«Red Dragon» - часы на газоразрядных индикаторах ИН-14 + PIC16F628A

Здравствуйте, уважаемые читатели журнала Datagor.ru! Предлагаю вам историю создания часов на газоразрядных индикаторах ИН-14. Простой по началу проект превратился в итоге в целую художественную композицию, заставившую меня изрядно попотеть.

Часы имеют коррекцию точности хода и бэкап при пропадании питания.

↑ Предыстория

Всё началась, когда Алексей (teXnik) выложил свою статью Тёплые ламповые часы на газоразрядных индикаторах ИН-14. В тесном контакте с автором статьи я смог повторить проект. Часы были разведены на одной двухсторонней плате с очень эргономичной компоновкой. Всё устраивало, но был один недостаток – невозможность коррекции точности хода.

Начал подбирать кварцевые резонаторы, но ухода менее чем на минуту за один день мне почему-то добиться не удалось.

Решил по старым советским схемам собрать стабильный генератор на логических элементах.

Генератор позволил добиться точности до полсекунды за один день. Результат средний, к тому же, требующий использования частотомера высокого класса точности для проведения настройки. В настроенном генераторе необходимо было законтрить переменную емкость, залакировав её, что вновь приводило к уходу частоты по той простой причине, что лак стягивал зазоры подстроечного конденсатора. Помимо того, введение схемы стабильного генератора повышало токопотребление часов.

Помучавшись с неделю, я решил попробовать повторить другой проект часов на ламповых индикаторах, и обязательно — с программной коррекцией хода. Тема не новая и за всё время было много удачных исполнений подобной идеи.

↑ Схема новых часов на PIC16F628A

Основа схемы строится на микроконтроллере PIC16F628A, который отдаёт сигналы на дешифратор К155ИД1 и управляет анодными ключами.

Питается схема от одного источника +12 В. Стабилизатор типа LM78L05 выдаёт +5 В для питания микросхем. Высокое напряжение, необходимое для питания газоразрядных индикаторов, получил от инвертора на микросхеме MC3403. Подстройка выходного напряжения производится делителем, включенным в обратную связь.
Недостаток подобной схемы инвертора в отсутствии буферного ключа в цепи полевого транзистора. Общее токопотребление схемы инвертора составляет 230 мА.
Неоспоримый плюс – подстройка выходного напряжения, и как следствие регулировка яркости свечения индикаторов.

Прошивка реализует мою основную потребность – подстройку константы, влияющую на ход часов без использования прецизионных кварцевых резонаторов. Приятным бонусом оказалась функция будильника.

↑ Практическая реализация

Оценив все достоинства этой схемы, я решился на её повторение.
Устройство в сборе должно было представлять две платы с переходными контактами: плату управления, на которой располагается 90% всех элементов и плату индикации с установленными на ней газоразрядными индикаторами ИН-14.

Недостаток подобной реализации в габаритах, но с другой стороны присутствует и универсальность. Можно развести плату индикации под любые другие газоразрядные индикаторы, не трогая плату управления.

↑ Запуск и настройка часов

Собрал все элементы, вытравил платы и провёл монтаж. Настало время проверки и настройки блока питания. Сначала запустил БП на холостом ходу. Стабилизатор 78L05 работал, как положено.
Инвертор выставил на напряжение, близкое к нижней границе зажигания индикаторов – порядка 170-175 В при помощи подстроечного резистора 2кОм.

Поставил микросхемы в панельки и тут приключилось непредвиденное. По неустановленной причине пробился чип 78L05, погорели микросхемы от перенапряжения питания.
В результате тестов выяснил, что попадаются бракованные дешифраторы К155ИД1. Проверка сопротивления между пинами питания показывает значение около 10 Ом. Подобное могло стать причиной выхода из строя стабилизатора 78L05.

Поставил новый исправный дешифратор, сходил за новой микросхемой PIC16F628A в радиомагазин, запрограммировал с помощью PIC K150 ICSP USB Programmer.

На этот раз пуск под нагрузкой прошёл без эксцессов. Лампы-индикаторы зажглись.


У часов имеются 3 кнопки управления: коррекция, будильник и инкремент.
Процитирую слова автора прошивки:


Для наглядности предлагаю вашему вниманию короткий видеоролик. На видео показаны режимы коррекции времени: сброс секунд, установка минут, установка часов.

Держу кнопку более 1 секунды и вхожу в режим подстройки константы. Как вы видите, текущая константа у меня равна 1292 микросекунд. Весьма далеко от начальной величины в 1032 микросекунд.
Четыре дня мне потребовалось, чтобы внести коррекцию хода часов. Изначально часы отставали на 2 минуты за сутки. 2 дня ушло на внесение грубых настроек и так же 2 дня на точную подстройку. В конечном итоге я не заметил отставания или спешки часов ни на секунду в течение недели. Коррекция хода завершена.

Примерно через 3 недели разрядился элемент питания 2032 и часы перестали запоминать настройки и текущее время при пропадании питания. Отмечу, что установленная константа при этом не сбивается. Решил выйти из положения просто – ввёл более громоздкий элемент питания – две батарейки типа АА.

↑ Необычный дизайнерский корпус

Электроника готова! Впереди — гвоздь программы – корпус.

Над корпусом я работал с особым старанием. С самого начала я не хотел делать типичные часы «а-ля Никсиклок», в которых из корпуса торчат 4 лампы. Мне хотелось чего-то большего. Что бы разместить элементы декора вблизи ламп я выбрал корпус Gainta G0477 размерами 187×118х37 мм.

Чего я только не перепробовал! Даже зеркала и стеклянные сферы, но в итоге мне ничего не понравилось. На некоторое время я забросил проект и занялся усилителем «Покемон», параллельно размышляя о всевозможных вариантах декорирования корпуса ламповых часов. Однажды, по дороге на работу, мой взгляд упёрся в разрушенную колонну на одном из рекламных плакатов. Воображение преподнесло мысль о древних греческих колоннах и банях.
И тут меня осенило – у ламп на часах должны стоять колонны! Ещё до конца не представляя способов реализации, я начал развивать эту мысль. Две колонны это суховато выходит, лучше взять что-то похожее типа китайских, или японских врат, что стоят у входов в храмы.

Когда вернулся домой, сразу набросал в Фотошопе эскиз.

Этот вариант мне очень понравился, но всё равно было суховато и на корпусе осталось много свободного места. Начал размышлять в сторону азиатских стилей. Чего бы такого добавить?

Надо вам сказать, что ещё до всепоглощающего увлечения радиоэлектроникой я занимался переводами японской фэнтэзийной манги (аналог комиксов). Поэтому закономерно в голову пришли драконы. А именно – японский речной дракон. Немного поработав в Фотошопе, дополнил эскиз.

Окончательный эскиз меня просто сразил. Срочно, пилить! Но практика оставалась туманной. Начал прогонять варианты. Первое, что пришло на ум — это глубокое травление хлорным железом алюминиевых заготовок по технологии, схожей с ЛУТ, которую я с успехом применял в своих прошлых проектах.

Вариант подходящий, но объёмы предстоящих работ были намного больше, и обрабатывать до мельчайших деталей металл проблематично.

Остаётся использовать фольгированный текстолит. Работать с односторонним фольгированным текстолитом в разы проще, нежели с алюминием.
Оптимизировал картинку под возможности вытравливания изображения путём ЛУТ. С некоторыми недочётами протравил «плату».


Осталось самое сложное – вырезать изображения из цельного куска текстолита. Ужасно долгий и нудный процесс, который без творческого порыва и огромного желания не выполнить. Грубые спилы кусков текстолита проводил ручным лобзиком, после мелкими щипками обкусывал при помощи острых кусачек все доступные контуры вблизи рисунка, до зазоров 1,5-2 мм от края, чтобы ни в коем случае не повредить сам рисунок.

Внутренние части высверливал сверлами различных диаметров с последующим точным выведением. Затем доработка надфилями. В закромах у меня было два набора надфилей различных форм и размеров. Долго и упорно выводил каждый изгиб рисунка, подбирая и комбинируя нужный размер и форму надфилей.

На то, чтобы изготовить Дракона из куска текстолита у меня ушло приблизительно 2 недели сосредоточенного труда в свободное от остальных дел время. Успел своим «ширканьем» изрядно помучить музыкальный слух жены.

После окончания работ подушечки пальцев на правой руке загрубели так, как будто я неделю играл на гитаре на репетициях по два часа в день.

Дракон, наконец, вырезан. Следующий этап — покраска. Пофантазировав один вечер, решил, что буду красить в красный цвет. Отсюда и вышло окончательное название часов «Red Dragon».

Пошли эксперименты с краской. Сразу купил два баллончика с аэрозольной краской цветов «Китайская вишня» (акриловая) и «Малина» (алкидная). Названия не отвечают за точность оттенков и носят условный характер. Ни один из представленных вариантов меня в итоге не удовлетворил. «Китайская вишня» оказалась слишком тёмной, а алкидная «Малина» очень долго сохла, что при домашней покраске чревато налипанием пыли. Всего 3-4 крупные пылинки на глянцевом зеркале могут убить всё удовлетворение работой.

В итоге я поехал по магазинам в поисках красной матовой краски. К моему удивлению оказалось, что такой краски не существует в природе. То есть, в баллончиках её не купить, для этого нужно покупать отдельно краску основного цвета, матирующую добавку и ехать в специализированный центр для приготовления смеси. Для моих целей это слишком дорогой вариант.

Решение пришло неожиданно. Я увидел на полках цвета типа «металлик». Эти краски — переходное звено между глянцевой и матовой поверхностью, то есть они не имеют глянцевого зеркала, а в случае с акриловой основой — очень быстро сохнут. Цвет выбрал под названием «Калина».

Малины, калины, вишни – компот можно сварить.

Опробовал краску на пробнике. Схватилась через 5 минут, и ни единой пылинки не успело прилипнуть. Отлично, можно красить.

Для покраски подобных корпусов я использую хитрый «покрасочный бокс» – разрезаю пластиковую бутылку объёмом 5 литров вдоль на две половины, крашу деталь и накрываю одной половиной. Подобный метод не позволяет осесть пыли на поверхность, а отверстие от горловины позволяет циркулировать воздуху.

Почти всё готово. Остаётся обвести краской внутренние контуры дракона и врат. Дело сложное и требует сноровки. Я взял тонкую кисть и начал набивать руку на специальных трафаретах. Трафаретами у меня служат 3 слова, вытравленные в алюминии. Обвожу их, смотрю на результат, стираю растворителем краску и всё заново, до того как рука не набьётся до ровных штрихов без вылетов за границы гравировки.
Посидел около часа и понял, что с загрубевшими подушечками на пальцах я не чувствую нажима кисточки.

Решение оказалось простым, но не очевидным на первый взгляд – перманентный маркер для плат типа Edding404.

С его помощью можно делать ровные штрихи толщиной 0,5 мм. Попробовал на трафарете и понял, что получается почти идеально. Вылетов за границы нет, единственная сложность в подборе длинны штриха, при котором наконечник маркера не осушается до конца. Да-да, этот маркер отлично рисует на гладком текстолите, но быстро перестаёт писать при касании матовых (хорошо впитывающих) поверхностей. Причина в том, что запас краски в тонком наконечнике быстро иссякает. В этом случае нужно просто подождать 5-10 минут до того как наконечник напитается краской вновь.

Потренировался и приступил к росписи дракона и врат. Не прошло и полчаса, как маркер перестал писать совершенно. Никакие попытки расписать его не срабатывали. Краска в маркере закончилась.

Пришлось ехать в радиомагазин и покупать новый. На следующий день работа с обводкой внутренних контуров была закончена.

Покрасил основной корпус в то же цвет, что и дракона с вратами. Начал окончательную сборку.

Газоразрядной точки за всё время сборки часов и элементов декора (около 3 месяцев) я так и не смог найти. Пришлось поставить неяркий светодиод 5 мм с балластным резистором на 100 кОм.

Для крепления декора на корпусе просверлил отверстие диаметром 1,5 мм. Дракон отправлен в полёт при помощи стальной проволоки диаметром 1 мм, приклеенной к гнёздам в корпусе и самому дракону с внутренней стороны суперклеем. Врата крепятся тем же самым способом.

↑ Итоги

Часы готовы! Проделана огромная физическая и умственная работа. Результат радует мои глаза, нравится жене и прекрасно вписывается в интерьер комнаты.


Дизайн, по-моему, имеет только один недостаток – сложность исполнения. Плата универсальна. В схему повышающего инвертора можно внести доработки, дабы снизить общее токопотребление, но я решил оставить всё как есть, ведь даже в таком исполнении часы работают отлично.

↑ Файлы:

Платы:
🎁datagor.ru-red-dragon.zip  90.37 Kb ⇣ 74

Прошивки, исходники, архивы источников:
🎁proshivki-clock.zip  489.32 Kb ⇣ 72

↑ Ссылки:

//robocua.blogspot.ru/2013/12/pic628-14.html
//radiokot.ru/circuit/digital/home/11/

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации