Часы nixie – Часы на газоразрядных лампах (ГРИ), они же Nixie clock / Habr

Часть 1. Улучшенная схема на 6 ламп.

Схема:

  
       Так как предыдущая статья вызвала множество вопросов от желающих собрать ее, либо от уже собравших, да и сама схема часов претерпела некоторые изменения, я решил написать еще одну статью, посвященную часам на газоразрядных индикаторах. Здесь я опишу улучшения/исправления как схемы, так и прошивки.
    Итак, самым первым неудобством при использовании данных часов в квартире, явилась яркость. Если днем она совершенно не мешала, то ночью неплохо освещала комнату, мешая спать. Особенно это стало заметно после переделки платы и установки синих светодиодов в подсветку (красная подсветка оказалась неудачным вариантом, т.к. красный свет заглушал свечение ламп). Уменьшение яркости по времени большого эффекта не давало, т.к. спать я ложусь в разное время, а часы уменьшают яркость в одно и то же. Или же я еще бодрствую, а яркость снизилась и времени не видно. Поэтому я решил добавить датчик освещенности, а проще говоря фоторезистор. Благо выводов АЦП для подключения было предостаточно. Делать прямую зависимость яркости от уровня освещенности я не стал, а просто задал пять градаций яркости. Диапазон значений АЦП был поделен на пять промежутков и каждому промежутку задано свое значение яркости. Измерение производится каждую секунду. Выглядит новый узел схемы — вот так:

В роли датчика освещенности выступает обычный фоторезистор.
Следующее изменение коснулось схемы питания часов. Дело в том, что использование линейного стабилизатора накладывало ограничения на диапазон питающего напряжения, плюс сам стабилизатор грелся во время работы, особенно при полной яркости светодиодов. Нагрев был слабый, но хотелось избавиться от него полностью. Поэтому в схему добавился еще один импульсный стабилизатор, на это раз понижающий (Step-Down). Микросхема осталась та же, что и в Step-Up преобразователе, изменилась лишь схема.

      Тут все стандартно, из даташита. Ток, требуемый схеме для работы, меньше 500мА и внешний транзистор не нужен, хватает внутреннего ключа микросхемы. В итоге всякий нагрев питающей части схемы прекратился. Кроме этого данный преобразователь не боится КЗ на выходе и перегрузок. А так же занимает меньше места на плате и от случайной переполюсовки питающего напряжения защитит. В общем сплошные плюсы. Правда, должны были возрасти пульсации по питанию, но на работу схемы это никакого влияния не оказывает.
Помимо электронной части изменился и внешний вид устройства. Больше в нем нет огромной кучи проводов. Все собрано на двух платах, которые сложены “бутербродом” и соединены через разъемы типа PLS/PBS. Сами платы скреплены при помощи винтов. На верхней плате находятся лампы, анодные транзисторные ключи и светодиоды подсветки. Сами светодиоды установлены за лампами, а не под ними. А на нижней расположились схемы питания, а также МК с обвязкой (на фото более старая версия часов, в которых еще не было датчика освещенности). Размер плат 128х38мм.

Лампы ИН-17 были заменены на ИН-14. Размер символа у них одинаковый, а вот форм-фактор отличается: После того, как все лампы стали “вертикальными”, упростилась разводка платы и улучшился внешний вид.

        Как видно на фото, все лампы установлены в своеобразные панельки. Панельки для ИН-8 изготовлены из контактов разъема D-SUB формата “мама”. После снятия металлической оправы, он легко и непринужденно расстается с этими самыми контактами. А для ИН-16 из контактов обычной цанговой линейки.

            Думаю, что надо сразу положить конец возможным вопросам о необходимости такого решения. Во-первых, всегда присутствует риск разбить лампу (может кошка залезет или за провод дернут, в общем всякое бывает). А во-вторых, толщина вывода разъема гораздо меньше толщины вывода лампы, что сильно упрощает разводку платы. Плюс при запайке ламы в плату, существует опасность нарушения герметичности лампы в связи с перегревом вывода.

И видео работы:

        Работают стабильно, за полгода работы багов не выявлено. Летом стояли больше месяца без питания, пока был в отъезде. Приехал, включил – время никуда не убежало и режим работы не сбился.

Часть 2. О четырех лампах.

Схема:

   Фьюзы остались такими же, как и в первой статье. МК работает от внутреннего генератора 8 МГц. В шестнадцатеричном виде: HIGH: D9, LOW: D4 и картинкой:

robocua.blogspot.com

Часы на газоразрядных индикаторах, или Nixie Clock (ver 1.0)

По ТЗ было задумано:
Из важного (реализовано в текущей версии ПО):

1. Приглушение свечения ламп ночью (по фото-датчику), ибо освещают пол комнаты. Приглушение реализовано плавным изменением яркости.


2. 10 значений яркости, на которую приглушается свечение.


3. Настраиваемая функция гашения незначащего нуля.


4. Настраиваемая функция переключения цифр на лампах, реализовал только плавное перетекание и простое переключение. Обычно используется только плавное перетекание. Потому и не выдумывал велосипедов, хотя по началу в азарте хотелось, однако потом холодный инженерный расчёт взял своё.


5. Установка времени из функционального меню.


6. Коррекция времени (реализована в самом RTC, мне осталось сделать лишь меню).


7. Применен высокоточный кварцевый генератор, по результатам испытания обычный кварц плохо себя показал, плохая температурная стабильность, как следствие уход времени на +/- 10 секунд в сутки в зависимости от температуры и фазы луны :). Да, к сожалению на плате этого я уже не отображал. Кто захочет сам перекроит.


8. Питание от сетевого адаптера 7-20V.


9. Ионистор в цепи питания микросхемы часов реального времени(RTC), дабы время не сбивалось при отключениях сети.

1. Будильник с музыкальным звонком.


2. Выбор мелодии для будильника из 10 штук.


3. 3 ступени регулировки громкости будильника.


4. RGB подсветка ламп.


5. 10 предварительно настраиваемых оттенков подсветки ламп.


6. Возможность установки периода, через который меняется оттенок подсветки ламп (из десяти предварительно настроенных).


7. Регулировка яркости подсветки ламп вместе с яркостью свечения ламп при наступлении темноты.


8. Измерение температуры (по сути получается измерение температуры печатной платы, поэтому решил в жизнь не проводить, хотя можно сделать выносной щуп).

Поскольку делать просто так, на коленках, мне было не интересно, к разработке подошёл очень серьёзно, как настоящий инженер-электронщик, разработав полноценный проект, начиная от 3D моделей корпуса (AI):

заканчивая 3D моделями плат (AD):


И 3D сборками (AI):


Кто в теме тот поймёт.
Конструкция содержит 2 платы, по причине того, что нужна подсветка, и плата довольно таки сильно занята, и развести там 180V дорожки для ламп попросту было негде.

Микроконтроллер использовал – Atmega32A.
Декодеры для ламп – классически К155ИД1.
Часы Реального Времени – M41T81 остались от рабочего барахла.
В качестве плеера для будильника используется проект уважаемого ELM: линк. Использую отдельный микроконтроллер ATtiny45, ибо в один контроллер всё вместить не получается, ни по количеству выводов, ни по производительности, в проекте плеера используется высокочастотный ШИМ, который есть у ATtinyX5 но нету у Atmega32A и у Atmega64A тоже, что то более специфичное применять не решился. Есть вариант не требующей очень большой производительности, когда используется R-2R ЦАП на одном из портов микроконтроллера, но лишних 8 ног в микроконтроллере не нашлось, да и задача будильника приоритетной не была, по производительности тоже не факт, что микроконтроллер потянул бы. В будущем можно подумать на эту тему.
Звук усиливается либо отдельным ключом, коммутирующим миниатюрный динамик через конденсатор на +12V, либо, для эксперимента заложенным, операционным усилителем, хотя думаю что тут нужен специализированный низковольтный усилитель, но в барахле у меня такого не нашлось.
Для фото-датчика использовал китайский фоторезистор, честно говоря так и не понял бывают ли они какого другого сопротивления, этот в темноте имеет сопротивление 150кОм, при дневном свете 1,5кОм. Без маркировки. Так что что за оно, понятия не имею. Выглядит примерно так:

Резистор для измерения температуры использовался в отличие от указанного на схеме на 47 кОм, при 25 градусах: B57421V2473J62 от Epcos. Установить установил, мерить температуру так и не мерил, ибо мерить получается температуру платы, об этом писал уже выше.
В схеме так-же заложены ключи для подлкючения неоновых ламп разделителей разрядов часов, однако неонки эти, как оказалось светят другим оттенком оранжевого, и выглядят неестественно… в общем отказался я от них, так гораздо красивее.

Светодиоды RGB SMD5050, какие получилось найти на нашем радиорынке на ждановичах… там у нас грустно с RGB светодиодами (и не только, по причине что продается только то, что пользуется спросм), потому это единственное что удалось найти более-менее подходящее по цене и свечению.  Сразу скажу, если будете делать подсветку ламп, светодиоды вам нужны матовые (т.е. с матовым наполнителем, а не как у меня прозрачные)… ибо светящиеся кристаллы бликуют на стекле ламп цветными точками, что не очень красиво.

Весь этап сборки отснять на фото не удалось, что есть выкладываю:
Платы делал крамолиновским фоторезистом Positiv, тогда еще про плёночный фоторезитст только думал.

Из-за того, что первый вариант корпуса предполагал иметь верхнюю крышку из полированной нержавейки, пришлось существенно выпендриться в конструкции печатной платы ламп: Перемычки делать лакированным проводом.
Это второй вариант, который для сестрёнки:

Это прототип:

Решил что больше так делать не буду, трудоёмкий очень вариант, однако опыт интересный 🙂

Кнопки управления размещаются в любом месте корпуса, и подпаиваются проводами к контактным площадкам на плате, для фото-датчика имеется отверстие в задней стенке корпуса.

В итоге пока клепал прототип, решил второй экземпляр подарить сестрёнке, а корпус сделать из стеклотекстолита:

Корпус был начерчен, изготовлен, погрунтован, и покрашен, высушен :). Больше вручную резать такие корпусы я не буду, лучше пусть это делает станок ЧПУ. Корпус вышел габаритными размерами: 193.2 х 59.2 х 27.5, “ножки” которые образовались по углам имеют высоту 4 мм.
Фото корпуса после покраски к сожалению не осталось. Но надеюсь с верху на фотках можно оценить всю красоту задумки.

Какие выводы сделал после постройки первого прототипа:

1. Кварц нужен очень точный, чтобы настраивать не пришлось, обычный часовой не пойдёт. Пришлось перекроить схему на DS32kHz, у него точность +/- 1 минута в год. Есть вариант ещё лучше, DS3231S – тут всё в одной микросхеме, часы реального времени и точный кварц. Однако, их я уже не покупал, и так пришлось DS32kHz выписывать из Китаю.


2. Плату разработал не самую удачную, преобразователь напряжения слишком близко к часам реального времени, единичные импульсные помехи могут проскакивать на вход кварцевого генератора часов реального времени. В связи с этим следует улучшить помехозащищённость по питанию, в цепь питания часов реального времени лучше включить пару дополнительных конденсаторов и дроссель, в следующей итерации реализую, тут пришлось защищаться от помех дополнительными навесными элементами. Следующий вариант часов будет построен так, чтобы преобразователь и часы реального времени находились в противоположных углах платы.


3. Вариант конструкции с двумя платами хоть и имеет право на жизнь, и корпус получается меньше, однако трудоёмкость изготовления сильно повышается.


4. Корпус – самая трудоёмкая часть, а именно выпиливание деталей и подгонка. Если будете повторять мой подвиг будьте готовы сразу.

Картинки в большом разрешении

*** Лирическое отступление ***
Однако, радость от часов уменьшает не очень приятная (для разработчика) особенность в окружающих людях… когда показываешь и говоришь: “Смотри какие часы я наваял!” Люди не понимают, чего я  там такого наваял, ибо по не опытности у них возникает чувство, что если часы и не куплены, то по крайней мере корпус точно был куплен, допилен и использован в конструкции. Теперь начинаю думать о том, чтобы делать свои самоделки с изъянами, тогда будет точно ясно, что это вещь самодельная!
Хотя это я так, я ж перфекционист… и на такие компромиссы с совестью не пойду.

ysiliverst.livejournal.com

Radiotech modding labs: ЛАМПОВЫЕ ЧАСЫ NIXIE CLOCK

Схема этих часов лишена недостатков часов версии v2.0  анодные ключи на транзисторах не дают засветку на соседний разряд .

Платы односторонние сделаны и собраны в бутерброд   ,плата с индикаторами и плата контроллер с блоком питания.

Отверстия под лампы сделаны специальным сверлом для металла 

Nixie Mullard clock

Порывшись на просторах интернета по теме ламповых часов я быстро нашел для себя исходники для проекта. Часы сделаны на распространенном микроконтроллере pic16f84a , индикаторы подобрал красного цвета ZM1080 MULLARD из великой Британии .

Как вы видите ламп с  сокетом B13D выпускалось много .

B570M, F9080B, F9080BA, TAF1093A, TAF1317A, TAU7030, Z5700M, Z570M, Z5730M, Z573M, Z5740M, Z574M, ZM1082, ZM1134, ZM1135, ZM1136A, ZM1136L, ZM1136R, ZM1138A, ZM1138L, ZM1138R

Схема ламповых часов 

Платы часов сделаны в виде бутерброда из 2х плат  , плата индикаторов и плата контроллера и блока питания .

Собрав сие чудо  я получил забавные циФИРЪ  на индикаторах ,оказалось воткнул не тот кварц  ,поставил 32.768  вместо 3.2768 Mhz

Поменяв кварц все встало на свои места часики ожили и отлично ходят  . 

Индикаторы zm1080 на плате , на разделительную точку хорошо подошел индикатор ИН-3 

Далее пошла сборка в корпус  платы установлены на стоечки нужного размера. Для корпуса использовал подходящую жестяную коробку от сувенира Промсвязьбанка .По размерам отлично подошла.

Сверлить крупные отверстия в жестянке  нужно аккуратно ! Чтоб не порвать края лучше зажать в струбцинах жесть между двумя листами оргалита или фанеры , а потом спокойно сверлить.

Корпус сверлим собираем. Гнездо адаптера залил термоклеем изнутри чтоб не болталось.Снаружи сделал накладку из латуни .Сверху сделал накладку под бронзу.

В нижней части сделал отверстия для стоек плат . 

Ножки нашел резиновые (чтоб часы не скользили по столу) от старой аппаратуры уже с отверстиями .

Собираем , вдох-выдох подключаем ! ура работают ! Настраиваем время и наслаждаемся винтажным девайсом – все часы готовы !

По опциям , в часах есть только настройка минут и часов. В сети есть море часов с разными опциями , дата ,термометр , подсветка и.т.д  я считаю ,что это все лишнее , т.к. первые часы на таких индикаторах в те времена и были с минимальными настройками .В ламповых устройствах чем меньше деталей тем оно надежнее .

Ночной вид часов .

www.petrofflab.ru

NiXIE: КАШАК Nixie clock ИН-14

Лампа: ИН-14,ИН-12

Схема: есть (ATmega8)

Плата:есть   ( Sprint-Layout 6 )

Прошивка:есть

Исходник:есть 

Описание: есть

Особенности:  —

 Схема:

         В данной статье речь пойдет об изготовлении оригинальных и необычных часов. Их необыкновенность заключается в том, что индикация времени осуществляется при помощи цифровых индикаторных ламп. Таких ламп когда-то было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах. Думаю, не лишним будет сказать, что в основном использовались лампы двух типов люминесцентные и газоразрядные. К преимуществам люминесцентных индикаторов следует отнести низкое рабочее напряжение и наличие нескольких разрядов в одной лампе (хотя среди газоразрядных тоже встречаются такие экземпляры, но найти их значительно сложнее). Но все плюсы данного типа ламп перекрывает один огромный минус – наличие люминофора, который со временем выгорает, и свечение тускнеет или прекращается. По этой причине нельзя использовать б/у лампы.
Газоразрядные индикаторы избавлены от этого недостатка, т.к. в них светится газовый разряд. По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому рок службы у газоразрядных индикаторов гораздо выше. Кроме этого одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось, рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В. Но решить вопрос с напряжение гораздо проще, чем с выгорающим люминофором. В интернете такие часы распространены под названием NIXIE CLOCK.

 Итак, на счет конструктивных особенностей вроде все понятно, теперь приступим к проектированию схемы наших часов. Начнем с проектирования высоковольтного источника напряжения. Тут есть два пути. Первый – применить трансформатор со вторичной обмоткой на 110-120 В. Но такой трансформатор будет либо слишком громоздкий, либо его придется мотать самому, перспектива так себе. Да и напряжение регулировать проблематично. Второй путь – собрать step up преобразователь. Ну тут уж плюсов побольше будет, во-первых он займет мало места, во-вторых в нем присутствует защита от КЗ и в-третьих можно легко регулировать напряжение на выходе. В общем, есть все, что для счастья надо. Я выбрал второй путь, т.к. искать трансформатор и обмоточный провод никакого желания не было, да и миниатюрности хотелось. Преобразователь решено было собирать на MC34063, т.к. был опыт работы с ней. Получилась вот такая схема:

          Следующим этапом разработки было проектирование схемы включения ламп. В принципе управление лампами ничем не отличается от управления семисегментными индикаторами за исключением высокого напряжения. Т.е. достаточно подать положительное напряжение на анод, и соединить с минусом питания соответствующий катод. На этом этапе требуется решить две задачи: согласование уровней МК (5В) и ламп (170В), и переключение катодов ламп (именно они являются цифрами). После некоторого времени размышлений и экспериментов была создана вот такая схема(улыбнуло, т.к. это давно уже типовая схема анодного ключа для ГРИ) для управления анодами ламп:

А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства (на самом деле ее до сих пор можно заказать на заводе в Белоруссии, крупной партией), как и лампы (на забугорных аукционах уже появились самодельные лампы), но купить их не составляет проблем. Т.е. для управления катодами требуется всего лишь подключить их к соответствующим выводам микросхемы и подать на вход данные в двоичном формате. Да, чуть не забыл, питается она от 5В., ну очень удобная штуковина. Индикацию было решено сделать динамической т.к. в противном случае пришлось бы ставить К155ИД1 на каждую лампу, а их будет 6 штук. Общая схема получилась такой:

Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения, так красивее.
          Самое сложное позади, осталось разработать схему “мозга” часов. Для этого я выбрал микроконтроллер Mega8. Ну а дальше все совсем легко, просто берем и подключаем к нему все так, как нам удобно. В итоге в схеме часов появились 3 кнопки для управления, микросхема часов реального времени DS1307, цифровой термометр DS18B20, и пара транзисторов для управления подсветкой. Для удобства анодные ключи подключаем на один порт, в данном случае это порт С. В собранном виде это выглядит вот так:

На плате есть небольшая ошибка, но в приложенных файлах плат она исправлена. Проводами подпаян разъем для прошивки МК, после прошивки устройства его следует отпаять.

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

Теперь осталось всего лишь написать прошивку для микроконтроллера, что и было сделано. Функционал получился следующий:
Отображение времени, даты и температуры. При кратковременном нажатии кнопки MENU происходит смена режима отображения.
1 режим – только время.
2 режим – время 2 мин. дата 10 сек.
3 режим – время 2 мин. температура 10 сек.
4 режим – время 2 мин. дата 10 сек. температура 10 сек.
При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU
Максимальное количество датчиков DS18B20 – 2 . Если температура не нужна, можно их вообще не ставить, на работу часов это никак не повлияет. Горячего подключения датчико не предусмотрено.
При кратковременном нажатии на кнопку UP включается дата на 2 сек. При удержании включается/выключается подсветка.
При кратковременном нажатии на кнопку DOWN включается температура на 2 сек.
С 00:00 до 7:00 яркость понижена.
Работает все это дело вот так:

 К проекту прилагаются исходники прошивки. Код содержит комментарии так что изменить функционал будет не трудно. Программа написана в Eclipse, но код без каких-либо изменений компилируется в AVR Studio. МК работает от внутреннего генератора на частоте 8МГц. Фьюзы выставляются вот так:

А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9, LOW: D4
Также прилагаются платы с исправленными ошибками.
Данные часы работают в течение месяца. Никаких проблем в работе выявлено не было. Стабилизатор LM7805 и транзистор преобразователя едва теплые. Трансформатор нагревается градусов до 40, поэтому если планируется установка часов в корпус без вентиляционных отверстий, трансформатор придется взять большей мощности. В моих часах он обеспечивает ток в районе 200мА. Точность хода сильно зависит от примененного кварца на 32,768 КГц. Кварц, купленный в магазине, ставить не желательно. Наилучшие результаты показали кварцы из материнских плат и мобильных телефонов.
Кроме ламп, использованных в моей схеме, можно устанавливать любые другие газоразрядные индикаторы. Для этого придется изменить разводку платы, а для некоторых ламп напряжение повышающего преобразователя и резисторы на анодах.
Внимание: устройство содержит источник высокого напряжения!!! Ток небольшой, но достаточно ощутимый!!! Поэтому при работе с устройством следует соблюдать осторожность!!!

Фото часов повторенных Appll:

 

 Фото следующей модификации часов:

Модификации часов под разные лампы:

Для 4 ламп, вроде с глюком, – пропущу.

Ссылка первоисточник: тыц Желающие что то добавить\изменить пишут мне в мыло.

robocua.blogspot.com

Nixie clock Kit IN-14 (Lite). Набор для сборки часов на газоразрядных индикаторах.

Добрейшего времени суток всем уважаемым муськовчанам. Хочу рассказать вам об интересном радиоконструкторе для тех, кто знает с какого конца нагревается паяльник. Вкратце: набор доставил положительные эмоции, интересующимся этой темой — рекомендую.
Подробности ниже (осторожно, много фото).

Начну издалека.
Сам я не отношу себя к истинным радиолюбителям. Но не чужд паяльнику и иногда хочется чего-нибудь сконструировать/спаять, ну и мелкий ремонт окружающей меня электроники стараюсь сначала осуществить своими силами (не нанося невосполнимого вреда подопытному устройству), а уж в случае неудачи обращаюсь к профессионалам.

Однажды под воздействием вот этого обзора я купил и собрал такие-же часики. Сама конструкция там простая и сборка не доставила никаких сложностей. Поставил часы в комнату сына и на время успокоился.

Потом, прочитав обзор этих часиков, мне захотелось попробовать собрать и их, заодно потренировавшись в пайке smd компонентов. В принципе и здесь все заработало сразу, только молчала пищалка звукового сигнала, купил в офлайне, заменил и все. Подарил часы другу.

Но хотелось чего-то ещё, поинтереснее и посложнее.
Как-то, ковыряясь у отца в гараже, наткнулся на останки какого-то электронного прибора советской эпохи. Собственно останки — это некая конструкция из плат, содержавшая в себе 9 газоразрядных индикаторных ламп ИН-14.

Тогда и посетила меня мысль — собрать часы на этих индикаторах. Тем более, что подобные часы, когда-то собранные отцом, я наблюдаю в квартире родителей уже лет 30, если не больше. Плату я аккуратно распаял и стал обладателем 9 ламп выпуска начала 1974 года. Желание пристроить в дело эти раритеты усилилось.

Путем дотошных расспросов Яндекса я вышел на сайт radiokot.ru, который оказался просто кладезем премудрости на тему создания подобных часов. Просмотрев несколько схем таких конструкций, я понял, что хочу часы под управлением микроконтроллера, с микросхемой реального времени (RTC). И если, повторяя одну из конструкций часов, запрогра

mysku.me

NiXIE: Часы “Микро”

Автор: Тимофей Носов

Лампа: ИН-16

Схема: есть ( PIC16F1936)

Плата:есть (Sprint-Layout)  

Прошивка:есть

Исходник:нет

Описание: eсть

Особенности:  наручные часы. 

 Схема:

 

Лампы для часов на газоразрядных индикаторах очень дефицитны и дороги. В этом проекте часы собраны на двух лампах ИН-16, а текущий режим (часы/минуты) отображается светодиодами. Простая схема с автономным питанием позволяет сделать карманные (наручные) часы.

Идея автономных (наручных) часов с газоразрядными лампами не нова и наибольшую известность получили часы «Неоника» и «Хронометр ИН-16». С точки зрения компактности и экономии было принято решение сделать часы на двух лампах.

Схема обеспечивает поддержание хода при напряжении от 2,0В.

Стабильная генерация высокого напряжения от 2,4В.

Максимальное рабочее напряжение 5,5В.

Используется типовой литий-ионный аккумулятор 3,7В * 250 мАч. Для зарядки применена микросхема TP4056. Заряд прекращается при достижении напряжения на аккумуляторе 4,2В.

Геометрия платы представляет усеченный круг диаметром 50 мм. Высота собранных плат 15,77 мм. Платы изготовлены по технологии ЛУТ и доступны для повторения. Использован двухсторонний текстолит 0,75 мм (можно другой толщины). Одна из сторон платы сплошной полигон минуса питания. Для защиты от травящего раствора перед травлением на плату на сторону с полигоном наклеивается обычный скотч.

 

Вывода компонентов в отверстиях платы, которые не должны соединяться с полигоном (общим минусом), имеют доработанные отверстия. Доработка заключается в зенковке (снятие фольги сверлом большего диаметра; руками). Вывода СМД компонентов и выводных конденсаторов соединены с полигоном тонкой перемычкой (жилкой из многожильного провода).

Перед пайкой ламп вставить аккумулятор между лампами и убедиться, что для аккумулятора достаточный зазор. Если аккумулятор вставляется с усилием или болтается – поменяйте лампы местами.

Плата с лампами и плата управления соединена угловыми перемычками. С точки зрения технологи, если будет спрос, в будущем фабричные платы предполагается соединять путём спаивания на двух платах металлизированных квадратных пяточков, т.е. без перемычек.

Наиболее подходящие по цвету свечения светодиоды YL-W83N3N с длиной волны 610 нМ. Ток через светодиоды в схеме значительно меньше номинального, т.к. с током 10 мА светодиоды слепят. Впрочем, могут быть любые подходящие по габаритам светодиоды, но для экономии энергии лучше использовать суперяркие. Высковольтный выпрямительный диод типа Super Fast Rectifiers – SF18. Высоковольтный конденсатор с низким low esr – 2,2 мкФ х 250В, размер не более 6,3х11. Полевой транзистор с управлением типа «Logic» и параметром Gate Threshold Voltage менее 3В. Например – FQU4N20L, FQU5N20L, FQU7N20L, FQU10N20L, FQU12N20L, IRLU210A, IRLU230A. Плата разведена под транзистор в корпусе I-PAK, но допустимо использовать в корпусе D-PAK. Алгоритм работы и настройки
 Для тестирования аккумулятора на продолжительность работы была использована тестовая прошивка, в которой лампы постоянно светились, поочередно переключая часы-минуты. Для регистрации  использовался USB АЦП (скачать лог-файл). График разряда практически линеен с 4,2В до 3,5В. Это участок времени занял 130 мин или 7800 сек. Результат радует, учитывая что на показ времени требуется 2 сек, то можно будет прогнозировать 3900 включений. На графике на уровне 2,39В сработала встроенная в аккумулятор схема защиты от переразряда.

На основании этих данных построен алгоритм оценки напряжения на аккумуляторе и вывод значения в условных единицах от 50 до 00. Ниже 3,5В блокируется вывод времени на лампы и после нажатия кнопки светодиоды вспыхивают 3 раза. Оставшееся напряжение в аккумуляторе используется для поддержания хода часов TP4056.

Продолжительность зарядки составила 1ч 55 мин. Заряжалось от USB разъема компьютера. Зарядный ток в TP4056 определяется сопротивлением на выв.2. По документации зависимость номинала сопротивления и тока заряда можно рассчитать по формуле, но нагляднее воспользоваться табличкой (у нас 10 кОм):

График заряда коррелируется с графиком из документации на TP4056:

В процессе зарядки светодиод «БАТ» светится. По окончанию зарядки светодиод выключается. Без аккумулятора с подключенной зарядкой светодиод мерцает, лампы зажигаются через раз. В процессе зарядки пользоваться часами можно. Если аккумулятора нет, но нужно проверить работу часов –  питание подавать на плату на контакты подключения аккумулятора.

После подключения зарядного устройства часы можно ввести в режим непрерывного показа времени; достаточно нажать и отпустить кнопку. Для вывода часов из режима непрерывного показа времени переподключаем зарядку. Разумеется, в момент непрерывного показа времени увеличивается время зарядки аккумулятора. Рекомендую к прочтению отличную статью по литий-ионным аккумуляторам.

Приоритетной целью при проектировании было увеличение автономности, а говоря конкретнее – уменьшение тока потребления во всех режимах работы.

Выбрана микросхема часов реального времени M41T81, т.к. в отличии от DS1307 и прочих микросхем она функционирует от 2,0В (до 5,5В) с током потребления от батарейки 0,6 мкА (мультиметром SANWA PC7000 фактические замеры 1,8 мкА).

Также был план «Б», по которому планировалось не использовать M41T81, а использовать только часовой кварц с прямым подключением к микроконтроллеру. И рисунок платы позволяет это сделать, т.к. линии микроконтроллера RC0 и RC1 предназначены для подключения часового кварца 32768Гц.

Сейчас в схеме с M41T81 ток потребления микроконтроллера 36 мкА. Разумеется, этот ток мал, но между 36 мкА и 1,8 мкА гигантская пропасть. Теряется смысл использования M41T81 и это доказано ранее в проекте «Малыш ИН-16».

Потери тока происходят во внутренней подтяжке на линии RB3, которая нужна для работы кнопки. Можно было бы попробовать сделать внешнюю подтяжку, но принципиально ток потребления не изменился бы.

Решением снижения тока может стать полная обесточка микроконтроллера механическим размыкателем. При этом питание на M41T81 по линии батарейки должно оставаться. Например, конструктивно это видится как концевой выключатель на открытие крышки на манер карманных часов «Брегет».

А теперь ответим на вопрос – а каков сценарий использования часов? Предполагается, что часы будут включать, чтобы посмотреть время. И ток потребления в момент свечения ламп несопоставимо велик по сравнению с режимом ожидания. Есть ли смысл ставить дорогую и не распространённую M41T81, нужно ли усложнять конструкцию дополнительным размыкателем питания. Ответ очевиден – смысла нет и не нужно усложнять. Но, честно говоря, мне уже не интересно переделывать.

И если вы внимательно дочитали статью до этого места, то скажем, что M41T81 решено оставить, т.к. большинство сборщиков часов считают, что микросхемы часов реального времени это благо с модной, но бредовой заявкой о «суперточности». В данном случае потребление тока в моменты работы и ожидания несопоставимы, а точность, как известно, определяется точностью часового кварца с параметром 20 ppm и менее.

Первоисточник.

Архив проекта.

Upd 2016/10/20:

 От Gioco (РадиоКот) / Алексей !

          Хочу представить вам свое виденье замечательного проекта Тимофея Носова ручных часов на индикаторах ИН-16. Хочу сказать стразу все что будет здесь рассказано, описано и показано это всего лишь мое личное виденье развитие этого проекта и к тому же это черновой вариант но вполне рабочий. Для начала стояла задача собрать часы не просто красивые но удобные в ношении и использовании, также стояла задача сделать это из доступных материалов и доступными средства.

          Все началось с того что я полностью собрал плату часов по описанию Тимофея. Внесены были минимальные изменения, в основном это подгонка платы под имеющиеся в наличии  детали. Сборка и настройка была сделана по описанию автора часов. Скажу только одно, никаких трудностей это не вызвало кроме поиска и покупки некоторых труднодоступных для меня деталей.

Итак, плата была собрана и имеет вид:

          Дальше были долгие поиски по инету как сделать корпус, то что было предложена на некоторых сайтах вполне красиво но сложно. Нужен знакомый и толковый токарь и дорогой материал. Поэтому был взят лист бумаги и начал чертить как я это вижу. После долгих раздумий было решено использовать дешевую и доступную технологию 3D печати. Нашел в интернете объявления по печати, созвонился. Оказалось все просто, я высылаю чертеж на бумаги, они делают 3D модель, показывают ее и если все меня устраивает печатают и высылают почтой. (скажу сразу 3D файла  модели у меня нет, фирма которая печатал не высылает ее!!!)

          Первая версия была очень громоздкая и ужасная (извините не могу найти ее чтобы показать). Сделав определенные выводы для себя я понял необходимо сделать чтобы часы были не только красивые но и эргономичные и удобные. После этого был сделан второй вариант корпуса.

        

         Основной проблемой было как закрепить стекло ведь корпус и так достаточно толстый 19мм. Тогда я понял, что без металла не обойдется! Многие скажут а как же клей и все такое прочие. Не прокатит это часы для постоянной носки а не для того чтобы лежали на полке.

           В этом корпусе предполагалось использовать четыре латунных пластин для крепления стекла, четырьмя болтами  под шестигранник, а снизу ими же крепились бы пластины для крепления ремня. Думаю на фото видно идея.

После того как я покрутил их в руках и немного подумал в итоге родилась идея третьего варианта корпуса. Нашлось решение как красиво закрепить стекло с помощью  8 болтов под шестигранник.

       Итак, был нарисован и заказан третий вариант корпуса, заказаны из Китая болты М2 для крепления стекла и М3 для крепления ремня а также метчики для ник. Вечерок за бор машинкой и крепление для ремня готово.

Вот результат того что вышло у меня:

          Это не конечный вариант все будет еще дорабатываться. В планах заказать заводскую печатную плату, красиво и аккуратно оформленную, а также сделать ее в диаметре 48,5 мм. Это нудно для того чтобы избавиться от латунных лепестков которые держат стекло. Идея была чтобы стекло держалось за счет шляпок болтиков.

А это просто фото как они смотрятся на руке:

         В конце хочу добавить что часы ношу уже две недели. Вполне удобно,  особенно шокируют людей, которые их видят когда смотрю время.)))) Уже есть мысли насчет следующей версии корпуса, но об этом будет другая статья.

 Всем спасибо за внимание и автору спасибо!!! 

 Cкрины 3Д 🙂

Upd 2016/10/20:

Создание корпуса (продолжение от Gioco (РадиоКот) / Алексей).

Всем доброго дня. Как и говорил ранее, хочу представить следующий, доработанный вариант часов. Походив несколько месяцев с ними, я понял где и что надо доработать.

Самая важная для меня задача это сделать красивую и аккуратную печатную плату, так как часы будут открытыми. Я доработал немного плату автора и занялся поисками, где ее можно изготовить. Через множество друзей мне ее сделали такой как я и хотел (хотя сейчас такое можно и в Китае заказать!!). главными условиями были: двухсторонняя плата, тонкий текстолит и черная маска. Вот что получилось в итоге:

Затем был немного доработан под готовую плату корпус. Учтены все недочеты из предыдущей версии. В итоге корпус получился 17мм толщиной, это с учетом, что 13мм толщина самих лам и 1мм толщина стекла. Думаю это неплохой результат. Было немного доработано крепление стекла, теперь это только 8 болтов под шестигранник, без латуни. И было немного изменено крепление под ремень.

  Так же, немного подумав, я отказался от разъёма USB!!! Да с одной стороны он универсальный, но с другой очень геморройно его точно подогнать под корпус. Я сделал по другому, с торца часов закрутил два латунных болтика с М3 и вывел их на плату. Часы будут заряжаться через станцию зарядки.

 

Последнем что осталось сделать это хороший и надежный ремень. Было много вариантов от широкого до тонкого. В итоге я остановился на ширине в 30 мм. Так как застёжки на такой ремень трудно найти автор, который мне его делал, предложил застежки штырькового типа. В итоге на мой взгляд ремень получился просто супер. !!! Ремень не покупался готовым а изготавливался именно под эти часы и крепление!!!

В итоге получились вот такие часы. ДУМАЮ И ЭТО НЕ КОНЕЧНЫЙ ВАРИАНТ))))) есть еще много задумок в голове.

 

robocua.blogspot.com