Годинники на газорозрядних індикаторах
У даній статті мова піде про виготовлення оригінальних і незвичайних годин. Їх особливість полягає в тому, що індикація часу здійснюється за допомогою цифрових індикаторних ламп. Таких ламп колись було випущено величезну кількість, як у нас, так і за кордоном. Використовувалися вони в багатьох пристроях починаючи від годин і закінчуючи вимірювальною технікою. Але після появи світлодіодних індикаторів лампи поступово вийшли з ужитку. І ось, завдяки розвитку мікропроцесорної техніки стало можливим створення годин з відносно простою схемою на цифрових індикаторних лампах. Думаю, не зайвим буде сказати, що в основному використовувалися лампи двох типів люмінесцентні та газорозрядні. До переваг люмінесцентних індикаторів слід віднести низька робоча напруга і наявність кількох розрядів в одній лампі (хоча серед газорозрядних теж зустрічаються такі екземпляри, але знайти їх значно складніше). Але всі плюси даного типу ламп перекриває один величезний мінус - наявність люмінофора, який з часом вигоряє, і світіння тьмяніє або припиняється. З цієї причини не можна використовувати б / у лампи.
Газорозрядні індикатори позбавлені цього недоліку, тому що в них світиться газовий розряд. По суті, цей тип ламп являє собою неонову лампу з декількома катодами. Завдяки цьому термін служби у газорозрядних індикаторів набагато вище. Крім цього однаково добре працюють і нові і б / у лампи (а часто б / у працюють краще). Без недоліків все ж не обійшлося, робоча напруга газорозрядних індикаторів більше 100 В. Але вирішити питання з напруга набагато простіше, ніж з вигорає люмінофором. В інтернеті такий годинник поширені під назвою NIXIE CLOCK.
Самі індикатори виглядають ось так:
Отже, на рахунок конструктивних особливостей ніби все зрозуміло, тепер приступимо до проектування схеми наших годин. Почнемо з проектування високовольтного джерела напруги. Тут є два шляхи. Перший - застосувати трансформатор із вторинною обмоткою на 110-120 В. Але такий трансформатор буде або занадто громіздкий, або його доведеться мотати самому, перспектива так собі. Та й напруга регулювати проблематично. Другий шлях - зібрати step up перетворювач. Ну тут вже плюсів більше буде, по-перше він займе мало місця, по-друге в ньому присутній захист від КЗ і по-третє можна легко регулювати напругу на виході. Загалом, є все, що треба для щастя. Я вибрав другий шлях, тому що шукати трансформатор і обмотувальний провід ніякого бажання не було, та й мініатюрності хотілося. Перетворювач вирішено було збирати на MC34063, тому що був досвід роботи з нею. Вийшла ось така схема:
Спочатку вона була зібрана на макетної платі і показала відмінні результати. Все запустилось відразу і ніякої настройки не потрібно. При харчуванні від 12В. на виході вийшло 175В. У зібраному вигляді блок живлення годин виглядає наступним чином:
На плату відразу було встановлено лінійний стабілізатор LM7805 для харчування електроніки годин і трансформатор.
Наступним етапом розробки було проектування схеми включення ламп. В принципі управління лампами нічим не відрізняється від управління семисегментний індикаторами за винятком високої напруги. Тобто досить подати позитивне напруга на анод, і з'єднати з мінусом харчування відповідний катод. На цьому етапі потрібно вирішити два завдання: узгодження рівнів МК (5В) і ламп (170В), і перемикання катодів ламп (саме вони є цифрами). Після деякого часу роздумів і експериментів була створена ось така схема для управління анодами ламп:
А управління катодами здійснюється дуже легко, для цього придумали спеціальну мікросхему К155ІД1. Правда, вони давно зняті з виробництва, як і лампи, але купити їх не становить проблем. Тобто для управління катодами потрібно всього лише підключити їх до відповідних висновків мікросхеми та подати на вхід дані в двійковому форматі. Так, мало не забув, харчується вона від 5В. ну дуже зручна штуковина. Індикацію було вирішено зробити динамічної тому в іншому випадку довелося б ставити К155ІД1 на кожну лампу, а їх буде 6 штук. Загальна схема вийшла такою:
Під кожною лампою я встановив яскравий світлодіод червоного кольору світіння, так гарніше. У зібраному вигляді плата виглядає ось так:
Панельки під лампи знайти не вдалося, тому довелося імпровізувати. В результаті були розібрані старі роз'єми, схожі на сучасні COM, з них були вилучені контакти і після деяких маніпуляцій з кусачками і надфелем вони були упаяні в плату. Для ІН-17 панельки робити не став, зробив тільки для ІН-8.
Найскладніше позаду, залишилося розробити схему "мозку" годин. Для цього я вибрав мікроконтролер Mega8. Ну а далі все зовсім легко, просто беремо і підключаємо до нього все так, як нам зручно. У підсумку в схемі годин з'явилися 3 кнопки для управління, мікросхема годин реального часу DS1307, цифровий термометр DS18B20, і пара транзисторів для управління підсвічуванням. Для зручності анодні ключі підключаємо на один порт, в даному випадку це порт С. В зібраному вигляді це виглядає ось так:
На платі є невелика помилка, але в доданих файлах плат вона виправлена. Проводами підпаяні роз'єм для прошивки МК, після прошивки пристрою його слід отпаять.
Ну а тепер непогано було б намалювати загальну схему, сказано - зроблено, ось вона:
А ось так все це виглядає цілком в зібраному вигляді:
Тепер залишилося всього лише написати прошивку для мікроконтролерів, що і було зроблено. Функціонал вийшов наступний:
Відображення часу, дати і температури. При короткочасному натисканні кнопки MENU відбувається зміна режиму відображення.
1 режим - тільки час.
2 режим - час 2 хв. дата 10 сек.
3 режим - час 2 хв. температура 10 сек.
4 режим - час 2 хв. дата 10 сек. температура 10 сек.
При утриманні включається настройка часу і дати, перехід з налагодження після натискання кнопки MENU
Максимальна кількість датчиків DS18B20 - 2. Якщо температура не потрібна, можна їх взагалі не ставити, на роботу годин це ніяк не вплине. Гарячого підключення датчико не передбачено.
При короткочасному натисканні на кнопку UP включається дата на 2 сек. При утриманні включається / вимикається підсвічування.
При короткочасному натисканні на кнопку DOWN включається температура на 2 сек.
З 00:00 до 7:00 яскравість знижена.
Працює все це справа ось так:
А в шістнадцятковому вигляді ось так: HIGH: D9. LOW: D4
Також додаються плати з виправленими помилками.
Крім ламп, використаних в моїй схемі, можна встановлювати будь-які інші газорозрядні індикатори. Для цього доведеться змінити розводку плати, а для деяких ламп напруга підвищувального перетворювача і резистори на анодах.
Увага: пристрій містить джерело високої напруги. Струм невеликої, але досить відчутний. Тому при роботі з пристроєм слід дотримуватися обережності!