Ouvrir l'ordinateur de guidage Apollo DSKY : 13 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

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La campagne Kickstarter a été un super succès !

Ouvrir DSKY Kickstarter

Notre Open DSKY est actuellement en ligne sur Backerkit (https://opendsky.backerkit.com/hosted_preorders) et disponible sur notre site de commerce électronique.

Bill Walker (créateur de l'Apollo Educational Experience Project), a écrit un incroyable logiciel personnalisé (avec près de 50 fonctions) avec une référence de commande calquée sur le plan de vol Apollo pour ses 2 Open DSKY et le rend disponible exclusivement à tous via son GoFundMe page. Pensez à le soutenir.

Bien que ce ne soit certainement pas la première recréation de l'iconique AGC (Apollo Guidance Computer) DSKY (affichage/clavier) utilisé dans toutes les missions Apollo des années 1960, et vous pouvez vous attendre à ce qu'il en apparaisse encore plus cette année et l'année prochaine en raison de la prochain 50e anniversaire du premier alunissage, nous avons décidé il y a quelques années de créer notre propre version qui répondrait à un nombre minimum de pré-requis.

Ce projet est né de la suggestion de l'un de nos contributeurs/bailleurs d'Open Enigma et nous tenons à remercier Rob pour sa suggestion/contribution. Merci Rob !

Spécifications des pré-requis:

- Doit être construit avec un Arduino et proposer un logiciel Open Source.

- Doit ressembler et se sentir comme la vraie chose. Une réplique fidèle évidemment SANS Core Memory…

- Nécessite d'émuler la fonction/le comportement des unités pilotées par Apollo.

- Nécessite d'utiliser des composants qui permettent à quelqu'un de le construire en kit.

Étape 1: RECHERCHE, collecte des spécifications originales

Bien que nous n'ayons PAS personnellement accès à un appareil physique, nous avons la chance que d'autres personnes qui y ont (ou ont eu) accès ont documenté leurs découvertes (Fran Blanche par exemple - que vous souteniez notre Kickstarter ou non, veuillez envisager de soutenir sa campagne de financement participatif https://www.gofundme.com/apollo-dsky-display-project), certains nous ont permis de bénéficier de ces connaissances. Comme Isaac Newton l'a écrit: « Nous nous tenons sur l'épaule des géants.

Utilisation de l'excellent kit papier d'EduCraft ™ pour les dimensions exactes, de l'application iPad gratuite d'AirSpayce Pty Ltd pour des fonctionnalités de viabilité minimale et du livre très détaillé de Frank O'Brien "The Apollo Guidance Computer - Architecture and Operation" ainsi que de nombreuses ressources de la NASA y compris le code original complet sur GitHub, nous avons pu déterminer et reproduire de nombreuses spécifications matérielles et logicielles exactes.

Les écrans électroluminescents originaux utilisés dans Apollo étaient une technologie de très courte durée qui a disparu depuis longtemps. Elle est devenue obsolète au début des années 1970, nous avons donc très vite décidé d'utiliser des LED sous forme de 7 segments pour les émuler. Cela nous a également permis de ne PAS avoir à utiliser la haute tension et les 156 relais mécaniques pour piloter les affichages EL. Trouver la bonne taille était un défi, mais nous ne savions pas que trouver un segment +/- 3 serait une mission impossible ! (même de nos jours…) Nous avons trouvé en Israël quelques 3 segments +/- intégrés à une unité de 7 segments et avons décidé de les essayer pour nos premiers prototypes…

Étape 2: Un peu d'histoire…

Il convient de noter que la première chose qui ressemblerait vraiment à un microcontrôleur moderne serait probablement l'Apollo AGC. Ce fut le premier véritable ordinateur de vol, ainsi que la première utilisation majeure de circuits intégrés. Mais vous devez encore avancer d'une décennie avant que toutes les fonctionnalités de base d'un ordinateur ne soient réunies sur une seule puce LSI; comme l'Intel 8080 ou le Zilog Z80. Et même alors, la mémoire, l'horloge et de nombreuses fonctions d'E/S étaient externes. Ce n'était pas très pratique pour l'utilisateur amateur.

Ce sont les puces ARM, AVR et similaires qui apportent la prochaine étape importante; avec l'inclusion de la mémoire flash non volatile, il est devenu possible de construire un ordinateur avec pratiquement aucun composant externe. La série de puces AVR (avec laquelle nous sommes les plus familiers) a des lignes d'E/S tamponnées, des UART série, des convertisseurs A/N et des générateurs PWM, des temporisateurs de surveillance et même des oscillateurs internes si vous le souhaitez. Au format de l'Arduino et des cartes similaires, ces puces sont entourées d'un cristal d'horloge ou d'un résonateur approprié, d'une alimentation régulée, d'une alimentation et d'autres condensateurs de découplage des broches critiques, et de quelques voyants clignotants pour la surveillance de l'état.

Il est ironique que 50 ans plus tard, la plate-forme de choix pour un projet de bricolage offre fondamentalement les mêmes fonctionnalités (Ram/Rom/Processing) à une fraction infime du coût (et du poids !).

Étape 3: PROTOTYPAGE

Nous avons décidé que nous devions d'abord faire une preuve de concept sur une maquette de 3 puces Maxim contrôlant 15 LED à 7 segments pour nous assurer qu'elles se comporteraient comme prévu. Ce fut un succès. Nous avons ensuite brièvement tenté de construire l'appareil sur une carte de projet et avons très rapidement constaté que la densité du circuit ne permettrait pas à la machine d'être fabriquée dans cela. Vous ne pouvez tout simplement pas obtenir 21 7 segments + 3 3 Segments (et les 4 Maxim pour les contrôler) plus 18 LEDs + 19 Boutons à installer sur la carte du projet sans oublier le micro-contrôleur, l'IMU, le RTC, le GPS, etc. Nous avons donc dû procéder directement à la conception du PCB qui, selon nous, était le meilleur moyen de produire une réplique fiable et fidèle. Désolé.

Nous avons également testé le lecteur MP3 sur une maquette ET… nous avons créé un prototype de 3 segments imprimés en 3D pour produire l'insaisissable unité +/- LED souhaitée.

Étape 4: Schémas

Schémas maintenant disponibles pour aider tous ceux qui veulent construire un DSKY sans notre PCB ou notre kit.

Le premier schéma (NeoPixels) montre comment nous avons connecté les 18 Neopixels à l'Arduino Nano Pin 6. Le deuxième schéma montre comment nous avons câblé (tous les 18) Neopixels et le 5Volt Buck, Reed Relay, Line Leveler et SKM53 GPSr avec le 19 boutons. Le troisième schéma montre les connexions IMU et RTC.

Nous avons utilisé des NeoPixels 5050 à montage en surface qui nécessitaient une résistance de ballast de 470 Ohms avant le premier pixel et nous avons utilisé un condensateur de 10 uF pour chaque autre pixel.

Si vous utilisez la carte de dérivation NeoPixel sur Adafruit (compatible avec les planches à pain) comme illustré ci-dessus, vous n'avez besoin d'aucune résistance ni de condensateurs car ceux-ci sont intégrés sur le PCB de dérivation Adafruit.

L'explication du circuit GPS: La plupart des appareils GPS Arduino fonctionneront sur une alimentation de 5 volts. Cela étant dit, le niveau logique sur ces mêmes appareils est de 3,3 volts. La plupart du temps, l'Arduino lira sur sa broche RX 3.3V aussi haut, car il est supérieur à la moitié de 5V. Le problème réside dans la série matérielle… Nous ne savons pas pourquoi mais nous avons de meilleurs résultats en utilisant le niveleur logique. Ne pas l'utiliser semble dépendre de l'utilisation de la série logicielle. La bibliothèque série logicielle et la version incorporée dans les nouvelles versions d'IDE modifient les temporisateurs et les ports de la puce Atmel 328. Cela désactive à son tour la possibilité d'utiliser la bibliothèque Maxim dont nous avons besoin/utilisons pour piloter les registres à décalage pour les affichages à sept segments. Nous utilisons donc le bon vieux matériel de série.

Le relais Reed est utilisé pour activer et désactiver la série matérielle afin que l'Arduino puisse toujours être programmé pendant l'installation. Il peut être omis, mais le périphérique Arduino devra être retiré de la carte principale pour la programmation car la série sera volée par le GPS. Voici comment cela fonctionne: lors de la lecture du GPS, la broche 7 est tirée vers le haut en fermant l'anche. Le GPS commence alors à remplir le tampon série (le GPS ne s'arrêtera jamais une fois qu'il a une solution.) Le tampon série est interrogé et lorsqu'une quantité suffisante de données est détectée, il est lu et analysé. Ensuite, la broche 7 est écrite en bas, déconnectant le GPS, permettant à l'Arduino de reprendre son comportement normal.

Étape 5: Impression 3D

Vous trouverez ci-dessous les 5 fichiers stl requis pour créer une réplique Open DSKY complète.

Veuillez noter que bien que la lunette et le couvercle du boîtier de la batterie puissent être imprimés sur à peu près n'importe quelle imprimante 3D, le vrai DSKY mesurait 7" de large sur près de 8" de haut, ce sont donc les dimensions de notre plaque supérieure, de notre anneau central et de notre fond qui nécessitent un 3D Imprimante pouvant imprimer au moins 180 mm sur 200 mm.

Nous imprimons la lunette, la plaque supérieure et l'anneau central sur un matériau gris, tandis que le bas et la porte de la batterie sont imprimés en noir.

Étape 6: Découpe/gravure au laser

Vous trouverez ci-dessous le fichier découpé/gravé au laser ButtonCaps et le fichier à fenêtre givrée Lampfield imprimé au laser, puis découpé/gravé au laser.

Nous utilisons Rowmark (Johnson Plastics) Lasermax Black/White 2ply 1/16 (LM922-402) pour couper et graver les touches de 19 boutons. Comme pour tous les fichiers soumis à un découpeur laser, vous devrez peut-être ajuster la taille du fichier jusqu'à ce que vous obtenir des touches de 19 mm sur 19. Sur notre machine à CO2 refroidie à l'eau de 60 watts, nous utilisons 40% de puissance et une vitesse de 300 mm/s pour graver et 50% de puissance et une vitesse de 20 mm/s pour couper la feuille acrylique.

La fenêtre givrée est créée en imprimant l'image ci-dessus sur une transparence bien nommée "Apollo" (pourquoi utiliser une autre marque?) % de puissance et vitesse de 500 mm/s qui, selon nous, créent un look « givré » idéal.

Étape 7: Nomenclature

1 PCB v1.0D

1 pièces imprimées en 3D

1 Arduino Nano

1 VA RTC

1 UMI

1 dollar dégressif

1 GPS SKM53

1 niveleur de ligne

1 interrupteur à lames

1 DFPPlayer Mini

1 carte MicroSD 2Gig

1 haut-parleur 2 8Ohms

1 support de batterie 6AA

6 piles AA

1 borne de fil

1 interrupteur marche/arrêt

4 Maxim7219

4 prises 24 broches

1 40 broches femelles

1 condensateurs 10uF

1 Résistance 15 Ohms

1 résistance 100 Ohms

20 Résistances 470 Ohms

22 Résistances 1K Ohms

4 résistances 10K Ohms

3 résistances 100K Ohms

18 NéoPixel RVB

19 boutons-poussoirs à DEL

19 capuchons de boutons découpés au laser

21 7 segments 820501G

3 3 segments STG

2 fenêtres givrées

La plupart des composants ci-dessus se trouvent facilement sur eBay ou Amazon et sont à un prix raisonnable.

Les exceptions sont bien sûr notre propre PCB (qui intègre tous ces composants ensemble, nos capuchons de boutons découpés au laser qui ont l'air vraiment bien et permettent à la lumière de passer à travers le bouton, les fenêtres givrées qui après avoir essayé de nombreuses alternatives, James a eu un accident vasculaire cérébral de génie (nous en parlerons plus tard) et enfin, l'affichage à 3 segments +/- !@#$%^ que nous avons dû créer à partir de zéro. Ajoutez à cela notre propre boîtier imprimé en 3D et vous avez tous les ingrédients.

Si quelqu'un est prêt à accepter l'absence de signe "+" devant les données numériques appropriées affichées, vous pouvez simplement ajouter 3 autres segments 7 et l'appeler par jour. Ce n'était tout simplement PAS une option pour nous et c'est pourquoi nous avons créé notre propre 3 segments.

Étape 8: 3 SEGMENTS

On pourrait penser qu'en 2018, avec toutes les ressources mondiales à notre disposition, on peut simplement commander un boîtier 3Segments +/- LED… Eh bien, ce n'est pas le cas !

Nous avons donc réalisé que pour rester fidèle à l'Apollo DSKY d'origine, nous devions créer à partir de zéro notre propre 3Segment +/- LED.

Après de nombreuses conceptions, nous avons finalement eu une unité imprimée en 3D avec une boîte d'ombre intégrée.

Ensuite, nous avons recherché les LED SMT (montées en surface) appropriées et les avons testées.

Nous étions maintenant prêts à concevoir le minuscule PCB qui s'adapterait à l'intérieur de notre coque 3Segment imprimée en 3D.

Mettre tout cela ensemble était un peu un défi étant donné que nous pouvons à peine voir les minuscules LED, mais le résultat est fantastique !

Étape 9: FONCTIONNALITÉ

Puis vint le moment de décider de la fonctionnalité minimale de notre réplique, ainsi que des objectifs de production et de notre liste de souhaits.

Après quelques recherches, nous avons trouvé une application gratuite sur iTunes qui pourrait être utile, nous avons donc acheté un iPad spécialement à cet effet.

L'application iPad gratuite d'AirSpayce Pty Ltd nous a donné une idée de notre MVP (Minimum Viable Product).

Après avoir écrit le code pour effectuer un test Full Lamp, nous avons immédiatement mis en œuvre le réglage/affichage de l'heure, la surveillance IMU et la surveillance GPS.

Le code a été gelé jusqu'à ce que nous décidions d'ajouter l'un de nos éléments de liste de souhaits fous qui était de reproduire le célèbre discours de JFK de 1962 au Rice Stadium "Nous choisissons d'aller sur la Lune…". Ensuite, nous avons ajouté quelques autres bandes sonores emblématiques.

Étape 10: INSTRUCTIONS D'ASSEMBLAGE - Électronique

Tout d'abord, assurez-vous d'avoir tous les composants requis.

Lisez les instructions suivantes une fois complètement avant de commencer l'assemblage.

1. Soudez les 20 résistances de 470 Ohms.

2. Soudez les 22 résistances 1K.

3. Soudez les 4 résistances 10K.

4. Soudez les 3 résistances 100K.

5. Soudez la résistance 15 Ohms.

6. Soudez la résistance 100 Ohms.

7. Facultatif: pour aider à souder les minuscules NeoPixels RVB 5050 à montage en surface, je dépose un peu de soudure sur chacun des 4 plots pour chacune des 18 LED RVB.

8. Coupez 2 bandes de connecteurs à broches femelles et soudez-les à l'emplacement Arduino Nano à l'arrière du PCB.

9. Soudez soigneusement les 18 NeoPixels montés en surface dans le bon ordre, en veillant à ne pas court-circuiter avec les vias à proximité. Après avoir assemblé de nombreuses unités, nous avons découvert qu'il est plus efficace de souder 1 Neopixel, alimenter l'Arduino (via son port USB) avec le strandtest.ino pour vérifier qu'il s'allume, éteindre Arduino, souder le Neopixel suivant dans la séquence, testez-le et répétez l'opération pour les 18 Neopixels. Lorsque vous résolvez les problèmes, gardez à l'esprit qu'un problème avec un Neopixel peut être dû au fait que le Neopixel précédent n'a PAS été correctement soudé (broche de sortie). J'ai trouvé que 680 degrés est trop chaud (et tue parfois le rouge et ou le vert), 518 degrés semble beaucoup mieux.

10. Coupez une bande de 4 broches femelles et soudez-la à l'emplacement du convertisseur Buck.

11. Insérez maintenant Arduino Nano et Buck Converter si vous souhaitez tester les LED RVB à l'aide de strandtest. INO

12. Coupez à ras les deux entretoises noires sous chacun des 19 boutons-poussoirs lumineux pour permettre aux boutons de reposer complètement sur le PCB.

13. Insérez, puis soudez les 13 boutons-poussoirs lumineux, en vous assurant que tous les points rouges (Cathode) sont sur le côté gauche. Une fois tous les boutons insérés, j'allume l'Arduino via son port USB pour tester que les 19 LED des boutons s'allument AVANT de les souder…

14. Soudez les 4 douilles Maxim en respectant l'orientation.

15. Préparez l'IMU en soudant ses broches mâles et en connectant sa broche ADO à son VCC.

16. Préparez le niveleur de ligne en soudant ses broches mâles sur le côté bas et le côté haut.

17. Coupez et soudez les broches femelles pour recevoir l'IMU, le VA RTC et le Line Leveler.

18. Soudez les 10 capuchons en respectant la polarité. La broche la plus longue est positive.

19. Souder le Reed Relay en veillant à respecter l'orientation.

20. Soudez la borne du fil.

21. Soudez tous les 21 7 segments, en vous assurant que les points (point décimal) sont en bas à droite.

22. Soudez les 3 segments S&T GeoTronics (Personnalisé Plus/Moins).

23. Insérez à nouveau les 4 puces Maxim 7219 dans leurs supports, en vous assurant de respecter l'orientation.

24. Insérez l'IMU, le RTC, le Buck, l'Arduino Nano et le Line Leveler.

25. Soudez le haut-parleur et le lecteur MP3/carte SD en vous assurant de respecter l'orientation ET en gardant le plus haut sur le PCB car le GPS de l'autre côté devra être aligné avec le PCB pour s'adapter correctement.

26. Soudez le GPS après avoir appliqué une couche de ruban électrique en dessous pour éviter un court-circuit potentiel des broches.

27. Connectez le bloc-piles 9 volts et testez l'ensemble électronique terminé.

TOUTES NOS FÉLICITATIONS! Vous avez terminé avec l'assemblage électronique.

Étape 11: INSTRUCTIONS DE MONTAGE - Boîtier

Nomenclature

Qté Article

1 lunette imprimée en 3D

1 plaque supérieure imprimée en 3D

1 section médiane imprimée en 3D

1 fond imprimé en 3D

1 porte de batterie imprimée en 3D

1 fenêtre givrée imprimée

1 fenêtre acrylique

19 capuchons de boutons découpés au laser

15 vis à bois à tête creuse (M3-6mm)

6 petites vis à bois

Une fois l'assemblage électronique entièrement testé, veuillez procéder comme suit:

1. Positionnez les 19 capuchons de bouton à leur emplacement approprié en suivant l'image ci-dessus.

2. Insérez soigneusement le PCB assemblé dans la plaque supérieure. Cela peut être un ajustement serré et peut nécessiter un petit ponçage du composant imprimé en 3D.

3. À l'aide de 6 petites vis en cuivre, vissez le PCB sur la plaque supérieure. Ne pas trop serrer.

4. À l'aide de 2 des vis à tête creuse, montez le haut-parleur, puis l'interrupteur marche/arrêt sur la section médiane imprimée en 3D en l'enfonçant.

5. À l'aide de 8 des vis à tête creuse, vissez la plaque supérieure assemblée à la section médiane, en vous assurant que l'interrupteur marche/arrêt et le trou du haut-parleur sont à l'avant.

6. Soudez un fil de connexion de chaque côté du haut-parleur, en le faisant sauter vers chaque trou de sortie audio à côté de la carte SD.

7. À l'aide de ruban adhésif double face, montez le boîtier de la batterie à l'intérieur du compartiment de la batterie, en vous assurant que les fils rouge et noir sont insérés dans le trou.

8. Vissez le fil noir du boîtier de la batterie dans la position Gnd de la borne à vis bleue et soudez le fil rouge du boîtier de la batterie à l'une des broches de l'interrupteur à bascule marche/arrêt.

9. Vissez un cavalier sur le côté 9V de la borne à vis bleue et soudez l'autre extrémité à la broche disponible sur l'interrupteur à bascule marche/arrêt.

10. Fermez le couvercle arrière et à l'aide de 8 des vis à tête creuse, vissez le couvercle arrière assemblé à la section médiane. Ne pas trop serrer.

TOUTES NOS FÉLICITATIONS! Vous avez terminé le montage du boîtier et vous avez maintenant un DSKY complet !

Étape 12: LOGICIEL

S'il vous plaît visitez notre autre Open DSKY Instructable intitulé "PROGRAMMING THE OPEN DSKY"

pour des informations de programmation plus détaillées et des vidéos sur la programmation de votre Open DSKY.

Parce que nous utilisons largement Neopixels, vous devrez visiter le site Web d'Adafruit et télécharger leur merveilleuse bibliothèque. Cette bibliothèque est livrée avec de bons exemples comme "standtest.ino" que Limor et son équipe ont également écrit.

De plus, comme nous utilisons des registres à décalage pour piloter les 7 segments, la bibliothèque Maxim est nécessaire pour la puce Max7219.

Obtenez-le ici: Bibliothèque LedControl

Ci-joint notre code actuel au 1/9/2018. Il s'agit d'un prototype aux fonctionnalités limitées. Veuillez vérifier avec www. OpenDSKY.com pendant que nous continuons à développer et à rationaliser l'ensemble de fonctionnalités. Ce code prototype actuel teste tous les registres à décalage 7 Segments/Maxim, tous les Neopixels, l'horloge temps réel très précise, l'IMU 6 DOF, le GPS et le lecteur MP3.

Toutes ces fonctionnalités dans 3 verbes authentiques et 3 noms authentiques et 3 programmes que nous avons ajoutés à des fins de démonstration.

LISTE DES VERBES LISTE DES NOM LISTE DES PROGRAMMES

16 MONITOR DECIMAL 17 IMU 62 « Nous choisissons d'aller sur la Lune »

21 CHARGER LES DONNÉES 36 TEMPS 69 « L'aigle a atterri »

35 TEST LITES 43 GPS 70 « Houston nous avons eu un problème »

Profitez du clip vidéo pour une courte démonstration de certaines des fonctionnalités actuellement mises en œuvre.

Étape 13: DÉMARRAGE

Suite à notre formule réussie utilisée pour notre projet Open Enigma, nous proposons sur Kickstarter divers kits, des unités assemblées/testées et une réplique Ultimate 50th Anniversary Limited Edition (Make 100).

Nous vous proposons:

- Le PCB seul

- Le kit Barebones

- Le Kit Electronique DIY

- Le kit complet (avec composants imprimés en 3D et découpés au laser)

- L'unité assemblée/testée

- L'édition limitée du 50e anniversaire avec numéro de série et certificat d'authenticité

Notre Kickstarter est actuellement EN DIRECT !

Ouvrir DSKY Kickstarter

Veuillez visiter https://opendsky.com pour plus d'informations.

Veuillez visiter www.stgeotronics.com pour commander votre PCB ou votre kit.