Nixie clock

Несмотря на повреждённый лак на лицевой стороне, когда я увидел в продаже эту лампу, сразу решил купить. Лак можно без труда удалить полностью, но пока я этого делать не стал.

Проверка лампы сразу после покупки. При покупке я использовал тот же портативный повышающий преобразователь напряжения. И тут же сравнение размеров с лампой Z566M:

Схема этих часов предельно проста: микроконтроллер Attiny2313, микросхема часов реального времени DS3231SN, дешифратор SN74141 и два преобразователя (12—5 Вольт и 12—170 Вольт):

Можно было бы попробовать питать всю схему от 5 Вольт, но я не был уверен, что преобразователь 5 — 170 Вольт сможет выдать 7 мА, поэтому не стал рисковать. Значительно уменьшить площадь платы это вряд ли бы позволило, а изменение себестоимости в сравнении со стоимостью индикатора было бы несущественным.

Так как из-за разной площади катодов каждому (за парой исключений) требуется разный ток, между дешифратором и лампой установлено 9 резисторов в соответствии с рекомендациями Daliborfarny для R|Z568:

Так как схема была довольно простая, а уверенности в том, что я буду изготавливать ещё несколько таких часов, не было, плату решено было изготавливать самостоятельно, а не на заводе в Китае. А так как изготавливал её я методом ЛУТ, даже шелкографию не стал делать полностью:

При диаметре лампы в 50 мм мне удалось сделать плату диаметром 70 мм, что я считаю хорошим результатом. Плату я паял последовательно: сначала - понижающий преобразователь:

Затем - повышающий:

И только потом - всё остальное. Получилось вот так:

Кнопки будут установлены в последнюю очередь, после изготовления корпуса:

Проверка платы:

Корпус я решил делать таким же, как в прошлый раз, только чуть тоньше. Даже чертёж использовал старый, изменив некоторые размеры:

Получилось вот так. Древесина - белый граб:

После первого слоя морилки результат меня огорчил:

Но после ещё нескольких слоёв получилось то, на что я и надеялся:

Для сравнения внутри так и остался один слой:

Осталось только сделать отверстие под разъём питания и можно устанавливать плату на своё место. Тут корпус уже покрыт поверх морилки тунговым маслом:

Из нержавейки была вырезана крышка. Подписи кнопок сделаны сквозными, в местах начала резки от лазера остались круглые отверстия, но меня они не смущают:

Винты крепления крышки не царапают поверхность стола, часы на них достаточно устойчивы. Но в случае чего всегда есть резиновые ножки на клейкой основе.

На этом сборка окончена, собранные часы можно увидеть на первой фотографии в посте. А теперь, думаю, самое время рассказать подробнее о некоторых деталях.
С возможностями часов всё просто: только показ времени в формате чч: мм. При этом пауза между каждым «кругом» чуть больше, чем между показом отдельных цифр, благодаря чему понять, что именно на них отображается, не составляет труда.

Есть 4 режима смены цифр:

• Первый — цифры достаточно резко загораются и так же резко гаснут;

• Второй — цифры загораются и гаснут чуть более плавно;

• Третий — при смене цифр происходит «перебор» всех катодов;

• Четвёртый — чередование первых трёх режимов с некоторым интервалом.

Настройка времени производится двумя кнопками (set и +) последовательно для каждого разряда. После установки времени — выбор режима (этот параметр хранится в энергонезависимой памяти). И хотя установить время после отключения от сети не составляет труда, в часах всё же присутствует батарейка CR1220 для поддержания хода часов при отсутствии питания.

Потребляемый всей схемой ток я не замерял, но скажу, что блока питания на 12 В и 300 мА будет достаточно. На самом деле, здесь та же сложность. что и с фотографированием: максимальный ток схема потребляет в моменты свечения цифр, а моменты эти непродолжительны — мой мультиметр просто не успевает показать это значение.

Первый режим индикации:

Второй режим индикации:

Третий режим индикации:

На этом всё. Дублировать пост в разделе "Лавка Пикабу" я не хочу, поэтому просто оставлю здесь почту: matvey6191@gmail.com

С чего всё началось

Однажды, на предприятии где я работал, на складе обнаружилось много неликвидного материала, который хранился там ещё с советских времен.

Неликвид состоял из электронных компонентов, которые нам отдали безвозмездно для использования в личных целях, чтобы не тратить средства на утилизацию. На самом деле, там было очень много ценных компонентов, среди которых оказались неоновые индикаторные лампы марки ИН-12. В итоге я их забрал себе. С радиолампами знаком еще с детства, увлекаясь радиоконструированием, я часто собирал различные схемы, в том числе и на лампах. А тут такой флешбэк.

Разработка часов

По состоянию на 2016 год, было много различных схем часов на лампах, но мне не нравилась их схемотехника, она казалась мне избыточной и не эффективной. Хотелось реализовать что-то простое, питающееся от стандартного USB порта, без использования модуля RTC и светодиодной подсветки, которая, по моему мнению, только портит всю эстетику ламп. На тот момент большинство схем работало на Arduino и микроконтроллерах от компании Atmel. Годом ранее, компания Espressif Systems выпустила на рынок свой микроконтроллер ESP8266, который произвел революцию. Так как на тот момент, широкополосный интернет уже был достаточно распространен, в том числе и домашние сети Wi-Fi, я решил отказаться от применения RTC модуля в своей схеме часов и использовать NTP серверы для синхронизации времени. Как вы могли догадаться, в своей схеме я применил модуль ESP8266. Далее я поделился в Twitter своим опытом применения нового модуля ESP8266 в своем проекте. Мой твит вызвал интерес, и мне предложили написать статью на Hackaday.io. Я последовал совету и опубликовал свою статью там.

Но в этой статье я хочу описать реализацию часов с применением шести индикаторов ИН-14 с использованием улучшенного драйвера. Как выглядят эти лампы, вы можете увидеть ниже.

Давайте приступим

Ниже изображены схемы для часов:

Согласно документации, индикаторная лампа работает от напряжения в 170В (напряжение возникновения разряда), для стабильной работы нам потребуется напряжение в 200В. Как вы можете видеть из схемы, для повышения напряжения до 200В применен set-up преобразователь на базе ШИМ контроллера МАХ1771 в связке с L2, D1 и Q1. Так как нам недостаточно выводов ESP8266 для управления лампами, то будем «размножать» пины управления с помощью дешифраторов CD4028BM96. Данный модифицированный драйвер позволяет управлять десятью газоразрядными индикаторными лампами. Выше описанный драйвер имеет динамический метод управления индикацией, то есть в определенный момент времени загорается только одна лампа, но переключение выполняется настолько быстро, что человеческий глаз практически не воспринимает переключение ламп и кажется что все лампы горят одновременно. Данный режим переводит работу ламп в импульсный режим, что положительно сказывается на их срок службы.

Разработка платы

Разработка платы велась в Sprint-Layout 5.0, так как мне это было удобнее для изготовления платы в домашних условиях.

Процесс изготовления плат в картинках

В итоге у нас получаются следующие платы (в собранном виде)

Первое включение часов:

Для управления высоким напряжением используются оптроны TLP627 от компании TOSHIBA.

TLP627 — высоковольтный транзисторный оптрон со схемой Дарлингтона на выходе.

Корпус часов

Корпус часов не предполагает какой либо сложной конструкции, разработка выполнялась во FreeCAD:

Далее корпус был распечатан на 3D принтере, с использованием HIPS пластика. Данный пластик при печати создает структуру стенки, которая чем-то похоже на дерево и не обладает глянцевым эффектом как другие виды пластика типа PLA, ABS и т. п.

Монтаж электроники

После изготовления корпуса, необходимо смонтировать все компоненты. Ниже показан монтаж платы драйвера с применением, всеми любимого, термоклея. :)

В итоге мы получаем следующее устройство в собранном виде:

Часы в данный момент находятся на моём на рабочем столе, в живую они выглядят гораздо красивее и всегда радуют глаз своим теплым светом.

Давайте поговорим о прошивке часов

Для разработки прошивки часов, использовал среду разработки Arduino IDE. Ниже представлен код прошивки:

После удачной прошивки и первом включении, часы создадут Wi-Fi точку доступа. Для конфигурации часов необходимо подключиться к созданной точке доступа (пароль сети указан в прошивке) и перейдя по IP адресу 192.168.4.1 в браузере вашего устройства, выполнить не сложную настройку часов. Ниже представлен скриншот интерфейса устройства:

Для настройки часов, вам необходимо будет подключиться к вашей Wi-Fi сети, указать NTP сервер и ваш часовой пояс. Затем перезагрузить часы. Всё, часы готовы к использованию.

Что в итоге?

В итоге у нас получились простые в реализации часы на ламповых индикаторах, где не требуется применять антикварные микросхемы типа К155ИД1, вся схема выполнена на современной элементарной базе. Часы не нуждаются в ручной настройке времени, синхронизация времени выполняется автоматически с удаленного NTP сервера, что гарантирует постоянную точность времени. Разработанный драйвер показал хорошие результаты надежности, работая уже более пяти лет.

Есть желание собрать часы на базе этого драйвера с применением ламп ИН-18, но пока стоимость ламп меня пугает).

Спасибо, что дочитали до конца! Если статья понравилась, то вы знаете что делать. И как всегда, вопросы? — добро пожаловать в комментарии. До встречи в новых статьях!

Ниже небольшой бонус к статье в виде картинок собранных часов на этом драйвере

Ссылки к статье:

Моя основная статья на Хабре

Модель корпуса часов для 3D печати

Исходный код прошивки и проект платы на GitHub