Часы на ин14 своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 04.10.2024

В 2015 году я на просторах интернета увидел, как можно из старых газоразрядных индикаторов собрать винтажные электронные часы. Я очень загорелся этой темой и начал усиленно изучать интернеты. Паять я уже умел, но опыта работы с микроконтроллерами у меня не было.

Решил, что когда-то надо начинать. Сейчас.
В выходные я рванул на Юнону (Питерский радиорынок) и затарился детальками.

Схема была собрана на трёх макетных платах: повышающий преобразователь, плата контроллера и плата с лампами, дешифратором и транзисторными ключами.

Корпус я обклеил каким-то шпоном. Какой был. Похоже на макоре .
Часы заработали с первого включения! Я был счастлив.

Версия 2.0

Не прошло и недели, как руки зачесались сделать красивый корпус из цельного бруска какой-нибудь дорогой древесины. Купил первую деревяшку 54х110 и длиной полтора метра, материал бубинго .

Взял фрезу 12мм с длиной рабочей кромки 40мм. Используя шаблон и копировальную втулку, планомерно выбирал с шагом 3 мм по глубине внутренний объём.

Это было сложно, и при большой глубине обработки, ещё и небезопасно.

Но доска большая, её хватит на несколько корпусов, штук шесть точно получится. Не пропадать же красивой деревяшке! И понеслось.

Печатные платы

Сделать красивый корпус - мало, нужна же еще начинка.
Паять ламповые часы на макетке – сомнительное мероприятие. Начал рисовать печатную плату. Травил платы в хлорном железе используя плёночный фоторезист.

Вот так выглядела версия 2.0. Она представляла из себя бутерброд из двух печатных плат:

На верхней плате – только лампы, а на нижней – стабилизатор питания, повышающий преобразователь, микроконтроллер Atmega8a,
дешифратор и транзисторные ключи.

Декор.

Из латунного листа заказал декоративный элемент на переднююсторону часов. Позже вытачивал их уже на своём ЧПУ.

Лампы ИН-12

Одновременно я пробовал собирать часы на лампах ин-12. Так же двухэтажный бутерброд.
При этом нижняя печатная плата оставалась без изменений.

Для часов на ин-12 корпус я уже делал из нескольких слоёв толстой фанеры:

И всё это обклеил натуральным шпоном различных пород дерева.

Получилось вот так:

Покрывал корпуса ламповых часов натуральным шеллаком.

С корпусами для ламповых часов я проводил много экспериментов, и с удовольствием поделюсь опытом (ссылка на статью корпуса)

Часы на газоразрядных индикаторах в последнее время стали весьма популярными среди радиолюбителей, такие часы привлекают внимание теплым ламповым свечением, желто-оранжевого цвета. В сети можно найти множество различных вариантов и исполнений, вот и я решил разработать и собрать свой вариант часов, с возможностью синхронизации времени по спутникам GPS.

В последние годы появилось много желающих, которые хотят собрать или приобрести часы на газоразрядных индикаторах, это соответственно вызывает большой спрос на индикаторы, вследствие чего самые востребованные из них заметно подорожали, а крупные индикаторы вовсе имеют заоблачную цену.

Газоразрядный индикатор представляет собой лампу с электродами (катодами), наполненную инертным газом неоном. Катоды могут быть выполнены в виде различных знаков, обычно цифр от 0 до 9, которые располагаются друг за другом стопкой, то есть на разной глубине. При подаче напряжения между анодом и катодом величиной примерно 180 В, вблизи катода по его периметру возникает оранжево-желтое свечение газа (тлеющий разряд). Обычно для поддержания свечения требуется меньшее напряжение, чем для зажигания разряда.

Пожалуй, самый популярный газоразрядный индикатор для сборки часов, это ИН-14. Для начала я решил собрать часы на индикаторах ИН-12, потому что мне удалось приобрести их относительно дешево. Часы без особого труда можно переделать под ИН-14, в дальнейшем я выложу печатную плату для них.

Схема часов на газоразрядных индикаторах

Часы собраны на микроконтроллере PIC16F876A, для которого я написал программу на языке СИ, ниже представлена схема часов на газоразрядных индикаторах:

Для питания индикаторов необходимо высокое напряжение порядка 180-200 В, на схеме имеется стандартный DC-DC преобразователь, собранный на полевом транзисторе VT3, диоде VD1, катушке индуктивности L1 и сглаживающем конденсаторе C3, ШИМ сигнал для транзистора формирует микроконтроллер. Данный преобразователь выдает нестабилизированное напряжение, величина которого зависит от нагрузки. Этого вполне достаточно для питания индикаторов, стабилизированное напряжение не обязательно. Высокое напряжение подается на аноды индикаторов с помощью высоковольтных оптопар U1-U5, через балластный резистор R15, который ограничивает ток через катоды индикаторов. Управление катодами осуществляется при помощи отечественного высоковольтного дешифратора К155ИД1. Для отображения цифр используется метод динамической индикации, с частотой 70 Гц. Яркость индикаторов можно регулировать путем изменения длительности свечения. В общем, эта стандартная и устоявшаяся схема управления газоразрядными индикаторами.

Для отсчета времени используется модуль часов реального времени DS3231, о котором я писал отдельную статью. Светодиоды HL2-HL5 установлены для подсветки индикаторов. В качестве разделителя часов и минут установлен неоновый индикатор ИНС-1. Для возможности синхронизации времени, я добавил в схему GPS модуль GY-NEO6MV2 фирмы Ublox, на сайте имеется подробная статья про этот модуль. Питание на модуль подается через полевой транзистор VT4, который управляется от микроконтроллера. Для воспроизведения звука будильника, установлен зуммер HA1 с встроенным генератором. Для настройки часов установлены 3 кнопки: SB1 “Ввод”, SB2 “+”и SB3 “-”.

Выходное напряжение DC-DC преобразователя зависит от многих факторов: это частота и коэффициент заполнения ШИМ сигнала, индуктивность катушки L1, ток нагрузки. По умолчанию частота равна 26,3 кГц, коэффициент заполнения 90%. Эти параметры можно изменить, записав другие значение в EEPROM память, перед программированием микроконтроллера (подробнее про настройку будет сказано ниже в статье). Увеличение частоты, а также уменьшение коэффициента заполнения снижают выходное напряжение. Уменьшать коэффициент заполнения менее 70% лучше не стоит, при этом наблюдается провал в выходном напряжении. Катушка L1 обладает индуктивностью 470 мкГн, уменьшение индуктивности увеличивает выходное напряжение. На холостом ходу без подключенных индикаторов преобразователь выдает около 250 В, при этом в качестве нагрузки выступает только резистор R2 сопротивлением 300 кОм. При подключении газоразрядного индикатора напряжение уменьшается примерно до 153В. При этом балластный резистор R15 ограничивает ток через катод индикатора на уровне 1,7 мА.

Если потребуется настройка преобразователя, то коэффициент заполнения ШИМ сигнала лучше не менять, а регулировать выходное напряжение, изменяя частоту сигнала, или подобрать катушку с другой индуктивностью. В общем, настройка заключается в установке тока через катод индикатора на уровне 1,4 – 2 мА, при этом выходное напряжение преобразователя с подключенным индикатором, должно быть не менее 150В. Ток задается балластным резистором R15, также можно подбирать номинал нагрузочного резистора R13, он также влияет на выходное напряжение.

Все детали смонтированы на двух печатных платах, индикаторы на односторонней плате, остальные элементы на двухсторонней плате. Платы соединяются между собой при помощи разъемов. Разъем питания, кнопки, зуммер, модуль часов и модуль GPS (либо гнездо 3,5 мм) монтируются с задней стороны двухсторонней платы. Из-за отсутствия металлизации, в отверстиях, где проводники подходят с обеих сторон, я прокладывал тонкий луженый провод и пропаивал совместно с выводами элементов. Перед монтажом модуля часов, из него необходимо выпаять резистор, подающий внешнее питание (5В) на батарейку (3В), иначе батарейка выйдет из-строя, также по желанию можно выпаять светодиод и микросхему памяти.

Зуммер HA1 должен быть с встроенным генератором. Отечественный дешифратор DD2 можно заменить зарубежным аналогом SN74141N, полевой транзистор VT4 можно заменить на IRLML2244, IRLML6402 и др., полевой транзистор VT3 на IRF840, высокочастотный диод VD1 на HER107, HER108, STTH110, UF4007. Транзисторы VT1, VT2 можно заменить на любые аналогичные.

Корпус для часов на газоразрядных индикаторах сделан из листового гетинакса толщиной 3мм. Я нарезал 6 прямоугольных пластин, из 4 пластин склеил каркас, с помощью быстросохнущего эпоксидного клея. В лицевой пластине сделал вырезы под индикаторы, с внутренней стороны приклеил 4 стойки с резьбой М4, соосно с отверстиями печатных плат. Корпус соответственно закрывается задней крышкой болтами М4, которые проходят сквозь отверстия печатных плат и вворачиваются в стойки лицевой панели.

Настройка часов на газоразрядных индикаторах

Для питания часов я использовал блок питания на 5В, средний потребляемый ток 0,12А, в режиме синхронизации времени до 0,2А. При первом включении, индикатор разделитель часов и минут мигает с частотой 2Гц, это означает, что время не установлено или не синхронизировано. Время можно установить вручную или синхронизировать по спутникам GPS, после чего светодиод будет мигать с нормальной частотой 1Гц.

Во время отображения текущего времени, кнопки “+” и “–” регулируют яркость светодиодов HL2-HL5 (подсветка индикаторов) от 0 до 100%, всего 10 уровней.

Для входа в меню настройки параметров, нужно одновременно нажать кнопки “+” и “–”, на индикаторах высветятся цифры [10.01], первая цифра слева – номер параметра, последние две или одна мигающая цифра справа – значение параметра.

Первый параметр это часовой пояс, который нужен для корректировки значения часов во время синхронизации по GPS, так как модуль получает всемирное координированное время UTC. Значение часового пояса можно задать кнопками “+” и “–”, в пределах от –12 до +12 (по умолчанию –1 либо 0). Если разделитель светится, то число отрицательное, и наоборот. Для перехода к следующему параметру нужно нажать кнопку “Ввод” (короткое или длительное нажатие).

Второй параметр: режим синхронизации времени по GPS, по умолчанию синхронизация отключена, на индикаторах отображаются цифры [2000]. Кнопками “+” и “–” можно выбрать значение от 0 до 4. Цифре 1 соответствует период синхронизации каждый день, 2 – каждую неделю, 3 – каждые 2 недели, 4 – каждый месяц, 0 – автоматическая синхронизация отключена. По времени, синхронизация происходит в 15.00 по определенным числам месяца, для еженедельного периода это 1, 8, 15, 22 число. Для периода 1 раз в 2 недели это 1 и 15 число, если 1 раз в месяц то 1 число.

Третий параметр – регулировка яркости газоразрядных индикаторов, по умолчанию установлена максимальная яркость, на индикаторах отображаются цифры [3020]. Кнопками “+” и “–” можно задать требуемую яркость в пределах от 1 до 20. Также предусмотрен режим ночной яркости от 22:00 до 08:00, который можно задать через EEPROM память микроконтроллера.

Далее после нажатия кнопки “Ввод”, следует настройка даты и времени, сначала настройка года, на индикаторах отображаются цифры [2000]. Затем следует настройка даты, на индикаторах отображаются слева число месяца, справа номер месяца [07.05]. Короткое нажатие кнопки “Ввод” переключает редактирование между числом и номером месяца, длительное нажатие выполняет переход к очередному параметру. Следующий параметр – день недели, можно задать значения от 1 до 7, цифра 1 соответствует Понедельнику, 2 – Вторник и т.д. И наконец, в последнюю очередь выполняется настройка времени, часов и минут.

Из меню настройки параметров можно выйти в любой момент, для этого нужно удерживать кнопку “Ввод” и одновременно нажать кнопку “+” либо “–”, также имеется автоматический выход из любого меню по бездействию в течение 2-х минут.

Описанные в этой статье часы на газоразрядных индикаторах отличаются от остальных тем, что время можно не настраивать, эти данные можно получить по GPS. Кроме автоматической синхронизации, имеется возможность запуска синхронизации в любой момент, для этого нужно удерживать кнопку “+”. На индикаторах высветятся мигающие цифры [0000], по мере поиска спутников все цифры сменятся на [1111], после чего примерно через 20 секунд произойдет обновление времени, индикатор разделитель при этом начнет мигать с частотой 1Гц. Во время синхронизации дата не обновляется. Если в течение 15 минут GPS модуль не поймает сигнал от спутников, индикатор разделитель будет мигать с частотой 2Гц, индицируя неудачную синхронизацию времени. Удерживание кнопки “–” во время синхронизации, принудительно завершит процедуру обновления времени.

GPS модуль GY-NEO6MV2 выпускается в двух вариантах: это синяя плата с большой антенной и красная плата с маленькой антенной. С маленькой антенной модуль хуже ловит сигнал от спутников, нежели с большой антенной. Я разработал печатные платы под оба варианта. Для улучшения приема и надежной синхронизации, GPS модуль можно отдельно закрепить на окне и соединить с часами при помощи кабеля. Для этого варианта на печатных платах предусмотрено место под гнездо PJ-358 (3,5 мм).

Для связи с микроконтроллером, GPS модуль должен иметь следующие настройки порта: скорость передачи 9600 бит в секунду, 8 бит данных, 1 стоповый бит. Обычно модуль поставляется с указанными настройками, если это не так, нужно изменить параметры порта через программу u-center, подключив модуль к компьютеру через USB-UART переходник.

Для настройки будильника нужно удерживать кнопку “Ввод”, на индикаторах высветится время будильника, по умолчанию 08:00. Редактирование значений часов и минут аналогично настройке времени. Далее после длительного нажатия кнопки “Ввод” следует настройка активации будильника по дням недели. На индикаторах высветятся цифры [1000], первая цифра слева – указывает на день недели, последняя мигающая цифра справа отображает состояние будильника: 0 – выключен, 1 –включен. Кнопки “+” и “–” меняют значение. Короткое нажатие кнопки “Ввод” переключает дни недели. Соответственно можно выбрать дни недели, по которым будет срабатывать будильник. Для завершения настройки нужно удерживать кнопку “Ввод”. Из меню будильника можно выйти в любой момент, таким же способом, как и для меню настройки параметров. Сигнал будильника звучит 3 раза по 5 минут, пауза между сигналами также 5 минут, его можно выключить нажатием любой кнопки.

Все настройки сохраняются в энергонезависимой памяти (EEPROM) микроконтроллера.

Короткими нажатиями кнопки “Ввод” можно посмотреть соответственно дату, год, и перейти к отображению текущего значения минут и секунд.

При потере связи с часами DS3231, на индикаторах высветится код ошибки 3231.

В следующей таблице представлены дополнительные настройки часов на газоразрядных индикаторах, если потребуется изменить параметр, то перед программированием микроконтроллера необходимо записать в соответствующую ячейку EEPROM новое значение параметра.

ADS1115 – описание и подключение 16-битного АЦП

Подключение светодиодных матриц на MAX7219

Схема часов на МК и ИН-14

Здесь используются газоразрядные индикаторы ИН — 14. Можно использовать аналоги — ИН-8, только нужно учитывать отличие по цоколёвке. Нумерация выводов индикаторов устанавливается по часовой стрелке, в той стороне где выводы. На ИН-14 первый вывод указан стрелкой.

Параметры часов

Питание — 12 Вольт
Ток потребления не больше 200 мА
Типичный ток потребления 150 мА
Типы индикаторов — ИН — 14
Формат индикации времени — Часы — Минуты — Секунды
Формат индикации даты — Число — Месяц — Год
Две кнопки управления
Два будильника
Дискретность установки времени срабатывания будильника, 5 — минут
Количество индикаторов программных градаций подстройки яркости — 5 шт.

Микроконтроллер Atmega8

Этот микроконтролёр установлен в корпусе TQFP. Часы реального времени DS1307. В звуковом излучателе имеется встроенный генератор и питание с напряжением 5 Вольт.

Повышающий преобразователь напряжения установлен на микросхеме MC34063A

или подобный аналог — MC33063A

По стоимости и надежности она похуже таймера 555

На нём также можно построить такой преобразователь, но более дешевый и доступный MAX1771

Неполярные конденсаторы — керамические, а полярные — электролитические конденсаторы типа Low ESR. В том случае если конденсаторы Low ESR недоступны, установите параллельно электролиту, керамику или же плёнку. Дроссель в повышающем преобразователе — 220 мкГн при токе 1.2 Aмпер. Наименьшее расчётное значение дросселя равно 180 мкГн, а наименьший расчётный ток дросселя равен 800 мA.

Роль дешифраторов выполняют пара корпусов К155ИД1. В коммутаторе анодного напряжения используется оптопара типа TLP627. Величины R23 и R24 надо подбирать самому, это зависит от степени свечения. Если их нет, тогда ток через точки превышет допустимый предельный уровень. На монтаже индикаторы нужно проталкивать не совсем до конца. По причине, что корпуса всех индикаторов индивудуальные, их необходимо будет выравнить относительно нашей печатной платы и между собой.

Настройка часов

Работа часов показана на таблице. Красным цветом указаны разряды, которые горят ярко, оранжевым — тусклые разряды, а чёрным — абсолютно погашенные разряды. Время: Ч — часы, М — минуты, С — секунды. Дата: Д — день месяца (число), М — месяц, Г — год. Чтобы установить будильник: 1 — будильник 1, 2 — будильник 2, Х — отсутствует значение (значит погашен).

Самое первое включение, это программирование контроллера и его настройка. Вначале нужно проверить правильно ли сделан монтаж схемы. Потом проверить цепи питания, на всякий случай, не возможно ли короткое замыкание. Если его нет, то подайте на вход питание 12 Вольт. Если дыма нет, то нужно проверить напряжение на цепи питания D5V0. При помощи подстроечного резистора RP1 нужно на выходе повышающего преобразователя установить напряжение величиной в 200 Вольт (для номиналов). Нужно подождать несколько минут. Элементы на схеме ни в коем случае не должны сильно нагреваться. В особенности это опасно для дросселя высоковольтного преобразователя. Если он перегрелся, это значит неправильно был выбран номинал или конструктив имеет слишком малый рабочий ток. Такой дроссель нужно поменять на более подходящий.

Вам будет нужен элемент питания ВТ1 типа CR2032. В крайнем случае можно закоротить контакты панели элемента питания, но в таком случае, тогда вам придётся время и дату ставить каждый раз как будет прекращаться подача питания.

Нужно установить значение времени, даты и будильников соответственно с таблицей, в которой описание режимов работы. В тот момент, когда вы столкнётесь с настройкой яркости, программно включиайте наименьшую яркость индикаторов. Настройте повышающий преобразователь так, чтобы каждый индикатор светился с наименьшей яркостью, но полностью. Это значит, что не должно быть такого, что часть цифры индикатора горит, а другая часть нет. Потом нужно программно выставить наибольшую яркость и проверить свечение цифр индикаторов.

Индикаторы не должны гореть слишком ярко, и в то же не должны иметь, так сказать, объёмного свечения. Коррекция яркости должна осуществляться при помощи RP1. Затем нужно опять проверить свечение при наимеьшей яркости и так нужно делать до тех пор, пока не получатся нужные результаты. В случае если приемлемые результаты не будут осуществлены, тогда попытайтесь подобрать номиналы анодных резисторов и ещё раз повторить действия указанные выше.

В настоящее время просторы интернета пестрят множеством всевозможных конструкций часов на микроконтроллерах и практически нет схем на обычной логической элементной базе.

Я нашел только три подробных схемы и описания часов на логических микросхемах. Конечно микроконтроллерные схемы, можно сказать, по всем параметрам выигрывают старую схемотехнику.

И тем неменее не у всех есть навыки работы и программирования микроконтроллеров. Стоит заметить что и далеко не у всех радиолюбителй есть возможность приобрести последние,в силу тех или иных причин.

Схема часов

Имея старые запасы микросхем серии к176 и к561, решил дать им вторую жизнь, собрав часы по найденной схеме в журнале радиоконструктор номер 3 за 2013 год (страница 36).

Рис. 1. Принципиальная схема электронных цифровых часов на индикаторах ИН-12 (ИН-14, ИН-18).

Как видно из схемы отображение времени ведется на четырех индикаторах ИН-14, там же в журнале написано как сделать дополнительные два счетчика на секунды.

Печатки к сожалению автором статьи не прилагаются, поэтому пришлось делать ее самому. Фото печатки приведено на рисунке ниже.

Не стремился сделать ее идеальной без навесных проводников, а потому получилась она довольно простой.

Рис. 2. Печатная плата для часов на индикаторах ИН-12.

Все остальные соединения элементов, которые не вошли в проводники печатки, выполнил проводочками. 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. 3. Готовая печатная плата для часов на индикаторах ИН-12.

Если кто-то захочет сделать такую же, получилось конечно несколько бестолково и корявенько, но вполне работоспособно.

Мною сразу был сделан вариант часов с секундами. Секундные счетчики у меня обозначены D7 D8. Как их соединять с к176ие12 написано в статье автора.

От себя добавлю, вывод 12 с D8 соединяем через резистор 2.2ком к 14 выводу D2. Если не использовать резистор, то перестает работать установка времени.

Установка времени как видно из схемы выполняется переменным резистором с выключателем. Суть такова: чем выше сопротивление резистора, тем медленнее идет счет часов и минут, секунды при этом останавливаются. И соответственно чем меньше сопротивление, тем быстрее идет счет. Очень удобно, не нужно городить кнопки.

Конструкция

Кнопка всего одна у меня, включает зеленую подсветку. Индикаторы я использовал ин-12а (без точки) и чуть позднее был собран вариант на 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. 4. Печатная плата часов в сборе.

Рис. 5. Готовая печатная плата с индикторами ИН-12.

Рис. 6. Готовая схема часов, проверка.

Рис. 7. Вид на собранную схему сверху.

Ну а ин-12 можно купить по 46руб за штуку. Вот собственно и все что нужно сказать. Корпус сделан из остатков панели мдф, напилены досточки и склеены клеем ПВА, сверху обклеено декорпленкой.

Рис. 8. Готовые часы в корпусе, вид спереди

Рис. 9. Часы на ИН-12, фото.

Рис. 10. Часы на индикаторах ИН-18.

При правильной сборке все запускается сразу без проблем. Возможно кому-то мой обзор и конструкция, не претендующая на оригинальсть, пригодится при повторении..

Читайте также: