Самодельные цифровые индикаторы


Опубликовано: 17.09.2017, 19:44/ Просмотров: 148

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:

in.jpg

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:

Схема высоковольтного источника напряжения

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:

Блок питания часов

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:

mc187-4.png

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:

mc187-5.png

Под каждой лампой я установил яркий светодиод красного цвета свечения, так красивее. В собранном виде плата выглядит вот так:

mc187-6.jpg

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 надфелем 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:

mc187-7.jpg

mc187-8.jpg

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:

IN-8 Clock.jpg

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

mc187-10.jpg

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 самодельные цифровые индикаторы 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:

Безымя?% 

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!

Один из вариантов сборки данного проекта: Часы в стиле стимпанк на газоразрядных индикаторах

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот Газоразрядный индикатор ИН-8 4 Поиск в elBase В блокнот Газоразрядный индикатор ИН-17 2 Поиск в elBase В блокнот CPU МК AVR 8-бит

ATmega8

1 Поиск в elBase В блокнот Часы реального времени (RTC)

DS1307

1 Поиск в elBase В блокнот Датчик температуры

DS18B20

2 Поиск в elBase В блокнот DD1 Микросхема К155ИД1 1 Поиск в elBase В блокнот IC1 DC/DC импульсный конвертер

MC34063A

1 Поиск в elBase В блокнот VR1 Линейный регулятор

LM7805

1 Поиск в elBase В блокнот VT1-VT6 Биполярный транзистор

MPSA92

6 Поиск в elBase В блокнот VT7-VT12 Биполярный транзистор

MPSA42

6 Поиск в elBase В блокнот VT13, VT14 Биполярный транзистор

BC847

2 Поиск в elBase В блокнот VT15 Биполярный транзистор

КТ3102

1 Поиск в elBase В блокнот VT16 Биполярный транзистор

КТ3107А

1 Поиск в elBase В блокнот VT17 MOSFET-транзистор

IRF840

1 Поиск в elBase В блокнот VDS1 Диодный мост 1 Поиск в elBase В блокнот VD1 Выпрямительный диод

HER106

1 Поиск в elBase В блокнот HL1-HL6 Светодиод 6 Поиск в elBase В блокнот C1 Электролитический конденсатор 100 мкФ 1 Поиск в elBase В блокнот C2, C3-C5, C7, C9, C11 Конденсатор 0.1 мкФ 7 Поиск в elBase В блокнот C6, C8 Электролитический конденсатор 1000 мкФ 2 Поиск в elBase В блокнот C10 Конденсатор 510 пФ 1 Поиск в elBase В блокнот C12 Электролитический конденсатор 4.7 мкФ 400В 1 Поиск в elBase В блокнот R1-R4, R6-R8 Резистор

4.7 кОм

7 Поиск в elBase В блокнот R5, R9-R14, R27-R32, R42 Резистор

10 кОм

14 Поиск в elBase В блокнот R15, R17, R19, R21, R23, R25, R45 Резистор

1 МОм

7 Поиск в elBase В блокнот R16, R18, R20, R22, R24, R26 Резистор

13 кОм

6 Поиск в elBase В блокнот R33, R34 Резистор

1 кОм

2 Поиск в elBase В блокнот R35-R40 Резистор

470 Ом

6 Поиск в elBase В блокнот R41 Резистор

0.22 Ом

1 Поиск в elBase В блокнот R43, R44 Резистор

330 Ом

2 Поиск в elBase В блокнот R46 Резистор

390 кОм

1 Поиск в elBase В блокнот Z1 Кварц 32768 Гц 1 Поиск в elBase В блокнот Элемент питания 3 В 1 CR2032 Поиск в elBase В блокнот T1 Трансформатор 220В 9.5В 1 Поиск в elBase В блокнот L1 Дроссель 240 мкГн 1 Поиск в elBase В блокнот F1 Плавкий предохранитель 220В 0.5А 1 Поиск в elBase В блокнот MENU, UP, DOWN Кнопка замыкающая 3 Поиск в elBase В блокнот Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:


Источник: http://cxem.net/mc/mc187.php



Рекомендуем посмотреть ещё:


Закрыть ... [X]

Индикатор напряжения. Схема самодельного индикатора-пробника напряжения Брошки канзаши своими руками мастер класс

Самодельные цифровые индикаторы Самодельные цифровые индикаторы Самодельные цифровые индикаторы Самодельные цифровые индикаторы Самодельные цифровые индикаторы Самодельные цифровые индикаторы