Еще одни часы на газоразрядных индикаторах. Еще одни часы на газоразрядных индикаторах Особенности самодельных часов

Всем привет. Хочу рассказать, о моей недавней «поделке», а именно часах на газоразрядных индикаторах (ГРИ).
Газоразрядные индикаторы давно уж канули в лету, лично меня они даже самые «новые» старше. Использовали ГРИ в основном в часах и измерительных приборах, позже на их место пришли вакуумно-люминесцентные индикаторы.
Так что же из себя представляет лампа ГРИ? Это стеклянный баллон (это же ведь лампа!) наполненный внутри неоном с небольшим количеством ртути. Внутри так же расположены электроды, изогнутые в виде цифр или знаков. Интересно то, что символы расположены друг за другом, следовательно, каждый символ светится на своей глубине. Если есть катоды, должен быть и анод! – он один на всех. Так вот, чтобы зажечь определенный символ в индикаторе, нужно приложить напряжение, причем не малое, между анодом и катодом соответствующего символа.
Для справки хотелось бы написать, как же происходит свечение. При приложении высокого напряжения между анодом и катодом газ в лампе, который до этого был нейтрален, начинает ионизироваться (т.е. из нейтрального атома образуется положительный ион и электрон). Образовавшиеся положительные ионы, начинают двигаться к катоду, высвободившееся электроны, к аноду. При этом электроны «по пути» дополнительно ионизируют атомы газа, с которыми сталкиваются. В результате возникает лавинообразный процесс ионизации и появляется электрический ток в лампе (тлеющий разряд). Так вот теперь самое интересное, помимо процесса ионизации, т.е. образования положительного иона и электрона, существует и обратный процесс, называют его рекомбинацией. Когда положительный ион и электрон «превращаются» опять в одно целое! При этом происходит выделение энергии в виде свечения, которое мы и наблюдаем.
Теперь непосредственно к часам. Лампы я использовал ИН-12А. Они имеют не совсем классическую форму ламп и содержат символы 0-9.
Прикупил я изрядное количество ламп, которые не были в использовании!

Так сказать, чтоб на всех хватило!
Интересно было сделать миниатюрное устройство. В итоге получились довольно компактное произведение.
Корпус вырезал на лазерном станке из черного акрила по 3D модели, которую делал исходя из печатных плат:

Схема устройства.
Часы состоят из двух плат. На первой плате расположены четыре лампы ИН-12А, дешифратор К155ИД1 и оптроны, для управления анодами ламп.

Так же на плате имеются входы для подключения питания, управления оптронами и дешифратором.
Вторая плата – это уже мозг часов. На ней расположен микроконтроллер, часы реального времени, блок преобразования 9В в 12В, блок преобразования 9В в 5В, две кнопки управления, пищалка и выводы всех сигнальных проводов, совпадающих с платой индикации. Часы реального времени имеют резервную батарею, что не позволяет сбиваться времени при отключении основного питания. Питание производится от блока 220В-9В (достаточно 200мА).

Соединяются эти платы с использованием штыревого разъема, но не вставкой, а пайкой!

Собирается все это дело таким образом. Сначала длинный винт М3*40. На этот винт одевается трубка от воздушного шланга 4мм (он плотный, и подходит для удерживания печатных плат, я его очень часто использую). Потом между печатными платами стойка (печатал на 3D принтере) и потом латунная сквозная гайка все это затягивает. И задняя стенка будет крепиться тоже болтами М3 к сквозным латунным гайкам.

При сборке выяснилась такая неприятная особенность. Прошивку написал, но часы отказывались работать, лампы мерцали в непонятном порядке. Проблема решилась установкой дополнительного конденсатора между +5В и массой прямо возле микроконтроллера. Его видно на фото сверху (установил его в разъем для программирования).
Файлы проекта в программе EagleCAD и прошивку в CodeVisionAVR прилагаю. Можете модернизировать если необходимо в своих целях)))
Прошивка часов сделана довольно просто без наворотов! Просто часы. Две кнопки управления. Одна кнопка-«режим», вторая «настройка». Нажав кнопку «режим» в первый раз, отображаются только цифры, отвечающие за часы, если в этом режиме нажать «настройка», то часы начнут увеличиваться (при достижении 23 сбрасываются в 00). Если нажать еще раз на «режим», будут отображаться только минуты. Соответственно, если нажать в этом режиме «настройка», будут увеличиваться минуты так же в «круговом» порядке. При еще одном нажатии на «режим» – отображаются и часы и минуты. При изменении часов и минут, секунды обнуляются.

Завораживающее неоновое свечение отчасти похожее на свечение электровакуумных ламп, похожий внешний вид. Все это дает ощущение прошлого на этапе освоения, познания и начала применения электричества, насколько можно представить по книгам, фильмам, иллюстрациям. Вот так завернул. Но обо всем по-порядку.

Назад в прошлое?

Ре́тро (также стиль ретро ; ретро-стиль от лат. Retro «назад», «обращённый к прошлому», «ретроспективный») - достаточно абстрактный художественно-исторический термин, применяемый для описания различных категорий старинных вещей, имеющих некую культурную и/или материальную ценность, и, как правило, нечасто встречающихся в современной повседневной жизни с её нарочитой практичностью и стремлением к избавлению от «лишних» деталей. (Википедия).

Вот как то так. Но прогресс не стоял и не стоит на месте. Все миниатюризируется, унифицируется с одновременным увеличением функциональности. И тут на помощь приходят микроконтроллеры и прочие программируемые интегральные микросхемы (ИМС). Можно конечно использовать и более простые устройства для достижения большей аутентичности изготавливаемого изделия, но... эта совершенно другая тема для разговора.

Это все к тому, что не обязательно возвращаться к возможностям прошлого, а использовать доступное настоящее. Есть, конечно, и другие способы реализации, здесь же рассматривается конкретное решение поставленной задачи на микроконтроллере (МК) производства фирмы ATmega8.

Внешнее соответствие "призракам" прошлого полностью зависит от фантазии, взглядам, вкусам человека, изготавливающего сей девайс в ретро-стиле. Бесспорно, кому-то нравятся другие направления в оформлении, тогда вам и карты в руки.

А суть в чем?

Предлагаемые часы имеют следующий функционал:

• Индикация времени в формате ЧЧ:ММ:СС
• Возможность показа разделительных точек (для большей наглядности)
• Возможность показа даты в формате ДД:ММ:ГГ в начале каждого часа (~10 сек)
• Принудительный показ даты
• Возможность воспроизведения ежечасного сигнала
• Установка до 10-ти будильников на разное время в формате ЧЧ:ММ
• Повтор сигнала (если не был выключен) будильника через 5 минут с момента срабатывания
• Изменение эффекта переключения цифр (плавное переключение)
• Сохранение настроек и продолжение отсчета времени при отключении питания
• Через каждые 10 дней работы в 00:00:00 включается двухминутный режим антиотравление катодов

После включения часы будут стоять, чтобы они пошли необходимо выставить время.

Тыкая кнопочки

Управление часами осуществляется 4-мя кнопками. При каждом нажатии издается звуковой сигнал

Для настройки используется 4-е режима (без режима "по умолчанию"), переключение которых осуществляется циклически (0 -> 1 -> 2 -> 3 -> 4 -> 0, "0" используется для привязки к программе).

Если примерно в течении 10-и секунд не была нажата ни одна кнопка, часы переходят в режим "по умолчанию". При выборе кнопкой "NEXT" нужного параметра для его установки, соответствующее значение будет мигать, и при его изменении кнопкой "SET" загорятся разделительные точки. Это означает, что текущее значение хотя бы одного параметра изменено и, если необходимо, его нужно сохранить нажав кнопку "SAVE", разделительные точки при этом погаснут. В случае выставления недопустимых значений времени или даты и при попытке их сохранения кнопкой "SAVE", запись не будет произведена, о чем будут свидетельствовать горящие точки.

Настройка времени: выставляется требуемое значение, при установки секунд (как десятков, так и единиц) происходит их сброс в "0". Далее в нужный момент введенные значения сохраняются.

Настройка даты: тут просто выставляется требуемое значение и сохраняется.

Настройка будильника: выставляются часы и минуты, при изменении значения в позиции для десятков секунд происходит последовательный перебор будильников (всего может быть настроено до 10-ти будильников), в позиции единиц секунд будильник активируется при установки "1", и, соответственно, деактивируется установкой "0" (при прошивке все будильники установлены в 00:00 и выключены).

Дополнительные настройки: здесь каждый параметр отвечает за небольшое изменение функциональности. В таблице приведены значения дополнительных настроек.

(при прошивке все значения установлены в "0"). Мелодия для будильника сделана одна "В траве сидел кузнечик", так сказать, на пробу (за то что понравится не ручаюсь:)). При использовании зуммера не рекомендуется ставить мелодию, так как будет каша из звуков "режущих" ухо.

Прошивка написана на языки Си в среде . Исходный код (с подробными, я так думаю, комментариями) прилагается. Проект печатной платы и схема выполнены в . Для не владеющих этим инструментом все переведено в PDF.

Если будет время, возможно, что-нибудь будет добавляться в прошивку, но для повседневного использования такого функционала по-моему достаточно. Или каждый может поменять и добавить то, что ему нужно.

Небольшое видео работы часов:

И еще пара картинок

Использованные материалы:
1. Повышающий DC-DC преобразователь
2. DS1307
​ 3. Огромнейшая тема по часам на ГРИ

Update

Обновленная прошивка от 7.05.2019.

1. Добавлены два эффекта отображения - плавный переход из одной цифры в другую, смена цифры перебором (настраивается в пункте вкл/выкл эффекта плавной смены).
2. Добавлен аналоговый датчик температуры типа LM35 (можно использовать похожего типа с характеристикой 10 мВ/°С). Выход датчика подключается на 26-ю ногу МК. На печатной плате изначально заложено место по разъем. Показания температуры выводится при нажатии на кнопку 2(NEXT) в режиме показа времени.
3. Добавлен ночной режим - пониженная яркость с 22:00 до 6:00. (Для тех, кому не хватало яркости в обычном режиме, анодные резисторы индикаторов можно уменьшить до 1-2,2 кОм).
4. Из-за некоторых изменений и оптимизаций в прошивке, корректная работа будильника (если им вообще кто-то пользуется) пока не проверена. По задумке должно работать так: при настройке будильника, в позиции единиц секунд - 0 - выкл; 1,2,3,4,5,6,7 - по дням; 8 - будни; 9 - все дни.

Архив (Clock_firmware_7.05.2019.zip) с прошивкой (исходников не будет) прикреплен ниже.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
U1	Часы реального времени (RTC)	DS1307	1			В блокнот
U2	Кодер, декодер	SN74141	1	SN74141N или К155ИД1		В блокнот
U3	МК AVR 8-бит	ATmega8A	1	ATmega8A-PU		В блокнот
U4	Линейный регулятор	L7805AB	1			В блокнот
U5	DC/DC импульсный конвертер	MC34063A	1			В блокнот
Q1, Q3, Q6, Q8, Q10, Q12, Q15	Биполярный транзистор	КТ940А	7	MPSA42, MPSA92, BF422 BF423		В блокнот
Q2, Q4, Q7, Q9, Q11, Q13, Q16	Биполярный транзистор	КТ3157А	7			В блокнот
Q5	Биполярный транзистор	2N5551	1			В блокнот
Q14	MOSFET-транзистор	IRF740	1			В блокнот
D1-D6	Выпрямительный диод	1N4148	6			В блокнот
D7	Выпрямительный диод	1N4937	1			В блокнот
C1	Конденсатор	0.047 мкФ	1			В блокнот
C2, C3, C5, C6, C8, C10	Конденсатор	0.1 мкФ	6			В блокнот
С4		100 мкФ 25В	1			В блокнот
C9	Электролитический конденсатор	10 мкФ 25В	1			В блокнот
C11	Электролитический конденсатор	470 мкФ 25В	1			В блокнот
C12	Конденсатор	100 пФ	1			В блокнот
C13	Конденсатор	470 пФ	1			В блокнот
C14	Электролитический конденсатор	4.7 мкФ 250В	1			В блокнот
C15, C16	Конденсатор	22 пФ	2			В блокнот
R2	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R3, R19, R28	Резистор	10 кОм	3			В блокнот
R4	Резистор	3 кОм	1			В блокнот
R5, R6, R10, R14, R20, R24, R29, R33	Резистор	4.7 кОм	8			В блокнот
R7, R11, R15, R21, R25, R30, R35	Резистор	33 кОм	7			В блокнот
R8, R12, R16, R22, R26, R31, R36	Резистор	100 кОм	7			В блокнот
R9, R13, R17, R23, R27, R32, R37	Резистор	470 кОм	7			В блокнот
R34	Резистор

Схема: есть (PIC16f886,PIC16F628)

Плата:есть ( Sprint-Layout )

Прошивка:есть

Исходник:нет

Описание: eсть

Особенности: отсутствие РТС, софтовый DC-DC высокого напряжения.

Схема:

Часы работают в 24 часовом формате.
Есть функции будильника и отображения температуры.
Питание в диапазоне 4,5…15В.
Управление энкодером с кнопкой.

Конструкция состоит из двух плат – плата с индикаторами и плата управления.
Платы соединяются через разъемы PLS и PBS . Разъемы паяются со стороны дорожек.

Вход в настройки будильника коротким нажатием на кнопку энкодера (разделитель минут и часов светит не мигая). Вращением энкодера настраиваем время сигнала. Повторное короткое нажатие (или 10 сек бездействия) – выход в режим часов (разделитель мигает). Разрешение срабатывания будильника – длинное нажатие (удержание) до появления сигнала: короткий сигнал – отключено, тональный сигнал – включено. После срабатывания будильника тональный сигнал звучит 1 мин. Тональный сигнал можно прервать нажатием на кнопку экнодера.

Температура выводится с 25 по 30 сек.

С 9:00 до 21:00 часы издают короткий почасовой сигнал.

Точность работы – примерно 1 сек в сутки (проверено в другом проекте). Кварц обвязывать (нагружать) рекомендованными ёмкостями. Место монтажа кварца и прилегающие линии отмыть и просушить. Корпус кварца соединить с минусом.

Архив проекта .
.

Простые часы с ретро лампами ИН-12

Схема:

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

Часы работают в 24 часовом формате.Короткое нажатие на кнопку «ок» перебирает режимы: часы, будильник, яркость. Есть будильник. Длинное нажатие на кнопку «ок» определяет срабатывание будильника: короткий сигнал – отключено, тональный сигнал – включено.В часах можно настроить яркость свечения ламп и, соответственно, ток потребления. Подстройка яркости в пределах 0…99 уровней. С 9:00 до 21:00 часы издают короткий почасовой сигнал.

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

Некоторые детали могут быть заменены:

Стабилизатор напряжения КР1158ЕН5А (TO -251) = 7805 (TO -220)

Полевой транзистор STU6N62K3 (IPAK ) = IRF840 (TO -220)

Индуктивность 1000 мкГн = 470 мкГн.

Конденсатор 4,7мкФ х 350В = 10 мкФ х 350В

Диод Шоттки 1N5817 = 1N5819 (нежелательно).

Много аналогов у установочных компонентов – почти любые горизонтальные держатели батареи CR 2032, тактовые кнопки 6х6 мм, пьезоизлучатели диаметром до 12мм, любые доступные панели под микросхемы.

Светодиоды, которые раньше с восторгом воспринимались в любых электронных устройствах индикации, в последнее время набили оскомину и стали заметно проигрывать ретро индикаторам, например вакуумным лампам, которые смотрятся гораздо приятнее. Поэтому была создана версия электронных часов, которые показывают время с помощью газоразрядников ИН-12.

Особенности самодельных часов

• дисплей выполнен на лампах ИН-12 (nixie),
• небольшой корпус,
• схема без микроконтроллеров,
• питание от БП-адаптера 9 вольт
• потребление тока 150 мА.

Основа конструкции — корпус универсальный Z5A. Четыре такие лампы идеально вписываются по ширине в таком корпусе. По первоначальной схеме тактовые импульсы для часов были взяты из сети 220 В, которая также была источником высокого напряжения питания для анодов ламп.

Правда рискованно пользоваться устройством, в котором все находится под потенциалом сети. Поэтому во втором варианте питание было взято с повышающего преобразователя напряжения, а тактовую частоту сменили на типичную схему генератора: кварц 32,768 кГц, CD4060, делитель CD4013.

Окончательная схема — это несколько других схем из интернета, слегка модифицированных и объединенных в одну. Выше приведена принципиальная электрическая схема, которую можно увеличить по клику на картинке. Далее идёт печатная плата самодельных часов.

Стоимость трудно определить, лампы покупались давно, но даже если скупать все радиодетали сейчас — можно уложиться в 1000 рублей, что естественно хорошая цена за такой модный ретро гаджет.

Вид на монтаж сверху и снизу.

Тем кто захочет повторить конструкцию, советуем корпуса для часов на газоразрядных индикаторах делать из алюминия, меди, латуни или дерева (для подчёркивания винтажности). В крайнем случае обклеить пластик плёнкой-самоклейкой «под дерево». И вместо красного цветофильтра спереди лучше поставить прозрачный плексиглас — тогда останется естественный цвет ламп ИН-12.

Схема и описание цифровых электронных часов на индикаторах ИН-12(ИН-18) и микросхемах К176ИЕ12, К561ИЕ8. В настоящее на просторах интернета можно встретить множество всевозможных схем и конструкций часов на микроконтроллерах и практически уже нет схем на обычной логической элементной базе.

Я нашел только три подробных схемы электронных часов на логических микросхемах. Схемы устройств на основе микроконтроллеров, можно сказать, по всем параметрам выигрывают у старых схем на обычной элементарной базе.

И тем не менее, не у всех есть навыки работы и программирования микроконтроллеров. Стоит заметить, что и далеко не у всех радиолюбителей есть возможность приобрести сами микроконтроллеры, в силу тех или иных причин.

Имея в наличии старые запасы микросхем серий к176 и к561, решил подарить им вторую жизнь, собрав часы по найденной в журнале радиоконструктор (№3,2013) схеме.

Принципиальная схема

Как видно из схемы отображение времени ведется на четырех индикаторах ИН-14.

Рис. 1. Принципиальная схема самодельных цифровых часов на индикаторах ИН-14 (ИН-18) и К176ИЕ12, К561ИЕ8.

Для добавления к часам секундных разрядов нужно собрать еще одну схему со счетчиком, как для счета минут (на D2 и D3), подключить эти два счетчика последовательно уже имеющимся: с 12-го вывода счетчика десятков секунд подать импульсы на вывод 14 D2.

Также, нужно на вход нового счетчика единиц секунд (вывод 14) подавать импульсы с периодом не в одну минуту, а в одну секунду (берем с вывода 4 D1). Получается что для добавления секундных сегментов понадобится еще две микросхемы К561ИЕ8, два индикатора и 16 высоковольтных транзисторов.

Детали и печатная плата

Рис. 2. Рисунок печатной платы для самодельных цифровых часов.

Не стремился сделать ее идеальной, без навесных проводников, а поэтому получилась она довольно простой. Все остальные соединения электронных компонентов, которые отсутствуют на рисунке печатной платы, выполнил соединительными проводниками.

Рис. 3. Фото готовой печатной платы.

Благо дело схема весьма простая и не сложно разобраться что и куда. На бумаге печатка исправлена, без ошибок и в травленом виде тоже без ошибок.

Рис. 4. Печатная плата с впаянными электронными компонентами и проволочными соединениями.

Получилось, немножко корявенько и не очень аккуратно, тем не менее вполне работоспособно.

Мною сразу был сделан вариант часов с секундами. Секундные счетчики у меня обозначены D7 D8.

От себя добавлю: вывод 12 D8 нужно подсоединить к выводу 14 D2 через через резистор сопротивлением 2,2 КОм. Без использования резистора перестанет работать установка времени.

Конструкция

Установка времени, как можно увидеть из схемы, выполняется комбинированным с выключателем переменным резистором. Суть такова: чем выше сопротивление резистора, тем медленнее идет счет часов и минут, секунды при этом останавливаются.

Рис. 5. Собранная электронная схема часов.

Рис. 6. Включенные часы без корпуса, плата и индикаторы.

И соответственно, чем меньше сопротивление, тем быстрее идет счет. Очень удобно без использования набора из кнопок.

Рис. 7. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-12.

Рис. 8. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-12 и с включенной подсветкой.

У меня всего одна кнопка, которая включает зеленую подсветку. Индикаторы я использовал ин-12а (без точки) и чуть позднее был собран вариант на ИН-18.

Рис. 9. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-18.

Их то только было на одни часы, купить ин-18 можно, но вот люди которые их продают, мягко говоря обнаглевшие рвачи, просят за одну лампу ин-18 от 2 до 4 тысяч!! Что просто немыслимо.

Рис. 10. Готовые часы в корпусе с индикаторами ИН-18 (включена подсветка).

Ну а газоразрядные индикаторы ИН-12 можно купить по цене всего 46 рублей за штучку. Вот собственно и все что нужно сказать по данной схеме. Корпус был изготовлен из остатков панели МДФ, напилены заготовки на стороны корпуса и склеены клеем ПВА, сверху все обклеено декоративной пленкой.

При правильной сборке схема запускается сразу и без проблем. Возможно моя, не претендующая на оригинальность, конструкция с обзором кому-то пригодится при повторении..