24.10.2020

Андрей Смирнов

Время чтения: ~19 мин.

Тёплые ламповые часы-конструктор. Как собрать Nixie Clock за выходные

Цена: $45(сам набор)+$15(корпус)+$10(доставка)=$70

Добрейшего времени суток всем уважаемым муськовчанам. Хочу рассказать вам об интересном радиоконструкторе для тех, кто знает с какого конца нагревается паяльник. Вкратце: набор доставил положительные эмоции, интересующимся этой темой — рекомендую. Подробности ниже (осторожно, много фото). Начну издалека. Сам я не отношу себя к истинным радиолюбителям. Но не чужд паяльнику и иногда хочется чего-нибудь сконструировать/спаять, ну и мелкий ремонт окружающей меня электроники стараюсь сначала осуществить своими силами (не нанося невосполнимого вреда подопытному устройству), а уж в случае неудачи обращаюсь к профессионалам. Однажды под воздействием вот этого обзора я купил и собрал такие-же часики. Сама конструкция там простая и сборка не доставила никаких сложностей. Поставил часы в комнату сына и на время успокоился. Потом, прочитав обзор этих часиков, мне захотелось попробовать собрать и их, заодно потренировавшись в пайке smd компонентов. В принципе и здесь все заработало сразу, только молчала пищалка звукового сигнала, купил в офлайне, заменил и все. Подарил часы другу. Но хотелось чего-то ещё, поинтереснее и посложнее. Как-то, ковыряясь у отца в гараже, наткнулся на останки какого-то электронного прибора советской эпохи. Собственно останки — это некая конструкция из плат, содержавшая в себе 9 газоразрядных индикаторных ламп ИН-14. Тогда и посетила меня мысль — собрать часы на этих индикаторах. Тем более, что подобные часы, когда-то собранные отцом, я наблюдаю в квартире родителей уже лет 30, если не больше. Плату я аккуратно распаял и стал обладателем 9 ламп выпуска начала 1974 года. Желание пристроить в дело эти раритеты усилилось. Путем дотошных расспросов Яндекса я вышел на сайт radiokot.ru, который оказался просто кладезем премудрости на тему создания подобных часов. Просмотрев несколько схем таких конструкций, я понял, что хочу часы под управлением микроконтроллера, с микросхемой реального времени (RTC). И если, повторяя одну из конструкций часов, запрограммировать контроллер и спаять плату мне было-бы по силам, то вопрос изготовления самой печатной платы поставил меня в тупик (я же ещё не true-радиолюбитель). В общем решено было для начала купить конструктор таких часов. Вот здесь как раз обсуждается этот конструктор, собственно это топик автора (его ник mss_ja) этого набора, где он сам и помогает с сборкой и запуском своих наборов. У него же есть и сайт, где много фото готовых изделий. Там можно купить не только наборы для самостоятельной сборки, но и готовые часы. ПосмотрИте, проникнитесь. Некоторые сомнения вызывал вопрос доставки, ведь уважаемый автор живет на Украине. Но оказалось, что война — войной, а почта работает по расписанию. Собственно 14 дней и посылка у меня.доставка Вот такая коробчёнка. Итак, что-же я купил? А всё видно на фото. В состав набора входят: печатная плата (на которой автор любезно распаял контроллер, чтоб мне не мучиться, уж больно ноги у него мелкие). Программа была уже зашита в контроллер; Пакет с компонентами конструкции. Хорошо видны крупные — микросхемы, электролитические конденсаторы, пищалка и т.д., согласно схемы и описания. Под этим пакетиком ещё один, с мелкими smd компонентами — резисторами, конденсаторами, транзисторами. Все smd элементы наклеены на бумагу с надписанными номиналами, очень удобно. Фото сделано в процессе сборки. Заготовка под корпус часов не входит в набор по умолчанию, но списавшись с автором, я и её купил. Это перестраховка от своей возможной криворукости, т.к. с деревом дела практически не имею и весь опыт обработки оного сводится к периодическому пилению дров для шашлыка на даче. А хотелось классического вида — типа «стекляшки из деревяшки», как выражаются на форуме радиокота. Итак, приступим. Вот собственно и всё, что нам понадобится, чтоб начать сборку. А чтобы её успешно завершить, нам ещё нужны голова и руки. А нет, не все показал. Без этой штуки можно даже и не начинать. Эти smd элементы такие мелкие… Сборку начал строго по рекомендации автора — с преобразователей питания. А их в этой конструкции — два. 12В->3.3В для питания электроники и 12В->180В для работы самих индикаторов. Собирать такие вещи надо очень внимательно, предварительно удостоверившись, что паяешь именно то, именно туда и не перепутав полярность компонентов. Сама печатная плата отличного качества, промышленного изготовления, паять одно удовольствие. Преобразователи питания были собраны и протестированы на наличие соответствующих напряжений, далее начал устанавливать оставшиеся компоненты. Начиная процесс сборки, я дал себе обещание фотографировать каждый его этап. Но, увлекшись сим действом, вспомнил о своем желании написать обзор только когда плата была уже практически готова. Поэтому следующее фото было сделано когда я начал тестировать индикаторы просто воткнув их в плату и подав питание. Из девяти добытых мною ламп ИН-14 одна оказалась полностью не рабочей, зато остальные были в отличном состоянии, все цифры и запятые отлично светились. 6 ламп отправились в часы, а две — в запас. Я специально не стал смывать дату изготовления с ламп. Обратная сторона

Тут виден коряво установленный фоторезистор, это я искал его лучшее положение. Итак, убедившись, что схема заработала и часы пошли, я отложил их в сторону. И занялся корпусом. Нижняя часть изготовлена из куска стеклотекстолита с которого я содрал фольгу. А деревянная заготовка была тщательно зашкурена мелкой наждачкой до состояния «приятной гладкости». Ну и далее покрыта лаком с морилкой в несколько слоёв с промежточной сушкой и полировкой мелкой наждачкой. Получилось не идеально, но, на мой взгляд, хорошо. Особенно учитывая отсутствие у меня опыта работы с деревом. Сзади видны отверстия для подключения питания и датчика температуры, которого у меня пока нет (да-да, оно ещё и температуру может показывать…). Тут несколько кадров в интерьере. Толково сфотографировать никак не удаётся, фото не передают всей «лепоты». Это показ даты. Подсветка ламп. Ну куда-же без неё. Она отключаемая, не нравится — не включай. Замечательная точность хода. С неделю наблюдаю за часами, идут секунда в секунду. Конечно неделя — не срок, но тенденция очевидна. В заключение приведу характеристики часов, которые я скопипастил прямо с сайта автора проекта: Возможности часов: Часы, формат: 12 / 24 Дата, формат: ЧЧ.ММ.ГГ / ЧЧ.ММ.Д Будильник настраиваемый по дням. Измерение температуры. Ежечасный сигнал(отключаемо). Автоматическая регулировка яркости в зависимости от освещения. Высокая точность хода (DS3231). Эффекты индикации. —без эффектов. —плавное затухание. —прокрутка. —накладка цифр. Эффекты разделительных ламп. —выключены. —мигание 1 герц. —плавное затухание. —мигание 2 герца. —включены. Эффекты показы даты. —без эффектов. —Сдвиг. —Сдвиг с прокруткой. —Прокрутка. —Замена цифр. Эффект маятника. —простой. —сложный. Подсветки —Синяя —Возможность подсветки корпуса. (Опционально) Итак, подведу итоги. Часы мне очень понравились. Сборка часов из набора не представляет сложности для человека средней криворукости. Потратив несколько дней на весьма интересное занятие, получаем красивое и полезное устройство, даже с налётом эксклюзивности. Конечно по нынешним меркам цена не очень гуманная. Но во-первых это хобби, на него тратиться не жалко. А во-вторых автор же не виноват что рубль сейчас ничего не стоит.P.S. Смотреть не обязательноОчередное наведение порядка в хламе. Что это там блестит такое стеклянное? Кажется я уже знаю куда их пристроить… Всем — Удачи!

Цена: 37,35(30 на момент заказа)

В последние годы про часы на газоразрядных индикаторах слышали, наверное, все. Кто-то покупает их готовыми, кто-то собирает самостоятельно — в принципе, ничего сложного в этом нет, но некоторых отпугивает необходимость паять мелкие детали и программировать микроконтроллер. А если хочется собрать самому, но навыков пайки и программирования нет? Вот для таких этот набор-конструктор и предназначен. Программировать, травить плату и паять мелкие детали тут не надо. В принципе, тут можно и вообще без паяльника обойтись. Подробности — под катом. Посылка приехала за 14 дней почтой Швеции.Трек Упакована в белую картонную коробочку. Внутри коробочки — серый пакет. А в нем — ещё один пакет, антистатический. В нём — плата и набор жгутов. Газоразрядные индикаторы в комплект не входят. Жгутов в наборе семь — шесть больших, по одному на каждую цифру, и один поменьше, для точек-разделителей. Плата имеет размеры 110х45 мм. В качестве микроконтроллера использован STM8S003F9P6. Собственно часы, выполняющие счёт времени — DS3231. Термокомпенсация, по заявлениям производителя, позволяет обеспечить точность до 2ppm. Могут работать даже при отключенном общем питании схемы, для чего плата снабжена держателем для литиевой батареи типоразмера CR1220. Без неё плата тоже может работать, но после каждого включения время придётся ставить заново. Управление индикаторами — статическое, анодных ключей нет. Катодными дешифраторами являются связки сдвиговых регистров HC595 c ключами ULN2003. Предусмотрено подключение шести индикаторов. Высоковольтный преобразователь реализован на микросхеме TPS40210. В своём исходном состоянии плата рассчитана на работу с индикаторами ИН-1, ИН-4, ИН-8, ИН-12, ИН-14. Это определяется рабочим током индикаторов — для них вредна работа и на пониженных токах(происходит отравление катодов), и на повышенных(происходит распыление катодов с последующим осаждением металла внутри колбы). Для ламп ИН-2, ИН-16, ИН-17 сопротивление токоограничительных резисторов(обозначены красными точками на фото) необходимо увеличивать, для ИН-18 — уменьшать. Сборка данного конструктора сводится к изготовлению корпуса, крепления в нем платы, поиску индикаторных ламп и подключения их к плате. В качестве корпуса я использовал коробку от коммутатора LPT портов. Вот такого: Вырезаем в одной из стенок весь металл между разъёмами, красим корпус в тёмно-серый цвет: Образовавшееся в корпусе окно нужно закрыть чем-то прозрачным. Вырежем для этого светофильтр из оранжевого оргстекла: Установочные размеры для тех, кто будет делать корпус на 3D-принтере: В таком копусе как раз помещаются шесть индикаторов ИН-12. Эти лампы существуют в двух вариантах — ИН-12А и ИН-12Б, отличающихся между собой наличием в колбе дополнительного электрода-запятой у ИН-12Б: Лампы снабжены жёсткими выводами для установки в панель ПЛ-31А(к некоторым панелькам прилагается ещё и прижимное кольцо с парой пружин, чтобы лампа из разъёма вообще никуда не делась). У меня эти панели есть, но в корпусе для них тесновато. Поэтому пришлось впаивать их в плату. Ищем в запасах фольгированный текстолит, вырезаем из него заготовку: Ищем чертёж с расположением выводов индикаторных ламп: Размечаем, сверлим. Точность разметки здесь очень важна — при попытке затолкнуть лампу в монтажные отверстия силой она скорее всего треснет. Мне пришлось исправлять огрехи разметки дремелем. Фольгу вокруг отверстий в текстолите можно просто разделить на изолированные одна от другой дольки резаком из ножовочного полотна — дорожки малой ширины тут не требуются. Зачищаем мелкой наждачной бумагой, промываем плату от образовавшейся пыли: Впаянные индикаторы: Примерка отдельных частей в корпусе: Можно переходить к пайке и подключению жгутов. Они изготовлены из провода с заявленным сечением 28 AWG, изоляция не термостойкая. Длина около 20 сантиметров. В жгутах для подключения основных индикаторов присутствуют по два чёрных и красных провода, что может внести некоторую путаницу при сборке. Поэтому крайние правые красные провода я перед сборкой удалил. Всё равно они в схеме не задействованы. Пайку каждого из жгутов, на мой взгляд, лучше начинать с черного провода от крайнего вывода. Он подключается к аноду индикатора — у ИН-12 это вывод 1, на панельке он пронумерован(как и все остальные), на самом индикаторе обозначен стрелкой на стекле: Затем к следующему по часовой стрелке выводу 2 подключаем второй черный провод, к следующему выводу 3 — жёлтый и так далее по порядку(для индикаторов других типов нумерация выводов может отличаться, так что внимательно читайте их цоколёвку) со всеми индикаторами: Тестовый пуск: Потребляемый устройством ток не превышает 400 мА: Как уже упоминалось выше, часы способны хранить время при отключении основного питания устройства. Установка времени выполняется поочередным выбором нужного разрядка коротким нажатием кнопки SET и его изменением нажатиями кнопок UP/DOWN. Секунды не настраиваются, пятое нажатие кнопки SET выведет часы из режима установки времени. Режим отображения времени можно переключать между 12- и 24-часовым коротким нажатием кнопки кнопки DOWN. Также в прошивке устройства предусмотрены сон(гашение индикаторов на ночь, включается и выключается вручную долгим нажатием кнопки SET) и функция антиотравления катодов(перебирает последовательно все цифры, не отключается, но можно установить интервал от 1 до 9 минут после долгого нажатия кнопки UP. По умолчанию 1 минута, пользовательская настройка сбрасывается при отключении основного питания). Будильника в прошивке нет, но при наличии достаточного количества многопозиционных переключателей его можно реализовать аппаратно. К малому жгуту я для проверки полярности подключил 4 одиночных неоновых лампы: Измерения показали, что положительный потенциал имеется на коричневом, синем, жёлтом и красном проводах, необходимый для использования встроенных в индикаторы точек отрицательный — на фиолетовом, белом, зелёном и чёрном. Так как рабочий ток точки меньше рабочего тока цифр, то для его ограничения в цепи были добавлены резисторы с сопротивлением 220 кОм: Ещё один тестовый пуск: Чтобы провода в корпусе не превращались в спагетти, свяжем жгуты вощёной ниткой: Окончательная сборка в корпусе: С закрытой крышкой:

В работе:Вывод: на мой взгляд, довольно интересный набор для сборки человеком, не обладающим особым опытом. Не слишком навороченный, но собирается без особых сложностей. Для подарка вполне подойдет, хотя нынешняя цена, на мой взгляд несколько завышена. Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Previous Entry | Next Entry

Часы на газоразрядных индикаторах, или Nixie Clock (ver 1.0)

Уже прошло примерно полгода, как подарил сестрёнке такие часы:

Но написать историю создания никак не удосуживался…Собственно, собрался с силами, и убил полдня на написание этого поста.Часы, по началу, не собирался делать, не сильно сложная задача, и потому было не очень интересно, однако, друг уговорил помочь с электроникой. Ну, что-ж, для меня не трудно, сварганить часики… как потом оказалось, не так уж и просто, если опыта в часо-строении нету :)По ТЗ было задумано:Из важного (реализовано в текущей версии ПО):

Приглушение свечения ламп ночью (по фото-датчику), ибо освещают пол комнаты. Приглушение реализовано плавным изменением яркости.
10 значений яркости, на которую приглушается свечение.
Настраиваемая функция гашения незначащего нуля.
Настраиваемая функция переключения цифр на лампах, реализовал только плавное перетекание и простое переключение. Обычно используется только плавное перетекание. Потому и не выдумывал велосипедов, хотя по началу в азарте хотелось, однако потом холодный инженерный расчёт взял своё.
Установка времени из функционального меню.
Коррекция времени (реализована в самом RTC, мне осталось сделать лишь меню).
Применен высокоточный кварцевый генератор, по результатам испытания обычный кварц плохо себя показал, плохая температурная стабильность, как следствие уход времени на +/- 10 секунд в сутки в зависимости от температуры и фазы луны :). Да, к сожалению на плате этого я уже не отображал. Кто захочет сам перекроит.
Питание от сетевого адаптера 7-20V.
Ионистор в цепи питания микросхемы часов реального времени(RTC), дабы время не сбивалось при отключениях сети.

Из не важного (пока не реализовано в ПО за ненадобностью):

Будильник с музыкальным звонком.
Выбор мелодии для будильника из 10 штук.
3 ступени регулировки громкости будильника.
RGB подсветка ламп.
10 предварительно настраиваемых оттенков подсветки ламп.
Возможность установки периода, через который меняется оттенок подсветки ламп (из десяти предварительно настроенных).
Регулировка яркости подсветки ламп вместе с яркостью свечения ламп при наступлении темноты.
Измерение температуры (по сути получается измерение температуры печатной платы, поэтому решил в жизнь не проводить, хотя можно сделать выносной щуп).

Сразу для себя решил, что преобразователь питания для ламп (12-180V) буду делать с управлением на микроконтроллере (обратная связь по сигналу на АЦП и в качестве источника тактирования — ШИМ модуль). В поисках информации про часы набрёл информацию тут и тут, как раз готовое решение для преобразователя, изобретать велосипед не стал, повторил и программный код, и схему преобразователя. Работу остальных частей часов писал с нуля применяя своё умение программирования и воображение :)Часы построены на шести лампах — ИН8-2:

Сетка у них толстовата… но как потом оказалось, это совсем не мешает.На удивление, выводы у этих ламп гибкие, обычно, как я понял, лампы этого типа имеют выводы под панельку.Кстати, эти лампы сошли с конвейера, за 5 лет до моего рождения… Раритет!Поскольку делать просто так, на коленках, мне было не интересно, к разработке подошёл очень серьёзно, как настоящий инженер-электронщик, разработав полноценный проект, начиная от 3D моделей корпуса (AI):

заканчивая 3D моделями плат (AD):

И 3D сборками (AI):

Кто в теме тот поймёт.Конструкция содержит 2 платы, по причине того, что нужна подсветка, и плата довольно таки сильно занята, и развести там 180V дорожки для ламп попросту было негде.Микроконтроллер использовал — Atmega32A.Декодеры для ламп — классически К155ИД1.Часы Реального Времени — M41T81 остались от рабочего барахла.В качестве плеера для будильника используется проект уважаемого ELM: линк. Использую отдельный микроконтроллер ATtiny45, ибо в один контроллер всё вместить не получается, ни по количеству выводов, ни по производительности, в проекте плеера используется высокочастотный ШИМ, который есть у ATtinyX5 но нету у Atmega32A и у Atmega64A тоже, что то более специфичное применять не решился. Есть вариант не требующей очень большой производительности, когда используется R-2R ЦАП на одном из портов микроконтроллера, но лишних 8 ног в микроконтроллере не нашлось, да и задача будильника приоритетной не была, по производительности тоже не факт, что микроконтроллер потянул бы. В будущем можно подумать на эту тему.Звук усиливается либо отдельным ключом, коммутирующим миниатюрный динамик через конденсатор на +12V, либо, для эксперимента заложенным, операционным усилителем, хотя думаю что тут нужен специализированный низковольтный усилитель, но в барахле у меня такого не нашлось.Для фото-датчика использовал китайский фоторезистор, честно говоря так и не понял бывают ли они какого другого сопротивления, этот в темноте имеет сопротивление 150кОм, при дневном свете 1,5кОм. Без маркировки. Так что что за оно, понятия не имею. Выглядит примерно так:

Резистор для измерения температуры использовался в отличие от указанного на схеме на 47 кОм, при 25 градусах: B57421V2473J62 от Epcos. Установить установил, мерить температуру так и не мерил, ибо мерить получается температуру платы, об этом писал уже выше.В схеме так-же заложены ключи для подлкючения неоновых ламп разделителей разрядов часов, однако неонки эти, как оказалось светят другим оттенком оранжевого, и выглядят неестественно… в общем отказался я от них, так гораздо красивее.Светодиоды RGB SMD5050, какие получилось найти на нашем радиорынке на ждановичах… там у нас грустно с RGB светодиодами (и не только, по причине что продается только то, что пользуется спросм), потому это единственное что удалось найти более-менее подходящее по цене и свечению. Сразу скажу, если будете делать подсветку ламп, светодиоды вам нужны матовые (т.е. с матовым наполнителем, а не как у меня прозрачные)… ибо светящиеся кристаллы бликуют на стекле ламп цветными точками, что не очень красиво.Весь этап сборки отснять на фото не удалось, что есть выкладываю:Платы делал крамолиновским фоторезистом Positiv, тогда еще про плёночный фоторезитст только думал.

Из-за того, что первый вариант корпуса предполагал иметь верхнюю крышку из полированной нержавейки, пришлось существенно выпендриться в конструкции печатной платы ламп: Перемычки делать лакированным проводом.Это второй вариант, который для сестрёнки:

Это прототип:

Решил что больше так делать не буду, трудоёмкий очень вариант, однако опыт интересный 🙂

Кнопки управления размещаются в любом месте корпуса, и подпаиваются проводами к контактным площадкам на плате, для фото-датчика имеется отверстие в задней стенке корпуса.В итоге пока клепал прототип, решил второй экземпляр подарить сестрёнке, а корпус сделать из стеклотекстолита:

Корпус был начерчен, изготовлен, погрунтован, и покрашен, высушен :). Больше вручную резать такие корпусы я не буду, лучше пусть это делает станок ЧПУ. Корпус вышел габаритными размерами: 193.2 х 59.2 х 27.5, «ножки» которые образовались по углам имеют высоту 4 мм.Фото корпуса после покраски к сожалению не осталось. Но надеюсь с верху на фотках можно оценить всю красоту задумки.Какие выводы сделал после постройки первого прототипа:

Кварц нужен очень точный, чтобы настраивать не пришлось, обычный часовой не пойдёт. Пришлось перекроить схему на DS32kHz, у него точность +/- 1 минута в год. Есть вариант ещё лучше, DS3231S — тут всё в одной микросхеме, часы реального времени и точный кварц. Однако, их я уже не покупал, и так пришлось DS32kHz выписывать из Китаю.
Плату разработал не самую удачную, преобразователь напряжения слишком близко к часам реального времени, единичные импульсные помехи могут проскакивать на вход кварцевого генератора часов реального времени. В связи с этим следует улучшить помехозащищённость по питанию, в цепь питания часов реального времени лучше включить пару дополнительных конденсаторов и дроссель, в следующей итерации реализую, тут пришлось защищаться от помех дополнительными навесными элементами. Следующий вариант часов будет построен так, чтобы преобразователь и часы реального времени находились в противоположных углах платы.
Вариант конструкции с двумя платами хоть и имеет право на жизнь, и корпус получается меньше, однако трудоёмкость изготовления сильно повышается.
Корпус — самая трудоёмкая часть, а именно выпиливание деталей и подгонка. Если будете повторять мой подвиг будьте готовы сразу.

Схемы плат: плата 1плата 2Печатные платы уже в виде картинок: ПлатыПроекты печатных плат: плата 1плата 2Исходники: srcДа, за говнокод не пинайте, как обычно каждая следующая программа совершеннее предыдущей :)Картинки в большом разрешении*** Лирическое отступление ***Однако, радость от часов уменьшает не очень приятная (для разработчика) особенность в окружающих людях… когда показываешь и говоришь: “Смотри какие часы я наваял!” Люди не понимают, чего я там такого наваял, ибо по не опытности у них возникает чувство, что если часы и не куплены, то по крайней мере корпус точно был куплен, допилен и использован в конструкции. Теперь начинаю думать о том, чтобы делать свои самоделки с изъянами, тогда будет точно ясно, что это вещь самодельная!Хотя это я так, я ж перфекционист… и на такие компромиссы с совестью не пойду.