Часы на газоразрядных лампах

Этапы сборки часов

Для начала надо понять принцип работы индикаторных элементов ИН-14, практически это неоновые лампочки с группой катодов в виде цифр. В зависимости от подачи питания светится тот или иной катод поочередно, применяется принцип лампы накаливания с газоразрядным процессом.

Конструкция и основные параметры газоразрядного индикатора ИН-14

Ресурс работы таких индикаторов огромный, потому что нет длительной и большой нагрузки на один катод. Для полноценной подсветки необходимо напряжение не менее 100 В, поэтому начнем проектирование с источника питания.

Блок питания

Вариант с трансформатором, на вторичной обмотке которого будет 170 или 180 В, исключаем сразу по причине больших габаритов и веса. Подбирать железо, провода и мотать самостоятельно – дело неблагодарное и утомительное. Практичнее применить преобразователь напряжения на микросхеме MC34063, имеющий малые габариты, вес и стабильные параметры.

Схема блока питания на базе преобразователя напряжения MC34063

Все элементы монтируются на печатную плату, после сборки в большинстве случаев настройки не требуется, с 10–12 В преобразователь дает 175–180 В. Как видно, трансформатор в схеме присутствует, но очень маленький и легкодоступный для быстрого самостоятельного изготовления, такой можно купить в торговых сетях. На выходе вторичной обмотки 9–12 В переменного тока приходят на диодный мост (выпрямитель). Линейный стабилизатор LM7805 предназначен для питания электронных элементов часов.

Схема для включения ламп

Эта схема решает проблему согласования управляющего напряжения на микросхеме 5 В и управляемого напряжения питания анодов. Положительный потенциал 180 В подается на анод, а отрицательный – на катоды соответствующих цифр.

Схема управления подключением анодов лампы

Включение катодов производится схемой на базе старой микросхемы К155ИД1, которая запитывается от напряжения 5 В, что в нашем случае очень удачно. Микросхемы 155-й серии сняты с производства, но не являются дефицитом, их легко можно купить в торговых сетях и на радиорынках. Чтобы не паять микросхему к каждой лампе, схема управления катодами делается по динамическому принципу.

Схема с элементами управления анодами и катодами ламп

Теперь блок питания, схему управления катодами и анодами надо подключить к процессору часов DS1307, для согласования идеально подходит микроконтроллер Mega8.

Соединение основных элементов и особенности эксплуатации

В конечном итоге вся система состоит из трех печатных плат:

  • Блок питания, преобразователь напряжения на базе MC34063

  • Плата с лампами, элементами управления анодами и катодами

  • Плата с контролером Mega8 и часами DS1307

Для компактности плата сделана с двухсторонним расположением элементов, такой вариант печатных плат не догма, есть другие. Когда часы, управление катодами и анодами монтируются на одной плате, а блок питания на другой, для разряда секунд используются лампы поменьше – ИН-8. Иногда лампы выносят вообще на отдельную панель и делают двухуровневую конструкцию, на первом уровне размещается плата с часовой микросхемой и элементами управлением катодами и анодами. На втором уровне – плата с панелями для ламп, все зависит от фантазии разработчика.

Лампы ИН-14 сняты с производства, может возникнуть проблема с приобретением панелей для них. В этом случае можно использовать контакты разъемов D-SUB формата «мама» или цанговых линеек, подходящих по диаметру.

Отрезок цанговой линейки и фабричная круглая панель для лампы

Пластик линейки можно аккуратно раскрошить пассатижами и извлечь контакты, которые впаиваются в просверленные отверстия на печатной плате.

Двухуровневая плата с встроенными контактами для ламп

Монтажная конструкция блока питания и часов

Теперь остается эту конструкцию упаковать в корпус (самый простой вариант – это прямоугольный короб). Материал может быть самый разнообразный: пластик, фанера, обклеенная кожей или другим декоративным материалом.

Варианты корпуса для часов на газоразрядных лампах

Трансформатор блока питания нагревается не более чем на 40 ̊С, поэтому в корпусе рекомендуется делать вентиляционные отверстия для стабильного обеспечения тока в 200 мА. Точность хода часов зависит от стабильной работы кварца 32,768 КГц, который рекомендуется брать из материнских плат ПК или сотовых телефонов, так как в торговых сетях часто попадается некачественная продукция.

Радиодетали, необходимые для сборки часов

Такой способ изготовления часов на газоразрядных лампах может осуществить человек, имеющий определенные знания в электронике и практические навыки. Начинающим можно воспользоваться услугами сайта http://vrtp.ru/index.php?showtopic=25695. Можно заказать за 800 рублей готовые печатные платы с подробными инструкциями, в которых прописано, что и куда паять. За 2 500 продается полный набор «Сделай сам», на лампах с прошитой микросхемой и остальными деталями. Можете за 3 500 рублей купить готовые часы, но это не интересно, если вы хотите что-то собрать своими руками.

Часы на газоразрядных индикаторах


В данной статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их необыкновенность заключается в том, что индикация времени осуществляется при помощи цифровых индикаторных ламп. Таких ламп, когда-то, было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах, начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.
Думаю, не лишним будет сказать, что в основном использовались лампы двух типов: люминесцентные и газоразрядные. К преимуществам люминесцентных индикаторов следует отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя среди газоразрядных тоже встречаются такие экземпляры, но найти их значительно сложнее). Но все плюсы данного типа ламп перекрывает один огромный минус – наличие люминофора, который со временем выгорает, и свечение тускнеет или прекращается. По этой причине нельзя использовать б/у лампы.
Газоразрядные индикаторы избавлены от этого недостатка, т.к. в них светится газовый разряд. По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому срок службы у газоразрядных индикаторов гораздо выше. Кроме этого, одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось — рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В. Но решить вопрос с напряжение гораздо проще, чем с выгорающим люминофором. В интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK:


Сами индикаторы выглядят вот так:

Итак, на счет конструктивных особенностей вроде все понятно, теперь приступим к проектированию схемы наших часов. Начнем с проектирования высоковольтного источника напряжения. Тут есть два пути. Первый – применить трансформатор со вторичной обмоткой на 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздкий, либо его придется мотать самому (перспектива так себе). Да и напряжение регулировать проблематично. Второй путь – собрать step up преобразователь. Ну тут уж плюсов побольше будет: во-первых, он займет мало места, во-вторых, в нем присутствует защита от КЗ и, в-третьих, можно легко регулировать напряжение на выходе. В общем, есть все, что для счастья надо. Я выбрал второй путь, т.к. искать трансформатор и обмоточный провод никакого желания не было, да и миниатюрности хотелось. Преобразователь решено было собирать на MC34063, т.к. был опыт работы с ней. Получилась вот такая схема:

Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12В. на выходе получилось 175В. В собранном виде блок питания часов выглядит следующим образом:

На плату сразу был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатор.
Следующим этапом разработки было проектирование схемы включения ламп. В принципе, управление лампами ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами, за исключением высокого напряжения. Т.е. достаточно подать положительное напряжение на анод, и соединить с минусом питания соответствующий катод. На этом этапе требуется решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (именно они являются цифрами). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана вот такая схема для управления анодами ламп:

А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства, как и лампы, но купить их не составляет проблем. Т.е. для управления катодами требуется всего лишь подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да, чуть не забыл, питается она от 5В. (ну очень удобная штуковина). Индикацию было решено сделать динамической, т.к. в противном случае пришлось бы ставить К155ИД1 на каждую лампу, а их будет 6 штук. Общая схема получилась такой:

Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения (так красивее ). В собранном виде плата выглядит вот так:

Панельки под лампы найти не удалось, поэтому пришлось импровизировать. В итоге были разобраны старые разъемы, похожие на современные COM, из них были извлечены контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и надфилем они были впаяны в плату. Для ИН-17 панельки делать не стал, сделал только для ИН-8.
Самое сложное позади, осталось разработать схему “мозга” часов. Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Ну а дальше все совсем легко, просто берем и подключаем к нему все так, как нам удобно. В итоге в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20, и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства анодные ключи подключаем на один порт, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит вот так:



На плате есть небольшая ошибка, но в приложенных файлах плат она исправлена. Проводами подпаян разъем для прошивки МК, после прошивки устройства его следует отпаять.
Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

Теперь осталось всего лишь написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий:
Отображение времени, даты и температуры. При кратковременном нажатии кнопки MENU происходит смена режима отображения.
1 режим — только время.
2 режим — время 2 мин. дата 10 сек.
3 режим — время 2 мин. температура 10 сек.
4 режим — время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.
При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU
Максимальное количество датчиков DS18B20 – 2. Если температура не нужна, можно их вообще не ставить, на работу часов это никак не повлияет. Горячего подключения датчиков не предусмотрено.
При кратковременном нажатии на кнопку UP включается дата на 2 сек. При удержании включается/выключается подсветка.
При кратковременном нажатии на кнопку DOWN включается температура на 2 сек.
С 00:00 до 7:00 яркость понижена.
Работает все это дело вот так:

К проекту прилагаются исходники прошивки. Код содержит комментарии так что изменить функционал будет не трудно. Программа написана в Eclipse, но код без каких-либо изменений компилируется в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8МГц. Фьюзы выставляются вот так:

А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9, LOW: D4
Также прилагаются платы с исправленными ошибками:
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.

Часы на ИН-14 лампах своими руками

Часы на ИН-14 лампах своими руками

Давно хотел выложить статью,по изготовлению своими руками часов на лампах ИН-14,или как еще отзываются-часы в стиле стим-панк.

Постараюсь поэтапно и останавливаясь на ключевых моментах изложить только самое главное. Индикация часов хорошо видна как днем так и ночью, и сами по себе очень красиво смотрятся,особенно в хорошем деревянном корпусе.Общем,приступаем.

Схема устройства(для увеличения-как и везде-клик):

В этих часах установлены газоразрядные индикаторы ИН-14. Также их можно заменить на ИН-8, естественно с учётом отличий по цоколёвке. Нумерация выводов индикаторов осуществляется по часовой стрелке со стороны выводов. У ИН-14 вывод 1 указан стрелкой.

Характеристика часов:

Напряжение питания, В 12
Ток потребления, не более, мА 200
Ток потребления типичный, мА 150
Индикаторы типа ИН-14
Формат индикации времени Часы\Минуты\Секунды
Формат индикации даты Число\Месяц\Год
Количество кнопок управления 2
Будильников 2
Дискретность установки времени срабатывания будильника, мин 5
Программных градаций подстройки яркости индикаторов 5

Микроконтроллер Atmega8 в корпусе TQFP. Работа часов в с контроллером в DIP корпусе не предусмотрена. Часы реального времени DS1307. Звуковой излучатель имеет встроенный генератор и напряжение питания 5В. Все необходимые файлы проекта — плата, прошивка контроллера-

Фьюзы:

Еще фото:

Повышающий преобразователь напряжения выполнен на микросхеме MC34063A. (MC33063A). По распространённости и стоимости она несколько уступает таймеру 555, на котором можно построить такой преобразователь, однако дешевле и доступнее MAX1771.

Неполярные конденсаторы керамика, полярные — электролиты Low ESR. Если Low ESR недоступны, поставьте параллельно электролиту керамику или плёнку. Дроссель в повышающем преобразователе 220 мкГн на ток 1.2A. Минимальное расчётное значение дросселя составляет 180 мкГн, минимальный расчётный ток дросселя составляет 800 мA.

Дешифраторами работают два корпуса К155ИД1. В коммутаторе анодного напряжения использована оптопара TLP627. Величины R23 и R24 нужно подбирать самостоятельно, в зависимости от степени свечения. Без них токи через точки превышают допустимый уровень. При монтаже индикаторы заталкиваем не до конца. Так как корпуса всех индикаторов индивудуальны их нужно будет выравнивать относительно печатной платы и между собой.

Управление часами на ИН-14:

Переход от режима к режиму происходит по кольцу кнопкой «MODE».

Установка значения производится кнопкой «SET».

Корректируемое значение либо мигает, либо имеет бОльшую яркость.

Установка значения секунд заключается в их обнулении.

Установка значения минут, часов, дня, месяца, года заключается в прибавлении 1 к текущему значению по кольцу до максимального значения, после чего значение обнуляется.

Установка минут срабатывания будильника производится от нуля с дискретностью 5 минут (00-05-10-15:55).

Если часы находятся не в основном режиме и нажатия кнопок прекращаются, то по истечении нескольких минут часы возвращаются в основной режим.

Отмена звукового сигнала будильника производится кнопкой «SET».

При этом в следующий раз при достижении времени срабатывания сигнал будильника будет активирован. Запятые в десятках и единицах секунд говорят об активности будильников 1 и 2 соответственно. Режимы работы часов приведены в таблице. Красным условно обозначены ярко горящие разряды, оранжевым — тускло подсвеченные разряды, чёрным — погашенные разряды. Для времени: Ч — часы, М — минуты, С — секунды. Для даты: Д — день месяца (число), М — месяц, Г — год. Для установки будильника: 1 — будильник 1, 2 — будильник 2, Х — нет значения (погашен).

Первое включение, программирование контроллера и настройка. Проверьте вначале правильность монтажа схемы часов. Затем проверьте цепи питания на предмет наличия короткого замыкания. Если не нашли, попробуйте подать на вход питание от источника 12В. Если не пошёл дым, проверьте напряжение цепи питания D5V0. С помощью подстроечного резистора RP1 установите на выходе повышающего преобразователя напряжение величиной 200В (для указанных номиналов). Подождите несколько минут. Элементы схемы не должны заметно нагреваться. Особенно это касается дросселя высоковольтного преобразователя. Его перегрев говорит о неправильно выбранном номинале или о конструктиве со слишком малым рабочим током. Такой дроссель надо заменить на более подходящий.

С этого момента понадобится элемент питания ВТ1 типа CR2032. В крайнем случае закоротите контакты панельки элемента питания, но тогда время и дату будете устанавливать каждый раз при прекращении подачи питания.

Запрограммируйте последовательно Flash и EEPROM микроконтроллера с помощью прилагаемых прошивок. Делать эту операцию нужно в указанной последовательности. На индикаторах будет отображаться «21-15-00». Секунды при этом «пойдут». Если же вы всё ещё не подключили BT1, то вместо времени и даты увидите на индикаторах что-то вроде «05-05-05».

Установите значения времени, даты, будильников в соответствии с таблицей описания режимов работ. Когда дойдёте до настройки яркости, программно включите минимальную яркость индикаторов. Подстройте повышающий преобразователь таким образом, чтобы каждый из индикаторов светился с минимальной яркостью, но полностью. То есть, не должно быть так, что часть цифры индикатора светится, а часть нет. Затем программно выставьте максимальную яркость и проверьте свечение цифр индикаторов.

Индикаторы не должны светиться слишком ярко, и не должно быть «объёмного» свечения. Коррекция яркости опять же производится с помощью RP1. После этого снова проверьте свечение при минимальной яркости и так далее до тех пор, пока не будут получены приемлемые результаты. Если же приемлемые результаты не будут получены, попробуйте подобрать номиналы анодных резисторов и повторить вышеуказанные действия.

Такие часы будут выгодно отличаться от обычных китайских, на светодиодах, которые между прочим стоят немалых денег.

Видео работы в нашей группе ВК-смотреть