Гри часы своими руками

Часы на ГРИ by KARMAN

Данный проект разработан Дмитрием Кармановым, представляет собой одноплатные часы на ГРИ на базе микроконтроллера STM32. Все необходимые для создания платы и загрузки прошивки файлы вы найдёте в архиве, ссылка ниже. Там же есть таблица со списком компонентов и другая полезная информация.

1. Техническое описание

Часы цифровые электровакуумные предназначены для отображения текущего значения времени на четырех газоразрядных индикаторах. Основные параметры устройства:

• Габариты печатной платы – 87 х 50 мм;
• Высота устройства – не более 80 мм;
• Напряжение питания – 5 В;
• Ток потребления в режиме индикации времени – не более 250 мА;
• Ток потребления в режиме прожига – не более 300 мА;

2. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО СБОРКЕ

2.1 Сборка часов

Сборку часов следует проводить в соответствии с приложенными схемами и спецификацией. Конструкция часов предполагает три варианта реализации питания: гальванически изолированное через разъем mini-USB, без гальванической изоляции через разъем mini-USB или через разъем XP4. От выбранного способа питания зависит необходимость установки компонентов G1, R23, R24, XP1 и XP4 (см. раздел «Спецификация»). В начале монтажа платы рекомендуется установить компоненты DD5 и U1, далее установку компонентов следует проводить по мере увеличения их габаритов. В последнюю очередь рекомендуется установить выводные компоненты. При необходимости допускается заменить тактовые кнопки SB1-SB4 на аналогичные по функционалу. В зависимости от выбранного способа загрузки в контроллер исполняемого кода следует установить перемычку BOOT0 (см. раздел «Загрузка и обновление прошивки»). Для установки перемычки достаточно нанести на площадки небольшое количество припоя таким образом, чтобы их замкнуть. Перед установкой индикаторов необходимо смыть остатки флюса отмывочным средством (рекомендуемая смесь: изопропанол и бензин «Калоша» в соотношении 1:1).

2.2 Модель индикаторов

В качестве газоразрядных индикаторов рекомендуется использовать индикаторы ИН-16, но при необходимости на плату могут быть установлены индикаторы ИН-14. Во избежание выхода из строя индикаторов необходимо соблюдать их цоколевку (стрелочный указатель на плате и газоразрядном индикаторе указывает на первый вывод). Не рекомендуется запускать часы без установленных индикаторов. После завершения сборки необходимо повторно смыть остатки флюса.

2.3 Дополнительная информация

Для предотвращения автоматического сброса времени при отключении часов от питающего напряжения рекомендуется установить элемент питания CR2032 в батарейный отсек XP3. Допускается использовать часы без указанного элемента. Перед первым подключением питания следует проверить цепи на наличие короткого замыкания. Также рекомендуется провести визуальный осмотр платы. При использовании устройства без корпуса следует установить в крепежные отверстия латунные стойки PCHSN-10 (H-L-1000-1600-5-03-1N1W) закрепив их гайками M3.

3. ЗАГРУЗКА И ОБНОВЛЕНИЕ ПРОШИВКИ

• Загрузка исполняемого кода может осуществляться двумя способами: с помощью программатора ST-Link V2 или посредством USB-UART преобразователя, подключенного к ПК.
• Загрузка с помощью ST-Link V2. Перед прошивкой должна быть установлена перемычка BOOT0. К разъему XP2 подключается программатор ST-Link в соответствии с указанной распиновкой. На ПК запускается ПО «STM32 ST-LINK Utility». В разделе «Target->Settings…->Reset Mode» необходимо установить режим «Software System Reset». Далее следует перейти в раздел «Target->Program…» и выбрать необходимый файл прошивки. Затем нажатием кнопки «Start» запускается прошивка. После завершения загрузки следует отключить программатор и закрыть ПО.
• Загрузка с помощью USB-UART преобразователя. Перед прошивкой перемычка BOOT0 не должна быть установлена. К разъему XP4 подключается UART преобразователь в соответствии с указанной распиновкой (TXp->RXd и RXp->TXd, где TXp, RXp – выводы преобразователя, а TXd, RXp – выводы устройства). На ПК запускается ПО «Flash Loader Demonstrator». В разделе «Port Name» указывается номер подключенного преобразователя и нажимается «Next». После успешной инициализации устройства необходимо еще два раза нажать кнопку «Next». Далее необходимо выбрать пункт «Download from file» и указать путь к файлу прошивки. Затем следует вновь нажать кнопку «Next» и дождаться окончания загрузки. После завершения загрузки следует отключить программатор, закрыть ПО и установить перемычку BOOT0.

4. УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМАМИ ИНДИКАЦИИ

4.1 Режим отображения времени

Активируется по умолчанию после подключения питания устройства. В случае некорректного отображения следует изменить тип индикатора (см. пункт 4.3)

4.2 Режим установки времени

Активируется длительным удержанием центральной кнопки в режиме отображения времени. При переходе в указанный режим два левых индикатора отображения значения часов загораются чуть ярче индикаторов значения минут. Корректировка текущего параметра осуществляется нажатием левой или правой кнопки в меньшую или большую сторону соответственно. При длительном удержании одной из боковых кнопок увеличение или уменьшение параметра будет происходить автоматически с изменением на единицу через небольшие интервалы времени. Переключение между корректируемыми параметрами осуществляется кратковременным нажатием на центральную кнопку. При этом корректируемому параметру соответствует более интенсивное свечение индикаторов. Переключение происходит циклически: часы->минуты->секунды->часы… При корректировке значения секунд два левых индикатора отключаются. Возврат в режим отображения времени осуществляется длительным нажатием на центральную кнопку, при этом яркость индикаторов уравнивается.

4.3 Режим изменения типа индикаторов

Активируется длительным удержанием левой или правой кнопки в режиме отображения времени. Удержание левой кнопки соответствует переключению типа двух левых индикаторов, а удержание правой – двух правых индикаторов. Корректному выбору типа индикаторов соответствует индикация нулей в соответствующих индикаторах при дальнейшем удержании кнопки. При этом два других индикатора отключаются. Выход из режима происходит при отпускании удерживаемой кнопки. Установленный тип индикатора записывается в энергонезависимую память контроллера и стирается при повторном изменении типа индикаторов или при обновлении прошивки.

4.4 Режим установки скважности ШИМ

Активируется кратковременным нажатием одновременно двух крайних кнопок в режиме отображения времени. На четырех индикаторах отображается значение скважности ШИМ (отсчеты таймера с периодом 1500 ед. при частоте тактирования 36 МГц). Управление значением осуществляется подобным описанному в п. 4.2 образом. Для увеличения яркости необходимо увеличить отображаемое значение. При появлении «фантомных» цифр соседних индикаторов следует уменьшать отображаемое значение до полного пропадания «фантомного» эффекта. Выход из режима установки скважности ШИМ осуществляется кратковременным нажатием на центральную кнопку. При этом установленное значение скважности ШИМ записывается в энергонезависимую память контроллера и стирается при повторном изменении значения или при обновлении прошивки.

4.5 Режим прожига «отравленного» катода

Активируется длительным удержанием одновременно двух крайних кнопок в режиме отображения времени. При этом в крайнем левом индикаторе загорается катод, соответствующий цифре «0», а динамическая индикация полностью отключается. Если при переходе в режим прожига загорается другая цифра, следует изменить тип индикатора (см. пункт 4.3). Переключение индикаторов происходит циклически слева направо при нажатии левой кнопки. Выбор «отравленного» катода осуществляется нажатием правой кнопки. При этом возрастает потребление устройства, и увеличивается нагрев силовых элементов схемы (см. результаты температурных исследований). Выход из режима прожига «отравленного» катода осуществляется кратковременным нажатием на центральную кнопку.

Источник

Ламповые часы Nixie clock своими руками

Я уже больше 5 лет занимаюсь изготовлением часов на газоразрядных индикаторах, а недавно заполучил довольно редкие лампы ZM1040, часы на которых считаю одними из лучших в своей коллекции. Надеюсь, и вы сможете по достоинству оценить мою работу, ознакомившись с подробностями и процессом изготовления.

Картинка кликабельна

Введение

Газоразрядный индикатор Nixie tube — электровакуумный прибор, в котором используется тлеющий разряд для отображения различных символов за счёт свечения газа вокруг них. Состоит, как правило, из одного анода и 10 катодов в форме цифр, расположенных друг за другом. Подробнее об устройстве и принципе работы можно почитать на Википедии.

Несмотря на то, что ГРИ не производятся уже почти 30 лет, интерес к часам на их основе в настоящее время не утихает. Справедливости ради стоит сразу отметить, что в мире существует по меньшей мере два современных производителя ГРИ: появившийся около 5 лет назад Daliborfarny, создающий аналоги индикаторов Z5680M/Z568M по весьма высокой для рядового радиолюбителя цене в €135 за штуку и Millclock, с 2018 года создающий нечто похожее на ИН-18 по $99. В то же время на различных барахолках, сайтах с объявлениями и даже на Алиэкспресс сейчас можно без труда купить индикаторы ИН-12, ИН-14, ИН-8 и т.д. по цене от 200 рублей за штуку. Все они по-своему хороши и находят своих почитателей.

Подготовка

Первым делом — выбор ламп. Для этого проекта мне удалось приобрести 6 индикаторов ZM1040 производства ныне несуществующей компании Tesla.

Собственно сайт, на котором можно найти больше информации о ГРИ.

К сожалению, почти на всех лампах местами отсутствовал красный лак, так что мной было принято решение полностью его удалить, фактически получив таким образом индикаторы ZM1042:

Для сравнения размеров рядом находится индикатор ИН-8-2 с высотой символа 18 мм.

Эти ГРИ имеют внушительную по своим меркам высоту символа в 30 мм, что хоть и уступает на 10 мм самым большим из советских индикаторов ИН-18, но при той же ширине символа обеспечивает, на мой взгляд, более гармоничные пропорции.

Так как я пока не умею самостоятельно писать прошивки для микроконтроллеров, следующим этапом был поиск подходящего проекта в открытом доступе. В этом мне в частности помог сайт Радиокот, где есть тема с огромным количеством различных устройств на ГРИ. В этом плане большой плюс — универсальность решений: без труда в схему часов на ИН-8-2 можно установить лампы ИН-16, например, и наоборот.

Вот схема, которую выбрал я:

Картинка кликабельна

При создании часов на ГРИ можно использовать статическую или динамическую индикацию, лично я предпочитаю второй вариант. Именно поэтому на схеме так странно показано соединение дешифратора BU2090F с катодами ламп: все катоды соединены параллельно. Подробнее об этом можно прочитать здесь.
Кроме того, на схеме не показано, к какому катоду подключается каждый выход дешифратора. Дело в том, что для упрощения разводки печатной платы в прошивке имеется возможность «переназначить катоды», то есть задать правильный для конкретного случая порядок отображения цифр.

Для питания ГРИ необходимо напряжение порядка 170 Вольт при токе в несколько миллиампер. Для его получения используется импульсный преобразователь на микросхеме МС34063, хорошо зарекомендовавшей себя в подобных схемах.

Следующий типовой блок — транзисторы для управления анодами ламп — здесь используется ставшее уже классическим сочетание MMBTA42 и MMBTA92.

В качестве микросхемы часов реального времени применена достаточно точная DS3231SN с батарейкой для поддержания хода часов при отключении от сети.

Также на схеме присутствует линейный понижающий преобразователь на 5 Вольт для питания микросхем, датчик температуры DS18B20 и управляющий всем этим микроконтроллер PIC16F628A.

Печатная плата

С лампами, схемой и деталями определились, теперь — плата. Имея некоторый опыт, печатные платы я сразу подготавливаю для изготовления в Китае: два слоя, шелкография, маска, переходные отверстия — всё это здорово упрощает сборку и позволяет позволяет сделать плату в меру компактной. Подробно на этим этапе останавливаться не буду, так как о проектировании и методах изготовления плат написано уже очень много, в частности:

7 правил проектирования печатных плат
Перестаньте травить печатные платы дома — заказывайте их на производстве
Отмечу, что на этом этапе самым сложным для меня оказался поиск чертежа цоколя лампы со всеми размерами. В подобных случаях я всегда стараюсь изготовить первый экземпляр платы (или её фрагмента) самостоятельно, чтобы наверняка исключить возможность ошибки.

В результате моя плата получилась вот такой:

Вырез под разъём питания (который будет закреплён на корпусе, а с платой соединён проводами) и вырезы под электролитические конденсаторы — для уменьшения габаритов и толщины собранной платы. Это незначительно скажется на стоимости плат, но позволит уменьшить размеры корпуса.

Далее — экспорт в формат gerber, заказ на Jlcpcb.com и около месяца ожидания (расплата за самую дешёвую доставку).

На нижней стороне платы перечислены индикаторы, которые можно в неё установить без доработок

Сборка платы

О том, как паять SMD и выводные компоненты я не смогу сказать ничего нового, поэтому лишь уточню пару нюансов.

Во-первых, схему рекомендую собирать по частям: сначала — преобразователи, затем — остальные детали, и только в последнюю очередь — лампы. В данном случае лампы не впаиваются в плату, а устанавливаются через штырьки из разъёма DPBS-25F, которые отдельно можно найти в продаже по запросу «nixie tube pin» — это заметно упрощает сборку.
Во-вторых, если используете какие-то флюсы, не забывайте их потом отмывать. Сам я использую припой с флюсом, не требующим отмывки, что довольно удобно.

В-третьих, советую покупать электронные компоненты только в проверенных магазинах — это поможет избежать множества проблем при сборке и наладке устройства. В случае с этими часами особое внимание советую уделить BU2090F — уж очень часто они мне попадались бракованные: если после сборки в одной или нескольких лампах вместо одной цифры светятся сразу все, проблема почти наверняка в дешифраторе.

После сборки части платы проверяю наличие всех напряжений:

174 Вольта вместо 170 получилось из-за погрешности номиналов резисторов в обратной связи преобразователя, что в данном случае не критично

И полностью собранная плата со всех сторон:

Я собирал сразу две платы, поэтому можно найти некоторые отличия в компонентах между этой и предыдущей фотографией

На этом этапе уже можно установить лампы и продемонстрировать работу часов (что я и делал для окончательной проверки всех элементов), но фотографировать не стал — лучше чуть позже покажу полностью законченные часы.

Изготовление корпуса

В подобного рода изделиях корпус — очень важная составляющая. Вариантов здесь масса: металл, дерево, полимерные материалы (включая 3D печать), камень и различные их комбинации — у кого на что хватит терпения, опыта, оборудования/инструментов и денег. Лично мне нравится древесина.

Именно под деревянный корпус проектировалась плата, и именно этим обусловлено такое расположение разъёма питания и кнопок для настройки.

В качестве материала была выбрана давно полюбившаяся мне древесина бубинга, которая имеет относительно высокую плотность и прочность и хорошо себя зарекомендовала при обработке на фрезерном станке.

Чертёж корпуса в электронном виде я не создавал, но в архиве в конце статьи будет фотография чертежа, сделанного от руки, если кому-то вдруг это нужно.

Модель получилась вот такой:

Извиняюсь за фотографию монитора, сделать скриншот не было возможности

После изготовления, шлифовки и покрытия воском корпус стал выглядеть вот так. Попутно уже вручную были просверлены отверстия для винтов крепления нижней крышки и платы и сделаны небольшие углубления под выступающие детали:

Фотография не очень хорошо передаёт цвет древесины, на КДПВ он больше похож на действительный

Как и ожидалось, после минимальных доработок корпуса, плата была установлена именно так, как и планировалось:

Между нижней стороной платы и крышкой есть зазор в 4 мм для размещения кнопок и конденсаторов

Последняя деталь корпуса — нижняя крышка. Здесь я воспользовался лазерной резкой.
Материал — нержавеющая сталь толщиной 1 мм. Так как заготовка не была зеркальной и имела небольшие царапины, после резки с крышкой надо было что-то делать. Терпения на полировку (после недавней продолжительной обработки корпуса наждачкой) у меня бы не хватило, так что я пошёл другим путём: мелкой наждачной бумагой буквально за минуту шлифовки сделал плоскость матовой, покрытой мелкими царапинами — получилось довольно неплохо:

Размеры получившегося корпуса — около 225х57х19,5 мм. Из-за большой длины для плотного прилегания нижнюю крышку решено было крепить не 4, а 6 винтами. Они разные: 3 с высокими шляпками, 3 — с низкими. Благодаря этому при установке на неровную поверхность часы не будут качаться

Я старался сделать корпус в меру компактным и минималистичным. Понимаю, что некоторым такой подход не понравится, но надеюсь, что кто-то оценит его по достоинству.

Финал

Корпус готов, лампы установлены — вот и всё:

Сравнение размеров с аналогичными часами на ИН-8-2:

При другом освещении:

А теперь самое время написать о возможностях часов. Помимо времени они могут показывать дату (в формате «день, месяц, номер дня недели») и температуру (в моём варианте датчик температуры не установлен, но место под него на плате предусмотрено) по нажатию кнопки или автоматически каждую минуту. Ещё одна полезная функция — наличие трёх режимов смены цифр: в первом цифры плавно гаснут, затем плавно загораются следующие; во втором при смене цифр происходит быстрый перебор всех цифр в лампе; в третьем цифры при смене накладываются друг на друга. Всё это показано на трёх видео ниже.

Работают часы от блока питания на 12В 0,5А (потребляют не более 200мА), при отключении от сети за счёт батарейки CR2032 ход времени будет поддерживаться много месяцев.

Перед видео хочу сказать о единственном существенном (на мой взгляд) недостатке динамической индикации — при съёмке на камеру телефона можно увидеть мерцание индикаторов, незаметное для глаз. И я заранее извиняюсь за качество видео, фото- и видеосъёмка — не совсем моё.

Источник