Пользователь
0,0
рейтинг
25 февраля 2013 в 00:15

Часы на газоразрядных индикаторах из песочницы


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:

mega.co.nz/#!FJME2T4Y
или
db.tt/zzeeafpX

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.
Max Tolstykh @FlynnCarsen
карма
25,0
рейтинг 0,0
Реклама помогает поддерживать и развивать наши сервисы

Подробнее
Реклама

Самое читаемое

Комментарии (49)

  • +1
    Шикарно. А для ИН-14 тоже такие напряжения сработают?
    • +1
      Да, под ИН-14 менять не нужно
  • +6
    Самые крутые часы, которые я видел на хабре! Вы великолепны, спасибо за мануал.
    • 0
      А мне больше с противогазом понравились
  • 0
    Часы хороши. В универе как раз на таких же индикаторах у нас приборы работают для отсчета/измерений.
  • 0
    Неплохо, нужно себе такие в аудиторию сделать.
  • +1
    суперская штука, единственное чтобы я добавил — «дрожание цифр». На хабре есть статья про такиеже часы но в противогазе(сталкер-стайл) там это дрожание написано. Это придало бы винтажный элемент старости.
    • +1
      сделать не сложно, не хотелось «перегружать»
  • +7
    Divergence Ratio 1.048596%
  • +5
    Хорошие часы, но я уже понял что хочу себе такое:

    image
      • 0
        Спасибо сам уже до такого додумался, и у нас в Украине есть значительно дешевле)
        • +2
          Видимо, ещё не со всех заводов и проходных распродали )
    • 0
      Такой можно самому собрать на зеленых светодиодах :-)
    • +1
      В 2001 году помогал однокурсникам вынести такие часы из общагаского чулана.
      которые «умерли» еще как лет цать назад, с тех времен и пылились. Комендант посмотреть и по возможности отремонтировать уперся.

      Поломка оказалась плевой (типа сдохшего предохранителя или отошедшего проводка), часы восстановлены и повешены в коридоре этажа, через неделю часы обнаружены комендантом, изъяты с выдачей угроз и матов, и положены обратно в чулан с вердиктом «не положено»
    • 0
      Только в комнату где не спят люди и не смотрят по вечерам кино. Они светят так, что мало не покажется… 8)
  • 0
    А можно список требуемых материалов?
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
    • 0
      поддерживаю. Хочу себе такие. Писать код в ночью в полумраке под такие часы — круглогодичное рождественское настроение >3
  • +1
    Заметны ли мерцания от динамической индикации? Я не рискнул и на каждую лампу по К155ИД1 поставил, видимо, зря. С какой скоростью переключаете лампы?
    • +1
      Нет, не заметны, горит ровно и мягко
    • 0
      Там частота десятками килогерц измеряется, откуда ему взяться
  • 0
    Это хорошо, плюсанул в карму.

    Надо будет сделать переключение, быстрый перебор цифр, думаю это придаст шарму :)
  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
  • 0
    У меня отец такие сделал мне в детстве, ток без секунд)
  • 0
    Спасибо за схему блока питания. Сам думал на mc-шке что-то похожее сделать. Кстати не замеряли, как у него со стабильностью выходного напряжения? Колебания, насколько под нагрузкой проседает? Для индикаторных ламп это не критично, но я бы еще хотел собрать небольшой преамп ламповый, ему как раз 180-200 вольт всего нужно, с трансформатором заморачиваться не хочется
    • +2
      С этим преобразователем преамп сделать не получится — слишком маломощный, больше 10 мА вряд ли даст
  • 0
    Для пущей безопасности надо бы самодельные разъемы залить чем нибудь изоляционным. Да хотя бы соплями пластиком из клеевого пистолета.
    Но я бы лично сделал два бумажных стакана (внутренний и наружный) и залил бы внутрь эпоксидки.
    • +1
      а как потом заменить лампу или светодиод?
      • 0
        Я же не предлагаю заливать лампы эподсидкой. Я предлагаю фактически сделать разъемы самостоятельно с отверстием под светодиод. В простейшем случае хоть полоской бумаги на клею разъемы прикрыть.

        В случае, если будет корпус как у nixie, то понятно, что закрывать ничего не надо.

  • +1
    Ламповая неделя на Хабре.
    Для часиков ещё корпус подобрать и как всегда восторгаться эстетикой.
  • +5
    Вот эти напомнило.
    • 0
      Кстати, заметил ещё одно сходство с играми Valve.
  • 0
    А на схеме ничего не потеряно?

    Не пойму как делается селект нужной лампы при включении цифры. По схеме: На выходе двочино десятичного преобразователя 10 выходов, каждый для каждой цифры. А где селект лампы?
    • +1
      Контакты a1-a6 на микроконтроллере. Разводка для них не показана, кроме первого.
  • 0
    А в чем Вы схемы рисуете?
    • +1
      sPlan
  • +1
    Yet another nixie clock. Boring…
    • +4
      а как вам такие?

      image
  • +1
    Поставил 100й плюс, приятно :)
    • 0
      а как мне-то приятно)
  • 0
    Никогда плотно не общался с электроникой, но после этого поста аж зазудело попробовать сделать такие часы, но первая проблема для меня — как читать схему, сделать по ней плату и припаять все что надо. Не подскажите хорошие источники для новичка, где доступно разъясняются эти вопросы?
    • 0
      Читать схему не суть важно, готовых популярных схем много, многие уже с готовыми платами. Платы делать тоже не сложно — Sprint-Layout, текстолитовая односторонняя плата ~150 р., лазерный принтер, утюг, хлорид железа(III) ~50 руб за банку — т.н. «утюжная технология». Берёшь список необходимых деталей, шуруешь в «электронику», впаиваешь детали, любуешься результатом.
      Если нужна отладка — то это уже другое.
      • 0
        Ок, спасибо.
  • 0
    Хм. А чем открывать файлы *.lay6, которые в архиве? в гугле натолкнулся на прогу Sprint Layout 6, но она открывает только *.lay
    • 0
      Я, конечно, не пробовал, но что если переименовать на *.lay?
      • 0
        Попробовал первым делом) Пишет поврежденный файл.
        • 0
          Только что проверил, все отлично
          открывается
  • 0
    Я так понимаю, что если мне не нужны секунды — я их просто «отпиливаю»?

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.