Ламповые часы своими руками. Часы на газоразрядных индикаторах V2.0. Блок высокого напряжения

Ламповые часы в стиле всем известной игры "Fallout". Иногда диву даешься, на что способны некоторые люди. Фантазия вкупе с прямыми руками и чистой головой творит чудеса! Ну что, пора бы уже начать рассказ о настоящем произведении искусства:)

В своем изделии автор использует только выводные компоненты, дорожки на печатной плате по ширине не менее 1 миллиметра, что, в свою очередь, очень удобно для начинающих и неопытных радиолюбителей. Вся схема на единственной плате, номинал компонентов и сами компоненты обозначены. Так как автор изделия не смог определиться с цветом светодиодной подсветки ламп, то было решено использовать контроллер PIC12F765 для регулировки RGB светодиодов. Также используются лампы накаливания, придающие уютный свет, для подсветки приборной панели и амперметра. Некоторые детали и сам корпус были взяты от старого (1953 года выпуска) советского мультиметра ТТ-1.Хотелось бы использовать только оригинальные детали от данного мультиметра, поэтому было принято решение сохранить амперметр с приборной панелью, а газоразрядные индикаторы воткнуть в место под крышкой. Но возникла первая проблема - под крышкой слишком мало места для индикаторов, поэтому крышка попросту не могла закрыться вместе с индикаторами внутри. Но автор нашел выход - чуть-чуть утопить панель в корпус и сделать амперметр чуть меньшим по объему.

Здоровенный ферритовый магнит был заменен двумя миниатюрными неодимовыми, в общем, автор убрал все ненужные детали, чтобы освободить место для начинки, сохранив при этом функциональность ТТ-1. Амперметр планируется подключить к ноге МК, регулирующей подачу тока на анод у шестой лампы, отвечающей за изображение секунд, таким образом, стрелка будет приходить в движение в такт сменяющимся секундам на лампе.

Автор использовал тороидальный трансформатор 0,8А для преобразования напряжения 220 Вольт в 12 Вольт. Жаль, что трансформатор не получилось разместить снаружи корпуса, ведь он так соответствует дизайну Fallout.

Плата выполнена по стандартам технологии ЛУТ. Спроектирована по габаритам корпуса.

Автор обращает особое внимание на микросхему часов DS1307. НА фотографии она в DIP-корпусе, но разводка под эту микросхему выполнена как для SMD, поэтому ноги вывернуты в другую сторону, а сама микросхема воткнута брюхом кверху. Заместо К155ИД1 был использован КМ155ИД1, автор утверждает, что только с замененной деталью удалось избежать засветов. Размещение элементов на плате:

Автор собрал простейший LPT программатор для программирования K ATMega8 (прошивка для ATMega8, все платы, прошивка для PIC в конце статьи)

PIC программатор:

ИН-14 газоразрядные индикаторы имеют длинные мягкие выводы для пайки, но из-за их ограниченного ресурса, было решено сделать их легко заменяемыми. Поэтому автор использовал цанги от панели DIP-микросхем, а ноги ИН-14 укоротил до глубины цанг. Отверстия в центре в гнездах сделаны специально для светодиодов, которые располагаются под лампами на отдельной плате. Светодиоды соединены в параллель, один резистор служит для ограничения тока на цвет.

Так выглядят газоразрядные индикаторы, вмонтированные в алюминиевый уголок.
Крепление, в роли которого выступает алюминиевый уголок, протравлен в хлорном железе, из-за этого он очень сильно состарился визуально, что придает больше антуража. Как оказалось, алюминий весьма бурно реагирует с хлорным железом: выделяется очень большое количество хлора и тепла. Разумеется, раствор после таких испытаний более непригоден для использования.

По аналогичной технологии (ЛУТ) были выполнены другие детали (логотип fallout-boy, Vault-Tec, а также номер HB-30YR). Устройство предназначалось для подарка другу на 30-ти летие. Кто не понял, номер HB-30YR расшифровывается как Happy Birthday - 30 YeaRs:)

Автор использовал нихромовую спираль с антенными F-type разъемами на концах для прокладки проводки между корпусом и крышкой. К счастью, на панели в нужном месте оказалось 6 отверстий, и они они послужили разъемами для выводов проводов.

Часы перед полной сборкой. Провода, конечно, разведены не аккуратно, но на функциональности это никак не отразится.

Шнур питания. Какие-то старые военные разъемы. Переходник на вилку автор сделал сам.

Разъем подключения кабеля для питания, а также предохранитель на поверхности корпуса в нижней части.

Вид устройства в закрытом состоянии. Действительно, мало чем отличается от ТТ-1.

Общий вид устройства.

Ограничитель, чтобы крышка не опрокидывалась назад.

Часы в темноте смотрятся наиболее выгодно.

Вновь приветствую пользователей и выполняю обещание!

Сегодня начинаю выкладывать подробный фотоотчет по изготовлению часов на газоразрядных индикаторах (ГРИ). За основу взят ИН-14.

Все манипуляции в этом и следующих постах доступны для человека без опыта, достаточно только иметь немного сноровки. Работу разобью на несколько частей, каждая из которых будет подробно описана мною и выложена в сеть.

Приступаем к первому этапу – травление плат. Исследовав литературу, нашел несколько технологий:

1. . Для работы нужны три компонента: лазерный принтер, хлорное железо и утюг. Способ самый простой и дешевый. Минус у него только один – сложно переносить очень тонкие дорожки.
2. Фото-резист . Для работы нужны следующие материалы: фото-разист, пленка для принтера, сода кальцинированная и УФ-лампа. Способ позволяет произвести травление плат дома. Минус в том, что стоимость его не из дешевых.
3. Реактивно-ионное травление (РИТ) . Для работ нужна химически активная плазма, поэтому в домашних условиях не осуществим.

Чаше всего применяют анодное травление. Процесс анодного травления заключается в электролитическом растворении металла и механическом отрывании окислов выделяющимся кислородом.

Вполне объяснимо, что я выбрал метод ЛУТ для травления плат. Перечень необходимого оборудования и материалов должен выглядеть примерно так:

1. Хлорное железо. Его купают в радиотоварах по цене 100-150 рублей за банку.
2. Фольгированный стеклотектолит. Можно найти в магазинах радиотоваров, на радиобарахолках или заводах.
3. Емкость. Подойдет обычный пищевой контейнер.
4. Утюг.
5. Глянцевая бумага. Подойдет самоклеящаяся бумага или однотонная страница глянцевого журнала.
6. Лазерный принтер.

ВАЖНО! Версия для печати должна быть зеркальной, так как при переводе изображения с бумаги на медь оно отобразится обратно.

Нужно произвести разметку и отрезать кусок текстолита для платы. Это делают ножовкой по металлу, макетным ножом или, как в моем случае, бормашиной.

После этого вырезал из бумаги эскиз будущей платы и приложил рисунком к текстолиту (с фольгированной стороны). Бумага берется с запасом для того, чтобы обернуть текстолит. Закрепляем листок с обратной стороны с помощью скотча для фиксации.

Со стороны рисунка проводим по будущей плате утюгом несколько раз через лист А4. Понадобится не менее 2-х минут интенсивной «глажки» для перевода тонера на медь.

Заготовку подставляем под струю холодной воды и легко снимаем бумажный слой (мокрая бумага должна свободно отходить сама). Если нагрев поверхности был недостаточным, то могут отойти небольшие кусочки тонера. Их дорисовываем дешевым лаком для ногтей. В итоге заготовка для платы должна имеет следующий вид:

В приготовленной емкости готовим раствор хлорного железа и воды. Лучше использовать для этих целей горячую воду, это увеличит скорость реакции. От кипятка лучше отказаться, так как высокая температура деформирует плату. Готовая жидкость должна иметь цвет чая средней заварки. Плату помещаем в раствор и ждем, когда лишняя фольга полностью растворится.

Если иногда помешивать раствор в емкости, то скорость реакции также увеличится. Для кожи рук хлорное железо не опасно, но пальцы могут окраситься.

Для придания большей наглядности процессу, поместил плату в раствор частично. Какие должны произойти изменения видно на фото:

Лишняя медь растворяется в составе примерно через 40 минут. После чего процесс травления можно считать завершенным. Осталось только сделать несколько отверстий. Проводим шилом разметку и сверлим дрелью небольшие дырки. Инструмент должен работать с высокими оборотами, чтобы сверло не съезжало. Результат работы должен выглядеть примерно так:

Второй этап изготовления часов на ГРИ – пайка компонентов. Об этом буду рассказывать в следующем своем посте.

Скачиваем:

1. Программа ).

• Пост про пайку компонентов – ;
• Пост про прошивку микроконтроллера – ;
• Пост про изготовление корпуса – .

Удобный нарезатель бахромы для трансформаторов. Регулятор нагрева паяльника с индикатором мощности

В прошлом веке газоразрядные индикаторы использовались очень активно на многих приборах: в часах, измерительной аппаратуре, частотомерах, осциллографах, весах и многих других. Со временем их вытеснили жидкокристаллические дисплеи, технология изготовления которых проще и менее затратна, а самое главное, они компактнее и имеют большее количество разрядов. Дисплеи на жидких кристаллах дают возможность отображать показания с большей точностью.

Область применения в наше время

Сейчас газоразрядные индикаторы с цифрами промышленность уже не делает, но в свое время их наштамповали столько, что до сих пор они пылятся на складах и в частных запасах. Их можно уже назвать антиквариатом, ну как, например, во многих домах есть винтажные подсвечники, которые используются как декоративный элемент интерьера. Так и часы на газоразрядных лампах – завораживают своей подсветкой и являются отличным добавлением к интерьеру различных помещений, особенно обустроенных в стиле ретро.

Вещь красивая и полезная, но заводами, увы, уже не производится. Можно сделать их самому или купить готовые у людей, специализирующихся на их производстве. Разработано немало схем часов с применением газоразрядных индикаторов на старых и новых микросхемах. Рассмотрим наиболее простые варианты.

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.

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.

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.

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.

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

Часы с контроллером и кнопками управления

В состав этой схемы входят:

• часы DS1307;
• контролер Mega8;
• DS18B20 цифровой термометр;
• транзисторы для светодиодной подсветки;
• кнопки для управления настройками времени.

При необходимости эту схему можно значительно упростить, убрать светодиодную подсветку, цифровой термометр и лампы для разряда секунд с элементами катодного и анодного управления.

Прошивка микроконтроллера

Программное обеспечение для часов из газоразрядных индикаторных ламп написано на Eclipse, без искажений транслируется в AVR Studio, коды с комментариями, что значительно упрощает процесс.

В результате прошивки устанавливаются определенные режимы и процесс управления ими. При кратковременном нажатии кнопки «MENU» по кругу отображаются режимы:

• режим №1 – времени (отображается постоянно);
• режим №2 – 2 мин. время, 10 сек. дата;
• режим №3 – 2 мин. время, 10 сек. температура;
• режим №4 – 2 мин. время, 10 сек. дата и 10 сек. температура;
• режим настройки времени и даты устанавливается удержанием кнопки «MENU»;
• кратковременное нажатие на кнопку «UP» (2 сек.) отображает дату, удержание этой кнопки отключает или включает подсветку;
• кратковременное нажатие «DOWN» (2 сек.) отображает температуру;
• понижение яркости почасовой программой с 00.00 часов до 7 утра.

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 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.

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

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.

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.

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.

Здравствуйте, уважаемые читатели. Давно я хотел собрать часы на газоразрядных индикаторах, но всё катастрофически не хватало времени, наконец то я закончил этот проект. Под катом немного о том что такое газоразрядные индикаторы, а также о том как я собирал часы, начиная со схемы и заканчивая корпусом.

Введение

Если верить википедии, первые газоразрядные индикаторы были разработаны в 50-х годах прошлого века. За рубежом такие индикаторы называют «Nixie», название получилось от сокращения «NIX 1» - «Numerical Indicator eXperimental 1» («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). В данных часах используются знаковые индикаторы советского производства типа ИН-12Б.


По конструкции они из себя представляют стеклянную колбу внутри которой десять тонких металлических электродов (катодов), каждый из которых соответствует одной цифре от 0 до 9, электроды сложены так, что различные цифры появляются на разной глубине. Также присутствует один электрод в виде металлической сетки (анод), располагается перед всеми остальными. Колба наполнена инертным газом неоном с небольшим количеством ртути. Когда между анодом и катодом прикладывается электрический потенциал от 120 до 180 вольт постоянного тока, вблизи катода возникает свечение, загорается соответствующая цифра. За этот мягкий оранжевый свет и ценят эти индикаторы.

Дополнительная информация

Если быть точным, то в лампах ИН-12Б присутствует ещё один катод - в виде точки, он в данных часах не используется.

Также в данных часах для разделения часов и минут используется ещё один газоразрядный индикатор - ИНС-1

Индикация осуществляется через линзовый купол баллона, выглядит как светящаяся точка оранжевого цвета.

Схема

Схема часов была найдена на просторах сети, автор Тимофей Носов. В основе её микроконтроллер PIC16F628A и советская микросхема К155ИД1, представляет собой высоковольтный дешифратор управления газоразрядными индикаторами.


Питание ламп реализовано с помощью повышающего импульсного преобразователя, собранного на полевом транзисторе, индуктивности, конденсаторе и диоде, сигнал ШИМ генерирует микроконтроллер. В данной схеме используется динамическая индикация, микроконтроллер с помощью дешифратора К155ИД1 управляет катодами сразу всех ламп, синхронно управляет анодами ламп через оптопары. Скорость переключения ламп происходит с высокой частотой, а так как газоразрядным индикаторам, как и любой лампе, нужно время чтобы потухнуть, то мерцания человеческий глаз не видит (скажу больше - не видит даже камера).
В схеме реализовано резервное питание на элементе CR2032, при отключении питания индикация тухнет, а часы продолжают идти.

Электронная часть

Схема часов разделена на две части - плата с лампами и основная плата устройства.

Ссылка на архив с файлом для Splint Layout -

С помощью ЛУТ сделал две платы


Собираем плату с лампами


Лампы мне достались со старой советской техники, собственно эта находка и побудила меня собрать эти часы.

Собираем основную плату



Платы соединяются через разъемы PLS и PBS, которые припаиваются со стороны дорожек. Вот так выглядит в собранном виде:


Микроконтроллер PIC16F628A покупал -
Оптопары покупал -
Полевой транзистор IFR840 -
Остальное было в наличии, или нашлось по месту.

Осталось прошить микроконтроллер. Прошивать будем с помощью программатора PICkit2, покупался давно -


Запускаем программу PICkit2 и прошиваем наш микроконтроллер


После прошивки включаю часы… а цифры не светятся, мигает только секундный индикатор (ИНС-1). После нашел свою ошибку, в цепи питания ламп вместо резистора 4,7К был установлен 47К. После замены схема заработала, надо делать корпус.

Корпус

Остался у меня кусок бруса бука, это тот же бук что использовался для изготовления корпуса «шайтан коробочки» из моего .


Сначала хотел вырезать корпус на ЧПУ станке, договорился со своим товарищем работающим на мебельном производстве. Но, как бывает, то нет времени, то срочно надо выполнить другую работу. Короче, после месяца ожидания, решил сделаю сам.

Вырезал заготовку под будущий корпус, разметил


Вырезал полость под внутренности, это был сам трудоёмкий этап. Сначала высверливал, потом лишнее убирал стамеской, после зашкуривал.


Стамеской сделал углубление для стекла и задней панели, приклеил упоры внутри корпуса, все пропитал льняным маслом



Из затемнённого стекла вырезал кусок нужного размера


Сделал заднюю панель, с отверстиями для кнопок и разъёма питания


Собрал всё вместе, вид спереди


Вид сзади


Для того что бы часы стояли немного под наклоном, на днище приклеил две резиновые ножки


В случае редкого включения отдельных индикаторных катодов и активности других, частицы металла, распыляемого работающими катодами, оседают на редко используемых, что способствует их «отравлению». В устройстве реализован метод борьбы с этим явлением, перед сменой минут происходит быстрый перебор всех цифр во всех лампах. Демонстрация как это происходит:


Из функционала - часы, будильник, настройка яркости. Управление осуществляется тремя кнопками - «больше», «ок» и «меньше».
Нажатием на кнопку «ок» перебираются следующие режимы:
– настройка часов текущего времени (ЧЧ _ _);
– настройка минут текущего времени (_ _ ММ);
– настройка часов будильника (ЧЧ._ _);
– настройка минут будильника (_ _.ММ);
– настройка текущего дня недели от 1 до 7 (0 _ _ 1);
– срабатывание будильника в понедельник (1 _ _ 1);
– срабатывание будильника во вторник (2 _ _ 1);
– срабатывание будильника в среду (3 _ _ 1);
– срабатывание будильника в четверг (4 _ _ 1);
– срабатывание будильника в пятницу (5 _ _ 1);
– срабатывание будильника в субботу (6 _ _ 0);
– срабатывание будильника в воскресенье (7 _ _ 0);
– яркость свечения ламп от 0 до 20 (8 _ 05);
– почасовой сигнал с 9:00 до 21:00 (9 _ _ 1).

Вот так выглядит эта красота в темноте




В итоге имеем красивую вещь, сделанную своими руками. В будущем возможно сделаю другие часы в другом корпусе, есть одна задумка.

Всем спасибо за внимание. Добавить в избранное Понравилось +209 +319