Вакуумно-люминесцентный индикатор ив-18. собираем ледяные часы.
- Цена: $4,9
Приветствую! Обзор будет посвящен вакуумно-люминесцентному индикатору ИВ-18 и сборке часов на его базе. Поведаю про любой функциональный узел в схеме, будет большое количество фото, картин, текста и, конечно же, DIY.
В случае если весьма интересно, заходим под cut. Совсем чуть-чуть лирики У меня в далеком прошлом была мысль собрать часы на газоразрядных либо люминесцентных индикаторах. Согласитесь — выглядит это винтажно, тепло и лампово.
Такие часы, к примеру, в древесном корпусе, смогут занять хорошее место в интерьере либо на столе радиолюбителя. Реализовать собственную идею все как-то не получалось. Сперва желал собрать на ИВ-12.
Такие лампы нашлись дома в куче «хлама». (Картина для примера из интернета). Позже на ИН-18.
Это одна из самых громадных индикаторных ламп, но определив цену одной штуки, от данной выдумки отказался. (Картина для примера из интернета). После этого захотел повторить схему на ИН-14. (Картина для примера из интернета). Уже развел печатную плату, но заминка произошла из-за ламп. Отыскать их в Норильске не удалось.
Позже отыскал набор из 6 штук на ebay. До тех пор пока раздумывал, энтузиазм поугас, показались другие проекты. Мысль опять не была реализована.
На одном из тематических сайтов для радиолюбителей, заметил вот такие часы. Отыскал данные, это были Ice Tube Clock от Adafruit. Мне они весьма понравились, но цена за набор для независимой сборки образовывает $85, не учитывая цены доставки. Тут же пришло ответ — буду собирать сам!
Индикатором в таких часах есть ИВ-18. Приобрести такой же в русских вебмагазинах я не смог, то не было доставки до Норильска, то продажа лишь оптом. В общем, в порыве энтузиазма заказал его на ebay.
Продавец был из Нижнего Тагила (доставляет в мире). По окончании оплаты продавец вернул цена интернациональной доставки $5. Через 3 семь дней посылка была у меня в руках.
На всякий случай заказал 2 шт, поскольку переживал, что в дороге смогут разбиться. Упаковка В качестве упаковки — простой конверт с пупырками, индикаторы пребывали в пластиковых трубках с дополнительной оберткой в. Такая форма упаковки была в полной мере надежной.
Внешний вид устройство и Назначение Индикатор цифровой многоразрядный вакуумный люминесцентный (ВЛИ) рекомендован для отображения информации в виде цифр от 0 до 9 и десятичного символа в каждом из 8 цифровых разрядов, и вспомогательной информации на одном служебном разряде. ВЛИ представляет собой электровакуумный триод прямого накала с множеством покрытых люминофором анодов.
Параметры лампы подобраны так, дабы она имела возможность действующий при низких анодных напряжениях — от 27 до 50 В. Катод является катодом прямого накала из вольфрама с добавлением 2 % тория для облегчения эмиссии при относительно маленькой температуре. В индикаторе две параллельно соединённых нитей накала диаметром меньше людской волоса. Для их натяжения применены маленькие плоские пружины.
Напряжение накала образовывает от 4,3 до 5,5 В. Сетки ВЛИ — плоские. Количество сеток равняется количеству знакомест индикатора. Назначение сеток — неоднозначное: во-первых, они уменьшают напряжение, достаточное чтобы индикатор светился ярко, а во-вторых, снабжают возможность коммутации разрядов при динамической индикации.
Аноды покрыты люминофором с маленькой энергией возбуждения, составляющей всего пара электрон-вольт.
Этот факт и разрешает лампе действующий при низком анодном напряжении.Характеристики Цвет свечения: Зеленый Номинальная яркость индикатора одного цифрового разряда – 900 кд/м2, служебного разряда – 200 кд/м2. Напряжение накала: 4,3–5,5 В Ток накала: 85 ± 10 мА Напряжение анода–сегмента импульсное: 50 В Громаднейшее напряжение анодов–сегментов: 70 В Громаднейший ток анода-сегмента: 1,3 мА Ток анодов–сегментов импульсный суммарный ИВ–18: 40 мА Напряжение сетки импульсное: 50 В Громаднейшее напряжение сетки импульсное: 70 В Минимальная наработка: 10 000 ч Яркость индикатора, изменяющаяся в течение минимальной наработки, не меньше: 100 кд/м2Габаритные размеры Распиновка ИВ-18 (тип-2) 1– Катод, проводящий слой внутренней поверхности баллона; 2– dp1…dp8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 3 – d1…d8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 4 – c1…c8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 5 – e1…e8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 6 – Не подключать (вольный); 7 – Не подключать (вольный); 8– Не подключать (вольный); 9 – g1…g8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 10 – b1…b8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 11 – f1…f8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 12 – a1…a8 – аноды-сегменты с 1го по 8й разряд; 13 – Катод; 14 – Сетка 9го разряда; 15 – Сетка 1го разряда; 16 – Сетка 3го разряда; 17 – Сетка 5го разряда; 18 – Сетка 8го разряда; 19 – Сетка 7го разряда; 20 – Сетка 6го разряда; 21 – Сетка 4го разряда; 22 – Сетка 2го разряда.Сведения о назначении выводов честны лишь для индикатора тип-2.
Существует и тип-1, а как осознать, какой «тип» индикатора окажется у вас?! Все легко! Исходя из описания, выводы 6, 7, 8 никуда не подключены, т.е. висят в воздухе в самом баллоне! Это отлично видно.
Чтобы не томить читателя, сходу приведу электрическую схему.На всякий случай продублирую схему на DropBox в большом разрешении.
В том месте же будет и файл с firmware.Дальше для новичков я детально поведаю, как трудится схема, а бывалые меня исправят, в случае если что. 1. Микроконтроллер За работу схемы отвечает микроконтроллер Atmega328P-PU в DIP корпусе, он руководит блоком и драйвером индикатора анодного напряжения, приобретает эти от «часовой» микросхемы, и к нему подключен энкодер для управления часами. Будьте внимательны, при применении в корпусе TQFP распиновка будет второй.
При жажде, возможно Atmega328P-PU заменить на Atmega168PA, памяти хватит, но я забрал с запасом, для будущих прошивок (на данный момент она образовывает 11,8 Кб). Кроме этого вместо «обнажённой» атмеги возможно приметить Arduino, в этом случае нужно наблюдать пин маппинг (какой цифровой вход/выход соответствует выводу на мк). В данной схеме включение контроллера типовое, он трудится на частоте 16 МГц от внешнего кварцевого резонатора.
Соответственно фьюзы равны:Low Fuse 0xFF, High Fuse 0xDE, Extended Fuse 0x05. Reset подтянут к плюсу питания через резистор. По окончании верной установки фьюзов прошивку загружал через колодку ICSP (SCK, MOSI, MISO, RESET, GND, Vcc).
2. Питание Входное напряжение 9В поступает на линейный стабилизатор L7805 и понижается до 5В. Это напряжение нужно для питания «цифровой логики», оно поступает на драйвер и микроконтроллер MAX6921. Т.к. отечественный мк трудится на частоте 16 МГц, то рекомендованное напряжение (исходя из даташит) 5В.
Схема включения стабилизатора типовая, вместо L7805 возможно применить каждый, хоть КР142ЕН5. В схеме кроме этого нужно питание 3,3 В, для этого я применил стабилизатор AS1117.
Этим напряжением питаются «часовая» микросхема DS3231 и накал для индикатора. Схема включения — исходя из какое количество стабилизатора. Тут желаю обратить ваше внимание на несколько моментов:1.
Из описания ИВ-18 направляться, что напряжение накала от 4,7 до 5,5 В, и во многих схемах подают 5 В, к примеру, как в Ice Tube Clock.
В действительности видимое свечение наступает уже при 2,7 В, исходя из этого 3,3 В считаю оптимальным. При настройке часов на большую яркость уровень свечения весьма приличный. Подозреваю, что питая индикатор этим напряжением, вы существенно продлите срок его работы.
2. Для равномерного свечения на накал подают или переменное напряжение, или источник прямоугольного сигнала. В неспециализированном-то работа продемонстрировала, что при питании «постоянкой» результата неравномерности нет (я не заметил), исходя из этого заморачиваться не стал. Для получения анодного напряжения использована схема несложного step up преобразователя, которая складывается из дросселя L1, полевого транзистора IRL510S, диода Шоттки 10BQ100 и конденсатора С8.
Попытаюсь растолковать, как это трудится, для этого представим схему в виде: Первый этап Второй этап Работа преобразователя проходит в два этапа. Представим себе, что транзистор VT1 выступает в роли ключа S1. На начальной стадии транзистор открыт (ключ замкнут), ток от источника проходит через дроссель L, в сердечнике которого энергия накапливается в виде магнитного поля.
На втором этапе транзистор закрыт (ключ разомкнут), запасенная энергия в катушке начинает высвобождаться, и ток пытается поддерживаться на том же уровне, что и был в момент размыкания ключа. В следствии напряжение в катушке быстро подскакивает, проходит через диод VD и накапливается в конденсаторе С. После этого ключ опять замыкается, и катушка опять начинает приобретать энергию, тогда как нагрузка «питается» от конденсатора С, а диод VD не дает току уйти обратно в источник питания.
Этапы повторяются приятель за втором, не давая конденсатору «опустошиться».Транзистор управляется прямоугольными импульсами с регулированием от ШИМ микроконтроллера, тем самым возможно поменять время заряда конденсатора С. Чем больше время заряда, тем выше напряжение на нагрузке. В сети имеется калькулятор для расчета выходного напряжения в зависимости от частоты ШИМ, ёмкости и индуктивности.
Резисторы R3 и R4 являются делителем , напряжение с которого поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) микроконтроллера. Это нужно для контроля напряжения на анодах (допускается не более 70 В) и регулировки яркости. Информация об анодном напряжении выводится на индикатор в одном из режимов работы.
К примеру, при 30 В напряжение на делителе будет около 0,3 В. Из-за чего как раз такое отношение делителя, спросите вы?!
Тут все дело в принципе работы АЦП, что содержится в постоянном сравнении поступившего напряжения с «эталонным» источником опорного напряжения (ИОН), наряду с этим входное напряжение на АЦП не может быть больше ИОН. В качестве источника опорного напряжения смогут выступать: напряжение питания микроконтроллера, напряжение, поданное на пин Aref либо внутренний.
В данной схеме используется внутренний ИОН, что равен 1,1 В. Вот с ним и будет происходить сравнение напряжения, взятого с делителя.3. Часовая микросхема В качестве часов настоящего времени употребляется микросхема DS3231 компании Dallas Semiconductor. Это точные часы настоящего времени (RTC) со встроенными I2C интерфейсом, термокомпенсированным кварцевым генератором (TCXO) и кварцевым резонатором в одном корпусе.
Если сравнивать с классическими ответами на базе кварцевых резонаторов, DS3231 имеет до пяти раз громадную точность хронометрирования в диапазоне температур от -40 С до +85 С. Подключение типовое, осуществляется по шине I2C, которая подтянута резисторами к плюсу питания. Эта микросхема имеет встроенный датчик температуры, данные с которого будем брать для комнатного термометра. Батарея CR2032 является источником резервного питания, дабы часы не сбрасывались при отключении.4.
Энкодер В данной схеме используется инкрементный энкодер для выбора режима и настройки часов работы. Нужно применять со встроенной тактовой кнопкой. Принцип работы содержится в том, что энкодер выдает импульсы («тики») при повороте ручки.
Отечественная задача при помощи микроконтроллера вылавливать эти «тики».
В этом случае, происходит короткое замыкание на землю. Для подавления дребезга контактов употребляются внутренние подтягивающие резисторы мк, и конденсаторы 0,1 мкФ. Кроме этого обратите внимание, что подключение энкодера сделано на выводы мк внешнего прерывания (INT), это принципиально важно.5.
драйвер и Индикатор Индикатор ИВ-18 является радиолампой — триод с катодом прямого накала, управляющими сетками (трудящихся от «плюса» питания) и кучей анодов с люминесцентным покрытием. Над каждой группой анодных сегментов (a, b, c, d, e, f, g) находится отдельная сетка.Принцип индикации цифры одного из разрядов таков: электрическое поле управляющей сетки активизирует электроны, каковые, пролетая через редкую сетку, достигают тех анодов-сегментов, на каковые подано анодное напряжение.
Электроны, попадая на люминофор, вызывают его свечение. Для вывода цифры одного разряда достаточно подать напряжение на сетку аноды-и соответствующие сегменты. Это будет статичная индикация. Дабы зажечь все цифры в каждом разряде, нужно применять динамическую индикацию, т.к. аноды-сегменты во всех одноименных разрядах соединены между собой и имеют неспециализированные выводы.
Сетка для каждого разряда имеет собственный отдельный вывод.
Руководить анодами-сетками и сегментами возможно сборкой из транзисторных ключей, а возможно особой микросхемой-драйвером MAX6921AWI. Микросхема есть высоковольтным сдвиговым регистром, которая имеет 20 выходов с допустимым напряжением 76 В и током до 45 мА. Ввод данных осуществляется через последовательный интерфейс.
CLK — вход тактирования, DIN — последовательный ввод данных, LOAD — загрузка данных, BLANK — выключение выходов, DOUT — рекомендован для каскадного соединения таких же микросхем. BLANK подтягиваем к почва, т.е. драйвер будет неизменно включен.Принцип работы MAX6921 схож с работой сдвигового регистра 74HC595. В то время, когда на тактовом входе CLK появляется логическая единица, регистр считывает бит со входа данных Din и записывает его в самый младший разряд.
При поступлении на тактовый вход следующего импульса, всё повторяется, лишь бит, записанный ранее, сдвигается на один разряд (начиная с OUT19 до OUT0), а его место занимает снова пришедший бит. В то время, когда все 20 бит заполнились и приходит двадцать первый тактовый импульс, то регистр опять начинает заполнятся с младшего разряда и всё повторяется снова. Что бы эти показались на выходах OUT0…OUT19 необходимо подать логическую единицу на вход LOAD.
Имеется один нюанс с микросхемой MAX6921AWI, существует подобная MAX6921AUI — у неё совсем вторая цоколевка!!! Приведу таблицу индикатора выводов и соответствия драйвера, так несложнее и понятней собирать, чем отслеживать электрические связи на схеме. С теорией закончили, переходим к практике.
Перед тем как делать печатную плату, сперва собираю на макетке. Так как постоянно приходится что-то додавать, модифицировать, контролировать режимы работы и т.д. Вид сверху Вид снизу.
Тут картина не для слабонервных, знатная «джигурда» оказалась.
Надеваем кембрики и устанавливаем индикатор в отдельную плату. Собираем в кучу. В работе выглядят так.
Фотал без внешнего освещения, виден шум матрицы. Под спойлером будет информация о всех режимах работы.
Меню часовВход в меню осуществляется: поворотом либо нажатием энкодера. Выход — через параметр EXIT, или непроизвольный выход через 10 секунд. Установка времени Установка даты К примеру: месяц ноябрь Сутки 20 Год 2016 Меню дисплей для настройки режима отображения даты, времени, температуры.
Часы-минуты-секунды Часы-минуты-день Часы-минуты-температура Месяц-день Часы-минуты-анодное напряжение Настройка уровня яркости От 1 до 7 Режим «банк».
Имеет два состояния включено и отключено. В случае если включено — попеременное отображение времени (в формате настроенном выше), температуры и даты. Выход из меню Электрические тесты При минимальной яркости: анодное напряжение 21,9 В, на затворе VT1 1,33 В. При большой яркости: анодное напряжение 44,7 В, на затворе VT1 3,11 В. Ток накала индикатора 56,8 мА, неспециализированный ток потребления часов 110,8 мА.
Заключение и мысли на будущее Что желаю сделать:— Развести печатную плату— Придумать и сделать дизайнерский корпус— Добавить уличный датчик температуры— Добавить часам интерактивности, т.к. у мк вольный uart, возможно подключить блютуз и передавать любую данные, возможно подключить esp`шку и парсить сайты с погодой, направлениями валют и т.д. Потенциал к модернизации большой. В общем, имеется над чем подумать\поработать.
Готов выслушать критику, и ответить на вопросы в комментариях.
