Наручные часы на лампах своими руками. Часы на газоразрядных индикаторах V2.0

28.08.2023 -

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.

NIXIE CLOCK

Добавить метки

Сами индикаторы выглядят вот так:

Ну а теперь неплохо было бы нарисовать общую схему. Сказано – сделано, вот она:

А вот так все это выглядит целиком в собранном виде:

При удержании включается настройка времени и даты, переход по настройкам по нажатию кнопки MENU

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:

А в шестнадцатеричном виде вот так: HIGH: D9 , LOW: D4

Также прилагаются платы с исправленными ошибками:

Последнее время весьма популярны часы в духе ретро, на газоразрядных индикаторах. В забугорье такие часы зовутся "Nixie-clock". Увидев подобный проект на просторах интернета, я загорелся идеей собрать и себе такие-же.

Что из этого получилось, читайте далее.

Изучил варианты схем в интернете. Обычно Nixie-часы состоят из четырёх основных частей:
1. управляющий микроконтроллер,
2. высоковольтный блок питания,
3. драйвер-дешифратор и собственно лампы.

В большинстве схем в качестве дешифратора используются советские микросхемы К155ИД1 - «высоковольтные дешифраторы управления газоразрядными индикаторами». Мне найти такой чип не удалось, да и не очень хотелось использовать DIP-корпуса.

Схема часов, применённые детали

С учётом имеющихся компонентов я разработал свою версию схемы часов, в которой роль дешифратора отведена микроконтроллеру.

Рисунок 1. Схема Nixie-часов на МК

На микросхеме U4 MC34063 собран повышающий «dc-dc» преобразователь с внешним ключом на IRF630M в полностью изолированном корпусе. Транзистор взят с платы монитора.
R4+Q1+D1 являются простым драйвером для ключа, быстро разряжая затвор. Без такого драйвера ключ сильно грелся и не получалось получить необходимого напряжения.

R5+R7+С8 - обратная связь, определяющая выходное напряжение на уровне 166 Вольт. Транзисторы Q3-Q10 совместно с резисторами R8-R23 составляют анодные ключи, позволяя организовать динамическую индикацию.

Резисторы R8-R11 задают яркость свечения цифр индикатора, а резистор R35 – яркость разделительной точки.

Одноименные выводы всех ламп за исключением анода соединены между собой и управляются транзисторами Q11-Q21.

Микроконтроллер ATMEGA8 управляет ключами ламп, он же опрашивает микросхему часов реального времени (RTC) DS1307 и кнопки.

Диоды D3 и D4 обеспечивают генерацию запроса внешнего прерывания по нажатию на любую из кнопок управления.

Питание контроллера выполнено через линейный стабилизатор 78L05.

Лампы ИН-14 - индикаторы тлеющего разряда.

Катоды в форме арабских цифр высотой 18 мм и двух запятых. Индикация осуществляется через боковую поверхность баллона. Оформление - стеклянное, с гибкими выводами.

Так сказать э… калькулятор «Искра 122». Фото ~MERCURY LIGHT~

Индикаторы ИН-14 от монструозного калькулятора «Искра 122» 1978 года выпуска светят без проблем и достались мне за «спасибо, что освободил мой балкон».

Питать конструкцию можно постоянным напряжением 6 - 15 Вольт от внешнего БП. Потребление менее одного Ватта (70 мА при 10 В).

Для сохранения хода часов при сбоях питания, предусмотрена батарейка CR2032. Если верить даташиту, потребление у DS1307 всего 500nA при батарейном питании, так что этой батарейки хватит очень надолго.

Управление часами

После подачи питания загорятся четыре нуля, и, если связь с микросхемой DS1307 установлена без ошибок, начнёт мигать разделительная точка.

Установка времени выполняется с помощью трёх кнопок «+», «-» и «set». Нажатие на кнопку «set» погасит часовые разряды, далее, с помощью кнопок «+» и «-» настраиваются минуты. Следующее нажатие на кнопку «set» переведёт в режим настройки часов. Ещё одно нажатие на «set» сбросит в 0 секунды и переведёт часы в режим отображения времени «ЧЧ:ММ». Замигает разделительная точка.

Удерживая кнопку "+" можно в любой момент посмотреть текущее время в режиме «ММ:СС».

Плата

Все основные части схемы разведены на одну двухстороннюю плату размером 135×53 мм. Плату изготавливал ЛУТ-ом и травил в перекиси водорода с лимонной кислотой. Слои платы соединял между собой путём впаивания в отверстия отрезков медного провода.

Шаблоны платы совмещал на просвет по отметкам за пределами платы. Стоит напомнить, что верхний слой М1 в Sprint-Layout надо печатать зеркально.

В ходе тестовой сборки были выявлены «косяки» в разводке. Пришлось анодные транзисторы проволочками подключать. Печатная плата в архиве к статье исправлена.

Для программирования контроллера предусмотрены контактные площадки.

Фото собранной платы часов

Фото 1. Плата часов снизу

Высоковольтный эл. конденсатор размещён горизонтально, для него я сделал пропил в текстолите. Я старался сделать собранную плату как можно миниатюрнее. Получилось всего 15 мм в толщину. Можно изготовить тонкий стильный корпус!

Список деталей

Файлы

В архиве схема часов в большом разрешении, печатная плата в формате SL5 и прошивка для контроллера.
Фьюзы необходимо настроить на работу от внутреннего генератора на 8 МГц.
▼ 🕗 24/05/15 ⚖️ 819,72 Kb ⇣ 137 Здравствуй, читатель! Меня зовут Игорь, мне 45, я сибиряк и заядлый электронщик-любитель. Я придумал, создал и содержу этот замечательный сайт с 2006 года.
Уже более 10 лет наш журнал существует только на мои средства.

Хорош! Халява кончилась. Хочешь файлы и полезные статьи - помоги мне!

Соберем часы на газоразрядных индикаторах, максимально просто и доступно, на сколько это вообще возможно.

Автором данной самоделки является AlexGyver, автор одноименного YouTube канала.

В настоящее время большинство газоразрядных индикаторов больше не производится, и остатки советских индикаторов можно найти только на барахолке или радиорынке. В магазинах их найти очень трудно. Но чем меньше становится этих индикаторов, тем больше к ним растёт интерес. Растёт он у любителей ламповости, винтажа и конечно же пост апокалипсиса.

Итак, мы хотим сделать часы на их основе, и 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 ардуиной 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 180В. Этот генератор устроен очень просто и работает на индуктивных выбросах. Частоту генератора задаёт шим контроллер, при частоте в 16кГц на выходе получаем напряжение 180В. Но не смотря 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 ардуиной, то есть она может подать +180В на любой индикатор. Чтобы цифра в индикаторе засветилась, нужно подать на неё землю, и этим занимается высоковольтный дешифратор – советская микросхема. Дешифратор тоже управляется ардуиной 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, и 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 миллисекунд, затем сразу включается другая, суммарная частота обновления 6-ти индикаторов составляет около 60Гц, 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 этой плате, помимо всей необходимой для индикаторов обвязки, предусмотрены места для следующих железок: кнопка включения/выключения будильника, выход на пищалку будильника, термометр + гигрометр DHT22, термометр DS18b20, модуль реального времени на чипе DS3231 и 3 кнопки для управления часами.

Всё перечисленное железо является опциональным, и 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 вот универсальная плата. Печатку естественно решили заказать 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 можно скачать на .

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.

В общем сейчас нужно запаять 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, это 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.
Со качаем архив, в котором есть прошивка и библиотеки. Загружаем прошивку.

Проверяем.

Всё работает! Поздравляю, мы сделали ламповые часы.
Теперь, что касается корпуса. Автор долго искал максимально доступный и деревянный вариант, и таки нашёл вот такую заготовку для самодельной шкатулки, которая идеально подходит по размеру к плате.

Также делаем отверстия под пищалки, провода, кнопки и переключатели.

Плату нужно приподнять, автор использует обычные стойки для печатных плат.

Корпус автор покрасил под орех. Не очень удачно, лучше используйте морилку.

Готово! Осталось показать, как всем этим пользоваться. Перед прошивкой можно настроить некоторые моменты: времена режима часов и режима отображения температуры и влажности. Автор поставил 10 секунд на часы и 5 на температуру. Температура, к слову, слева, влажность справа.

В последнее время очень популярны часы на газоразрядных индикаторах. Эти часы множеству людей дарят теплый свет своих ламп, создают уют в доме и непередаваемое ощущение дыхания прошлого. Давайте же в этой статье разберемся, из чего же сделаны такие часы и как они работают. Сразу скажу, что это статья обзорная, поэтому многие непонятные места будут рассмотрены в следующих статьях более подробно.

Часы можно разделить на следующие функциональные блоки:

1)Блок высокого напряжения

2)Блок индикации

3)Счетчик времени

4)Блок подсветки

Давайте разберем каждый из них более подробно.

Блок высокого напряжения

Для того, чтобы внутри лампы засветилась цифра, нам нужно подать на нее напряжение. Особенность газоразрядных ламп в том, что напряжение нужно довольно высокое, порядка около 200 Вольт постоянного напряжения. 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.

В часах конструкторы пошли другим путем, повысив безопасное напряжение до нужного уровня с помощью DC-DC преобразователя. Если говорить совсем кратко, подобный преобразователь работает по принципу качелей. Мы ведь можем прикладывая легкое усилие руки к качелям придать им достаточно большое ускорение, так ведь? Так же и DC-DC преобразователь: малое напряжение раскачиваем до высокого.

Приведу одну из наиболее распространенных схем преобразователей (кликните для увеличения, схема откроется в новом окне)

Схема с так называемым полудрайвером полевого транзистора. Обеспечивает достаточно большую мощность, чтобы питать шесть ламп, при этом не нагреваясь как утюг.

Блок индикации

Следующий функциональный блок – индикация. Представляет из себя 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 это сделать на специализированной микросхеме DS1307

Она обеспечивает отличную точность времени. Благодаря этой микросхеме, часы сохраняют правильное время и дату, не смотря 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. Эти микросхемы могут обеспечивать особую точность хода времени, но они будут дороже. Их применение, как мне кажется, в бытовых часах не целесообразно.

Блок подсветки

Блок подсветки самая простая часть часов. Она ставится по желанию. Это всего лишь светодиоды под каждой лампой, которые обеспечивают фоновую подсветку. Это могут быть одноцветные светодиоды, или RGB светодиоды. В последнем случае цвет подсветки можно выбрать какой угодно или вообще сделать его плавно меняющимся. В случае RGB необходим соответствующий контроллер. Чаще всего этим занимается 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.

А это кусочек высоковольтного преобразователя. Ниже на фото полевой транзистор, сверхбыстрый диод и накопительный конденсатор DC-DC преобразователя

Этот же преобразователь, вид снизу. Применен SMD дроссель и SMD версия микросхемы MC34063. На фото еще не смыты остатки флюса.

А это упрощенный четырехламповый вариант часиков. Так же с RGB подсветкой

Ну а это уже классика строения часов на газоразрядных лампах Sunny Clock, статическая подсветка и немного не обычный способ управления лампами с помощью пары дешифраторов К155ИД1

В следующей статье поговорим более подробно о DC-DC преобразователях и получения высокого напряжения. Так же подробно разберем процесс сборки такого преобразователя и запустим от него лампу.

Всем спасибо, с вами был El Kotto. Вступайте в группу в контакте