Часы на ин18 своими руками

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 18.09.2024

Ну вот и мне повезло словить птицу счастья — мне нахаляву свалились несколько штук ИН-18:

Индикаторы имеют 10 катодов и общий анод:

Для работы с индикатором нужно знать всего два параметра:

Напряжение возникновения разряда 170 В.
Ток индикации не более 4 мА.

Остальные параметры не существенны.

Схема включения индикатора предельно простая — проще не бывает! На анод подается напряжение Va, а катоды коммутируются на землю с помощью высоковольтных транзисторов.

Базы транзисторов подключаются к выходам цифровых схем — выводам микроконтроллера или к выводам регистров. Способ управления мы уточним чуть позже.

Резистор R7 ограничивает ток анода, который равен току катода включенной цифры. Как выше уже отмечалось, напряжение, при котором происходит зажигание цифры (возникновение разряда), составляет примерно 170 В. При напряжении Va = 200 В, на резисторе упадёт около 30 В.

Зададимся значением тока анода равным 3 мА. Тогда сопротивление резистора R7 будет равно

R7 = U / I = 30 В / 3 мА = 10 кОм.

Тот же ток, который протекает по цепи анод-катод, протекает через коллектор-эммитерный переход транзистора.

Я купил в Промэлектронике высоковольтные транзисторы MMBTA42LT1G (Uк-э = 300 В, Iк = 0.5 А). У этих транзисторов не очень высокий коэффицинт усиления — h21э = 25-40.

Таким образом, при токе коллектора равным 3.0 мА, базовый ток будет равен примерно

Iк / h21э = 3.0 мА / 30 = 0.1 мА.

Когда транзистор выключен, ток через него не течёт. Поэтому на нём рассеивается нулевая мощность:

P = U * I = 200 В * 0 А = 0 Вт

Когда транзистор включен, он тоже рассеивает почти нулевую мощность. Я не производил измерений, но давайте примем наугад, что на транзисторе упадет 5 В. (Транзистор высоковольтный, поэтому сопротивление коллектора у него достаточно большое. Это у низковольтных транзисторов падение напряжения лежит в пределах от 0.1 до 1.0 В.)

P = U * I = 5.0 В * 3 мА = 15 мВт.

Однако, чтобы гарантированно транзистор находился в насыщении, мы должны задать базовый ток немного больший рассчитанного ранее. Зададимся коэффициентом насыщения равным 2. Тогда сопротивление базового резистора будет равно:

R1 = (U1 — Uбэ) / (Iб * Kнас) = (3.3 — 1.0) / (0.1 * 2) = 2.3 / 0.2 = примерно 10 кОм.

Если управляющие микросхемы будут не 3-вольтовые, а 5-вольтовые, то коэффициент насыщения будет еще больше. Но это почти никак не повлияет на работу схемы.

Далее нам нужно обсудить схему управления. Как мы будем управлять зажиганием катодов?

Один из вариантов — подключить транзисторы к микроконтроллеру без каких-либо дополнительных схем. (Разумеется, с учётом базовых резисторов!)

десятки часов (0, 1, 2) — 3 линий,
единицы часов (0, 1, 2 … 9) — 10 линий,
десятки минут(0, 1, 2 … 5) — 6 линий,
единицы минут (0, 1, 2 … 9) — 10 линий,
десятки секунд (0, 1, 2 … 5) — 6 линий,
единицы секунд (0, 1, 2 … 9) — 10 линий,

Итого: 3 + 10 + 6 + 10 + 6 + 10 = 45.

Даже если отказаться от секунд, все равно количество линий управления (ног микроконтроллера) будет внушительным — 29 линий. Хотелось бы как-то сократить это количество.

Динамическая индикация, которая изначально появилась с целью сократить количество дорогих дешифраторов в схеме, позволяет также сократить количество линий управления. Сейчас дешифраторы стоят не сильно дороже других схем, поэтому динамическую индикацию применяю исключительно с целью сократить количество линий управления.

Давайте прикинем во что нам обойдется этот способ индикации. Поскольку так или иначе нам нужно выбирать один из катодов, то количество линий управления катодами будет равно количеству катодов — то есть 10. Если мы делаем часы с отображением секунд, то количество разрядов у нас будет равно 6. Таким образом, общее количество линий управления будет равно 16.

Если наши часы будут отображать только часы и минуты, то количество линий управления можно сократить до 14.

Так или иначе, 14 или 16 линий — это уже более менее приемлемый результат. К сожалению, для его достижения нам придётся усложнить схему — вместо одного токоограничивающего резистора в анодной цепи придется ворганить схему из двух транзисторов и четырех резисторов. А иначе как по другому управлять включением-выключением разрядов? Ну и разумеется программная часть вывода информации на индикаторы будет более сложной.

То есть реализовать идею можно, но получается всё-таки это как-то не очень. А хотелось бы красиво. Так ЧТО еще можно предложить?

45 / 8 = 5 +1 = 6 микросхем.

На самом деле, регистры требуют еще две линии — линию строба и линию тактовых импульсов. Таким образом, от микроконтроллера потребуется всего три ножки.

Чем придется нам заплатить за это решение? Ну, во первых, стоимостью самих регистров. К счастью регистры стоят не так уж и дорого. Ну, будет ещё чуть-чуть посложнее программа вывода информации. Конечно, такая сложная, как в варианте динамической индикации, но и не такая простая, как в варианте с 45-ю линиями.

Второй положительный момент — мы можем сделать блоки для отображения единиц и десятков одинаковыми для всех — для часов, для минут и для секунд. Одинаковые — значит взаимозаменяемые!

И в самом деле — единицы всегда имеют диапазон цифр от 0 до 9. А вот десятки — либо от 0 до 2 (у часов), либо от 0 до 5 (у минут и секунд). Таким образом, самых худший вариант потребует для отображения единиц-десятков 16 линий (10 + 6). Эти 16 линий набираются как раз их двух регистров. Улавливаете, о чём я толкую?

Таким образом, я считаю, что последний вариант индикации — есть самый оптимальный вариант.

Если у вас есть какие-то соображения, я прошу вас озвучить их.

Меня немного смущает факт относительно высокого энергопотребления ИН-18. Общий расход энергии на один разряд составляет P = U * I = 200 В * 4 мА = 800 мВт. Более чем полватта, во всяком случае — сотни милливатт. Не слабо так, да?

Для достижения такого же заметного изображения другим приборам, например светодиодам, а уж тем более ЖКИ, требуется куда меньшее количество энергии. По моему даже вакуумно-люминесцентные приборы выигрывают по этому показателю.

Иначе говоря, блок питания для часов на ИН-18 должен быть мощностью 5-10 Вт. Как-то слегка напрягает…

Второй неприятный момент — как подсоединяться к контактам ИН-18? Ламповых панелек нет. Можно ли их где-то приобрести и за сколько — не понятно. Подпаиваться непосредственно к контактам — есть риск нарушить герметизацию колбы. К тому же нужно применять какой-нибудь агрессивный флюс, что повлечёт за собой снижение надежности и долговечности часов. Колхозить из пружинистой латуни самопальные панельки — тоже не вариант.

Настольные часы на газоразрядных лампах являются украшением интерьера, а их мягкий теплый свет не оказывает негативного влияния на глаза. Для изготовления потребуются специальные индикаторы, которые использовались вплоть до конца 80-х гг. прошлого века в различном оборудовании. Электронные компоненты и блок питания устанавливают на деревянном основании будущих часов, материал корпуса пропитывают декоративными составами и покрывают несколькими слоями лака.

Конструктивные элементы и принцип работы часов на газоразрядных индикаторах

Основой часов является микросхема счетчика времени, от характеристик которой зависит точность хода. Питание для ламп и электроники подается от трансформатора, подключенного к бытовой сети переменного тока. В конструкции предусматривается система светодиодной подсветки с отдельным контроллером, позволяющим менять оттенок и интенсивность свечения. Мощность оборудования не превышает нескольких ватт, что положительно сказывается на энергопотреблении.

При подаче питания счетчик времени транслирует информацию через электронный модуль к газоразрядным лампам. Контроллер обеспечивает включение требуемого регистра, в ряде моделей ретро-часов имеются точечные светодиоды для разделения полей часов и минут. Подсветка обеспечивает красивый фон, вписывающийся в интерьер помещения. Все детали расположены на основании из пластика или дерева, оснащенном резиновыми опорами для защиты от скольжения по поверхности стола.

Блок высокого напряжения

Для обеспечения работы ламп необходимо подать напряжение около 180 В (сила тока в цепи не превышает нескольких мА). Классический вариант с трансформатором используют редко, поскольку блок питания имеет большие размеры и массу. Альтернативой является преобразователь напряжения на основе микросхемы (например, МС34063) с малогабаритным трансформатором и диодным мостом. В схеме присутствует плавкий предохранитель, защищающий оборудование от необратимых повреждений при коротком замыкании или скачке напряжения во внешней сети.

Поскольку газоразрядные лампы чувствительны к перепадам напряжения, то в блоке предусматривают линейный стабилизатор (например, на базе микросхемы LM7805). Оборудование создает на выходе напряжение от 175 до 180 В. Представленная схема позволяет собрать блок питания своими руками, для установки компонентов потребуется отдельная печатная плата.

Блок индикации

Для отображения чисел используются лампы Nixie tube, состоящие из цоколя и стеклянной колбы, заполненной инертным газом. В конструкции изделия предусмотрены катоды для индикации чисел от 0 до 9 и общий анод.

При подаче питания на соответствующие контакты возникает тлеющий разряд, сигналы от счетчика времени позволяют переключать индикаторы.

Для изготовления часов используют советские лампы поколения ИН (изделия периодически встречаются в продаже) либо продукцию компаний Millclock или Daliborfarny, отличающуюся повышенной ценой (около 100 $ за 1 шт.).

Счетчик времени

Блок подсветки

Схема часов

Для сборки оборудования можно использовать готовые схемы. Например, конструктор Тимофей Носов предложил часы на базе микропроцессора PIC16F628A и высоковольтного дешифратора на базе микросхемы К155ИД1. Для питания использован повышающий импульсный преобразователь, предусмотрена резервная подпитка на основе сменного элемента CR2032. При отключении от розетки индикация гаснет, но счетчик времени продолжает работать. Срок годности батарейки составляет 2-3 года.

Для разделения регистров использован цилиндрический индикатор ИНС-1. Лампа оборудована плоской колбой, при включении видна точка ярко-оранжевого цвета, близкого по оттенку к основным лампам. В часах с отображением даты применяют 2 разделительных индикатора ИНС-1.

В схему можно ввести датчик температуры, отключающий оборудование при обнаружении перегрева. Недостатком индикаторов в лампах является оседание частиц металла на цифрах, которые редко используются или не применяются для отображения времени. Существуют схемы с поддержкой перебора цифр в каждой лампе с интервалом в 1 минуту. Технология позволяет убрать налет металла и повысить ресурс газоразрядных ламп.

Изготовление своими руками

Процедура сборки часов на газоразрядных лампах состоит из таких этапов:

Выбора и приобретения комплектующих.
Разработки чертежа и травления печатной платы.
Установки компонентов.
Изготовления корпуса и монтажа компонентов для окончательной проверки.

Подготовка

На начальном этапе требуется приобрести 6 одинаковых газоразрядных ламп (производитель и дата изготовления не учитываются). Изделия должны относиться к одной серии и иметь одинаковое покрытие колб (некоторые мастера удаляют лакокрасочный слой со стеклянной поверхности). Примерами ламп являются индикаторы ZM1042 или ZM1040 от чехословацкой компании Tesla либо ИН-18, выпускавшиеся на территории СССР.

Для работы оборудования потребуется программное обеспечение, разработанное самостоятельно или написанное другими авторами. Прошивку необходимо загрузить в память микропроцессора с помощью программатора. Затем следует определить модель преобразователя напряжения и выбрать транзисторы для цепи управления анодами.

В качестве микросхемы для часов рекомендуется чип с автономным питанием, позволяющим сохранить работоспособность при отключении часов от розетки.

Печатная плата

Для изготовления печатной платы необходимо:

Разработать макет с использованием компьютерной программы (например, Sprint Layout), учитывая тип применяемых ламп и электронных компонентов. Зазор между дорожками не следует делать шире 1 мм, иначе увеличивается время травления и происходит быстрая деградация раствора хлорного железа из-за насыщения медью.
Распечатать проект на лазерном принтере в масштабе 1:1. При создании и печати макета следует помнить о необходимости зеркального отображения будущего изделия. Для печати рекомендуется использовать глянцевую бумагу для журналов (типографский текст или рисунки не оказывают влияния на работу лазерного принтера). Печатать следует в максимальном разрешении с отключенной функцией сохранения тонера, для повышения качества оттиска необходимо использовать новый или заправленный картридж.
Перенести рисунок на лист текстолита с помощью утюга, имеющего температуру в пределах +140. +160°С. Лист бумаги следует приложить к заготовке, предварительно нагретой утюгом.
После охлаждения опустить текстолит в теплую воду и удалить остатки бумаги. Использовать щетки не следует из-за риска повреждения дорожек из тонера. Обнаруженные дефекты восстановить перманентным маркером на спиртовой основе.
Опустить пластину в раствор хлорного железа, предварительно нагретый до +50°С. Процедура травления занимает 4-5 минут, в ходе обработки рекомендуется поддерживать степень нагрева реагента. Для ускорения процесса и улучшения качества следует непрерывно перемещать заготовку в растворе.
Вынуть плату из емкости, просушить и протереть поверхность тампоном из ваты, смоченной растворителем или ацетоном (для удаления остатков тонера).

Альтернативная методика предусматривает заказ печатной платы в Китае по готовой схеме. Заводское производство позволяет повысить качество продукта, на заготовке присутствуют переходные отверстия, упрощающие сборку. Срок выполнения заявки с доставкой составляет около 30 суток. Начинающим конструкторам рекомендуется сделать пробный экземпляр самостоятельно для последующего устранения недочетов. Цена монтажной платы варьируется в пределах 2-4 долларов США (при ускорении доставки тариф увеличивается).

Сборка платы

Для пайки деталей потребуется паяльная станция с возможностью регулировки температуры. Рекомендуется использовать в качестве флюса канифоль с последующим удалением остатков материала спиртом, допускается наносить препарат, не требующий финишной промывки. Применять флюсы на основе кислоты не следует из-за риска коррозии металлических контактов электронных компонентов. На первом этапе собирают преобразователь напряжения, а затем устанавливают прочие элементы и направляющие для фиксации газоразрядных ламп.

После окончания пайки необходимо подать питание и проверить цифровым вольтметром напряжение на выходе. Значение будет варьироваться в диапазоне от 170 до 180 В из-за погрешности номинала сопротивлений. Элементы не должны качаться в посадочных отверстиях, но не следует наносить лишнюю массу припоя, ухудшающую работу электроники.

Капли металла не должны образовывать мосты, проводящие ток. От качества монтажа платы зависит корректность работы самодельных часов.

Изготовление корпуса

Для изготовления корпуса можно использовать древесину, металл, искусственный камень или полимеры (при наличии доступа к 3-мерному принтеру). Наиболее бюджетным вариантом является деревянный брусок, габариты заготовки подбирают с учетом размеров печатной платы с электронными компонентами. Для изготовления потребуется фрезерный станок, вырезать оболочку с помощью стамесок и напильников не получится.

Общий алгоритм изготовления корпуса часов:

Разработать чертеж (на бумаге или с использованием компьютерных программ).
Установить заготовку на рабочий стол станка и вырезать полости в соответствии с габаритами печатной платы. На боковой части предусмотреть отверстие для штекера кабеля питания.
Просверлить отверстия для газоразрядных ламп и каналы для крепления нижней крышки.
Провести финишную шлифовку и пропитать изделие воском или залить слоем яхтного лака.
Вырезать нижнюю крышку из листа нержавеющей стали или толстого пластика. Предусмотреть отверстия для доступа к кнопкам, чтобы можно было корректировать время.
Собрать часы и проверить работоспособность оборудования.

Альтернативный вариант корпуса предусматривает установку электронных компонентов и индикаторов в центральной части. Переднюю поверхность кожуха закрывают толстым стеклом. В задней панели, выполненной из нержавеющей стали, делают отверстия для регулировки и ввода кабеля питания. На основание приклеивают резиновые демпфирующие опоры. Устойчивость часов зависит от веса компонентов и корпуса.

Особенности эксплуатации

Часы на индикаторных лампах оснащены блоком питания, который прогревается при работе до +40°. +50°С. В корпусе необходимо предусмотреть вентиляционные отверстия, которые должны быть постоянно открытыми. Точность хода зависит от модификации и характеристик кварца, при использовании узлов от мобильных телефонов или материнских плат погрешность не превышает нескольких секунд в год. Корректировка времени потребуется только в случае отключения питания в квартире (например, из-за аварии на линиях электроснабжения).

Если Вы желаете поделится в этом блоге своим проектом или реализацией чужого, присылайте мне на почту.

суббота, 3 октября 2015 г.

Funny Clock

Автор: FreshMan

Особенности: - .

Схема на логических эллементах и особого описания не требует.
Step-Up 12 в 180 вольт можно выбрать отсюда.

FreshMan :". корпус собирал из пластика толщиной где-то в 6мм. опилки разводил в дихлорэтане, шпаклевал и затирал
на счет БП впихнутого в корпус. тут я конечно погарячился. но это я понял когда уже опосля посмотрел на свое детище со стороны. ".

Хочу поделиться с вами еще одной версией часов на газоразрядных индикаторах. Я уже пытался собирать подобные часы, результаты вы можете посмотреть на моем канале youtube. Главными отличиями этой версии являются размеры и количество использованных деталей.

Давайте посмотрим на схему часов

Часы условно можно разделить на следующие блоки

Управляющий блок
- Микроконтроллер
- Повышающий преобразователь напряжения
- Высоковольтные ключи для включения индикаторов
- Высоковольтный дешифратор
- Модуль часов реального времени
В качестве микроконтроллера используется Arduino nano V3. С использованием его ШИМ построен преобразователь напряжения.

На вход преобразователя подается 5 вольт и шим сигнал частотой 30 кГц от микроконтроллера. На выходе получаем приблизительно 180 вольт. (Тестирование)

В качестве ключей для индикаторов будем использвать транзисторные оптопары TLP627(F)

В предыдущей версии часов в качестве ключей для индикаторов я использовал транзисторы. Оптопара занимает меньше места, но работает немного медленнее. Скорость работы можно легко компенсировать выставлением нужных задержек в коде программы.

В качестве высоковольтного дешифратора всё так же будем использвать советскую микросхему К155ИД1.

Панель индикаторов выведем на отдельную плату и будем подключать к основному блоку с помощью разъемов. Таким образом можно изготовить различные панели для различных типов ламп.

Печатная плата выглядит следующим образом

Для управления часами будем подлкючать аналоговую клавиатуру к выводу keyb. Принцип работы клавиатуры прост. При нажатии кнопки S1 выводы 1 и 2 закорачиваются. При нажатии S2 подключается резистор R1, то есть у клавиатуры появляется сопротивление 3 ком. При нажатии S3 подключаются резисторы R1+R2 и сопротивление становится 36 ком. Микроконтроллер будет отслеживать изменение напряжения на аналоговом входе и определять какая из кнопок нажата.

Исходный код для часов

Исходный код немного доработан для увеличения срока службы ламп. Посмотреть его можно в следующей теме.

Читайте также: