06.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~16 мин.

Часы на индикаторах ИВ-11

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. 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:Download (MEGA) 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.• 19.12.18 Версия 1.0: первоначальная, вроде бы стабильная версия • 19.12.18 Версия 1.1: поправлены баги • 05.03.19 Версия 1.2: добавлена настройка для поддержки платы ИН-12 • 13.05.19 Версия 1.3: добавлена настройка для полного отключения вывода температуры и влажности

Внимание! На плате и в списке компонентов исправлена критическая ошибка! Вместо резистора 220 Ом должен стоять 0.22 Ом, причём на 1-2 Ватта.

Внимание внимание! Индикаторы ИН-12 паяются НА шелкографию, анодной (белой) ногой в дырку №11. Не нужно сравнивать распиновку с даташитом и курить советские схемы, в плате данного проекта сделано так, как сделано.

</span>

Я сделал новую версию часов, которая работает чуть иначе и содержит минимальное количество компонентов. Плата имеет размеры меньше 10х10 см, поэтому заказать её можно за $2! Анонс проекта находится вот здесь.

Часы на газоразрядных индикаторах (ГРИ, NIXIE) под управлением Arduino NANO. Комплект плат включает в себя платы для индикаторов ИН-14, ИН-14/ИН-16 и ИН-12. Время задаётся RTC DS3231, время настраивается кнопками. Есть также будильник и отображение температуры и влажности (точный датчик DHT22). Раз в полчаса делается антиотравление.

ПОДРОБНОЕ ВИДЕО ПО ПРОЕКТУ

В данном видео показан полный и максимально подробный процесс разработки и изготовления устройства, а также обзор его возможностей и функций.

Понятные схемы, OpenSource прошивки с комментариями и подробные инструкции это очень большая работа. Буду рад, если вы поддержите такой подход к созданию Ардуино проектов! Основная страница пожертвовать – здесь.

СХЕМЫ, ПЕЧАТНЫЕ ПЛАТЫ

Схемы на EasyEDA:

Общая
ИН-14/ИН-16
ИН-14
ИН-12

Гербер файлы уже в архиве!Список компонентов тоже есть в архиве!

Схема 1

Часы-кинетики: Батарейки не нужны!

МАТЕРИАЛЫ И КОМПОНЕНТЫ

Ссылки на магазины, с которых я закупаюсь уже не один год

Вам скорее всего пригодится:

Arduino NANO http://ali.ski/GVQzs http://ali.ski/3SJf_
RTC DS3231 http://ali.ski/2iTBXy
DHT22 (датчик) http://ali.ski/lgwhky
Пищалка http://ali.ski/hEfWS
Кнопки http://ali.ski/6prO3r http://ali.ski/zdU4eJ
Ступенчатое сверло http://ali.ski/OdKec
Проводочки http://ali.ski/uUR_r http://ali.ski/uUR_r
Корпус https://hobbybazza.ru/zagotovki-iz-mdf/2345-schkatulka-bolschaya-s-kruglym-kraem.html
Ещё вариант корпуса https://hobbybazza.ru/derevyannye-zagotovki/3853-kupyurnica-pod-evro.html

ПРОШИВКА И НАСТРОЙКА

Загружать прошивку желательно до подключения компонентов, чтобы убедиться в том, что плата рабочая. После сборки можно прошить ещё раз, плата должна спокойно прошиться. В проектах с мощными потребителями в цепи питания платы 5V (адресная светодиодная лента, сервоприводы, моторы и проч.) необходимо подать на схему внешнее питание 5V перед подключением Arduino к компьютеру, потому что USB не обеспечит нужный ток, если например лента его потребует. Это может привести к выгоранию защитного диода на плате Arduino. Гайд по скачиванию и загрузке прошивки можно найти под спойлером на следующей строчке.

ИНСТРУКЦИЯ ПО ЗАГРУЗКЕ ПРОШИВКИ

1. Если это ваше первое знакомство с Arduino, внимательно изучите гайд для новичков и установите необходимые для загрузки прошивки программы.

2. Скачайте архив со страницы проекта. Если вы зашли с GitHub – кликните справа вверху Clone or download, затем Download ZIP. Это тот же самый архив!

3. Извлеките архив. Содержимое папки libraries перетащите в пустое место папки с библиотеками Arduino C:/Program Files (x86)/Arduino/libraries/

4. Папку с прошивкой из firmware положите по пути без русских букв. Если в папке с прошивкой несколько файлов – это вкладки, они откроются автоматически.

5. Настройте прошивку (если нужно), выберите свою плату, процессор. Подключите Arduino к компьютеру, выберите её COM порт и нажмите загрузить.

Обзор смарт часов Smart Watch dz09 клон Samsung Gear 2 за смешную цену

6. При возникновении ошибок или красного текста в логе обратитесь к 5-ому пункту гайда для новичков – “Разбор ошибок загрузки и компиляции“.

Содержимое папок в архиве

libraries – библиотеки проекта. Заменить имеющиеся версии (в этом проекте внешних библиотек нет)
firmware – прошивки для Arduino
schemes – схемы подключения компонентов

Дополнительно

Если отстают часы, проблема скорее всего в питании схемы. Если при смене блока питания на более качественный проблема не уходит, повесьте конденсатор по питанию RTC модуля (прям на плату на VCC и GND паять): обязательно керамический, 0.1-1 мкФ (маркировка 103 или 104, смотрите таблицу маркировок). Также можно поставить электролит (6.3V, 47-100 мкФ)

Настройки в прошивке

// ************************** НАСТРОЙКИ **************************  BRIGHT 100          // яркость цифр дневная, %  BRIGHT_N 20         // яркость ночная, %  NIGHT_START 23      // час перехода на ночную подсветку (BRIGHT_N)  NIGHT_END 7         // час перехода на дневную подсветку (BRIGHT)  FREQ 900            // частота писка будильника    CLOCK_TIME 10       // время (с), которое отображаются часы  TEMP_TIME 5         // время (с), которое отображается температура и влажность  ALM_TIMEOUT 30      // таймаут будильника    // *********************** ДЛЯ РАЗРАБОТЧИКОВ ***********************  BURN_TIME 200       // период обхода в режиме очистки  REDRAW_TIME 3000    // время цикла одной цифры, мс  ON_TIME 2200        // время включенности одной цифры, мс

toozpickArduino / ЧасыДобавлено 5 комментариев Приветствую, Самоделкины!Сегодня мы своими руками 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 странице проекта.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 страницы проекта 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.Есть 2 режима яркости индикаторов, дневной и ночной. Соответственно для этого настройки.Ну и время, через которое будильник сам отключится после начала тревоги. В общем часики тикают, и каждую минуту у них делается так называемое антиотравление индикаторов. Быстро перебираются все цифры, чтобы редко включаемые цифры не глючили и включались сразу. В общем кнопки у нас 3: выбор, и увеличить/уменьшить. При клике по кнопке «выбор» в режиме температуры, вы сразу переключитесь в режим часов.Удержав кнопку «выбор» попадаем в режим настройки будильника. Кнопками вверх/вниз можно менять цифру. Кликом по кнопке «выбор» можно менять, «настройка часов» и «настройка минут». Клавиатура у нас к слову резистивная.Удержав кнопку ещё раз, попадаем в режим настройки времени. Настроили, удерживаем ещё раз и попадаем обратно на просто режим часов. Также из настройки времени будильника можно выйти сразу же, дважды кликнув по кнопке выбор. То есть выйти минуя настройку времени. Звонок будильника да, отвратительный, но такой лучше всего пробуждает. В этом можете убедиться, посмотрев оригинальный видеоролик автора:С этими часами у нас сегодня всё. Благодарю за внимание. До новых встреч! Доставка новых самоделок на почту