Вариант датагорских часов Nixie Tube Clock (JGL) с GPS-синхронизацией

С удовольствием повторил проект Юрия Глотова (JGL) «Часы с GPS-синхронизацией времени и индикаторами ИН-12. Наш вариант Nixie Tube Clock», с некоторыми изменениями и дополнениями.


Собрал часы первой версии (часы и минуты), прошивка «clock5_2_1_1». С этой прошивкой необходимо использовать кварц 16 МГц, если установить кварц 20 МГц, обмен с GPS модулем не происходит, а в режиме без GPS часы убегают более чем 10 минут в час.

В качестве GPS приёмника применён модуль NEO-6M с активной антенной 28×28 мм.

↑ Схема часов на вакуумных индикаторах с GPS

Питание часов у меня от сетевого адаптера 12 Вольт 1А. Для получения 5 Вольт применён модуль DC-DC на базе LM2596.

Корпус Gainta G1098B, внешние размеры 135×75х50 мм приобретён в магазине «Чип и Дип».

Если не стремиться к миниатюризации, и чтобы не размещать антенну снаружи корпуса, лучше приобрести корпус G1034B с размерами побольше. В этом случае необходимо соответственно откорректировать печатную плату по посадочным размерам.

В DC-DC преобразователе 5→200 Вольт использован дроссель CD127 150 мкГн 12.8×12.8 мм.


Для подсветки колб индикаторов ИН-12 применены SMD светодиоды типоразмера 0805 по четыре светодиода каждого цвета. Поскольку справочных данных по ним нет, то ограничительные резисторы подбирались по яркости свечения и так чтобы не превысить ток 15 мА.

В качестве разделительной точки используется миниатюрная неоновая лампа, извлечённая из неисправного рокерного выключателя сетевого питания.

На AliExpress такие лампы Neon lamp 4 mm можно приобрести по невысокой цене.

Выключатель в цепи питания 12 Вольт позволяет отключать преобразователь 200 Вольт и светодиодную подсветку. В таком экономичном режиме часы продолжают идти, но не создают иллюминации. Это бывает полезно в некоторых бытовых ситуациях, например при усыплении детей.

↑ Конструкция и детали часов

Для часов были изготовлены три платы: основная, плата преобразователя 200 Вольт и плата кнопок и светодиода. Толщина основной платы 1,5 мм, остальные 1,0 мм.

Основная плата и плата преобразователя двухсторонние, плата кнопок односторонняя. Фольга второй стороны преобразователя 200 Вольт используется для отвода тепла от корпуса транзистора IRF840, для этого выполнено несколько переходных отверстий. Нагрев транзистора незначительный.

Применялась лазерно-утюжная технология с термотрансферной бумагой для изготовления печатных плат (PCB thermal transfer paper), она даёт стабильные результаты с минимальной шириной дорожек/зазоров до 0,2 мм и не требует размачивания в воде.

Сверление выполнялось твёрдосплавными свёрлами на миниатюрном станке.

Отверстия под выводы транзисторов, панелек микросхем К155ИД1 — 0,8 мм, кварц — 0,6 мм, разъём для внутрисхемного программирования и джампер — 0,9 мм, под соединительные провода — 1,0 мм.
Диаметры переходных отверстий 0,6 мм, «металлизация» отверстий выполнена методом пропайки отверстий с двух сторон с продеванием тонких проводников от многожильного монтажного провода.

Для индикаторов ИН-12 панельки не применялись, выводы впаяны в плату, диаметры отверстий 1,2 мм. При пайке выводов индикаторов нельзя применять активные флюсы типа ортофосфорной кислоты, иначе возникнут паразитные засветки катодов. В крайнем случае после пайки такими флюсами необходимо выполнить отмывку платы в ультразвуковой ванночке с дистиллированной водой.

Травление плат выполнено в растворе персульфата аммония (250 г/литр) при температуре +40 С. Лужение сплавом Розе в кипящей воде с добавлением лимонной кислоты.

Модули GPS, преобразователя 12 → 200 Вольт, преобразователя 12 → 5 Вольт закреплены на внутренней поверхности задней крышки корпуса.

Основная плата также закреплена на крепёжных выступах задней крышки с помощью шурупов через втулки.
Плата кнопок и светодиода закреплена на внутренней поверхности передней части корпуса, в которой просверлены отверстия для толкателей кнопок и светодиода. Светодиод не должен выступать над поверхностью передней части корпуса.

Также на передней панели корпуса вырезано прямоугольное отверстие под индикаторы. Длиной втулок крепежа основной платы можно отрегулировать величину выступания индикаторов из корпуса.

Верхняя часть передней панели закрыта декоративной накладкой. Рисунок создавался в графическом редакторе и печатался на цветном струйном фотопринтере на обычной бумаге. После обрезки бумаги, с помощью просечки в рисунке вырублено отверстие под светодиод и рисунок заламинирован. Полученная накладка обрезана по контуру с небольшим запасом во избежание расслоения. Готовую накладку приклеваем к корпусу с помощью тонкой клейкой ленты или двухстороннего скотча, совмещая отверстия под светодиод и кнопки.
Толкатели кнопок должны выступать не более чем на 0,5 мм. В зависимости от длины толкателей применяемых кнопок, их необходимо укоротить либо удлинить, в последнем случае удобно использовать в качестве удлинителей отрезки пластмассовых трубок от ватных палочек. При этом в переднем панели необходимо просверлить отверстия? примерно 2,7 мм.

Как уже упоминалось ранее, GPS антенна закреплена снаружи корпуса на задней крышке. При использовании других корпусов и размещении антенны внутри необходимо правильно выбрать для неё место. Крепить антенну к корпусу нужно стороной экрана, наличие перед антенной металлических поверхностей и проводов ослабляет принимаемый сигнал.

↑ Возникшие проблемы и их преодоление

1) В модуле GPS были установлены резисторы 4,7 кОм последовательно в шинах приёма и передачи данных RXD и TXD, а в купленном раньше модуле эти резисторы были по 220 Ом. Сигнал с выхода модуля был ослаблен, данные микроконтроллером читались неустойчиво. Поэтому резисторы 4,7 кОм были заменены на 220 Ом.

2) Разъём активной антенны был заделан не качественно, пропадал контакт и иногда приёма спутников не было совсем. Читая данные с помощью терминальной программы «Terminal 1.9b» убедился, что это разъём, а не изменения спутниковой обстановки, обрезал его и припаял кабель антенны напрямую ко входу модуля.

3) Не смотря на применение SMD компонентов, внутренний объём корпуса был практически полностью занят. Место, в котором была первоначально закреплена антенна оказалось неудачным. Её экранировала основная плата. Другого места внутри корпуса не нашлось, поэтому антенну пришлось закрепить на задней крышке корпуса.

↑ Итого

Я доволен этим необычным проектом. Часы отлично работают, синхронизируют время и имеют «тёплый ламповый» вид.
Спасибо Юрию (JGL) за отличную конструкцию!

↑ Файлы

🎁Схема в sPlan.7z  22.78 Kb ⇣ 43
🎁Платы в Sprint Layout.7z  75.98 Kb ⇣ 43 (26/09/2017 Обновлено!)
🎁Чертёж корпуса Gainta G1098B.7z  53 Kb ⇣ 33
🎁Модуль питания lm2596-dc-dc-module.7z  96.28 Kb ⇣ 35
🎁Даташит на GPS-модуль Neo-6m.7z  876.41 Kb ⇣ 47
🎁Описание протокола NMEA и команд управления GPS-приёмниками (Rus).7z  102.86 Kb ⇣ 45

↑ Ссылки

• Оригинальная статья — Часы с GPS-синхронизацией времени и индикаторами ИН-12. Наш вариант Nixie Tube Clock
• Тема на датагорском форуме, варианты прошивок — Часы с GPS-синхронизацией времени и индикаторами ИН-12

Спасибо за внимание!

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации