Схемы часов на газоразрядных индикаторах ИН-14

Блок питания схемы

Электронная схема часов не содержит стабилизатор напряжения, поэтому блок питания должен выдавать стабильное напряжение 5 В с точностью не хуже 5% (4.75…5.25 В), в противном случае часы могут выйти из строя!

Некоторые некачественные блоки питания могут выдавать вместо заявленных 5 В что угодно, поэтому проверьте значения напряжения мультиметром. Особых требований к мощности адаптера нет: часы потребляют ток не более 200 мА, а сейчас сложно найти адаптер, который не обеспечил бы такой небольшой ток. С другой стороны, часы не возьмут ток больше, чем им требуется, поэтому можно использовать сколь угодно мощный адаптер.

В качестве блока питания удобно использовать сетевой адаптер питания для мобильных телефонов с USB-выходом: он наверняка есть в каждом доме, либо его легко можно приобрести. Кабелем можно служить ненужный или вышедший из строя стандартный microUSB кабель, от него необходимо отрезать microUSB разъем и припаять два провода к входящему в комплект набора разъему питания. Как правило, это провода красного («плюс») и черного цветов, но лучше уточнить это мультиметром. «Плюс» питания должен подаваться на центральный контакт разъема.

Рис. 7. Распайка разъема питания.

Идеи для доработки часов

Самым весомым недостатком ламповых часов является ограниченный ресурс работы ламп, который составляет несколько тысяч часов. Это значит, что при непрерывной работе лампы начнут деградировать уже через год, и их потребуется менять на новые. Поэтому желательно выключать часы, когда они не используются (например, когда дома никого нет или ночью). Но это не очень удобно, поэтому можно дополнить часы таймером, который будет выключать питание схемы в заранее заданные часы. Также можно приспособить датчик движения, выключающий лампы в случае отсутствия движения в комнате дольше нескольких минут. Благодаря батарее резервного питания CR2032 текущее время и другие настройки часов в случае отключения основного питания не сбросятся. Наборы и готовые модули для реализации этих идей Вы можете найти на сайте Мастер Кит.

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.

Положение выставляемых фьюзов

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.

Часы для начинающих с лампами ИН-14 (“Элиза”)

Часы собраны по мотивам предыдущих схемотехнических решений.

Напряжение питания – 5 В (220 мА).

Газоразрядные лампы – ИН14.

Микроконтроллер – PIC16F628A.

Отображение температуры с 30 по 35 сек.

Будильник с мелодией «Людвиг ван Бетховен – К Элизе».

Проект устарел и не поддерживается.
Новая версия проекта”История любви ИН-14″.

Из схемы можно удалить часть деталей – часы будут работать:

– батарейку CR2032, 1N5817 + 1N4148 (сохранение хода при обесточке);

– термодатчик DS18B20 и резистор 4К7 (температура);

– звуковой чип UM66T19 и звуковой излучатель PKM13EPYH4000;

– одну из кнопок (уменьшить или увеличить);

– конденсатор по питанию 100 мкФ;

– индикатор-разделитель часов и минут, сопротивление 470К, нижнюю по схеме оптопару TLP627.

В урезанном виде схема будет выглядеть так:

Реализован метод борьбы с отравлением катодов ламп (или антиотравление).
Перед сменой минут происходит быстрый перебор всех цифр во всех лампах.

Управление часами тремя кнопками – «увеличить», «уменьшить» и «ок» (выбор режима).
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).

Есть автоматический выход из настроек после ~15 сек бездействия.

В будущем можно сделать прошивку (и плату) с отображением только температуры.
Также на эту платформу можно сделать и другие лампы. Следите за обновлениями.

Конструкция собрана на двух односторонних платах с компонентами для монтажа в отверстия (проект делал для сына, начинающего школьника). Платы индикации и управления соединяются через штыревые разъемы и гнезда.

Перечень компонентов:

Наименование

Кол-во

Примечание, замены

ИН-14

4

ИН-3

1

NE-2

К155ИД1

1

PIC16F628A

1

SCS-18

1

DS1009-18AN, DIP панель 18 контактов узкая

TLP627

5

IRF840

1

IRF740, IRF830, STP5N52K3, STF7N52K3…

BC558

1

КТ3107 – зеркальная распиновка!

1N4148

2

КД522

BYV26C

1

SF18

1N5817

1

1N5819

32768 Гц

1

часовой кварц DT-38Tили компактнее DT-26

15 пФ

2

К10-17

100 мкФ х 16В

1

К50-35, размер не более D5 х L11

4,7 мкФ х 350В

1

К50-35, размер не более D10 х L13

470 мкГн

1

RLB0914,1000 мкГн

470 Ом

1

С2-23 (MF-25)

4,7 кОм

3

С2-23 (MF-25)

470 кОм

1

С2-23 (MF-25)

PBS-10

2

PBS-40 (1 шт)

PLS-10

2

PLS-40 (1 шт)

tc-0206

3

угловая кнопка

K375A

1

DJK-02A, разъем питания

BH20D76

1

CH224-2032, держатель 2032

CR2032

1

батарея таблетка 3В

DS18B20

1

термодатчик

UM66T19

1

звуковой чип, разные мелодии в чипах UM66T**

PKM13EPYH4000

1

пьезоизлучатель, HPM14A и пр. пьезо-

Блок питания 5В

1

зарядка для мобильного на 5В – 500 мА

Расстояние между соединенными платами – 11 мм. Монтируйте компоненты на высоту до 10 мм

Отдельное внимание уделите размерам полярных конденсаторов. Для «стройного» монтажа индикаторных ламп между выводами ИН-14 воткните две зубочистки

Гребенка штырей на плате индикаторов монтируется со стороны дорожек (паяем штыри, затем сдвигаем пластиковую «обойму» к плате). Плату и место монтажа кварца отмыть растворителем, продуть и просушить. Перед включением осмотреть на просвет на предмет волосковых замыканий и непропаев. Убедиться, что плата с лампами со стороны пайки не коротит с компонентами платы управления.

Фото часов в корпусах

Проект устарел и не поддерживается.
Новая версия проекта”История любви ИН-14″.

Часы-календарь-термометр бегущей строкой

Алексей Захаров В В В В 

Каждый программист микроконтроллеров должен уметь сделать три вещи: светодиодную мигалку, часы и того, кто не умеет это делать. Конечно это ирония, но речь пойдёт именно о часах. В Интернете очень много проектов разнообразных часов. Программирование часов, пожалуй, одна из популярнейших тем у начинающих программистов.<o>

<o>В </o>

Алексей Захаров хоть и давно увлечен программированием, но сделал очень интересную реализацию часов. А если быть точнее, то индикатором в часах является светодиодная бегущая строка. Необходимо отметить, что конструктив часов в меру компактный, с односторонней печатной платой, с минимальным набором дешевых выводных компонентов, т.е. доступен для повторения. Одним словом, вещь сделана с душой и её очень приятно держать в руках. А то, что сделано красиво, соответственно, и красиво работает (+ см видео работы).<o>

Проверка комплекта поставки

Сначала проверьте комплект поставки (см. Рис. 2. и перечень компонентов из инструкции пользователя). Внимательно проверьте лампы на отсутствие видимых повреждений. Лампы, конечно, не новые, так как их выпуск давно прекращен. Но, как показывает практика, при длительном хранении лампы никак не деградируют. В данном комплекте все четыре лампы выпущены в августе 1979 года. Это наводит на мысль, что с большой вероятностью эти лампы с хранения, они не были в эксплуатации.

Резисторы маркируются не явно, а цветными полосами. Это сделано не для того, чтобы усложнить вам жизнь: дело в том, что на производстве монтаж плат осуществляют автоматы, и кодовая цветовая маркировка удобнее для систем машинного зрения. Расшифровать номинал резистора помогут таблицы из справочной литературы или сети Интернет, либо можно воспользоваться мультиметром, что гораздо удобнее.

В набор входят два керамических конденсатора емкостью 15 пФ, но на их корпусах нанесен код «150». Это не ошибка комплектации: первые две цифры кода – значащие, а третья – множитель (количество нулей), то есть код «150» как раз соответствует емкости 15 пФ. Если бы на конденсаторе был нанесен код «151», его емкость была бы 150 пФ.

Рис. 2. Комплект поставки.

Монтаж платы ламп

Теперь приступите к монтажу платы ламп. Запаяйте две линейки штыревых разъемов. Припаяйте неоновый индикатор, полярность его установки не имеет значения. Сначала лучше припаяйте индикатор на всю длину выводов, при необходимости впоследствии их можно будет укоротить. Установите лампы в плату. Диаметр отверстий платы почти идентичен диаметру выводов ламп, поэтому лампы устанавливаются в плату плотно. Не применяйте чрезмерных усилий при установке ламп, так как это может привести к их повреждению! До проверки работы схемы не припаивайте лампы: электрический контакт обеспечивается за счет металлизированных отверстий и плотной посадки в плату.

После проверки работы схемы (см. ниже) лампы можно припаять, но есть небольшая сложность. Дело в том, что лампы разрабатывались для установки в панели; выводы ламп облуживаются и паяются очень тяжело.

Некоторые мастера предлагают использовать кислоту. Можно попробовать раскрошить таблетку аспирина (ацетилсалициловой кислоты), внести порошок в зону вывода и припаять его. Только обязательно тщательно удалите остатки кислоты после окончания работы, иначе со временем кислота может разъесть плату, что приведет к потере работоспособности! Другой способ: механически зачистить выводы ламп до чистого металла и попробовать паять.

Есть и другое решение: каждый вывод лампы обматывается тонким гибким проводком, который и припаивается к плате в одной точке.

Можно вообще ничего не делать: как показывает практика, электрический контакт обеспечивается за счет плотной посадки ламп в плату. Только выровняйте лампы по высоте и углу наклона и зафиксируйте их несколькими каплями клея.

Рис. 6. Плата ламп в сборе.

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.

Проверка работы часов

Соберите обе платы в единую конструкцию. Платы симметричные, их можно соединить неправильно, поэтому проследите за маркировкой контактов.

Теперь можно включить часы. Если все в порядке, раздастся звуковой сигнал, на каждом из индикаторов последовательно пробегут все символы от «0» до «8», затем часы начнут работать, а неоновый индикатор будет мигать каждую секунду. Раз в минуту происходит перебор всех знаков в каждом индикаторе. Это сделано не только для эффектности работы, таким образом решается проблема деградации при длительном горении одних и тех же сегментов лампы.

Если какая-то лампа не светится, слегка покачайте ее в плате (напоминаю, что мы пока не припаяли контакты ламп). Если это не поможет, выключите питание и поменяйте лампы местами, затем включите питание снова. Если и другая лампа на этой же позиции не будет работать нормально, отключайте питание и проверяйте правильность монтажа и пайки. В случае, когда какая-то одна лампа не горит при перестановке в любую позицию – вероятно, проблема заключается в лампе. Хотя каждая лампа проверяется при комплектации, она могла повредиться при доставке или при неаккуратном монтаже (например, в случае чрезмерного нажима при установке в плату). Заменить отдельно лампы в рамках гарантии Мастер Кит пока нельзя, но эта беда легко поправима: ламп ИН-4 было выпущено в СССР так много, что их и сейчас легко найти на барахолках по всей России, цена обычно не превышает 200 рублей.

Рис. 8. Часы в работе.

Обзор режимов работы часов

Теперь разберем режимы работы часов. Все управление осуществляется тремя кнопками: «меньше», «больше» и «функция/ввод» (центральная кнопка). С помощью центральной кнопки «функция» происходит перебор режимов, а с помощью двух боковых кнопок производится смена значений в ту или иную сторону. Если остаться в каком-либо режиме и не нажимать никакие кнопки, то в течение примерно 15 секунд часы автоматически выйдут из режима настройки.

Список режимов:

  • 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 (крайняя левая лампа индицирует номер режима – 0, кнопками выбирается значение от 1 до 7);
     
  • срабатывание будильника в определенный день недели (режимы последовательно 1-7, значение в каждом режиме «0» – будильник выключен или «1» – будильник активен);
     
  • яркость свечения ламп от 0 до 20 (режим 8, значение от 0 до 20). Эта настройка меняет напряжение, подаваемое на лампы. На практике выбирайте такое значение яркости, при котором обеспечивается стабильное зажигание всех сегментов ламповых индикаторов и не наблюдается эффекта засветки соседних сегментов;
     
  • почасовой сигнал с 9:00 до 21:00 (режим 9, значение «0» – выключен или «1» – включен).

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.

Поделитесь в социальных сетях:FacebookTwitterВКонтакте
Напишите комментарий