Всем привет. Хочу рассказать, о моей недавней «поделке», а именно часах на газоразрядных индикаторах (ГРИ).
Газоразрядные индикаторы давно уж канули в лету, лично меня они даже самые «новые» старше. Использовали ГРИ в основном в часах и измерительных приборах, позже на их место пришли вакуумно-люминесцентные индикаторы.
Так что же из себя представляет лампа ГРИ? Это стеклянный баллон (это же ведь лампа!) наполненный внутри неоном с небольшим количеством ртути. Внутри так же расположены электроды, изогнутые в виде цифр или знаков. Интересно то, что символы расположены друг за другом, следовательно, каждый символ светится на своей глубине. Если есть катоды, должен быть и анод! – он один на всех. Так вот, чтобы зажечь определенный символ в индикаторе, нужно приложить напряжение, причем не малое, между анодом и катодом соответствующего символа.
Для справки хотелось бы написать, как же происходит свечение. При приложении высокого напряжения между анодом и катодом газ в лампе, который до этого был нейтрален, начинает ионизироваться (т.е. из нейтрального атома образуется положительный ион и электрон). Образовавшиеся положительные ионы, начинают двигаться к катоду, высвободившееся электроны, к аноду. При этом электроны «по пути» дополнительно ионизируют атомы газа, с которыми сталкиваются. В результате возникает лавинообразный процесс ионизации и появляется электрический ток в лампе (тлеющий разряд). Так вот теперь самое интересное, помимо процесса ионизации, т.е. образования положительного иона и электрона, существует и обратный процесс, называют его рекомбинацией. Когда положительный ион и электрон «превращаются» опять в одно целое! При этом происходит выделение энергии в виде свечения, которое мы и наблюдаем.
Теперь непосредственно к часам. Лампы я использовал ИН-12А. Они имеют не совсем классическую форму ламп и содержат символы 0-9.
Прикупил я изрядное количество ламп, которые не были в использовании!
Так сказать, чтоб на всех хватило!
Интересно было сделать миниатюрное устройство. В итоге получились довольно компактное произведение.
Корпус вырезал на лазерном станке из черного акрила по 3D модели, которую делал исходя из печатных плат:
Схема устройства.
Часы состоят из двух плат. На первой плате расположены четыре лампы ИН-12А, дешифратор К155ИД1 и оптроны, для управления анодами ламп.
Так же на плате имеются входы для подключения питания, управления оптронами и дешифратором.
Вторая плата – это уже мозг часов. На ней расположен микроконтроллер, часы реального времени, блок преобразования 9В в 12В, блок преобразования 9В в 5В, две кнопки управления, пищалка и выводы всех сигнальных проводов, совпадающих с платой индикации. Часы реального времени имеют резервную батарею, что не позволяет сбиваться времени при отключении основного питания. Питание производится от блока 220В-9В (достаточно 200мА).
Соединяются эти платы с использованием штыревого разъема, но не вставкой, а пайкой!
Собирается все это дело таким образом. Сначала длинный винт М3*40. На этот винт одевается трубка от воздушного шланга 4мм (он плотный, и подходит для удерживания печатных плат, я его очень часто использую). Потом между печатными платами стойка (печатал на 3D принтере) и потом латунная сквозная гайка все это затягивает. И задняя стенка будет крепиться тоже болтами М3 к сквозным латунным гайкам.
При сборке выяснилась такая неприятная особенность. Прошивку написал, но часы отказывались работать, лампы мерцали в непонятном порядке. Проблема решилась установкой дополнительного конденсатора между +5В и массой прямо возле микроконтроллера. Его видно на фото сверху (установил его в разъем для программирования).
Файлы проекта в программе EagleCAD и прошивку в CodeVisionAVR прилагаю. Можете модернизировать если необходимо в своих целях)))
Прошивка часов сделана довольно просто без наворотов! Просто часы. Две кнопки управления. Одна кнопка-«режим», вторая «настройка». Нажав кнопку «режим» в первый раз, отображаются только цифры, отвечающие за часы, если в этом режиме нажать «настройка», то часы начнут увеличиваться (при достижении 23 сбрасываются в 00). Если нажать еще раз на «режим», будут отображаться только минуты. Соответственно, если нажать в этом режиме «настройка», будут увеличиваться минуты так же в «круговом» порядке. При еще одном нажатии на «режим» – отображаются и часы и минуты. При изменении часов и минут, секунды обнуляются.
Немного о функционале. В них заложено:
- индикация даты (год, месяц, число);
- индикация времени (часы, минуты, секунды);
- индикация дней недели;
- будильник;
- индикация режима коррекции;
- индикация «Будильник установлен».
Питание осуществляется от импульсного блока питания 12 В. 0,3 А. Небольшой и легкий. Типа такого:
Идея запитать устройство от 12 В источника вызвана двумя причинами:
- Исключается сетевой громоздкий трансформатор
- В целях безопасности.
В самой схеме, для питания контроллера, был реализован DC-DC Step-Down конвертер, а для питания анодов Step-Up конвертер. В обоих конверторах были применены MC34063. На мой взгляд, это замечательные микросхемы, хотя производятся очень давно.
Схемы этих преобразователей не отличаются оригинальностью и были взяты из даташит на эти микросхемы.
А вот, собственно, и схема часов:
В собранном виде вот так:
Некоторые из вас могут упрекнуть меня: «Почему он не сделал динамическую индикацию. Это бы существенно сократило количество микросхем.». И наверное будут правы.
Причина довольно таки банальная. Лень матушка. Дело в том, что индикаторы были сделаны намного раньше. Это плата с двумя ИН12 и двумя К155ИД1. Под ИН12 панельки не нашел, пришлось впаять. А распаивать было лень. Да и недостатка в ИД1 и ИР22 не было. А если честно, то при изготовлении этих часов акцент ставился не на схемное решение.
Для индикации времени были применены ИН12, для индикации дней недели применил «неонки», которые выдрал с древних ламповых телевизоров. Они там стояли в блоках выбора программ, если не ошибаюсь, это были ИНС-1.
При пропадании питания в часах предусмотрен аварийный источник. Индикаторы гаснут, но часы продолжают работать.
Задняя крышка:
Вид спереди:
Вот такие шильдики:
Сердце часов – микроконтроллер Atmel ATMega32. Тактируется кварцем 4МГц. Для тактирования часовой логики использовал часовой кварц 32,768 КГц.
Программа особой сложности не вызвала.
Первым делом реализовал логику часов и календаря. Тут все просто – считаю секундные импульсы. Насчитал 60 – увеличил минуту и так далее. Количество дней в месяцах известно, кроме февраля, зависит от года. По формуле определяю високосный год . День недели также считаю по формуле . Попутно проверяю будильник, а то вдруг надо бить в колокола. И сразу все вывожу на индикаторы.
Процессорного времени все эти операции отнимают мало, поэтому все оставшееся время опрашиваю кнопки. Их четыре: UP, DOWN, MODE/ENTER, ALARM.
Кнопками UP и DOWN в режиме настройки увеличиваю или уменьшаю настраиваемый параметр. В обычном режиме любая из них переводит индикацию в режим показа даты (4 секунды).
MODE/ENTER – вводит часы в режим настройки времени и даты. Все изменения применяются этой же кнопкой.
ALARM – устанавливает будильник, либо выключает его, если будильник звенит или просто хочется выключить его заранее.
Небольшая защита от «дурака» - нельзя установить вручную, например, 31 апреля, 31 июня, 29 февраля в невисокосный год и т.д. Но тут же немного схитрил – год можно установить только с 2000 по 2099 (на индикаторах два знакоместа), так, показалось, должно хватить. Хотя в коде год считается полностью и, теоретически, часы могут считать до 2^16 года, изменить то не сложно.
Отдельно реализовал звон колокольчиков. Сделал эдакое подобие редактора, то есть сама мелодия записывается в виде длительностей (ударить, отпустить) для каждой чашки. Зачем? Не знаю. Все равно звонит он все «мелодии» как «Дин-Дон»:).
Все писал в Atmel Studio 6 на ассемблере.
Код доступен на
Схема и описание цифровых электронных часов на индикаторах ИН-12(ИН-18) и микросхемах К176ИЕ12, К561ИЕ8. В настоящее на просторах интернета можно встретить множество всевозможных схем и конструкций часов на микроконтроллерах и практически уже нет схем на обычной логической элементной базе.
Я нашел только три подробных схемы электронных часов на логических микросхемах. Схемы устройств на основе микроконтроллеров, можно сказать, по всем параметрам выигрывают у старых схем на обычной элементарной базе.
И тем не менее, не у всех есть навыки работы и программирования микроконтроллеров. Стоит заметить, что и далеко не у всех радиолюбителей есть возможность приобрести сами микроконтроллеры, в силу тех или иных причин.
Имея в наличии старые запасы микросхем серий к176 и к561, решил подарить им вторую жизнь, собрав часы по найденной в журнале радиоконструктор (№3,2013) схеме.
Принципиальная схема
Как видно из схемы отображение времени ведется на четырех индикаторах ИН-14.
Рис. 1. Принципиальная схема самодельных цифровых часов на индикаторах ИН-14 (ИН-18) и К176ИЕ12, К561ИЕ8.
Для добавления к часам секундных разрядов нужно собрать еще одну схему со счетчиком, как для счета минут (на D2 и D3), подключить эти два счетчика последовательно уже имеющимся: с 12-го вывода счетчика десятков секунд подать импульсы на вывод 14 D2.
Также, нужно на вход нового счетчика единиц секунд (вывод 14) подавать импульсы с периодом не в одну минуту, а в одну секунду (берем с вывода 4 D1). Получается что для добавления секундных сегментов понадобится еще две микросхемы К561ИЕ8, два индикатора и 16 высоковольтных транзисторов.
Детали и печатная плата
Рис. 2. Рисунок печатной платы для самодельных цифровых часов.
Не стремился сделать ее идеальной, без навесных проводников, а поэтому получилась она довольно простой. Все остальные соединения электронных компонентов, которые отсутствуют на рисунке печатной платы, выполнил соединительными проводниками.
Рис. 3. Фото готовой печатной платы.
Благо дело схема весьма простая и не сложно разобраться что и куда. На бумаге печатка исправлена, без ошибок и в травленом виде тоже без ошибок.
Рис. 4. Печатная плата с впаянными электронными компонентами и проволочными соединениями.
Получилось, немножко корявенько и не очень аккуратно, тем не менее вполне работоспособно.
Мною сразу был сделан вариант часов с секундами. Секундные счетчики у меня обозначены D7 D8.
От себя добавлю: вывод 12 D8 нужно подсоединить к выводу 14 D2 через через резистор сопротивлением 2,2 КОм. Без использования резистора перестанет работать установка времени.
Конструкция
Установка времени, как можно увидеть из схемы, выполняется комбинированным с выключателем переменным резистором. Суть такова: чем выше сопротивление резистора, тем медленнее идет счет часов и минут, секунды при этом останавливаются.
Рис. 5. Собранная электронная схема часов.
Рис. 6. Включенные часы без корпуса, плата и индикаторы.
И соответственно, чем меньше сопротивление, тем быстрее идет счет. Очень удобно без использования набора из кнопок.
Рис. 7. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-12.
Рис. 8. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-12 и с включенной подсветкой.
У меня всего одна кнопка, которая включает зеленую подсветку. Индикаторы я использовал ин-12а (без точки) и чуть позднее был собран вариант на ИН-18.
Рис. 9. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-18.
Их то только было на одни часы, купить ин-18 можно, но вот люди которые их продают, мягко говоря обнаглевшие рвачи, просят за одну лампу ин-18 от 2 до 4 тысяч!! Что просто немыслимо.
Рис. 10. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-18 (включена подсветка).
Ну а газоразрядные индикаторы ИН-12 можно купить по цене всего 46 рублей за штучку. Вот собственно и все что нужно сказать по данной схеме. Корпус был изготовлен из остатков панели МДФ, напилены заготовки на стороны корпуса и склеены клеем ПВА, сверху все обклеено декоративной пленкой.
При правильной сборке схема запускается сразу и без проблем. Возможно моя, не претендующая на оригинальность, конструкция с обзором кому-то пригодится при повторении..
Answer
Lorem Ipsum is simply dummy text of the printing and typesetting industry. Lorem Ipsum has been the industry"s standard dummy text ever since the 1500s, when an unknown printer took a galley of type and scrambled it to make a type specimen book. It has survived not only five http://jquery2dotnet.com/ centuries, but also the leap into electronic typesetting, remaining essentially unchanged. It was popularised in the 1960s with the release of Letraset sheets containing Lorem Ipsum passages, and more recently with desktop publishing software like Aldus PageMaker including versions of Lorem Ipsum.
Я всегда мечтал сделать часы на цифровых индикаторных лампах. Было принято решение создать схему на одной микросхеме, тем более у меня уже был опыт использования микроконтроллера PIC16F84A. Данная схема использует всего лишь одну индикаторную лампу, управляемую отдельными транзисторами, и не требует использовать мощный блок питания.
Я купил лампу ИН-12A, но можно применить и версию с буквой В (или другие лампы с требуемой модификацией).
Часы будут отображать время периодически, зажигая цифры по кругу от десятков часов до минут.
Для установки времени необходимо нажать кнопку, когда отображается цифра, которую вы хотите изменить, при этом происходит приращение при каждом нажатии кнопки от 0 до 9.
Если вы придержите данную кнопку в нажатом состоянии при включении устройства, то часы будут в быстром темпе пролистывать все цифры по кругу. Эта функция полезна для отключения «отравления катода» на лампах, которые не используются в определенный момент времени.
Шаг 1: Основная плата
На основной плате располагаются все требуемые компоненты, за исключением источника напряжения, который вы можете изготовить самостоятельно, не меняя основную плату.
В архив проекта входят файлы.brd и.sch, поэтому вы сможете, при необходимости, выполнить необходимые изменения.
Требуемые компоненты:
-Лампа IN-12
-Микроконтроллер PIC16F84A
-10x SMD транзисторов высокого напряжения (напр., MMBTA42)
-13x 0805 резисторов
-Кварцевый генератор 4 МГц
-2x конденсатора по 22 пФ
-Нажимная кнопка
-2x 2-выводных штырьковых разъема типа «мама» + 1x 2-выводный штырьковый разъем типа «папа» (контакты под углом90º).
-Припой
Шаг 2: Источник высокого напряжения
Для источника питания используются компоненты от одноразовой камеры (трансформатор, диод и выходной конденсатор). Я заменил оригинальный транзистор на МОП-транзистор SI2302 и изменил полярность диода для выхода положительного напряжения.
LM317 снижает входное напряжение с 5 В до 1,5 В. Медный радиатор охлаждает регулятор напряжения во время работы. Также проверьте правильность подключения трансформатора. Если вы хотите использовать другой МОП-транзистор, тогда удостоверьтесь, что он имеет низкое сопротивление в открытом состоянии.
Шаг 3: Программирование микроконтроллера
Для записи программного кода в микроконтроллер вам понадобится программатор и программное обеспечение. Я использовал китайский программатор k150. Далее вам необходимо открыть в программе файл с расширением.hex и «залить» его в микроконтроллер.
Характеристики программного кода:
Точный ход времени.
24-часовой формат отображения времени.
При неправильной установке времени (напр., 26:72) происходит автоматический сброс.
На выводе 2 (RA3) присутствует логический импульсный сигнал. Например, на выводе 2 присутствует 8 логических импульсов, когда часы показывают время 8:00. На выходе отсутствует частотный звуковой сигнал, это просто логический импульс. Поэтому для подачи звукового сигнала вам понадобится тональный или звуковой генератор боя часов.
Нажмите и удерживайте кнопку установки времени часов во время первого запуска. При этом устройство перейдет в тестовый режим, в котором все цифры будут отображаться по кругу. Это полезно для отключения «отравления катода» на лампах, которые не используются в определенный момент времени.
Если вы правильно запрограммировали микроконтроллер, то при первом включении устройство будет показывать время 10:00 (если вы не нажали кнопку).
Шаг 4: Завершение работы
Здравствуйте, уважаемые читатели. Давно я хотел собрать часы на газоразрядных индикаторах, но всё катастрофически не хватало времени, наконец то я закончил этот проект. Под катом немного о том что такое газоразрядные индикаторы, а также о том как я собирал часы, начиная со схемы и заканчивая корпусом.
Введение
Если верить википедии, первые газоразрядные индикаторы были разработаны в 50-х годах прошлого века. За рубежом такие индикаторы называют «Nixie», название получилось от сокращения «NIX 1» - «Numerical Indicator eXperimental 1» («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). В данных часах используются знаковые индикаторы советского производства типа ИН-12Б.
По конструкции они из себя представляют стеклянную колбу внутри которой десять тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре от 0 до 9, электроды сложены так, что различные цифры появляются на разной глубине. Также присутствует один электрод в виде металлической сетки (анод), располагается перед всеми остальными. Колба наполнена инертным газом неоном с небольшим количеством ртути. Когда между анодом и катодом прикладывается электрический потенциал от 120 до 180 вольт постоянного тока, вблизи катода возникает свечение, загорается соответствующая цифра. За этот мягкий оранжевый свет и ценят эти индикаторы.
Дополнительная информация
Если быть точным, то в лампах ИН-12Б присутствует ещё один катод - в виде точки, он в данных часах не используется.
Также в данных часах для разделения часов и минут используется ещё один газоразрядный индикатор - ИНС-1
Индикация осуществляется через линзовый купол баллона, выглядит как светящаяся точка оранжевого цвета.
Схема
Схема часов была найдена на просторах сети, автор Тимофей Носов. В основе её микроконтроллер PIC16F628A и советская микросхема К155ИД1, представляет собой высоковольтный дешифратор управления газоразрядными индикаторами.
Питание ламп реализовано с помощью повышающего импульсного преобразователя, собранного на полевом транзисторе, индуктивности, конденсаторе и диоде, сигнал ШИМ генерирует микроконтроллер. В данной схеме используется динамическая индикация, микроконтроллер с помощью дешифратора К155ИД1 управляет катодами сразу всех ламп, синхронно управляет анодами ламп через оптопары. Скорость переключения ламп происходит с высокой частотой, а так как газоразрядным индикаторам, как и любой лампе, нужно время чтобы потухнуть, то мерцания человеческий глаз не видит (скажу больше - не видит даже камера).
В схеме реализовано резервное питание на элементе CR2032, при отключении питания индикация тухнет, а часы продолжают идти.
Электронная часть
Схема часов разделена на две части - плата с лампами и основная плата устройства.
Ссылка на архив с файлом для Splint Layout - С помощью ЛУТ сделал две платы
Собираем плату с лампами
Лампы мне достались со старой советской техники, собственно эта находка и побудила меня собрать эти часы.
Собираем основную плату
Платы соединяются через разъемы PLS и PBS, которые припаиваются со стороны дорожек. Вот так выглядит в собранном виде:
Микроконтроллер PIC16F628A покупал -
Оптопары покупал -
Полевой транзистор IFR840 -
Остальное было в наличии, или нашлось по месту.
Осталось прошить микроконтроллер. Прошивать будем с помощью программатора PICkit2, покупался давно - 
Запускаем программу PICkit2 и прошиваем наш микроконтроллер
После прошивки включаю часы… а цифры не светятся, мигает только секундный индикатор (ИНС-1). После нашел свою ошибку, в цепи питания ламп вместо резистора 4,7К был установлен 47К. После замены схема заработала, надо делать корпус.
Корпус
Остался у меня кусок бруса бука, это тот же бук что использовался для изготовления корпуса «шайтан коробочки» из моего .
Сначала хотел вырезать корпус на ЧПУ станке, договорился со своим товарищем работающим на мебельном производстве. Но, как бывает, то нет времени, то срочно надо выполнить другую работу. Короче, после месяца ожидания, решил сделаю сам.
Вырезал заготовку под будущий корпус, разметил
Вырезал полость под внутренности, это был сам трудоёмкий этап. Сначала высверливал, потом лишнее убирал стамеской, после зашкуривал.
Стамеской сделал углубление для стекла и задней панели, приклеил упоры внутри корпуса, все пропитал льняным маслом
Из затемнённого стекла вырезал кусок нужного размера
Сделал заднюю панель, с отверстиями для кнопок и разъёма питания
Собрал всё вместе, вид спереди
Вид сзади
Для того что бы часы стояли немного под наклоном, на днище приклеил две резиновые ножки
В случае редкого включения отдельных индикаторных катодов и активности других, частицы металла, распыляемого работающими катодами, оседают на редко используемых, что способствует их «отравлению». В устройстве реализован метод борьбы с этим явлением, перед сменой минут происходит быстрый перебор всех цифр во всех лампах. Демонстрация как это происходит:
Из функционала - часы, будильник, настройка яркости. Управление осуществляется тремя кнопками - «больше», «ок» и «меньше».
Вот так выглядит эта красота в темноте
В итоге имеем красивую вещь, сделанную своими руками. В будущем возможно сделаю другие часы в другом корпусе, есть одна задумка.
Всем спасибо за внимание. Добавить в избранное Понравилось +185 +265