Хотел написать, что не прошло и года, но год как раз уже прошел:) Речь идет про часы на газоразрядных индикаторах, о которых ранее было два поста:
Работа по ним была отодвинута на второй план из-за начала летнего сезона, организации путешествия по Балканам, потом просто было не до них. Только где-то в декабре я взял себя в руки и заставил хотя бы закончить макетный образец.
Кто помнит, год назад я приступал к самостоятельному изготовлению и сборке часов на газоразрядных индикаторах. Основная идея заключалась в том, чтобы сделать что-то красивое своими руками и параллельно получить навыки в новых, полезных и интересных областях. Несмотря на то, что в заглавном посте у меня гордо написано, что работаю инженером в Роскосмосе - на практике я там довольно далек от электроники и программирования. Однако желание овладеть этими навыками потихоньку толкает вперед.
Никак не мог сделать новые фотографии. Пришел уже было к мнению, что фотоаппарат просто убит за два путешествия и хотел его продать, купив взамен другой, но потом решил, что скорее всего дело в объективе. Вот для примера одна и та же фотография на разные объективы. 50mm f/1.8 и стандартный 18-55mm f/3.5-5.6, который проехал со мной на мотоцикле почти 30 тысяч км.
1. Сам я ничего не изобретал. Схему брал готовую в интернете, но на плате разводил дорожки сам. Для тех, кто не очень силен в электронике, общая суть: на специальном материале со слоем меди сверху наносится рисунок, который в дальнейшем защитит медь в растворе кислоты.
2. В данном случае раствор не хлорное железо, как делают многие, а перекись водорода + лимонная кислота. Буквально за 10 минут вся медь, что не защищена черным слоем, растворяется.
3. Затем плата промывается в простой воде и ацетоном смывается защитный черный слой. Сам этот слой наносился по технологии ЛУТ о которой много информации в интернете.
4. Получается плата с дорожками из меди которые связывают между собой все элементы часов как то предполагается по схеме.
5. Остается только просверлить отверстия и припаять все элементы. Для тех кто в теме: в правой части преобразователь напряжения на микросхеме MC34063 который из 12 вольт делает 180 вольт для питания ламп. Рядом спикер и линейный стабилизатор на питание микросхем. Его применение мне кажется сомнительным, уж очень много энергии он рассеивает в тепло и сильно греется. Слева управляющий микроконтроллер ATmega8, дешифратор ламп К155ИД1 и часовая микросхема с батарейным питанием (при выключении часов из розетки время не собьется). Три кнопки, которые позволят выставить время и включать/выключать некоторые функции.
6. Вид с обратной стороны. Всей логикой работы управляет микроконтроллер - маленький компьютер размером колпачок от ручки. Он в нужное время включает ту или иную цифру на лампах, может проигрывать мелодию на спикере и тд.
7. Часы состоят из двух плат, на второй находятся сами лампы. Она была сделана раньше и это была моя самая первая плата которую я изготовил в жизни. Вышла намного сквернее, чем та, что на фото выше.
8. Очень удобная штука пирометр. На ebay стоит 700 рублей и довольно точно позволяет бесконтактно измерять температуру в пределах 300 градусов. На фото чисто баловство, смотрел изменяется ли температура элементов при работе. Для рукастых людей вообще удобная штука. Можно, например, померить температуру двигателя на мотоцикле, а мой отец им искал наиболее холодные места в доме на даче и пришел к решению какую стену надо утеплить в первую очередь:)
9. Из любопытства игрушечным осциллографом померил сигналы на входе питания.
10. Ну и конечный результат на данный момент:
11.
12.
13.
14.
15.
функционал планируется следующий:
- время, дата
- будильник
- термометр
- регулировка яркости ламп
Пример мелодии:
В настоящий момент главной проблемой для меня являются слабые навыки программирования, в связи с чем еще не написана программа, которая будет отвечать за вывод времени на лампы и остальные функции. Пока часы могут только перещелкивать цифры как на видео выше. В интернете есть готовые программы, но это не интересно и изначально цель стояла практиковаться в программировании в процессе изготовления часов.
В дальнейшем есть планы по расширению функционала и созданию полноценной готовой платы управления/питания. К ней можно будет подключать любые лампы и выводить по желанию не только время, а просто какую-то цифровую информацию. Законченную плату отдать в производство, чтобы иметь на выходе реально качественный и протестированный продукт. А мысли про корпус озвучу завтра.
Соберем часы на газоразрядных индикаторах, максимально просто и доступно, на сколько это вообще возможно.
Автором данной самоделки является AlexGyver, автор одноименного YouTube канала.
В настоящее время большинство газоразрядных индикаторов больше не производится, и остатки советских индикаторов можно найти только на барахолке или радиорынке. В магазинах их найти очень трудно. Но чем меньше становится этих индикаторов, тем больше к ним растёт интерес. Растёт он у любителей ламповости, винтажа и конечно же пост апокалипсиса.
Итак, мы хотим сделать часы на их основе, и ради простоты и максимальной доступности будем управлять индикаторами при помощи микроконтроллера в лице платформы ардуино, которая подключается к компьютеру по USB и в неё по клику мышки загружается прошивка. Между ардуиной и индикаторами нам нужна ещё некоторая электроника , которая будет раздавать сигналы по ногам индикаторов. Значит, во-первых, нам нужен генератор, который будет создавать высокое напряжение для питания индикаторов.
Часы работают от постоянного напряжения около 180В. Этот генератор устроен очень просто и работает на индуктивных выбросах. Частоту генератора задаёт шим контроллер, при частоте в 16кГц на выходе получаем напряжение 180В. Но не смотря на высокое напряжение, генератор очень и очень слабый, так что о других его применениях даже не думайте, он способен только на тлеющий разряд в инертном газе. Это напряжение, а именно +, через высоковольтные оптопары направляется на индикаторы. Сами оптопары управляются ардуиной, то есть она может подать +180В на любой индикатор. Чтобы цифра в индикаторе засветилась, нужно подать на неё землю, и этим занимается высоковольтный дешифратор – советская микросхема. Дешифратор тоже управляется ардуиной и может подключить к земле любую цифру.
А теперь внимание: индикаторов у нас 6, а дешифратор 1. Как же это работает? На самом деле дешифратор подключен сразу ко всем индикаторам, то есть ко всем их цифрам, и работа дешифратора и оптопар синхронизирована таким образом, что в один момент времени напряжение подаётся только на одну цифру одного индикатора, то есть оптопара очень быстро переключают индикаторы, а дешифратор зажигает на них цифры, и нам кажется, что все цифры горят одновременно. На деле же каждая цифра горит чуть больше 2 миллисекунд, затем сразу включается другая, суммарная частота обновления 6-ти индикаторов составляет около 60Гц, то есть кадров в секунду, а учитывая инертность процесса, глаз никаких мерцаний не замечает. Такая система называется динамическая индикация и позволяет очень сильно упростить схему.
В общем и целом, схема часов получается весьма и весьма сложной, поэтому разумно сделать для неё печатную плату.
Плата универсальная для индикаторов ИН12 и ИН14. На этой плате, помимо всей необходимой для индикаторов обвязки, предусмотрены места для следующих железок: кнопка включения/выключения будильника, выход на пищалку будильника, термометр + гигрометр DHT22, термометр DS18b20, модуль реального времени на чипе DS3231 и 3 кнопки для управления часами.
Всё перечисленное железо является опциональным, и его можно подключать, а можно и не подключать, это всё настраивается в прошивке. То есть на этой плате можно сделать просто часы, вообще без кнопок и без всего, а можно сделать часы с будильником, отображением температуры и влажности воздуха, вот такая вот универсальная плата. Печатку естественно решили заказать у китайцев, потому что есть очень много тонких дорожек и переходов на другую сторону платы. Так называемый гербер файл платы вы найдёте в архиве, который можно скачать на .
Дорожек в этом проекте много, особенно тонких на плате с индикаторами.
Плату нужно распилить на части, так как она двухэтажная. Но лучше не пилить, стеклянная пыль очень вредна для лёгких. Закалённым саморезом царапаем плату и аккуратно ломаем в тисках.
В общем сейчас нужно запаять все компоненты на плату согласно подписям и рисункам на шелкографии. Также нужно будет купить рейку с пинами, чтобы соединить части платы.
В проекте используется полноразмерная Arduino Nano. Сделано это для упрощения загрузки прошивки даже для самых новичков.
Итак, собрали нижнюю плату. Сначала нужно протестировать работу генератора. Если он собран неправильно, то может бахнуть конденсатор. Так что накрываем его чем-нибудь и включаем питание.
Ничего не бахнуло, это хорошо. Аккуратно измеряем напряжение на ногах конденсатора, должно быть 180В.
Отлично. Внимательно смотрим как паять индикаторы. На всех индикаторах одна нога помечена белым - это анод.
Лампу нужно вставлять так, чтобы анодная нога попала вот в это отверстие, это анодные дороги.
После пайки обязательно отмойте флюс, иначе вместо одной цифры могут гореть несколько. Далее распаиваем оставшиеся датчики и пищалки, если они нужны, и паяем провода для подключения кнопок.
Датчик температуры пришлось выносить на проводах, чтобы разместить его подальше от источников нагрева.
Все кнопки и выключатель будильника выносим на проводах. Модуль часов тоже сделаем на проводах.
Со качаем архив, в котором есть прошивка и библиотеки. Загружаем прошивку.
Проверяем.
Всё работает! Поздравляю, мы сделали ламповые часы.
Теперь, что касается корпуса. Автор долго искал максимально доступный и деревянный вариант, и таки нашёл вот такую заготовку для самодельной шкатулки, которая идеально подходит по размеру к плате.
Также делаем отверстия под пищалки, провода, кнопки и переключатели.
Плату нужно приподнять, автор использует обычные стойки для печатных плат.
Корпус автор покрасил под орех. Не очень удачно, лучше используйте морилку.
Готово! Осталось показать, как всем этим пользоваться. Перед прошивкой можно настроить некоторые моменты: времена режима часов и режима отображения температуры и влажности. Автор поставил 10 секунд на часы и 5 на температуру. Температура, к слову, слева, влажность справа.
В последнее время очень популярны часы на газоразрядных индикаторах. Эти часы множеству людей дарят теплый свет своих ламп, создают уют в доме и непередаваемое ощущение дыхания прошлого. Давайте же в этой статье разберемся, из чего же сделаны такие часы и как они работают. Сразу скажу, что это статья обзорная, поэтому многие непонятные места будут рассмотрены в следующих статьях более подробно.
Часы можно разделить на следующие функциональные блоки:
1)Блок высокого напряжения
2)Блок индикации
3)Счетчик времени
4)Блок подсветки
Давайте разберем каждый из них более подробно.
Блок высокого напряжения
Для того, чтобы внутри лампы засветилась цифра, нам нужно подать на нее напряжение. Особенность газоразрядных ламп в том, что напряжение нужно довольно высокое, порядка около 200 Вольт постоянного напряжения. Ток же для лампы, наоборот, должен быть очень маленький.
Где же взять подобное напряжение? Первое что приходит на ум – сетевая розетка. Да, можно воспользоваться выпрямленным сетевым напряжением. Схема будет выглядеть следующим образом:
Недостатки данной схемы очевидны. Это отсутствие гальванической развязки, нет какой-либо безопасности и защиты схемы вообще. Таким образом лучше проверять лампы на работоспособность, соблюдая при этом максимальную осторожность.
В часах конструкторы пошли другим путем, повысив безопасное напряжение до нужного уровня с помощью DC-DC преобразователя. Если говорить совсем кратко, подобный преобразователь работает по принципу качелей. Мы ведь можем прикладывая легкое усилие руки к качелям придать им достаточно большое ускорение, так ведь? Так же и DC-DC преобразователь: малое напряжение раскачиваем до высокого.
Приведу одну из наиболее распространенных схем преобразователей (кликните для увеличения, схема откроется в новом окне)
Схема с так называемым полудрайвером полевого транзистора. Обеспечивает достаточно большую мощность, чтобы питать шесть ламп, при этом не нагреваясь как утюг.
Блок индикации
Следующий функциональный блок – индикация. Представляет из себя лампы, у которых катоды соединены попарно, а аноды выведены на оптопары или транзисторные ключи. Обычно в часах применяется динамическая индикация в целях экономия места на печатной плате, миниатюризации схемы и упрощения разводки платы
Счетчик времени
Следующий блок – счетчик времени. Проще всего это сделать на специализированной микросхеме DS1307
Она обеспечивает отличную точность времени. Благодаря этой микросхеме, часы сохраняют правильное время и дату, не смотря на длительное отключение питания. Производитель обещает до 10 лет (!) автономной работы от круглой батарейки CR2032.
Вот типичная схема подключения микросхемы DS1307:
Есть также подобные микросхемы, которые выпускают множество фирм по изготовлению радиокомпонентов. Эти микросхемы могут обеспечивать особую точность хода времени, но они будут дороже. Их применение, как мне кажется, в бытовых часах не целесообразно.
Блок подсветки
Блок подсветки самая простая часть часов. Она ставится по желанию. Это всего лишь светодиоды под каждой лампой, которые обеспечивают фоновую подсветку. Это могут быть одноцветные светодиоды, или RGB светодиоды. В последнем случае цвет подсветки можно выбрать какой угодно или вообще сделать его плавно меняющимся. В случае RGB необходим соответствующий контроллер. Чаще всего этим занимается тот же микроконтроллер, который считает время, но для упрощения программирования можно поставить дополнительный.
Ну а теперь несколько фотографий достаточно сложного проекта часов. В нем использованы два микроконтроллера PIC16F628 для управления временем и лампами и один контроллер PIC12F692 для управления RGB подсветкой.
Бирюзовый цвет подсветки:
А теперь зеленый:
Розовый цвет:
Все эти цвета настраиваются одной кнопкой. Выбрать можно какой угодно. RGB диоды способны выдать любой цвет.
А это кусочек высоковольтного преобразователя. Ниже на фото полевой транзистор, сверхбыстрый диод и накопительный конденсатор DC-DC преобразователя
Этот же преобразователь, вид снизу. Применен SMD дроссель и SMD версия микросхемы MC34063. На фото еще не смыты остатки флюса.
А это упрощенный четырехламповый вариант часиков. Так же с RGB подсветкой
Ну а это уже классика строения часов на газоразрядных лампах Sunny Clock, статическая подсветка и немного не обычный способ управления лампами с помощью пары дешифраторов К155ИД1
В следующей статье поговорим более подробно о DC-DC преобразователях и получения высокого напряжения. Так же подробно разберем процесс сборки такого преобразователя и запустим от него лампу.
Всем спасибо, с вами был El Kotto. Вступайте в группу в контакте
В данной статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их необыкновенность заключается в том, что индикация времени осуществляется при помощи цифровых индикаторных ламп. Таких ламп, когда-то, было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах, начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.
Думаю, не лишним будет сказать, что в основном использовались лампы двух типов: люминесцентные и газоразрядные. К преимуществам люминесцентных индикаторов следует отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя среди газоразрядных тоже встречаются такие экземпляры, но найти их значительно сложнее). Но все плюсы данного типа ламп перекрывает один огромный минус – наличие люминофора, который со временем выгорает, и свечение тускнеет или прекращается. По этой причине нельзя использовать б/у лампы.
Газоразрядные индикаторы избавлены от этого недостатка, т.к. в них светится газовый разряд. По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому срок службы у газоразрядных индикаторов гораздо выше. Кроме этого, одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось - рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В. Но решить вопрос с напряжение гораздо проще, чем с выгорающим люминофором. В интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK:
Сами индикаторы выглядят вот так:
Итак, на счет конструктивных особенностей вроде все понятно, теперь приступим к проектированию схемы наших часов. Начнем с проектирования высоковольтного источника напряжения. Тут есть два пути. Первый – применить трансформатор со вторичной обмоткой на 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздкий, либо его придется мотать самому (перспектива так себе). Да и напряжение регулировать проблематично. Второй путь – собрать step up преобразователь. Ну тут уж плюсов побольше будет: во-первых, он займет мало места, во-вторых, в нем присутствует защита от КЗ и, в-третьих, можно легко регулировать напряжение на выходе. В общем, есть все, что для счастья надо. Я выбрал второй путь, т.к. искать трансформатор и обмоточный провод никакого желания не было, да и миниатюрности хотелось. Преобразователь решено было собирать на MC34063, т.к. был опыт работы с ней. Получилась вот такая схема:
Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12В. на выходе получилось 175В. В собранном виде блок питания часов выглядит следующим образом:
На плату сразу был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатор.
Следующим этапом разработки было проектирование схемы включения ламп. В принципе, управление лампами ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами, за исключением высокого напряжения. Т.е. достаточно подать положительное напряжение на анод, и соединить с минусом питания соответствующий катод. На этом этапе требуется решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (именно они являются цифрами). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана вот такая схема для управления анодами ламп:
А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства, как и лампы, но купить их не составляет проблем. Т.е. для управления катодами требуется всего лишь подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да, чуть не забыл, питается она от 5В. (ну очень удобная штуковина). Индикацию было решено сделать динамической, т.к. в противном случае пришлось бы ставить К155ИД1 на каждую лампу, а их будет 6 штук. Общая схема получилась такой:
Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения (так красивее). В собранном виде плата выглядит вот так:
Панельки под лампы найти не удалось, поэтому пришлось импровизировать. В итоге были разобраны старые разъемы, похожие на современные COM, из них были извлечены контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и надфилем они были впаяны в плату. Для ИН-17 панельки делать не стал, сделал только для ИН-8.
Самое сложное позади, осталось разработать схему “мозга” часов. Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Ну а дальше все совсем легко, просто берем и подключаем к нему все так, как нам удобно. В итоге в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20, и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства анодные ключи подключаем на один порт, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит вот так:
На плате есть небольшая ошибка, но в приложенных файлах плат она исправлена. Проводами подпаян разъем для прошивки МК, после прошивки устройства его следует отпаять.
Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:
А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:
Теперь осталось всего лишь написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий:
Отображение времени, даты и температуры. При кратковременном нажатии кнопки MENU происходит смена режима отображения.
1 режим - только время.
2 режим - время 2 мин. дата 10 сек.
3 режим - время 2 мин. температура 10 сек.
4 режим - время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.
При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU
Максимальное количество датчиков DS18B20 – 2. Если температура не нужна, можно их вообще не ставить, на работу часов это никак не повлияет. Горячего подключения датчиков не предусмотрено.
При кратковременном нажатии на кнопку UP включается дата на 2 сек. При удержании включается/выключается подсветка.
При кратковременном нажатии на кнопку DOWN включается температура на 2 сек.
С 00:00 до 7:00 яркость понижена.
Работает все это дело вот так:
К проекту прилагаются исходники прошивки. Код содержит комментарии так что изменить функционал будет не трудно. Программа написана в Eclipse, но код без каких-либо изменений компилируется в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8МГц. Фьюзы выставляются вот так:
А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9 , LOW: D4
Также прилагаются платы с исправленными ошибками:
Данные часы работают в течение месяца. Никаких проблем в работе выявлено не было. Стабилизатор LM7805 и транзистор преобразователя едва теплые. Трансформатор нагревается градусов до 40, поэтому если планируется установка часов в корпус без вентиляционных отверстий, трансформатор придется взять большей мощности. В моих часах он обеспечивает ток в районе 200мА. Точность хода сильно зависит от примененного кварца на 32,768 КГц. Кварц, купленный в магазине, ставить не желательно. Наилучшие результаты показали кварцы из материнских плат и мобильных телефонов.
Кроме ламп, использованных в моей схеме, можно устанавливать любые другие газоразрядные индикаторы. Для этого придется изменить разводку платы, а для некоторых ламп напряжение повышающего преобразователя и резисторы на анодах.
Внимание: устройство содержит источник высокого напряжения!!! Ток небольшой, но достаточно ощутимый!!! Поэтому при работе с устройством следует соблюдать осторожность!!!
PS Статья первая, где-то мог ошибиться/напутать - пожелания и советы к исправлению приветствуются.
Лампа: ИН-14
Схема: есть
Плата:нет
Прошивка:есть
Исходник:нет
Описание: есть
Особенности: авторская разработка от Myxomop.
Схема:
Часики собственной конструкции. Есть будильник и сервисное меню, где можно изменить настройки часов. Можно включить "бой" - при смене часа часы пищат количество часов.
Блок питания - простейший импульсный. Делал по этой схеме
На плате около кварцевого генератора можно увидеть мой косяк. Я привык к контроллерам, типа все можно программно изменить. А тут выходы дешифратора (жесткая логика) рулят ключами, я при разработке схемы даже не подумал об этом, нужно 1 подавать или 0. Чисто автоматом соединил выходы дешифратора с ключами. Потом долго искал ошибку в проге Когда до меня наконец дошло, в чем дело - пол дня матерился.
Когда все косяки (и железные, и программные) были пофиксены, получились вот такие часики.
Кратенько дам список функций сервисного меню:
1
- вкл(1)/выкл(0) бой
2
- вкл(1)/выкл(0) показывать незначащий "0" в старшем разряде часов
3
- 12/24 часовой цикл отображения времени (если выбран 12-ти часовой цикл, при установке времени часы автоматически переходят в 24-часовой цикл, а потом возвращаются обратно)
4
- 4 варианта мигания разделительной точки
5
- 4 варианта звука для будильника (кнопкой "Set" можно послушать звук)
6
- количество циклов проигрывания звука будильника (1-99)
7
- число коррекции для отсчета времени
8
- вкл(1)/выкл(0) плавной смены цифр
9
- запись настроек в eeprom (происходит однократно при каждом заходе в этот пункт меню, при этом мигающий "0" устанавливается в "1")
В сервисное меню можно войти, нажав одновременно кнопки "Set" и "Mode". Кнопку "Set" обязательно надо нажать первой. Выход аналогично.
Если часы идут не достаточно точно, можно попробовать в сервисном меню поменять число коррекции. Рассчитать его можно так. Сначала записываем туда 0. И оставляем ровно на сутки. За это время часы обязательно должны убежать вперед. Если они отстали, то никакая коррекция не поможет, скорее всего причина в кварце - только менять! Так вот, смотрим на сколько секунд они ушли вперед (sek ) рассчитываем это число примерно по формуле korr=43.2/sek . Потом можно еще раз засечь уже за несколько суток и попробовать изменить на +/-1 и посмотреть будут ли улучшения.
Ну и если вы решили повторить мою конструкцию, выкладываю прошивку.
Прошивка .
Единственная хрень, которую так не удалось побороть - звон (писк) индикаторов от динамической индикации. Судя по опыту других никсистроителей, тут ничего не поделать, такова уж конструкция самих ламп.
