Содержание статьи:
В последнее время очень популярны часы на газоразрядных индикаторах. Они дарят теплый свет, создают уют в доме и непередаваемое ощущение дыхания прошлого. В этой статье разберемся, из чего же сделаны такие часы и как они работают.
Часы на газоразрядных индикаторах — конструктивные элементы и общий принцип работы
Изделие можно разделить на следующие функциональные блоки:
- Блок высокого напряжения.
- Блок индикации.
- Счетчик времени.
- Блок подсветки.
Давайте разберем каждый из них более подробно.
Блок высокого напряжения для часов на газоразрядных индикаторах
Чтобы внутри лампы засветилась цифра, нужно подать на нее напряжение. Особенность газоразрядных ламп в том, что напряжение нужно довольно высокое, порядка 200 Вольт. Ток же для лампы, наоборот, должен быть очень маленький.
Где же взять подобное напряжение? Первое что приходит на ум — сетевая розетка. Да, можно воспользоваться выпрямленным сетевым напряжением. Схема будет выглядеть следующим образом:
Недостатки данной схемы очевидны. Это отсутствие гальванической развязки, нет какой-либо безопасности и защиты схемы вообще. Таким образом лучше проверять лампы на работоспособность, соблюдая при этом максимальную осторожность.
Для изготовления часов на газоразрядных индикаторах своими руками идём другим путем — повышаем безопасное напряжение до нужного уровня с помощью DC-DC преобразователя. Если говорить совсем кратко, подобный преобразователь работает по принципу качелей. Мы ведь можем придать качелям достаточно большое ускорение, прикладывая легкое усилие руки? Также и DC-DC преобразователь: малое напряжение раскачиваем до высокого.
Блок индикации
Следующий функциональный блок — индикация. Представляет собой лампы, у которых катоды соединены попарно, а аноды выведены на оптопары или транзисторные ключи. Обычно в часах применяется динамическая индикация в целях экономия места на печатной плате, миниатюризации схемы и упрощения разводки платы.
Счетчик времени
Следующий блок — счетчик времени. Проще всего его сделать на специализированной микросхеме DS1307
Она обеспечивает отличную точность времени. Благодаря ей часы сохраняют правильное время и дату, несмотря на длительное отключение питания. Производитель обещает до 10 лет (!) автономной работы от круглой батарейки CR2032.
Вот типичная схема подключения микросхемы DS1307:
Есть также подобные микросхемы, которые выпускают множество фирм по изготовлению радиокомпонентов. Они могут обеспечивать особую точность хода времени, но стоят дороже, а потому их применение в бытовых часах не совсем целесообразно.
Блок подсветки
Это самая простая часть часов, она ставится по желанию. Блок подсветки — это всего лишь светодиоды (одноцветные или RGB) под каждой лампой, которые обеспечивают фоновую подсветку. Если выбрать RGB, то цвет подсветки можно выбрать какой угодно или вообще сделать его плавно меняющимся. В таком случае необходим соответствующий контроллер. Чаще всего эту функцию возлагают на тот же микроконтроллер, который считает время, но для упрощения программирования можно поставить дополнительный.
Ну а теперь несколько фотографий достаточно сложного проекта часов. В нем использованы два микроконтроллера PIC16F628 для управления временем и лампами и один контроллер PIC12F692 для управления RGB подсветкой.
Бирюзовый цвет подсветки:
А теперь зеленый:
Розовый цвет:
Все эти цвета настраиваются одной кнопкой. Выбрать можно какой угодно. RGB диоды способны выдать любой цвет.
Часы на газоразрядных индикаторах — схема
Итак, мы рассмотрим одну их самых простых схем часов. Ради простоты и максимальной доступности будем управлять индикаторами при помощи микроконтроллера в лице платформы Ардуино, которая подключается к компьютеру по USB и в неё по клику мышки загружается прошивка. Между Ардуино и индикаторами нам нужна ещё некоторая электроника, которая будет раздавать сигналы по ногам индикаторов. Значит, во-первых, нам нужен генератор, который будет создавать высокое напряжение для питания индикаторов.
Часы работают от постоянного напряжения около 180 В. Этот генератор устроен очень просто и работает на индуктивных выбросах. Частоту генератора задаёт шим-контроллер при частоте в 16 кГц на выходе получаем напряжение 180 В. Но несмотря на высокое напряжение, генератор очень и очень слабый, так что о других его применениях даже не думайте, он способен только на тлеющий разряд в инертном газе.
Это напряжение, а именно +, через высоковольтные оптопары направляется на индикаторы. Сами оптопары управляются Arduino, то есть она может подать +180В на любой индикатор. Чтобы цифра в индикаторе засветилась, нужно подать на неё землю, этим занимается высоковольтный дешифратор — советская микросхема. Дешифратор тоже управляется Ардуино и может подключить к земле любую цифру.
А теперь внимание: индикаторов у нас 6, а дешифратор — 1. Как же это работает? На самом деле дешифратор подключен сразу ко всем индикаторам, то есть ко всем их цифрам. Работа дешифратора и оптопар синхронизирована таким образом, что в один момент времени напряжение подаётся только на одну цифру одного индикатора, то есть оптопара очень быстро переключают индикаторы, а дешифратор зажигает на них цифры, и нам кажется, что все цифры горят одновременно. На деле же каждая цифра горит чуть больше 2 мс, а затем сразу включается другая. Суммарная частота обновления 6-ти индикаторов составляет около 60 Гц, то есть кадров в секунду, а учитывая инертность процесса, глаз никаких мерцаний не замечает. Такая система называется динамическая индикация и позволяет очень сильно упростить схему.
В общем и целом, схема часов получается весьма и весьма сложной, поэтому разумно сделать для неё печатную плату.
Плата универсальная для индикаторов ИН12 и ИН14. На ней, помимо всей необходимой для индикаторов обвязки, предусмотрены места для:
- кнопки включения/выключения будильника;
- выхода на пищалку будильника;
- термометр + гигрометр DHT22;
- термометра DS18b20;
- модуля реального времени на чипе DS3231;
- 3 кнопок управления часами.
Всё перечисленное железо является опциональным, его можно подключать, а можно и не подключать, это всё настраивается в прошивке. То есть на этой плате можно сделать просто часы, вообще без кнопок и без всего, а можно сделать часы с будильником, отображением температуры и влажности воздуха, вот такая она универсальная. Печатка естественно была заказана у китайцев, потому что есть очень много тонких дорожек и переходов на другую сторону платы. Так называемый гербер файл платы вы найдёте в архиве, который доступен для скачивания в конце статьи.
- Смотрите также, как сделать индикатор года на цифровом газоразрядном индикаторе
Ламповые часы на газоразрядных индикаторах своими руками — инструкция по монтажу
Дорожек в этом проекте много, особенно тонких на плате с индикаторами.
Плату нужно распилить на части, так как она двухэтажная. Но лучше не пилить, стеклянная пыль очень вредна для лёгких. Закалённым саморезом царапаем плату и аккуратно ломаем в тисках.
Далее запаиваем все компоненты на плату согласно подписям и рисункам на шелкографии. Также нужно будет купить рейку с пинами, чтобы соединить части платы.
В проекте используется полноразмерная Arduino Nano. Сделано это для упрощения загрузки прошивки даже для самых новичков.
Итак, собрали нижнюю плату. Сначала нужно протестировать работу генератора. Если он собран неправильно, то может бахнуть конденсатор. Так что накрываем его чем-нибудь и включаем питание.
Ничего не бахнуло, уже хорошо. Аккуратно измеряем напряжение на ногах конденсатора, должно быть 180В.
Отлично. Внимательно смотрим как паять индикаторы. На всех индикаторах одна нога помечена белым — это анод.
Лампу нужно вставлять так, чтобы анодная нога попала вот в это отверстие, это анодные дороги.
После пайки обязательно отмойте флюс, иначе вместо одной цифры могут гореть несколько. Далее распаиваем оставшиеся датчики и пищалки, если они нужны, и паяем провода для подключения кнопок.
Датчик температуры пришлось выносить на проводах, чтобы разместить его подальше от источников нагрева.
Все кнопки и выключатель будильника выносим на проводах. Модуль часов тоже сделаем на проводах. Далее загружаем прошивку. Она есть в архиве в конце статьи. Проверяем.
Всё работает! Поздравляю, мы сделали ламповые часы.
- Смотрите также схему больших офисных электронных часов
Теперь, что касается корпуса. Вот такая заготовка для самодельной шкатулки идеально подходит по размеру к плате.
Также делаем отверстия под пищалки, провода, кнопки и переключатели.
Плату нужно приподнять, используем обычные стойки для печатных плат.
Корпус было решено покрасить под орех. Не очень удачно, лучше используйте морилку.
Готово! Перед прошивкой можно настроить некоторые моменты: времена режима часов и режима отображения температуры и влажности. Есть 2 режима яркости индикаторов, дневной и ночной. Соответственно для этого настройки.
Ну и время, через которое будильник сам отключится после начала тревоги. В общем часики тикают и каждую минуту у них делается так называемое антиотравление индикаторов. Быстро перебираются все цифры, чтобы редко включаемые цифры не глючили и включались сразу. В общем кнопки у нас 3: выбор, и увеличить/уменьшить. При клике по кнопке «выбор» в режиме температуры, вы сразу переключитесь в режим часов.
Удержав кнопку «выбор», попадаем в режим настройки будильника. Кнопками вверх/вниз можно менять цифру. Кликом по кнопке «выбор» можно менять «настройка часов» и «настройка минут». Клавиатура у нас к слову резистивная.
Удержав кнопку ещё раз, попадаем в режим настройки времени. Настроили, удерживаем ещё раз и попадаем обратно на просто режим часов. Также из настройки времени будильника можно выйти сразу же, дважды кликнув по кнопке выбор. То есть выйти, минуя настройку времени.
Звонок будильника конечно отвратительный, но такой лучше всего пробуждает.
Файлы для скачивания:
Видео о сборке и тестировании часов на газоразрядных индикаторах:
