andre som har (eller hadde) tilgang har dokumentert funnene sine (Fran Blanche for eksempel - enten du støtter vår Kickstarter eller ikke, kan du vurdere å støtte hennes Crowdfunding -kampanje https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), har noen tillatt oss å dra nytte av denne kunnskapen. Som Isaac Newton skrev: "Vi står på skulderen til giganter."

Ved å bruke det utmerkede papirsettet fra EduCraft ™ for eksakte dimensjoner, gratis iPad -app fra AirSpayce Pty Ltd for minimale levedyktighetsfunksjoner, og den svært detaljerte boken fra Frank O'Brien "The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation" sammen med mange NASA -ressurser inkludert hele den originale koden på GitHub, var vi i stand til å bestemme og replikere mange av de eksakte maskinvare- og programvarespesifikasjonene.

De originale elektroluminescerende displayene som ble brukt i Apollo var en veldig kortvarig teknologi som lenge har vært borte. Det gikk i retning av foreldelse tidlig på 1970 -tallet, så vi bestemte oss veldig raskt for å bruke lysdioder i form av 7 segmenter for å etterligne dem. Dette tillot oss også å IKKE måtte bruke høyspenningen og de 156 mekaniske reléene for å drive EL -displayene. Å finne riktig størrelse var en utfordring, men lite visste vi at å finne et +/- 3 segment ville være Mission Impossible! (selv i dag og alder …) Vi fant i Israel noen 3 segmenter +/- integrert med en 7-segmentsenhet og bestemte oss for å prøve dem på de tidligste prototypene …

Trinn 2: Litt historie …

Det skal bemerkes at det første som virkelig lignet en moderne mikrokontroller sannsynligvis ville være Apollo AGC. Dette var den første virkelige flycomputeren, pluss den første store bruken av integrerte kretser. Men du må gå et tiår til før all grunnfunksjonaliteten til en datamaskin ble samlet på en enkelt LSI -brikke; for eksempel Intel 8080 eller Zilog Z80. Og selv da var minne, klokke og mange av I/O -funksjonene eksterne. Det var ikke veldig praktisk for hobbybrukeren.

Det er ARM, AVR og lignende sjetonger som tar det neste viktige trinnet; med inkludering av ikke-flyktig flash-RAM, ble det mulig å konstruere en datamaskin med praktisk talt ingen eksterne komponenter. AVR -serien med sjetonger (som vi er mest kjent med) har bufrede I/O -linjer, serielle UART -er, A/D -omformere og PWM -generatorer, vakthundstimere og til og med interne oscillatorer hvis ønskelig. I formatet til Arduino og lignende brett er disse brikkene omgitt av en skikkelig klokkekrystall eller resonator, en regulert strømforsyning, litt strømforsyning og andre kritiske pinnekoblingskondensatorer og noen blinkende lys for statusovervåking.

Det er ironisk at 50 år senere tilbyr den valgte plattformen for et DIY -prosjekt i utgangspunktet den samme funksjonaliteten (Ram/Rom/Processing) til en liten brøkdel av kostnaden (og vekten!).

Trinn 3: PROTOTYPING

Vi bestemte oss for at vi først måtte lage et bevis på konseptet på brødbrettet med 3 Maxim -chips som kontrollerer 15 7 segmenter LED -er for å sikre at de ville oppføre seg som forventet. Dette var en suksess. Vi prøvde deretter kort å bygge enheten på et prosjektbrett og fant veldig raskt ut at kretstettheten ikke ville tillate at maskinen ble produsert i det. Du kan bare ikke få 21 7 segmenter + 3 3 segmenter (og 4 maksimum for å kontrollere dem) pluss 18 lysdioder + 19 knapper som passer på prosjektbordet for ikke å snakke om mikrokontrolleren, IMU, RTC, GPS, osv. Så vi måtte gå videre til å designe kretskortet som vi syntes var den beste måten å produsere en pålitelig, trofast kopi. Beklager.

Vi testet også MP3-spilleren på brødbrett OG … vi laget en prototype av et 3D-trykt 3-segment for å produsere den unnvikende ønsket +/- LED-enheten.

Trinn 4: Skjemaer

Skjemaer er nå tilgjengelige for å hjelpe alle som ønsker å bygge en DSKY uten PCB eller sett.

Den første skjematiske (NeoPixels) viser hvordan vi koblet de 18 neopikslene til Arduino Nano Pin 6. Den andre skjematikken viser hvordan vi koblet til (alle de 18) neopikslene og 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler og SKM53 GPSr sammen med 19 knappene. Den tredje skjematikken viser IMU- og RTC -tilkoblinger.

Vi brukte Surface mount 5050 NeoPixels som krevde en ballastmotstand på 470 Ohm før den første pikslen, og vi brukte en 10 uF kondensator for hver annen piksel.

Hvis du bruker NeoPixel on Adafruit (Breadboard-vennlig) Breakout-bord som vist på bildet ovenfor, trenger du ingen motstand eller kondensatorer da disse er innebygd på Adafruit breakout PCB.

GPS -kretsforklaringen: De fleste Arduino GPS -enheter fungerer på 5 volt forsyning. Når det er sagt, er logikknivået på de samme enhetene 3,3 volt. Mesteparten av tiden vil Arduino lese på RX -pinnen 3.3V så høyt, da den er større enn halvparten av 5V. Problemet ligger i maskinvareserien … Vi er ikke sikre på hvorfor, men vi har bedre resultater ved å bruke logikknivået. Ikke bruk av det ser ut til å være avhengig av å bruke programvare seriell. Programvarens serielle bibliotek og versjonen som er inkorporert i nyere versjoner av IDE, endrer tidtakere og porter på Atmel 328 -brikken. Dette deaktiverer igjen muligheten til å bruke Maxim -biblioteket som vi trenger/bruker for å drive skiftregistrene for de syv segmentvisningene. Så vi bruker den gode gamle maskinvareserien.

Reed -reléet brukes til å slå maskinvareserien på og av slik at Arduino fortsatt kan programmeres mens den er installert. Det kan utelates, men Arduino -enheten må fjernes fra hovedkortet for programmering da serien blir stjålet av GPS -en. Slik fungerer dette: Når du leser GPS, trekkes pin 7 høyt og lukker sivet. GPS -en begynner deretter å fylle den serielle bufferen (GPS vil aldri holde kjeft når han har en løsning.) Den serielle bufferen blir undersøkt, og når en tilstrekkelig mengde data blir oppdaget, blir den lest og analysert. Deretter er pin 7 skrevet lavt ved å koble fra GPS -en, slik at Arduino kan fortsette sin normale oppførsel.

Trinn 5: 3D -utskrift

Nedenfor er de 5 nødvendige stl -filene for å lage en komplett Open DSKY -kopi.

Vær oppmerksom på at mens rammen og batterilokket kan skrives ut på stort sett hvilken som helst 3D -skriver, var den virkelige DSKY 7 "bred og nesten 8" høy, så det er dimensjonene til vår topplate, midtring og bunn som krever en 3D Skriver som kan skrive ut minst 180 mm x 200 mm.

Vi skriver ut rammen, topplaten og midtringen på grått materiale, mens bunnen og batteridøren er trykt i svart.

Trinn 6: Laserskjæring/gravering

Nedenfor er ButtonCaps laserskåret/gravert fil og Lampfield frostet vindu Lasertrykt, deretter laserskåret/gravert fil.

Vi bruker Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402) til å klippe og gravere tastene med 19 knapper. Som med alle filer som sendes til en laserskjærer, må du kanskje krysse filstørrelsen til du få 19 mm x 19 mm nøkkelhett. På vår 60 watt vannkjølte CO2 -maskin bruker vi 40% effekt og 300 mm/s hastighet til å gravere og 50% effekt og 20 mm/s hastighet for å kutte akrylarket.

Det frostede vinduet opprettes ved å skrive ut bildet ovenfor på passende "Apollo" -transparens (hvorfor bruke noe annet merke?) Med en laserskriver og deretter mate det til laserskjæreren/graveren for å "etse" horisontalt, deretter vertikalt, med 20 % effekt og 500 mm/s hastighet som vi føler skaper et ideelt "frostet" utseende.

Trinn 7: MATERIALREKNING

1 PCB v1.0D

1 3D -trykte deler

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 IMU

1 Buck StepDown

1 SKM53 GPS

1 linjenivå

1 Reed Switch

1 DFPlayer Mini

1 MicroSD -kort 2Gig

1 2 8 Ohm høyttaler

1 6AA batteriholder

6 AA -batterier

1 Wire Terminal

1 På/Av -bryter

4 Maxim7219

4 stikkontakter 24pins

1 40 kvinnelige pins

1 10uF kondensatorer

1 15 Ohm motstand

1 100 ohm motstand

20 470 ohm motstander

22 1K ohm motstander

4 10K ohm motstander

3 100K ohm motstander

18 NeoPixel RGB

19 LED -trykknapper

19 Laserskjærede knappelokk

21 7 segmenter 820501G

3 3 segmenter STG

2 frostede vinduer

De fleste komponentene ovenfor er lett å finne på eBay eller Amazon og er rimelige.

Unntakene er selvsagt vår helt egen PCB (som integrerer alle disse komponentene sammen, våre laserskårne knappekapper som ser veldig bra ut og lar lyset gå gjennom knappen, de frostede vinduene som etter å ha prøvd mange alternativer, James hadde et slag av geni (mer om det senere) og til slutt!@#$%^ 3-Segment +/- displayet som vi måtte lage fra bunnen av. Legg til dette vårt eget 3D-trykte kabinett, så har du alle ingrediensene.

Hvis noen er klare til å godta mangelen på "+" -tegn foran de aktuelle numeriske dataene som vises, kan du ganske enkelt legge til 3 andre 7 segmenter og kalle det om dagen. Dette var rett og slett IKKE et alternativ for oss, og det er derfor vi opprettet vårt helt eget 3 -segment.

Trinn 8: 3 SEGMENT

Du skulle tro at i 2018, med alle verdensomspennende ressurser tilgjengelig for oss, kan du ganske enkelt bestille en 3Segment +/- LED-enhet … Vel, det er ikke tilfelle!

Så vi innså at for å forbli tro mot den opprinnelige Apollo DSKY, måtte vi lage vår helt egen 3Segment +/- LED fra bunnen av.

Etter mange design hadde vi endelig en 3D -trykt enhet med integrert skyggeboks.

Deretter hentet vi de riktige SMT -lampene (Surface Mounted) og testet dem.

Vi var nå klare til å designe den lille PCB -en som ville passe inn i vårt 3D -trykte 3Segment -skall.

Å sette alt dette sammen var litt av en utfordring med tanke på at vi nesten ikke kan se de små lysdiodene, men resultatet er fantastisk!

Trinn 9: FUNKSJONALITET

Så kom poenget med å bestemme minimumsfunksjonaliteten til vår kopi, sammen med produksjonsmål og hva vår ønskeliste var.

Etter litt undersøkelser fant vi en gratis app på iTunes som kan være nyttig, så vi kjøpte en iPad spesielt for dette formålet.

Gratis iPad -appen fra AirSpayce Pty Ltd ga oss en ide om vår MVP (Minimum Viable Product).

Etter å ha skrevet koden for å utføre en Full Lamp -test, implementerte vi umiddelbart Tidsinnstilling/display, IMU -overvåking og GPS -overvåking.

Koden ble frosset til vi bestemte oss for å legge til en av våre vanvittige ønskelisteelementer som skulle spille av den berømte JFK -talen fra 1962 på Rice Stadium "Vi velger å gå til månen …". Så la vi til et par andre ikoniske lydspor.

Trinn 10: MONTERINGSINSTRUKSJONER - Elektronikk

Først må du kontrollere at du har alle nødvendige komponenter.

Les nøye gjennom følgende instruksjoner før du starter monteringen.

1. Lodd alle 20 470 ohm motstander.

2. Lodd alle 22 1K -motstandene.

3. Lodd alle 4 10K -motstandene.

4. Lodd alle 3 100K motstandene.

5. Lodd 15 Ohms motstand.

6. Lodd motstanden på 100 ohm.

7. Valgfritt: For å hjelpe til med lodding av de små Surface Mount 5050 RGB NeoPixels, slipper jeg litt loddetinn på hver av de 4 putene for hver av de 18 RGB -lysdiodene.

8. Klipp 2 strimler med kvinnelige pin -kontakter og lodd dem til Arduino Nano -plassering på baksiden av PCB.

9. Lodd forsiktig alle 18 overflatemonterte NeoPixels i riktig rekkefølge, og pass på å ikke kortslutte med nærliggende vias. Etter å ha satt sammen mange enheter, har vi oppdaget at det er mer effektivt å lodde 1 Neopixel, drive Arduino (via USB -porten) med strandtest.ino for å bekrefte at den lyser, slå av Arduino, lodde den neste Neopixel i sekvensen, test den og gjenta for alle 18 Neopixels. Når du feilsøker problemer, må du huske på at et problem med en Neopixel kan være et resultat av at den forrige Neopixel IKKE ble loddet ordentlig (Output pin). Jeg fant ut at 680 grader er for varmt (og dreper rødt og eller grønt noen ganger), 518 grader virker mye bedre.

10. Klipp en stripe med 4 hunnpinner og lodd den til Buck Converter -stedet.

11. Sett inn Arduino Nano og Buck Converter nå hvis du vil teste RGB -lysdiodene ved hjelp av strandtest. INO

12. Skyll begge sorte avstandsstykker under hver av de 19 opplyste trykknappene for å la knappene hvile helt på PCB.

13. Sett inn, og lodd deretter alle 13 opplyste trykknapper, og pass på at alle de røde prikkene (katoden) er på venstre side. Når alle knappene er satt inn, slår jeg på Arduino via USB -porten for å teste at alle de 19 knappene lyser før jeg lodder dem …

14. Lodd alle 4 Maxim -kontaktene, og sørg for å respektere orienteringen.

15. Forbered IMU ved å lodde hanstiften og hoppe ADO -pinnen til VCC.

16. Forbered Line Leveler ved å lodde hanpinnene på Low side og High side.

17. Klipp og lodd hunpinnene for å motta IMU, VA RTC og Line Leveler.

18. Lodd alle 10 caps med respekt for polaritet. Den lengre pinnen er positiv.

19. Lodd Reed Relay, og sørg for å respektere orienteringen.

20. Lodd ledningsterminalen.

21. Lodd alle 21 7 segmentene, og pass på at prikkene (desimaltegnet) er nederst til høyre.

22. Lodd alle 3 S&T GeoTronics 3Segmentene (Custom Plus/Minus).

23. Sett alle 4 Maxim 7219 -brikkene i stikkontaktene igjen, og sørg for å respektere retningen.

24. Sett inn IMU, RTC, Buck, Arduino Nano og Line Leveler.

25. Lodd høyttaleren og MP3 -spilleren/SD -kortet. Sørg for å respektere orienteringen OG hold så høyt oppe på PCB -en fordi GPS -en på den andre siden må skylles med PCB -en for å passe riktig.

26. Lodd GPS -en etter å ha påført et lag med elektrisk tape under for å forhindre potensiell kortslutning av pinner.

27. Koble til 9Volt batteripakken og test den ferdige elektroniske enheten.

GRATULERER! Du er ferdig med elektronikkmonteringen.

Trinn 11: MONTERINGSINSTRUKSJONER - Vedlegg

STYKKLISTER

Antall Artikkel

1 3D -trykt ramme

1 3D -trykt topplate

1 3D -trykt midtdel

1 3D -trykt bunn

1 3D -trykt batteridør

1 Trykt frostet vindu

1 vindu i akryl

19 Laserkuttknapplokk

15 sokkelhodeskruer (M3-6mm)

6 små treskruer

Når elektronikkmonteringen er fullstendig testet, fortsett med følgende trinn:

1. Plasser alle de 19 knapphettene på riktig sted etter bildet ovenfor.

2. Sett forsiktig montert kretskort i topplaten. Det kan passe godt og kan kreve litt sliping av den 3D -trykte komponenten.

3. Bruk 6 små kobberskruer til å skru PCB -en på topplaten. IKKE stram for hardt.

4. Monter høyttaleren og deretter på/av -bryteren til 3D -utskrevne midtseksjonen ved å skyve den inn med 2 av skruene med sokkelhodet.

5. Skru den monterte topplaten til den midterste delen ved å bruke 8 av skruene med sokkelhode, og pass på at på/av -bryteren og høyttalerhullet er foran.

6. Lod en jumperwire til hver side av høyttaleren, og hopp dem til hvert Audio Out -hull ved siden av SD -kortet.

7. Monter batteriboksen inne i batterirommet med dobbeltsidig tape, og pass på at både røde og svarte ledninger er satt inn i hullet.

8. Skru den svarte ledningen fra batteriboksen i Gnd -posisjonen til den blå skrueterminalen og lodd den røde ledningen fra batteriboksen til begge pinnene på På/av -vippebryteren.

9. Skru en jumper wire til 9V side av Blue Screw Terminal og lodd den andre enden til den tilgjengelige pinnen på On/Off Rocker switch.

10. Lukk bakdekselet og bruk 8 av skruene med sokkelhodet, og skru det monterte bakdekselet til midten. IKKE stram for mye.

GRATULERER! Du er ferdig med skapmonteringen, og du har nå en komplett DSKY!

Trinn 12: PROGRAMVARE

Vennligst besøk vår andre Open DSKY Instructable med tittelen "PROGRAMMING THE OPEN DSKY"

for mer detaljert programmeringsinformasjon og videoer om programmering av Open DSKY.

Fordi vi bruker Neopixels mye, må du besøke Adafruit -nettstedet og laste ned det fantastiske biblioteket. Dette biblioteket kommer med noen fine eksempler som "standtest.ino" som Limor og teamet hennes også skrev.

Fordi vi bruker Shift Registers for å kjøre de 7 segmentene, er også Maxim -biblioteket nødvendig for Max7219 -brikken.

Få den her: LedControl Library

Vedlagt er vår nåværende kode fra 1/9/2018. Dette er en prototype med begrenset funksjonalitet. Ta kontakt med www. OpenDSKY.com mens vi fortsetter å utvikle og effektivisere funksjonssettet. Denne nåværende prototypekoden tester alle de 7 segmentene/maksimskiftregistrene, alle Neopixels, den svært nøyaktige sanntidsklokken, 6 DOF IMU, GPS og MP3 -spilleren.

All denne funksjonaliteten i 3 autentiske verb og 3 autentiske substantiver og 3 programmer vi la til for demoformål.

VERB LIST NOUN LIST PROGRAM LISTE

16 MONITOR DECIMAL 17 IMU 62 “Vi velger å gå til månen”

21 LAST DATA 36 TID 69 “Ørnen har landet”

35 TESTLITTER 43 GPS 70 "Houston vi har hatt et problem"

Nyt videoklippet for en kort demonstrasjon av noen av funksjonalitetene som for øyeblikket er implementert.

Trinn 13: KICKSTARTER

Etter vår vellykkede formel som ble brukt for vårt Open Enigma -prosjekt, tilbyr vi på Kickstarter forskjellige sett, monterte/testede enheter og en Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100) Replica.

Vi tilbyr:

- PCB alene

- Barebones -settet

- DIY Electronics Kit

- Det komplette settet (med 3D -trykte og laserskårne komponenter)

- Den monterte/testede enheten

- Den begrensede 50 -årsjubileumsutgaven med serienummer og ekthetsbevis

Vår Kickstarter er for tiden LIVE!

Åpne DSKY Kickstarter

Besøk https://opendsky.com for mer informasjon.

Besøk www.stgeotronics.com for å bestille PCB eller sett.