Зробити годинник на люмінесцентних лампах своїми руками. Схема найпростіших електронних годинників Ів 12 годин з 6 ламп

.

Про цей годинник я зMoto_v3x(З Радіокота) говорили ще 2 роки тому. Рік тому вдалося купити індикатори (недорого) та зробити плату індикації, яка пролежала у мене у столі до грудня минулого року. У що вилилося прибирання скриньки, Ви можете спостерігати у цій статті.
Годинник складається з трьох плат: плата індикації, основна плата, плата сенсора.
Поки що йтиметься про двох перших, т.к. останню збираюся робити на етапі виробництва корпусу.
Плати односторонні, звичайно з перемичками. Деякі їх виконані МГТФом. Розлучені в Sprint- Layout 6.

Плата зроблена рік тому:

Доріжки 0.3мм. Лутом.

Основна плата:

Доріжки 0.6, так само ЛУТом.

Декілька слів про схему.
Камінь обрав PIC16F887, переважно, через кількість висновків. Плюсом стала його наявність. Нумерація висновків на схемі для корпусу DIP-40.
Живлення розжарення - зміна, частотою 3 кГц (задається конденсатором С11). Схема дешева, всі компоненти доступні, налаштування не вимагає.
Негативну напругу отримую за допомогою доступної MC34063.
Чому така схема? Бо маю свої таргани в голові.
Низьковольтне харчування можна було реалізувати і на 78l33 (мабуть, найдешевше), але у мене є бажання прикрутити НС-05 до годинника і рулити ними з Androidу, а вона жере 40-60 мА. Зробив DC-DC на.. вгадайте чим? Правильно, MC34063:).
На Алі купив DS3231 по 0.8 $, аж 10 шт. Вибір РТС – очевидний.
До речі, не дарма китає. наші "підприємливі друзі" їх продають недорого. Dsка буває з 1 разу не стартує, що жодного разу не спостерігалося на мс купленої за 3.5 $.

Зібрав харчування перевірив як світить лампа.

І чекало мене велике розлад:(! Всі лампи були б/в і всі вони світили по-різному. Тому треба брати лампи з запасом, щоб було з чого вибрати. Різниця в інтенсивності світіння колосальна, сенсу робити програмну корекцію немає:(.).

Потім я трохи відклав:), виготовлення цього годинника і вирішив спробувати всі передбачувані частини схеми на більш простому проекті. Вийшли.
З урахуванням отриманого досвіду зроблено монтажну плату, яка згодом перейменовувалась на основну і, вдосконалену версію якої, можна спостерігати у цьому проекті.

Отже що ж є у годиннику( розлучено на платі):
- точність ходу забезпечує DS3231;
- Нічний режим;
- світлодіодне підсвічування (однокольорове) з регульованою інтенсивністю;
- індикація часу;
- індикація дати;
- Індикація дня тижня.
- управління з bluetooth;
- сенсорне увімкн.

Для першої версії, мабуть, достатньо, адже, можливо, буде і друга.

Управління:

• встановлення часу

ліва кнопка (коротке натискання) вхід до меню установки;
середня – плюс;
ліва – мінус;

• управління підсвічуванням

середня (коротке натискання) - збільшує підсвічування;
ліва (коротке натискання) - зменшує;

• Увімкнення\вимкнення блютуз - довге натискання лівої кнопки.

Настав час поговорити про збирання.

Починаємо збирання, як завжди, з джерел живлення.
Першим у списку у нас ІП-27 Вольт.

Частина плати, зайнята схемою, виділена нижче.
У точках вказаних малюнку ви повинні спостерігати -27В.

Потім черга за зміною на напруження.
Частина плати займається схемою:

Правильно зібрана схема налаштування не вимагає. Її працездатність можна перевірити тестером. На моєму старому DT-838 вказує ~2.3 вольта перерви.

І у фіналі ІП на 3.3 вольта:

У результаті перевіряємо зібрані ІП у точках, вказаних на малюнку:

Якщо все відповідає, то запаюємо перемички A та B.

На тому, як зібрати плату індикації, докладно не зупинятимуся. Знадобиться лише акуратність і уважність. Світлодіоди потрібно встановити до встановлення ламп:).
Індикатори можна перевіряти, підключивши розжар до висновків 11, 1 двох ламп, з'єднаних послідовно і +5В до сітки та анода. Повинні побачити палаючий сегмент лампи.

Складання ключів вимагає акуратності і по закінченні воно необхідно добре промити плату, щоб не було засвітів. Ще я б порадив перевірити тестером на діапазоні 2Мом сусідні доріжки:).

Далі я підключив зібрану платню індикації та перевірив кожен ключик.

Після того, як все налагоджено, припаяв МК.

Трохи зупинюся на прошивці МК. Я прошивав його на платі. Висновки для програмування підписані:

Прошивати можна, наприклад, Extra-PIC(Софт PICPgm) або PICkit-2 lite, заводські PICkit-2 або PICkit-3. Вибір за вами.
Якщо не збираєтеся більше прошивати МК, то після прошивки діод шотки можна замінити перемичкою і встановить конденсатор 100-470мкФ, показаний на зображенні вище.

Збираємо частину схеми, що залишилася, включаємо і ви повинні побачити ось це:

Вдалого збирання!

Upd 2015\09\27:
Власники програматорів TL866CS можуть мати труднощі з програмування та верифікацією прошивки. Це пов'язано з тим, що МК має розрядність шини. 14 біт, а зберігаються ці 14 біт у 2 байтах ( 16 біт) => 2 біти не значущі. Деякі компілятори заповнюють їх нулями, деякі одиниці. У моїх прошивках вони заповнені одиницям, що і викликає труднощі у софту TL866CS.
Рішення: качаєте WinPic800 (програма безкоштовна), вибираєте контролер, завантажуєте прошивку, Файл- Зберегти якта зберігаєте її заново. Всі:).

Upd 2015\10\04:

Додані до прошивки v 1.1 підтримка датчика температури DS18b20. Обробляється як позитивна, і негативна температури.

Додані в прошивку v 1.2 підтримка датчика температури DS18b20 та датчика атмосферного тиску BMP085(BMP180).
Термометром обробляється як позитивна, і негативна температури.

На плату додаються навісним монтажем.
Не забуваємо, що на модулі BMP085 або BMP180 вже встановлені резистори, що підтягують, на шині I2C, тому на платі резистори R86 і R87 необхідно видалити.

Датчик температури слід винести за корпус.

В обидві прошивки додано новий шрифт цифр (в меню установки годинника).
Виправлено момент із зависанням при включенні.

Схема підключення:
Змінена плата під прошивки 1.1 та 1.2 (додані отвори для підключення датчиків)
Файл прошивки v 1.01 (дод. шрифт)
Файл прошивки v 1.1 (підтримка датчика температури+додатковий шрифт)
Файл прошивки v 1.2 (підтримка датчика температури + датчик тиску + дод.шрифт)

Прошивка 1.1 показання температури (фото Микола В.):

Upd 2015\10\17:
Перезалив прошивки 1.1 та 1.2!
Виправлена ​​буква "У" у прошивці 1.2
Виправлено букву "У" та символьні позначення дня тижня перед показом температури у прошивці 1.1

Змінилася контактна пошта, тому ті, хто писав мені на Рамблер, Зверніть увагу. До старої пошти доступу я не маю:(.

Upd 2015\12\17:

Spoiler:

Ох, через наплив роботи, на жаль (або на щастя:)), не залишається у мене зараз часу займатися хобі.
Місяць (!) роблю нову хустку під годинник ІВ-17.
Хотів встигнути навіть із корпусом на новий рік, але...
На платі реалізовано:
- все, що було в v 1.2;
- Сенсорна кнопка вкл \ викл на TTP223 (прямо на платі);
- живлення від USB;
- будильник із резервною батареєю;
- є пищалка (будильник, натискання клавіш):
- RGB підсвічування WS2812B (дозволяє задати кожній лампі свій колір);
- датчик вологості;
- якщо вдасться, впхнути в корпус ІЧ приймач;
- і ESP8266 на борту (налаштування годинника через браузер, NTP синхронізація);
- хе, тільки радіо не вистачає:)))))))))) (хоча якщо напружитися, можна зробити онлайн-радіо).

Годинник у корпусі від Максим М.

Upd 2016\02\27:
Чи є охочі спробувати WEB-морду та синхронізацію за NTP на модулі ESP-12/ESP-12E чи модуль у якого 2 ніжки вільні, якими можна керувати?
Крім бажання потрібно мати зібраний годинник і сам модуль у наявності.
Напишіть мені на пошту.

Upd 2016\03\07:

Встановлення часу:
Налаштування зв'язку NTP:
Вибір періоду опитування:

Налаштування клієнта WiFi:
Налаштування сервера WiFi:

ESP-12(ESP-12E) розташований на окремій платі. Схема підключення модуля намальована нижче.

Сам модуль кріпиться до плати двостороннім скотчем чи клеєм.
Виглядатиме це приблизно так:

На фото модуль вже із SD-катрою. Передбачалося збирати ще статистику, але поки що це далеке майбутнє.
Низ ESP-12 потрібен ізолювати від плати.

Процесор годинника прошиваємо прошивкою 1.35 до установки модуля, т.к. зазвичай програматори прошивають МК з напругою живлення 5В, що може згубно позначитися на висновках ESP!

Про прошивку модуля.

Коли ви отримуєте ESP-12 з Китаю, він буде в режимі AT команд.
Треба з'ясувати, на якій швидкості він працює за UART.
Як це зробити описано у .
Окремо зазначу, що для програмування модуля потрібні рівні 3.3В => потрібно використовувати або узгоджувач рівнів (я використовую ADM3202, тому що вони маю), або USB<-->com (на АЛІ їх повно) з виходом 3.3В.

Заливати прошивку в модуль за допомогою esptool.exe
Утиліта йде у комплекті з бібліотекою ESP для Ардуїно.
Параноїки можуть встановити середовище Ардуїно (як зробити описано в статті за посиланням вище) і знайти її шляхом:
C:\Documents and Settings\Ім'я вашого обліку\Application Data\Arduino15\packages\esp8266\tools\esptool\0.4.6\
Вихідники можна глянути.

Команада для заливання прошивки:
c:\esptool.exe -vv -cd ck -cb 115200 -cp COM1 -ca 0x00000 -cf c:\ESPweb20160301.bin

Параметри, які потрібно поміняти під себе:
Для переведення модуля в режим заливки прошивки треба замкнути GPIO0 на землю.

Під час прошивки на екрані буде це:

Після закінчення прошивки вимикаємо живлення, прибираємо перемичку з GPIO0.

Робота:
При включенні ESP-12 (якщо це можливо) з'єднується з сервером NTP і отримує точний час.
При тривалому натисканні на середню кнопку годинника вмикається веб-інтерфейс і користувач може налаштувати параметри годинника.

У менюшці все начебто інтуїтивно зрозуміло.
Зупинюся лише на пункті меню сервера WiFi-режим WiFi

Вибір:
-тільки клієнт. ESP підніме софтову точку доступу "esp8266" із паролем "1234567890"). Ця опція активна за промовчанням. У браузері для підключення годинника треба набрати адресу - 192.168.4.1;

-тільки сервер. ESP буде доступний усередині вашої домашньої мережі. Адреса підключення можна дізнатися довгим натисканням на ліву кнопку годинника. ;

Відключити WEB інтерфейс можна так само тривалим натисканням середньої кнопки (синхронізація за NTP при цьому не вимикається).

Синхронізація часу за NTP відбувається: при включенні в кінці першої хвилини (якщо вибрано відповідний пункт у меню " Налаштування годинника"), при настанні вибраного часу в меню " Зовнішній сервер часу".
Відео:
<будет позже>

Досить давно назріла ідея змінити в себе старий годинник - ні точністю ходу, ні особливим зовнішнім виглядом вони не відрізнялися. Ідея тобто, а ось зі стимулом - то часу немає, то бажання робити із стандартного новоробства китайців... загалом повний швах. І ось, одного разу, по дорозі додому, зайшовши в один магазинчик, що торгує неліквідами, на очі потрапила вітрина з радіолампами часів СРСР. Серед усього іншого зацікавила лампочка ІВ-12, що сиротливо лежить у куточку. Пам'ятаючи репліки продавця в минулому: "все, що є - на вітрині", навіть без ентузіазму запитав. ... "Диво, диво, відбулося диво!" - Виявилося, що цих індикаторів у них аж ціла коробка! Блін, ні б раніше .... загалом закупився я ...

У передчутті повернувшись додому насамперед подав на них напругу – працюють! Ось, ось він стусан під волохатий хвіст, ось він стимул бачити в себе це диво в дії - робота закипіла.

Техзавдання:

1. Власне годинник;
2. Будильник;
3. Вбудований календар (враховуємо кількість днів у лютому, у т.ч. у високосному році) + прорахунок дня тижня;
4. Автоматичне регулювання яскравості індикатора.

У схемі нічого нового та надприродного: годинник реального часу DS1307, динамічна індикація, кілька кнопок керування, все це під керуванням ATmega8. Для вимірювання освітленості в кімнаті застосований фотодіод ФД-263-01 як найбільш чутливий з доступних. Правда у нього зі спектральною чутливістю косяк є невеликий - пік чутливості перебувати в інфрачервоному діапазоні і як наслідок він відмінно чує світло сонця / ламп розжарювання, а люмінесцентних ламп / світлодіодного освітлення - на трієчку.

Анодні/сіточні транзистори - BC856, PNP з максимальною робочою напругою 80в. Для індикації секунд поставив менший, що завалявся, за габаритами ВЕРБ-6, оскільки він має і меншу напругу розжарення - резистор, що гасить, на 5,9Ом йому на допомогу.

Під сигнал будильника – п'єзовипромінювач із вбудованим генератором HCM1206X. Плата розведена під: резистори 390К 1206 габаритом, інші 0805, транзистори в SOT23, стабілізатор 78L05в SOT89, захисні діоди в SOD80, трьох вольтова батарейка 2032, ATmega8 і DS1307. Від блоку живлення вся схема споживає по лінії +9в до 50мА, напруження - 1,5в 450мА, напруження щодо землі перебувати під потенціалом -40в, споживання - до 50мА. Разом у сумі максимум 3Вт.

Панельку під індикатори дістати не вдалося - занадто вже дефіцитна навіть на замовлення річ, натомість використовував "втулки" від пари розламаних роз'ємів модемного кабелю RS-232. "Хвіст" у них відрізаємо - виходить компактніше за рідних панелек. (прим. - посадкове місце свердлите акуратніше, п'ятачки маленькі)

Перші проби:

Точність ходу кварцового генератора DS1307 залишає бажати кращого - після промивання плати і підбору ємностей обв'язки кварцу вдалося досягти близько +/-2 сек на добу. Точніше – частота пливе від температури, вологості та положення планет – зовсім не те, що хотілося. Помозгувавши трохи над проблемою, наважився - замовив мікросхемку DS32KHZ - досить популярний термокомпенсований кварцовий генератор.
Випаюємо кварц і на місце, що звільнилося, на шматочку текстоліту зручно розміщується це звірятко. Підключення - тепер уже проводками до розташованої поруч DS1307.

Генератор не дарма такий дорогий - з ним за довідником виробник обіцяє підвищити точність годинника до +/- 0,28 сек на добу. Насправді ж при допустимих режимах живлення та температурному діапазоні мені не вдалося побачити зміну частоти від зовнішніх факторів. У тестовому режимі, в умови кімнати годинник пропрацював близько тижня, 2 дні з яких вони перебували в летаргічному сні годуючись від штатної батареї - через похибку якщо вірити службам точного часу не перевищувала... +0,043 сек на добу! Ось воно щастя! Точніше, на жаль, за такий короткий термін виміряти не вдалося.

Складання корпусу:

Після збирання корпусу та "зачісування" прошивки у годинника залишилося 3 кнопки: умовно назвемо їх "А" "В" "С".

У нормальному стані кнопка "С" відповідає за перемикання режиму з відображення часу "годинник - хвилина" на дату "число - місяць", секундний індикатор при цьому відображає день тижня, справі на рік, далі в режим "хвилини - секунди", по четвертому натискання - у початковий стан. Кнопка "А" при цьому швидкий перехід у час відображення.

З режиму "годинник - хвилина" кнопка "А" перемикає по колу в режим "Налаштування будильника" / "Налаштування часу, дати" / "Налаштування яскравості індикатора". При цьому кнопка "В" перемикає по розрядах, а "С" - власне змінює обраний розряд.

Режим "Налаштування будильника", літера А (Alarm) на середньому індикаторі означає, що будильник увімкнено.

Режим "налаштування часу, дати" - коли вибрано розряд "секунди", кнопка "С" - округляє їх (з 00 до 29 скидає їх у 00, з 30 до 59 скидає в 00 і додає +1 до хвилини).

У режимі "налаштування часу, дати" на виводі SQW м/с DS1307 меандр 32,768кГц - необхідний при підборі кварцу/ємностей до генератора, в інших режимах на ньому 1Гц.

Режим "налаштування яскравості індикатора": "AU" - автоматичний, показує виміряну освітленість у у.о. "US" - ручне налаштування в тих самих одиницях. Фух, наче ні чого не забув.

Годинник у зборі:

Прошивка та друкована плата можна завантажити за цим посиланням:

Доброго вечора хабражителі.
Багатьох зацікавила моя ідея годинника на вакуумно-люмінесцентних лампах.
Сьогодні я розповім як створювався цей годинник.

Індикатори

Головну роль займають газорозрядні індикатори. Я використав ІВ-6. Це люмінісцентний семисегментний індикатор зеленого кольору свічення. Індикатор ВЕРХ-6 виконаний у скляній колбі з гнучкими висновками. Індикація здійснюється через бічну поверхню балона. Аноди приладу виконані у вигляді семи сегментів та десяткової точки.
Можна застосувати індикатори ШВ-3А, ШВ-6, ШВ-8, ШВ-11, ШВ-12 або навіть ШВ-17 з незначною зміною схеми.

Насамперед, хочеться відзначити, звідки можна знайти лампи, які випускалися 1983 року.
Митінський ринок. Багато та різних. У коробочках та на платах. Простір для вибору є.
Іншим містам складніше, може пощастить, і Ви знайдете в місцевому радіо магазині. Такі індикатори стоять у багатьох вітчизняних калькуляторах.
Можна замовити з Ebay, Так, Російські індикатори на аукціоні. У середньому 12 $ за 6 штук.

Управління

Керує всім мікроконтролер AtTiny2313 та годинник реального часу DS1307.
Годинник, за відсутності напруги, переходить у режим живлення від батарейки CR2032 (як на материнській платі ПК).
За заявою виробника, у такому режимі вони пропрацюють і не зіб'ються протягом 10 років.
Мікроконтролер працює від внутрішнього генератора 8МГц. Не забудьте виставити fuse bit.
Встановлення часу виконується однією кнопкою. Довге утримання, інкримінування годинника, потім інкримінуються хвилини. Проблем з цим немає.

Драйвери

Як ключі на сегменти, я поставив KID65783AP. Це 8 "верхніх" ключів. Я зробив вибір у бік цієї мікросхеми тільки тому, що вона у мене була. Ця мікросхема дуже часто зустрічається в платах індикації пральних машин. Ніщо не заважає замінити її на аналог. Або підтягнути сегменти резисторами 47КОм до +50В, а популярною ULN2003 притискати до землі. Тільки не забудьте інвертувати вихід на сегменти у програмі.
Індикація зроблена динамічна, тому кожен розряд доданий брутальний транзистор КТ315.

Друкована плата

Плата виконана методом ЛУТ, про цю технологію можна почитати у товариша DIHALT. Годинник виконаний на двох платах. Чим це обґрунтовано? Навіть не знаю, просто мені так захотілося.

Блок живлення

Спочатку трансформатор був на 50Гц. І містив 4 вторинних обмотки.
1 обмотка – напруга на сітці. Після випрямляча та конденсатора 50 вольт. Чим воно більше, тим яскравіше світяться сегменти. Але не більше ніж 70 вольт. Струм не менше 20мА
2 обмотка – для зміщення потенціалу сітки. Приблизно 10-15 вольт. Чим менше воно, тим яскравіше світяться індикатори, але так само сильніше починають світитися не включені сегменти. Струм теж 20мА.
3 обмотки - для живлення мікроконтролера. 7-10 вольт. I = 50мА
4 обмотка - Напруження. Для чотирьох ламп ІВ-6 треба встановити струм 200мА, це приблизно 1.2 вольта. Для інших ламп струм розжарювання інший, так що врахуйте цей момент.

Згодом, я замінив трансформатор на імпульсний. Рекомендую взяти за основу блок живлення для галогенових ламп на найменшу потужність. Залишиться тільки домотати обмотки на потрібну напругу.
Можливо, вийде так, що для розжарення 1 витка мало, а 2 багато. Тоді мотаємо 2 витки і ставимо послідовно струмообмежуючий резистор на 1-5 Ом

Ось такий «електронний трансформатор» із відкритою кришкою

Можу запропонувати варіант виготовлення блоку живлення із несправної енергозберігаючої лампи. Описав я його, кому стало цікаво – загляньте.

Прошивка

Прошивка написана мовою С у середовищі CodeVisionAvr.
Хто візьметься повторити - пишіть у особу, надішлю і.hex і вихідник.

На цьому все.

P.S. Матеріал може містити орфографічні, пунктуаційні, граматичні та інші види помилок, включаючи смислові. Автор буде вдячний за інформацію про них ©

UPD:На прохання додаю ще кілька фотографій.

Вакуумні люмінесцентні індикатори включають за тріодною схемою, причому як аноди використовуються сегменти, за допомогою яких можна синтезувати знаки.

Найчастіше застосовується управління по анодам у сіточних ланцюгах. Індикатори витримують велику кількість перемикань (3Х10^8-10^10 і більше анодів і сіточних ланцюгів) протягом довговічності і терміну зберігання.

Живлення ланцюгів розжарювання вакуумних люмінесцентних індикаторів рекомендується здійснювати змінним струмом синусоїдальної або прямокутної форми від обмотки трансформатора із середньою точкою (рис. 1), що є одночасно загальною точкою виведення

катода. Допускається живлення ланцюга розжарення від трансформатора без середньої точки, яка в цьому випадку може бути створена штучно дільником напруги R1, R2 (рис. 2). Слід враховувати, що падіння напруги на резисторах дільника R1, R2 від сумарного струму анодів та сітки зменшує напругу між катодів та анодом, що може призвести до зниження яскравості або необхідності підвищення напруги на аноді. Ланцюг розжарення може харчуватися і від джерела постійного струму. Рекомендується як спільну точку вибрати висновок катода, з'єднаний з негативним полюсом джерела живлення (рис. 3). Живлення анодних та сіткових ланцюгів може здійснюватися, як показано в описаних вище схемах, від джерела постійної або пульсуючої напруги. Щоб уникнути миготіння зображення частота проходження імпульсів повинна бути не менше 40 Гц при шпаруватості не більше 10 (у деяких випадках навіть 5).

Як правило, індикатори використовуються при однаковому анодному та

сітковій напрузі. При постійній напрузі їхнє граничне експлуатаційне значення дорівнює 30 В (номінальна напруга 20 В - 27 В), а при імпульсному - 70 В (номінальна 30 В - 50 В). Індикатори можуть функціонувати при різних анодних і сіточних напругах. При цьому рекомендується вибирати режим живлення, при якому анодна напруга вище сіткового, що дозволяє при одній і тій же яскравості зменшити енергоспоживання, оскільки струм сітки помітно зменшується, а анодів-сегментів струм зростає незначно. Наявність двох режимів роботи люмінесцентних індикаторів та кількох ланцюгів керування світінням анодів-сегментів дозволяє реалізувати два режими керування: статичний та динамічний.

У статичному режимі керування можуть працювати лише однорозрядні індикатори. У цьому режимі кожен електрод індикатора (аноди-сегменти, сітка, катод) окремо підключається до джерела живлення (постійної або імпульсної напруги для анодів та сіток) і управління може здійснюватися за будь-яким із трьох ланцюгів управління (рис. 1-3).

У динамічному режимі управління можуть застосовуватися як однорозрядні, і багаторозрядні індикатори. Цей режим характеризується тим. що відповідні електроди кожного одворазрадного і адикатора і кожного знайоместа в багаторозрядних індикаторах мають загальне підключення до джерел живлення та управління може здійснюватися за ланцюгами сіток та анодів (рис. 4). По ланцюгах сіток проводиться включення вибраного індикатора (знайомого місця), а по ланцюгах анодів - включення анодів-сегментів у вибраному індикаторі (знайомому місці). Для надійного замикання індикатора на час відсутності сигналу керування на сітці необхідно подавати на неї замикаючу напругу від окремого джерела або від дільника напруги живлення анодів індикатора. Для цієї ж мети в загальному ланцюзі емітерів транзисторних ключів (рис. 5),

керуючих сітками люмінесцентних індикаторів, у прямому напрямку включені два кремнієві діоди.

При використанні кількох індикаторів рекомендується ланцюги розжарювання з'єднувати паралельно.

Випускаються індикатори підвищеної надійності різного кольору світіння, є експериментальні зразки кольорових індикаторів.

Характеристики однорозрядних індикаторів наведено у табл. 1. Для керування індикаторами випускаються перетворювачі двійково-десяткового коду в позиційний код індикатора з вбудованими анодними ключами та матриця для включення сіток індикатора динамічному режимі управління. Багаторозрядні індикатори випускаються плоскою або циліндричною конструкцією.

Таблиця 1.

індикатора	Символи	Напруга розжарення, В	розжарення, ма	Напруга	анода, ма	сітки, ма
	червоні букви цифри

Характеристики багаторозрядних індикаторів наведено у табл. 2.

Таблиця 2.

індикатора	Символи	розрядів	Напруга розжарення, В	Напруга	анода, ма	сітки, ма
	матричний стовпчик

У табл. 3 наведено характеристики дешифраторів для вакуумних люмінесцентних індикаторів, а табл. 4 - стану входів та виходів дешифратора К161ПР2.

Таблиця 3.

мікросхеми	Призначення	Напруга харчування, В	споживання,	Напруга	Напруга	Напруга комутатора,
	Перетвор. коду Перетвор. коду Перетвор. коду Комут. 7-кан Теж, але прямі виходи

Таблиця 4.

Значна	Інформаційний код				Сигнали на сегментах
	8	4	2	1	a	b	c	d	e	f	g

Нумерація висновків мікросхем К161ПР1, К161ПР2, К161ПРЗ, К161КН1, К161КН2 показано на рис. 6.

Джерело – Партин А.І. Популярно про цифрові мікросхеми (1989)

Вітаю! Огляд буде присвячений вакуумно-люмінесцентному індикатору ІВ-18 та збиранню годинника на його основі. Розповім про кожен функціональний вузол у схемі, буде багато фото, картинок, тексту та, звичайно ж, DIY. Якщо цікаво, заходимо під cut.

Зовсім трохи лірики
У мене давно була ідея зібрати годинник на газорозрядних чи люмінесцентних індикаторах. Погодьтеся - виглядає це вінтажно, тепло та лампово. Такий годинник, наприклад, у дерев'яному корпусі, зможе зайняти гідне місце в інтер'єрі або на столі радіоаматора. Реалізувати свою ідею все не виходило. Спочатку хотів зібрати на ІВ-12. Такі лампи знайшлися вдома в купі «мотлоху».
(Малюнок для прикладу з інтернету).

Потім на ІН-18. Це одна з найбільших індикаторних ламп, але дізнавшись ціну однієї штуки, від цієї витівки відмовився. (Малюнок для прикладу з інтернету).

Потім схотів повторити схему на ІН-14. (Малюнок для прикладу з інтернету).

Вже розвів друковану плату, але затримка сталася через лампи. Знайти їх у Норильську не вдалося. Потім знайшов комплект із 6 штук на ebay. Поки роздумував, ентузіазм згас, з'явилися інші проекти. Ідею знову не було реалізовано.
На одному з тематичних сайтів для радіоаматорів, побачив ось такий годинник.


Знайшов інформацію, це виявилися Ice Tube Clock від Adafruit. Мені вони дуже сподобалися, проте ціна за комплект для самостійного збирання складає $85, без урахування вартості доставки. Тут же прийшло рішення - збиратиму сам! Індикатором у такому годиннику є ІВ-18. Купити такий самий у російських інтернет-магазинах я не зміг, то не було доставки до Норильська, то продаж тільки оптом. Загалом, у пориві ентузіазму замовив його на ebay. Продавець виявився з Нижнього Тагілу (доставляє по всьому світу). Після сплати продавець повернув вартість міжнародної доставки $5. Через 3 тижні посилка була у мене в руках. Про всяк випадок замовив 2 шт, тому що переживав, що в дорозі можуть розбитися.

Упаковка
Як упаковка - звичайний конверт з пухирцями, індикатори знаходилися в пластикових трубках з додатковою обгорткою всередині. Така форма упаковки виявилася цілком надійною.

Зовнішній вигляд












Призначення та пристрій
Індикатор цифровий багаторозрядний вакуумний люмінесцентний (ВЛІ) призначений для відображення інформації у вигляді цифр від 0 до 9 та десяткового знака в кожному з 8 цифрових розрядів та допоміжної інформації на одному службовому розряді.
ВЛІ є електровакуумним тріодом прямого розжарення з безліччю покритих люмінофором анодів. Параметри лампи підібрані таким чином, щоб вона могла працювати за низької анодної напруги - від 27 до 50 В.
Катод є катодом прямого розжарення з вольфраму з додаванням 2 % торію для полегшення емісії при порівняно невеликій температурі.
В індикаторі дві паралельно з'єднаних ниток напруження діаметром менше людського волосся. Для їхнього натягу застосовані невеликі плоскі пружини. Напруга розжарення становить від 4,3 до 5,5 Ст.
Сітки ВЛІ – плоскі. Кількість сіток дорівнює кількості знайомих індикатора. Призначення сіток – двояке: по-перше, вони зменшують напругу, достатню для того, щоб індикатор світився яскраво, а по-друге, забезпечують можливість комутації розрядів при динамічній індикації.
Аноди покриті люмінофором з невеликою енергією збудження, що становить лише кілька електрон-вольт. Саме цей факт і дозволяє лампі працювати при низькій анодній напрузі.

Технічні характеристики
Колір світіння: Зелений
Номінальна яскравість індикатора одного цифрового розряду – 900 кд/м2, службового розряду – 200 кд/м2.
Напруга розжарення: 4,3-5,5 В
Струм розжарення: 85 ± 10 мА
Напруга анода-сегменту імпульсна: 50 В
Найбільша напруга анодів-сегментів: 70 В
Найбільший струм анода-сегменту: 1,3 мА
Струм анодів-сегментів імпульсний сумарний ІВ-18: 40 мА
Напруга сітки імпульсна: 50 В
Найбільша напруга сітки імпульсна: 70 В
Мінімальне напрацювання: 10 000 год
Яскравість індикатора, що змінюється протягом мінімального напрацювання, щонайменше: 100 кд/м2

габаритні розміри

Розпинування ІВ-18 (тип-2)

1- Катод, що проводить шар внутрішньої поверхні балона;
2-dp1...dp8 - аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
3 – d1...d8 – аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
4 – c1...c8 – аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
5 – e1...e8 – аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
6 – Не підключати (вільний);
7 – Не підключати (вільний);
8– Не підключати (вільний);
9 - g1 ... g8 - аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
10 - b1 ... b8 - аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
11 - f1 ... f8 - аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
12 - a1 ... a8 - аноди-сегменти з 1-го по 8-й розряд;
13 - Катод;
14 - Сітка 9-го розряду;
15 - Сітка 1-го розряду;
16 - Сітка 3-го розряду;
17 - Сітка 5-го розряду;
18 - Сітка 8-го розряду;
19 - Сітка 7-го розряду;
20 - Сітка 6-го розряду;
21 - Сітка 4-го розряду;
22 - Сітка 2-го розряду.

Відомості про призначення висновків справедливі лише для індикатора тип-2. Існує і тип-1, а як зрозуміти, який тип індикатора виявиться у вас?! Все просто! З опису, висновки 6, 7, 8 нікуди не підключені, тобто. висять у повітрі у самому балоні! Це добре видно.


Щоб не мучити читача, відразу наведу електричну схему.

Про всяк випадок продублюю схему на максимальному дозволі. Там буде і файл з прошивкою.

Далі для новачків я докладно розповім, як працює схема, а досвідчені мене виправлять, якщо що.
1. Мікроконтролер


За роботу схеми відповідає мікроконтролер у DIP корпусі, він керує драйвером індикатора та блоком анодної напруги, отримує дані від «годинної» мікросхеми, а також до нього підключений енкодер для керування годинником. Будьте уважні, при використанні в корпусі TQFP розпинка буде іншою. При бажанні, можна Atmega328P-PU замінити на Atmega168PA, пам'яті вистачить, але я взяв із запасом для майбутніх прошивок (на поточний момент вона становить 11,8 Кб). Також замість «голої» атмеги можна помітити Arduino, у разі треба дивитися пін маппинг (який цифровий вхід/вихід відповідає висновку на мк). У цій схемі включення типового контролера, він працює на частоті 16 МГц від зовнішнього кварцового резонатора. Відповідно фьюзи рівні:
Low Fuse 0xFF, High Fuse 0xDE, Extended Fuse 0x05. Reset підтягнуто до плюсу живлення через резистор. Після правильної установки ф'юзів прошивку завантажував через ICSP колодку (SCK, MOSI, MISO, RESET, GND, Vcc).

2. Харчування


Вхідна напруга 9В надходить на лінійний стабілізатор і знижується до 5В. Ця напруга необхідна для живлення «цифрової логіки», вона надходить на мікроконтролер та драйвер MAX6921. Т.к. наш мк працює на частоті 16 МГц, то рекомендована напруга (виходячи з даташит) 5В. Схема включення стабілізатора типова замість L7805 можна застосувати будь-який інший, хоч КР142ЕН5.

У схемі також необхідне живлення 3,3, для цього я застосував стабілізатор . Цією напругою живляться «годинна» мікросхема DS3231 та розжарення для індикатора. Схема включення - виходячи з даташит стабілізатора.
Тут хочу звернути вашу увагу на кілька моментів:
1. З опису ІВ-18 випливає, що напруга розжарення від 4,7 до 5,5, і в багатьох схемах подають 5, наприклад, як в Ice Tube Clock. Насправді видиме світіння настає вже за 2,7 В, тому 3,3 В вважаю оптимальним. При налаштуванні годинника на максимальну яскравість рівень свічення дуже пристойний. Підозрюю, що живлячи індикатор цією напругою, ви значно продовжите термін його служби.
2. Для рівномірного свічення на напруження подають або змінну напругу, або джерело прямокутного сигналу. Загалом робота показала, що при харчуванні «постоянкою» ефекту нерівномірності немає (я не побачив), тому морочитися не став.

Для отримання анодної напруги використано схему найпростішого step up перетворювача, яка складається з дроселя L1, польового транзистора, діода Шоттки і конденсатора С8. Спробую пояснити, як це працює, для цього уявімо схему у вигляді:
Перший етап


Другий етап


Робота перетворювача проходить у два етапи. Уявімо, що транзистор VT1 виступає в ролі ключа S1. На першому етапі транзистор відкритий (ключ замкнутий), струм від джерела проходить через дросель L, в осерді якого енергія накопичується у вигляді магнітного поля. На другому етапі транзистор закритий (ключ розімкнуто), запасена енергія в котушці починає вивільнятися, і струм прагне підтримуватися на тому ж рівні, що і був у момент розмикання ключа. В результаті напруга в котушці різко підскакує, проходить через VD і накопичується в конденсаторі С. Потім ключ знову замикається, і котушка знову починає отримувати енергію, в той час як навантаження «живиться» від конденсатора С, а діод VD не дає струму піти назад джерело живлення. Етапи повторюються один за одним, не даючи конденсатору спустошитися.
Транзистор управляється прямокутними імпульсами з регулюванням від ШІМ мікроконтролера, тим самим можна змінювати час заряду конденсатора С. Чим більший час заряду, тим вища напруга на навантаженні. В інтернеті є для розрахунку вихідної напруги залежно від частоти ШІМ, індуктивності та ємності.

Резистори R3 і R4 є дільником, напруга з якого надходить на аналого-цифровий перетворювач (АЦП) мікроконтролера. Це необхідно для контролю напруги на анодах (допускається не більше 70 В) та регулювання яскравості. Інформація про анодну напругу виводиться на індикатор в одному з режимів роботи. Наприклад, при 30 В напруга на дільнику буде близько 0,3 В. Чому саме таке ставлення дільника запитаєте ви?! Тут вся справа в принципі роботи АЦП, який полягає в постійному порівнянні напруги, що надійшла з «еталонним» джерелом опорної напруги (ІОН), при цьому вхідна напруга на АЦП не може бути більше ІОН. Як джерело опорної напруги можуть виступати: напруга живлення мікроконтролера, напруга, подана на пін Aref або внутрішній. У цій схемі застосовується внутрішній ІОН, який дорівнює 1,1 В. Ось з ним і відбуватиметься порівняння напруги, отриманої з дільника.

3. Годинникова мікросхема


Як годинник реального часу використовується мікросхема фірми Dallas Semiconductor. Це високоточний годинник реального часу (RTC) з інтегрованим I2C інтерфейсом, термокомпенсованим кварцовим генератором (TCXO) і кварцовим резонатором в одному корпусі. У порівнянні з традиційними рішеннями на базі кварцових резонаторів, DS3231 має до п'яти разів більшу точність хронометрування в діапазоні температур від -40 до +85 С. Підключення типове, здійснюється по шині I2C, яка підтягнута резисторами до плюсу живлення. Дана мікросхема має вбудований датчик температури, інформацію з якого братимемо для кімнатного термометра. Батарея CR2032 є джерелом резервного живлення, щоб годинник не скидався при вимкненні.

4. Енкодер


У цій схемі застосовується інкрементний енкодер для налаштування годинника та вибору режиму роботи. Бажано використовувати із вбудованою тактовою кнопкою. Принцип роботи у тому, що енкодер видає імпульси («тики») при повороті ручки. Наше завдання через мікроконтролер виловлювати ці «тики». В даному випадку відбувається короткочасне замикання на землю. Для придушення брязкоту контактів використовуються внутрішні підтягуючі резистори мк, а також конденсатори 0,1 мкф. Також зверніть увагу, що підключення енкодера зроблено на висновки мк зовнішнього переривання (INT), це важливо.

5. Індикатор та драйвер
Індикатор ІВ-18 являє собою радіолампу - тріод з катодом прямого розжарення, сітками, що управляють (працюють від «плюсу» живлення) і купою анодів з люмінесцентним покриттям. Над кожною групою анодних сегментів (a, b, c, d, e, f, g) знаходиться окрема сітка.
Принцип індикації цифри одного з розрядів такий: електричне поле сітки, що управляє, прискорює електрони, які, пролітаючи через рідкісну сітку, досягають тих анодів-сегментів, на які подано анодне напруга. Електрони, потрапляючи на люмінофор, викликають його свічення.
Для виведення цифри одного розряду достатньо подати напругу на відповідні аноди-сегменти та сітку. Це буде статична індикація. Щоб запалити всі цифри кожному розряді, необхідно використовувати динамічну індикацію, т.к. аноди-сегменти у всіх однойменних розрядах з'єднані між собою та мають загальні висновки. Сітка для кожного розряду має окремий висновок.
Керувати анодами-сегментами та сітками можна збиранням з транзисторних ключів, а можна спеціальною мікросхемою-драйвером.


Мікросхема є високовольтним регістром зсуву, яка має 20 виходів з допустимою напругою 76 В і струмом до 45 мА. Введення даних здійснюється через послідовний інтерфейс. CLK – вхід тактування, DIN – послідовне введення даних, LOAD – завантаження даних, BLANK – вимикання виходів, DOUT – призначений для каскадного з'єднання таких же мікросхем. BLANK підтягуємо до землі, тобто. драйвер буде постійно увімкнено.
Принцип роботи MAX6921 схожий на роботу зсувного регістру 74HC595. Коли тактовому вході CLK з'являється логічна одиниця, регістр зчитує біт зі входу даних Din і записує їх у наймолодший розряд. При вступі на тактовий вхід наступного імпульсу, все повторюється, тільки біт, записаний раніше, зсувається на один розряд (починаючи з OUT19 до OUT0), а його місце займає біт, що знову прийшов. Коли всі 20 біт заповнилися і приходить двадцять перший тактовий імпульс, регістр знову починає заповнюватися з молодшого розряду і все повторюється знову. Щоб дані з'явилися на виходах OUT0 ... OUT19 потрібно подати логічну одиницю на вхід LOAD.
Є один нюанс із мікросхемою MAX6921AWI, Існує аналогічна MAX6921AUI - у неї зовсім інша цоколівка!
Наведу таблицю відповідності висновків драйвера та індикатора, так простіше та зрозуміліше збирати, ніж відстежувати електричні зв'язки на схемі.


З теорією закінчили, переходимо до практики. Перш ніж робити друковану плату, спочатку збираю на макетці. Адже завжди доводиться щось додавати, модифікувати, перевіряти режими роботи тощо.

Вид зверху


Вид знизу. Тут картинка не для людей зі слабкими нервами, знатна «джигурда» вийшла.


Одягаємо кембрики та встановлюємо індикатор в окрему плату.




Збираємо до купи.








У роботі так виглядають. Фото без зовнішнього освітлення, видно шум матриці.

Під спойлером буде інформація про всі режими роботи.

Меню годинника

Вхід у меню здійснюється: поворотом або натисканням енкодера. Вихід через параметр EXIT, або автоматичний вихід через 10 секунд.
Встановлення часу


Встановлення дати


Наприклад: місяць листопад


День 20


Рік 2016


Меню дисплей для налаштування режиму відображення дати, часу, температури.


Годинники-хвилини-секунди


Годинник-хвилини-день


Годинники-хвилини-температура


Місяць день


Годинник-хвилини-анодна напруга


Налаштування рівня яскравості


Від 1 до 7


Режим "банк". Має два стани включено та вимкнено. Якщо увімкнено - поперемінне відображення часу (у форматі налаштованому вище), дати та температури.












Вихід із меню

Електричні тести
При мінімальній яскравості: анодна напруга 21,9, на затворі VT1 1,33 В.


При максимальній яскравості: анодна напруга 44,7, на затворі VT1 3,11 В.


Струм розжарення індикатора 56,8 мА, загальний струм споживання годинника 110,8 мА.


Висновок та думки на майбутнє
Що хочу зробити:
- Розвести друковану плату
- Придумати та зробити дизайнерський корпус
- Додати вуличний датчик температури
- Додати годинника інтерактивності, т.к. у мк вільний uart, можна підключити блютуз і передавати будь-яку інформацію, можна підключити esp`шку та парсити сайти з погодою, курсами валют тощо. Потенціал до модернізації дуже великий.
Загалом, є над чим подумати. Готовий вислухати критику, а також відповісти на запитання у коментарях. Планую купити +53 Додати в обране Огляд сподобався +194 +317