Nixie clock на индикаторах ИН-18
Наверное, многие слышали про часы на газоразрядных индикаторах. В этой статье постараюсь рассказать про процесс изготовления своими руками таких часов.
Первый шаг. Печатная плата
Можно сделать самостоятельно с использованием ЛУТ метода или фоторезиста. В интернете много информации с поэтапным описания процесса изготовления плат этими способами. Я бы не стал тратить время, хотя сам делал таким образом платы в том числе и этих часов. Если нет опыта то получится не с первого раза и не лучшего качества. Еще нужно будет купить текстолит, реагенты, бумагу для ЛУТ (или купить фоторезист с пленкой для проектора и ультрафиолетовую лампу). Потом нужно залудить, просверлить, нанести маску, сделать шелкографию для удобства, все это стоит не дешево.
Поэтому, лучше заказать заводское изготовление многослойных платы с маской и с шелкографией. Это можно сделать в России, но будет дорого.
Можно заказать на AliExpress. Сделать не сложно, нужно найти такую услугу на сайте и отправить свой файл на почту (указывают в описание к товару). В ответ выставят счет. Оплачивать нужно на AliExpress, как обычный товар, но стоимость нужно будет увеличить в соответствии со счетом, увеличивая количество позиций в заказе. Ждать и отслеживать, как обычный заказ. Стоимость у продавцов отличается, у меня за 11 плат с доставкой получилось около 2500р.
Мне кажется, самый дешевый вариант это заказать на сайте JLCPCB. Нужно будет зарегистрироваться, загрузить на страницу заказа архив с гербер файлом, выбрать нужные параметры (или оставить все по умолчанию), оплатить и ждать).
Цена пяти плат для часов с доставкой будет около 1000р. (200р. за 1шт), 10 плат примерно 1200р. (120р. за 1шт). И это будут качественно сделанные в заводских условиях двухслойные платы с шелкографией, маской и с металлизацией отверстий.
У меня в заказе две версии часов (одну с анодными ключами на обычных транзисторах другую на оптопарах) и платы для сборки фонокорректора на 6н9с.
Второй шаг. С платами разобрались. Нужно заказать радиодетали
Самое дорогое это газоразрядные индикаторы ИН-18, средняя стоимость 2000 рублей, купить можно на авито. Около 5 -7 лет назад, цена на них была 200-350р рублей (судя по форумам).
Поискав, нашел производителя газоразрядных индикаторов daliborfarny.com, стоимость похожей на ин-18 лампы — 145$.
На его ютуб канале Dalibor Farný есть интересные видео с полным процессом производства ламп.
Остальные радиокомпоненты не редкость и купить их можно в любом радиомагазине. Чип резисторы и конденсаторы я покупал наборами на AliExpress. Микросхему реального времени покупал тоже на AliExpress в виде модуля с кварцем и батарейкой.
Третий шаг. Сборка платы
В качестве припоя для микроконтроллера и некоторых компонентов использовал HK-MECHANIC-XG-Z40 (тоже куплено на AliExpress) и паяльный фен.
Разъёмы для ламп можно сделать, например из контактов DPBS-25F. Микроконтроллер и часы DS1307 стоит припаивать после сборки и проверки блоков питания 5В и 170В. Выставить напряжение можно изменяя номиналы сопротивлений
Процесс не очень сложный, компоненты на плате все подписаны. У меня сборка заняла около 3ч.
Четвёртый шаг. Прошивка
На этом этапе понадобится программатор, купить его можно тоже на AliExpress за 120 рублей или в радиомагазине, но будет дороже.
К собранной плате подпаиваем контакты программатора (miso, mosi, rst, sck, gnd, +5В).
Далее можно использовать например avrdudeprog, это программная оболочка для прошивки МК.
Запускаем программу. На вкладке program выбираем микроконтроллер atmega 8, выбираем прошивку, программатор usbars. На вкладке fuses, устанавливаем фьюзы D9xD4
Жмем кнопку программирование.
Пятый шаг. Корпус
Первый корпус. Делал из алюминия, но можно использовать любой материал. Собирается из 6-ти пластин, вырезанных лазером. Соединяются между собой «в шип».
Далее можно отполировать или отшлифовать вдоль направляющей, как на фото. Резка лазером и материал будет стоить примерно 1500р. Занимающихся лазерной резкой фирм много, найти не сложно. Похожие корпуса я делал из стали и использовал их в качестве экранов для выходных и силовых трансформаторов усилителя.
Второй вариант. Тоже делал из алюминия, путем фрезеровки из цельного куска, но наверно можно сделать и деревянный.
Состоит из двух частей. Дизайн и размеры можно поменять, добавлю файл для AutoCAD (файл корпуса для предыдущей версии платы, не совпадают отверстия под кнопки и батарейку).
Это самый дорогой вариант и как по мне то и самый красивый. Стоимость такой работы сильно отличаются у разных фирм, варьируется от 28000р. до 7000р. за одну шт.
Третий вариант. Корпус из эпоксидной смолы. Этот вариант самый тяжелый. Я использовал силикон super mold 10 и эпоксидную смолу artline.
Для начала нужно сделать силиконовую форму корпуса фрезерованного из алюминия. Приклеиваем алюминиевую модель к основе делаем бортики, все стыки промазываем герметиком.
После разводим силикон в соответствии с инструкцией и заливаем модель.
Далее разводим эпоксидную смолу и заливаем полученную форму. На следующий день корпус готов.
При желание можно добавлять разнообразные красители для смолы. Для изготовления корпуса качеством выше, лучше использовать вакуумную камеру и насос.
Цели организовать массовое производство не ставилось. Делал в подарок.
Опыта у меня не много, есть заимствования из других подобных проектов и возможно есть ошибки.
Источник
Часы на газоразрядных индикаторах
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 срок 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: 
Сами индикаторы выглядят вот так:
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:
Сначала она была собрана на макетной плате и показала отличные результаты. Все запустилось сразу и никакой настройки не потребовалось. При питании от 12В. на выходе получилось 175В. В собранном виде блок питания часов выглядит следующим образом:
На плату сразу был установлен линейный стабилизатор LM7805 для питания электроники часов и трансформатор.
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 для управления анодами ламп:
А управление катодами осуществляется очень легко, для этого придумали специальную микросхему К155ИД1. Правда, они давно сняты с производства, как и 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 ). В собранном виде плата выглядит вот так:
Панельки под лампы найти не удалось, поэтому пришлось импровизировать. В итоге были разобраны старые разъемы, похожие на современные COM, из них были извлечены контакты и после некоторых манипуляций с кусачками и надфилем они были впаяны в плату. Для ИН-17 панельки делать не стал, сделал только для ИН-8.
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.
Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:
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 датчиков 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.
PS Статья первая, где-то мог ошибиться/напутать — пожелания и советы к исправлению приветствуются.
Источник