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 надфелем 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 датчико 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!
Один из вариантов сборки данного проекта: Часы в стиле стимпанк на газоразрядных индикаторах
Список радиоэлементов
Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
---|---|---|---|---|---|---|
Газоразрядный индикатор | ИН-8 | 4 | Поиск в магазине Отрон | |||
Газоразрядный индикатор | ИН-17 | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
CPU | МК AVR 8-бит | ATmega8 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Часы реального времени (RTC) | DS1307 | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
Датчик температуры | DS18B20 | 2 | Поиск в магазине Отрон | |||
DD1 | Микросхема | К155ИД1 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
IC1 | DC/DC импульсный конвертер | MC34063A | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VR1 | Линейный регулятор | LM7805 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT1-VT6 | Биполярный транзистор | MPSA92 | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT7-VT12 | Биполярный транзистор | MPSA42 | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT13, VT14 | Биполярный транзистор | BC847 | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT15 | Биполярный транзистор | КТ3102 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT16 | Биполярный транзистор | КТ3107А | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VT17 | MOSFET-транзистор | IRF840 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
VDS1 | Диодный мост | 1 | Поиск в магазине Отрон | |||
VD1 | Выпрямительный диод | HER106 | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
HL1-HL6 | Светодиод | 6 | Поиск в магазине Отрон | |||
C1 | Электролитический конденсатор | 100 мкФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C2, C3-C5, C7, C9, C11 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 7 | Поиск в магазине Отрон | ||
C6, C8 | Электролитический конденсатор | 1000 мкФ | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
C10 | Конденсатор | 510 пФ | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
C12 | Электролитический конденсатор | 4.7 мкФ 400В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R1-R4, R6-R8 | Резистор | 4.7 кОм | 7 | Поиск в магазине Отрон | ||
R5, R9-R14, R27-R32, R42 | Резистор | 10 кОм | 14 | Поиск в магазине Отрон | ||
R15, R17, R19, R21, R23, R25, R45 | Резистор | 1 МОм | 7 | Поиск в магазине Отрон | ||
R16, R18, R20, R22, R24, R26 | Резистор | 13 кОм | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
R33, R34 | Резистор | 1 кОм | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R35-R40 | Резистор | 470 Ом | 6 | Поиск в магазине Отрон | ||
R41 | Резистор | 0.22 Ом | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
R43, R44 | Резистор | 330 Ом | 2 | Поиск в магазине Отрон | ||
R46 | Резистор | 390 кОм | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Z1 | Кварц | 32768 Гц | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
Элемент питания | 3 В | 1 | CR2032 | Поиск в магазине Отрон | ||
T1 | Трансформатор | 220В 9.5В | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
L1 | Дроссель | 240 мкГн | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
F1 | Плавкий предохранитель | 220В 0.5А | 1 | Поиск в магазине Отрон | ||
MENU, UP, DOWN | Кнопка | замыкающая | 3 | Поиск в магазине Отрон | ||
Скачать список элементов (PDF)
Прикрепленные файлы:
- Clock_IN-8_source.rar (61 Кб)
- CLOCK_IN-8_Plata.rar (67 Кб)
Комментарии (982) | Я собрал (0) | Подписаться
Для добавления Вашей сборки необходима регистрация
Автору плюс за схему и лучи поноса за прошивку .
Буду дорабатывать .
При включении в сеть часы работают в течении нескольких минут. Потом на короткое время появляется "85 85 85" на индикаторах, после чего нормальная работа возобновляется. До следующего раза. В следующий раз индикация ошибки идет более длительное время, ну и в конце концов до сброса питания так и остается висеть. При этом дата и температура отображаются корректно.
DS1307 менял, не помогло. Так понимаю, что надо копать в схеме её питания.
Кварц не менял
Два дня танцев с бубном ( замена прошивок, замена Ds1307) теперь всё супер! Всё заработало после установки б/у Ds1307 Автору блогадарность!
То что я собрал и работают уже год
1. Программируем SUT 0 - максимально тормозим запуск микроконтроллера.
2. 85 85 85 появляется при истощении CR 2032 ниже трех вольт.
3. Сам сначала подключил от советского трансформатора отвод от первичной обмотки на 127 вольт, затем диодный мост, затем конденсатор 22 микрофарата 250 вольт и получил на выходе 180 вольт (127*корень квадратный из двух) 127*1,42=180.
4. Подключил 220 вольт через диодный мост затем плюс через гасящий резистор 47 килоом 2 вата потом конденсатор 4,7 микрофарата и дальше на схему где 180 вольт.
5. Часы заработали после неоднократной замены DS1307 паленые с али, в итоге купил на рынке в Гомеле сначала одну, потом еще четыре. Грешил на прошивку микроконтроллера, часы показывали дату, часы, секунды.
Живу в ЛНР. Есть 74ch42n, но она с инверсией как к155ид3. Как её правильно "допилить"?
Ничего кроме ИД1 не подойдёт, т.к. только у неё высоковольтные выходы до 200 вольт.
Постараюсь помочь и прислать.
И да, если кто в будующем будет собирать эти часы, в версии платы в статье, дорожки на лампы делать надо проводом, или сделать их на плате самому.
Если да, то строго на 10.251 В.
В начале, в чип-и-дипе, были куплены две версии микросхемы часов: DS1307+ и DS1307N+. В первой есть такая проблема, но во второй, с индексом N никакого корявого отображения, всё работает исправно.
Любопытства ради купил аж 4 варианта этой микросхемы, в том же магазине:
DS1307N+ - работает как надо,
DS1307+ - снова день:часы:секунды
DS1307ZN+ - работает как надо,
DS1307Z+T&R - работает как надо.
Замечу, что последние две в SMD корпусе, наверное не случайно, что автор в своих проектах использовал только smd микросхему)
Итого, НЕ берите DS1307 БЕЗ каких-либо буквенных индексов, или берите в smd-корпусе.
Всем удачи в борьбе с палёной 1307