Часы на индикаторах ИВ-11

Часы на индикаторах ИВ-11

В последнее время большую популярность среди радиолюбителей получили часы на газоразрядных индикаторах, а также на вакуумно-люминесцентных индикаторах. Такие часы привлекают взгляд теплым ламповым свечением, особенно желто-оранжевое свечение газоразрядных индикаторов. У меня в наличии были только вакуумно-люминесцентные индикаторы, которые имеют зеленый цвет свечения. В общем, я решил собрать часы на индикаторах ИВ-11, с возможностью синхронизации времени по спутникам GPS.

У меня в наличии оказались индикаторы марки ИВ-11, это семисегментные вакуумно-люминесцентные индикаторы зеленого цвета свечения, с гибкими выводами. Существует практически аналогичная модель ИВ-12, с жесткими выводами, у которой отсутствует десятичная точка.  Принцип действия индикатора такой же, как и у электронной лампы, по сути это обычная радиолампа.

Для работы индикатора необходимо два напряжения, для накала, а также для анодов сегментов и сетки. Накал обычно питают переменным напряжением, для равномерного свечения сегментов и симметричного износа нитей катода. Напряжение накала для индикатора ИВ-11 составляет 1,5В и может варьироваться в небольших пределах, ток накала 100мА. Постоянное напряжение анодов сегментов и сетки составляет 27-30В, такое напряжение характерно для большинства вакуумно люминесцентных индикаторов. Суммарный ток всех сегментов 3,5мА, ток сетки 12мА. В плане питания с газоразрядными индикаторами проще, там нужно только одно напряжение.

Для управления несколькими индикаторами обычно применяется динамическая индикация с управлением по сетке, при этом время свечения отдельного индикатора уменьшается, что вызывает снижение яркости. Для этого варианта в справочнике указывается импульсное напряжение анодов сегментов и сетки, которое может составлять от 50 до 70В, что повышает яркость свечения при динамической индикации. Но при этом скважность импульсов не должна быть меньше 10. Напомню скважность это отношение периода следования импульсов к длительности импульса. Уменьшение скважности приводит к увеличению яркости и наоборот.

Часы на ИВ-11 схема

Ниже представлена схема ламповых часов на вакуумно-люминесцентных индикаторах ИВ-11:

Часы на индикаторах ИВ-11 схема

Для питания индикаторов я собрал высокочастотный двухтактный импульсный преобразователь на специализированной микросхеме CD4047В (DD1), микросхема управляет сборкой полевых транзисторов DD2, которые коммутируют импульсный трансформатор T1. Трансформатор намотан на ферритовом кольце, диаметром 13мм, сечение 6 на 3 мм. Все обмотки имеют отвод от середины, первичная обмотка содержит 14 витков, вторичная для накала 2 витка, проводом 0,4мм. Вторичная анодная обмотка 140 витков, проводом 0,2мм. Намотка не составляет труда при использовании специального челнока. Частота генератора составляет 50 кГц. Полное напряжение накала составило 1,42В по осциллографу, анодное напряжение относительно среднего вывода около 50В.

Чтобы исключить свечение сегментов при отсутствии управляющего напряжения, нужно подать на сетку отрицательное смещение относительно катода. Это можно реализовать положительным смещением напряжения накала относительно общего провода. Для этой цели в схеме установлен стабилитрон VD3 подколоченный к среднему выводу обмотки накала, на катод стабилитрона через резистор подается анодное напряжение, для получения смещения.

Для коммутации анодов сегментов и сетки я использовал специализированные высоковольтные драйвера TD62783AP (DA1, DA2), максимальное коммутируемое напряжение 50В.

Вообще часто встречается другая схема управления, на катод подают отрицательное смещение равное анодному напряжению, аноды сегменты и сетки при этом коммутируют с помощью биполярных pnp транзисторов на общий провод. Я не захотел паять кучу транзисторов, и усложнять печатную плату, поэтому применил  драйвера, о чем говорил выше.

схема подключения вакуумно-люминесцентных индикаторов

В качестве управляющего микроконтроллера DD3 был выбран PIC16F876A, так как потребовалось много линий для подключения всех компонентов. Программа написана на ассемблере.

В качестве часов реального времени используется популярный модуль DS3231, в котором нужно выпаять резистор, подающий внешнее питание на батарейку, а также светодиод, можно и микросхему памяти выпаять.

Для возможности синхронизации времени я использовал GPS модуль u-blox NEO-6mv2, на сайте уже была статья, посвященная этому модулю. С помощью транзистора VT3 микроконтроллер управляет питанием GPS модуля. Для установки связи с микроконтроллером, модуль должен иметь следующие настройки порта: скорость передачи 9600 бит в сек, 8 бит данных, 1 стоповый бит. По умолчанию модуль обычно поставляется именно с такими настройками, если это не так, нужно изменить параметры порта через специальную программу u-center, подключив модуль к компьютеру через USB-UART переходник.

Я дополнительно добавил в схему часов на ИВ-11 фоторезистор R14, и реализовал в программе микроконтроллера автоматическую регулировку яркости свечения индикаторов, в зависимости от освещения. Яркость регулируется путем изменения скважности.

Светодиод HL1 является разделителем часов и минут, он мигает во время отображения времени, светодиоды HL2-HL5 установлены для подсветки индикаторов. Зуммер для сигнала будильника имеет встроенный генератор, обычный зуммер не будет издавать звука. Из-за нехватки выводов микроконтроллера, пришлось оставить только две кнопки для настройки часов.

Часы смонтированы на двух односторонних печатных платах, индикаторы, фоторезистор и светодиоды располагаются на отдельной плате, которая при помощи разъемов вставляется в основную плату.

Драйверы DA1, DA2 можно заменить на KID65783AP, UDN2981A- UDN2984A, M54563P. Полевой транзистор VT3 можно заменить на IRLML2244, IRLML6402 и др., сборку полевых транзисторов DD2 на IRF7311, IRF7341, IRF7351, диоды VD1, VD2 на HER107- HER108, STTH110.

Корпус для часов на ИВ-11

Корпус для часов я решил сделать из дерева, мне кажется, пластиковый корпус смотрелся бы скучно и не интересно. Для начала я выпилил из сосновой доски прямоугольный брусок, в котором просверлил 4 сквозных отверстия под индикаторы ИВ-11, с помощью перового сверла. Далее с нижней стороны вырезал полость, просверлил много отверстий и удалил лишнюю древесину тонкогубцами. Затем с помощью той же дрели и специальной насадки шлифовал внутреннюю поверхность полости. По внутренним углам оставил выступы, чтобы в дальнейшем закрепить плату.

Далее по центру были просверлены отверстия под светодиод разделитель и фоторезистор, на задней стенке отверстия под разъем питания, зуммер и кнопки. Следующая стадия это скругление углов и шлифовка наружной поверхности наждачной бумагой. В результате получается готовый деревянный корпус.

Часы на ИВ-11 корпус
Корпус часов на ИВ-11

Оставлять корпус в таком виде нежелательно, нужно чем-то обработать древесину. В общем, решил пропитать корпус льняным маслом. Оно экологически чистое и безвредное, дерево пропитанное маслом становится водостойким, не высыхает и не растрескивается, улучшаются эстетические характеристики.

Я купил нерафинированное льняное масло в аптеке, но лучше использовать специальное рафинированное, которое используется художниками, можно купить в канцелярских товарах, оно более светлое. Льняное масло может очень долго сохнуть (полимеризация) после пропитки, поэтому его лучше прокипятить. Греть нужно до появления легкого дымка и постоянно контролировать процесс, затем выключить плитку и подождать пока дым не исчезнет. Нужно проделать эту процедуру несколько раз. При этом выделяется сильный запах рыбьего жира, скорее всего из-за того что масло нерафинированное, но это не точно. Сильно греть не стоит, так как масло может загореться, нужно быть осторожным.

По идее, пропитывать дерево нужно тонкими слоями с помощью кисточки или тканью, и так несколько раз, пока масло не перестанет впитываться. Я подумал, что это будет слишком долго и решил просто погрузить корпус в горячее масло. При этом из дерева выделяются пузырьки воздуха. Я продержал корпус около часа, время от времени нагревал масло для ускорения процесса. В итоге корпус стал тонуть в масле, пузырьки больше не выделялись.

Через сутки корпус для часов на ИВ-11 практически высох, и приобрел темный неравномерный  оттенок, более отчетливо проявилась текстура дерева. Также уменьшился общий размер корпуса, примерно на 1мм.

Корпус из дерева часы на ИВ-11

У меня не было опыта в пропитке дерева, я пока не знаю всех нюансов данного процесса. Но думаю, что получилось неплохо для первого раза. Итак, корпус готов, осталось собрать все воедино.

Сборка не составляет труда, остается вставить часы в корпус и закрыть снизу текстолитовой крышкой на 4 шурупа, вот и все готово.

Настройка часов на индикаторах ИВ-11

Для питания часов я использовал блок питания на 5В и 1,5А. Максимальный потребляемый ток составил 0.4А. При первом включении светодиод разделитель мигает с частотой 2Гц, это означает, что время не установлено или не синхронизировано. Время можно установить вручную или синхронизировать по спутникам GPS, после чего светодиод будет мигать с нормальной частотой 1Гц.

Коротким нажатием кнопки “Установка” можно включить или выключить подсветку, на свое усмотрение. Состояние включено или выключено сохраняется, и восстанавливается после подачи питания.

Для входа в меню настройки параметров, нужно одновременно нажать кнопку “Установка” и “Ввод”, первый параметр это часовой пояс, на индикаторах высветится фраза [P-01]. Часовой пояс нужен для корректировки значения часов во время синхронизации по GPS, так как модуль получает всемирное координированное время UTC. Значение часового пояса можно задать в пределах от -12 до +12 (по умолчанию -1). Редактирование происходит поразрядно, текущий разряд при этом мигает, короткое нажатие кнопки “Ввод” перебирает цифры по кругу от 0 до 9, или изменяет значение параметра, коротким нажатием кнопки Установка можно переключиться на следующий разряд. Для сохранения изменений и переключения на следующий параметр, нужно удерживать кнопку “Ввод”.

Второй параметр: режим регулировки яркости индикаторов, по умолчанию установлен автоматический режим по фоторезистору, на индикаторах символы [brAu], коротким нажатием кнопки “Установка” можно установить ручной режим [brrU]. После нажатия кнопки “Ввод”, высветится условное значение текущей яркости [br 8], кнопкой “Установка” можно задать значение от 1 до 9, и сразу же наблюдать изменение яркости. Если установлен автоматический режим, подменю ручного задания яркости пропускается.

Третий параметр: режим синхронизации времени по GPS, по умолчанию установлен автоматический режим, [UPAU]. Кнопкой “Установка” можно отключить синхронизацию [UPoF], и затем нажатием кнопки “Ввод” перейти к следующему параметру. Если установлен автоматический режим, после нажатия кнопки “Ввод”, высветится текущий период синхронизации, по умолчанию 1 раз в месяц [UP4n]. Кнопкой Установка можно изменить период, каждый день [UP1d], 1 раз в неделю [UP1n], 1 раз в 2 недели [UP2n].

По времени, синхронизация происходит в 15.00 по определенным числам месяца, для еженедельного периода это 1, 8, 15, 22 число. Для периода 1 раз в 2 недели это 1 и 15 число,  если 1 раз в месяц то 1 число.

Далее следует настройка года, на индикаторах цифры [2019]. Затем следует настройка даты, на индикаторах слева число месяца, справа номер месяца [28.03]. И наконец, настройка времени, часы и минуты [23.45].

Из меню настройки можно выйти в любой момент, для этого нужно удерживать кнопку “Установка”, также имеется автоматический выход из любого меню по бездействию в течение 2-х минут. Настройки часового пояса, режима яркости и синхронизации сохраняются в энергонезависимой памяти микроконтроллера, отключение питания не повлияет на них.

Главная особенность рассматриваемых часов на ИВ-11, в том, что время можно не настраивать, эти данные можно получить по GPS. Кроме автоматической синхронизации, имеется возможность запуска синхронизации в любой момент, для этого нужно удерживать кнопку “Установка”, на индикаторах высветится фраза [UPd0], цифра 0 означает, что данные от GPS модуля не корректны, цифра 1 – выполняется чтение данных. На подоконнике у окна синхронизация выполняется за несколько минут, после чего светодиод разделитель мигает с частотой 1Гц. Если в течение 10 минут GPS модуль не поймает сигнал от спутников, светодиод разделитель будет мигать с частотой 2Гц, индицируя неудачную синхронизацию  времени. Повторным удерживанием кнопки “Установка”, можно принудительно завершить процесс синхронизации.

Внутри помещения сигнал от спутников сильно ослабевает, для надежной синхронизации нужно расположить часы у окна, или же закрепить GPS модуль отдельно на окне, и при помощи кабеля соединить с часами.

Во время синхронизации, дата не обновляется, с этим все сложнее. GPS модуль получает дату привязанную к всемирному координированному времени UTC, из-за наличия часовых поясов, полученная дата не всегда совпадает с местной датой. Нужно вводить поправки в соответствии с календарем. На данный момент я еще не реализовал такую возможность.

Для настройки будильника нужно удерживать кнопку “Ввод”, высветится текущее состояние будильника, по умолчанию выключен [buoF]. Кнопкой “Установка” можно включить будильник [buOn], нажатием кнопки “Ввод” переходим к настройке времени будильника [00.05], после чего нажимаем кнопку “Ввод”, будильник установлен. Сигнал будильника звучит 5 минут, его можно выключить нажатием любой кнопки.

Короткими нажатиями кнопки “Ввод” можно посмотреть соответственно дату, год, и перейти к отображению счета секунд, при этом светодиод разделитель будет мигать.

Думаю часы на индикаторах ИВ-11 прекрасно украсят интерьер в комнате и будут радовать глаза окружающих. Также я собрал не менее привлекательные часы на газоразрядных индикаторах.

Ниже представлены ссылки на модули и комплектующие для сборки часов на ИВ-11:

Модуль часов реального времени DS323
GPS модуль u-blox NEO-6mv2
Драйвер TD62783AP
Драйвер M54563P
Драйвер KID65783AP
Драйвер UDN2981A
Фоторезисторы
Микроконтроллер PIC16F876A
Сборка полевых транзисторов IRF8313
Полевой транзистор IRLML9301

Часы на ИВ-11 без корпуса
Часы на ИВ-11 основная плата
Часы на ИВ-11 плата индикаторов
Часы на индикаторах ИВ-11 в корпусе
Часы на индикаторах ИВ-11 внешний вид
Часы на люминесцентных индикаторах ИВ-11
Часы на ИВ-11
Часы на лампах ИВ-11
Обновление прошивки от 28.04.19, исправлены ошибки в по автоматическому обновлению времени и др. Исходник и прошивка

Последние записи:

Комментариев 19 на “Часы на индикаторах ИВ-11

  1. Здравствуйте.Часы на лампах интересные.Красиво.Могу посоветовать вместо кнопок настройки применить Энкодер.Оригинальные часы оригинальное управление настройками.

    • Там не только прошивку придется переписывать, но и схему менять. Я как раз планирую разработать часы на газоразрядных индикаторах ИН-12, подобно этим, так же с GPS модулем. Там ИН-14 можно будет применить.

  2. А какой типоразмер SMD компонентов? И список бы “рассыпухи” к этим часам. Часы классные и самое главное – просты к повторению. И если не сложно фото бы изнаночной стороны обеих плат. Удачи и новых интересных самоделок!

  3. не проще собрать на штатной для этих ламп элементной базе? серии 176 ИЕ18, ИЕ13, ИД3 ?
    работает с начала 90-х. лампы сели, днем плохо видно, а схема работает отлично. и микросхемы эти не дефицит.

    • Проще конечно, не раз собирал на 176… Но, в данном случае, намного повышена точность хода, и резервное питание может работать годами.

    • Мне например не интересно собирать часы на древних микросхемах, у них будет ограниченный функционал. А с микроконтроллером я могу написать любую программу, сделать гибкое меню и т.д. (больше возможностей для творчества)

  4. Привет
    А что за кольцо использовали для транса ?
    можно ли другие какиенибудь использовать ?
    Спасибо

    • Приветствую!
      Кольцо (синего цвета) достал из электронного пускорегулирующего аппарата для люминесцентных ламп, но можно использовать отечественные кольца, примерно такого же типоразмера, марки 2000НМ.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *