Часы с GPS-синхронизацией времени и винтажными индикаторами ИН-12. Наш вариант Nixie Tube Clock

Не думал, что спустя много лет я вернусь к часам на газоразрядных индикаторах. В конце 70-х я собирал подобные часы на микросхемах 155-й серии, плата выглядела внушительно, по 5 Вольтам потребляли не мало, да и малогабаритными их нельзя было назвать…

Собрать такие винтажные часы попросил меня мой сын, увидел он их на просторах Интернета, где они зовутся Nixie Tube Clock, ну и загорелся. Порыскал я по Инету, схем много, на разных лампах, на любой вкус, но просто повторить - это не по мне, я люблю делать свое, так намного интереснее и приятнее.

↑ Изюм!

Обязательно хотелось сделать синхронизацию часов с сигналами точного времени, ведь какими бы точными ни были часы, в конце концов, все начинают отставать или убегать вперед. Для синхронизации времени можно применять, сигналы на радиостанции «Маяк», либо принимать сигналы передатчика DCF77 на частоте 77,5 кГц, есть еще несколько станций на КВ и УКВ передающих сигналы времени. В любом случае нужно будет делать полноценный приемник, решать проблему помех на него со стороны цифровой части, декодировать принятый сигнал и т.д.
А вот модули GPS мне понравились - практически готовые устройства, минимум обвязки, выход модуля можно подключать к СОМ порту (через МАХ232) и на выходе формируются сигналы совместимые с протоколом NMEA-0183. Я испробовал два типа модулей ЕВ-500 и MSTAR1316.

↑ Выбор модуля

При выборе следует руководствоваться следующим: скорость у модуля должна быть 9600, 19200 или 38400 бит/с. К примеру, у меня модуль ЕВ-500 работает на скорости 9600, но есть такой же модуль, но работает на 115000, он не подойдет. MSTAR1316 работает на скорости 38400. Так же, следует обратить внимание на какую антенну способен работать модуль. Большинство умеют работать и на пассивную и на активную антенны, но, к примеру, тот же ЕВ-500 с буквой L (ЕВ-500L) работает только на активную антенну. Антенна, конечно, лучше активная, но она в 3-4 раза дороже пассивной.
Слева активная, справа пассивная антенны.

И, конечно, нужно брать те модули, которые возможно запаять на плату без применения спецоборудования. Всю информацию нужно уточнять у разработчиков (даташиты) или у продавцов.

↑ Схемы модулей на ЕВ-500 и MSTAR1316:

Следует обратить внимание на конденсатор С3 в цепи антенны. При использовании пассивной антенны его надо поставить обязательно, а вот при использовании активной поставить перемычку. Здесь присутствует 2.5-2.8 Вольт для питания активной антенны, поэтому старайтесь избегать закорачивания этого вывода, есть вариант остаться без модуля!
Часы могут работать и без GPS модуля, но об этом ниже.

↑ Схема и работа часов

Итак, дошли до схемы часов. Что они умеют делать:
- показывать время
- в начале каждого часа синхронизироваться с GPS модулем
- менять подсветку баллонов индикаторов
- устанавливать часовой пояс (от 0 до 12) нашего полушария (через меню), т.к модуль выдает всемирное координированное время (UTC)
- отключать синхронизацию с GPS модулем, в случае его отсутствия (через меню)
- выбирать скорость работы с GPS модулем (через меню)

Часы собраны на PIC 16F876A и 4-х высоковольтных дешифраторах К155ИД1.
Идея самих часов состоит в следующем: у GPS модуля есть свои RTC (часы реального времени), очень точные, которые при наличии хотя бы одного спутника постоянно с ним синхронизируются, по некоторым данным точность составляет вплоть до 50 - 100 нсек. В 04 минуты каждого часа МК обращается к GPS модулю и получает он него часы и минуты, делает поправку на часовой пояс и формирует двоичный код, который поступает на входы высоковольтных дешифраторов 155ИД1, управляющих лампами ИН-12А. Если модуль поймал хоть один спутник, то загорается светодиод HL4.

Я намеренно не делал динамическую индикацию, не нравится она мне и я стараюсь ее избегать, когда это возможно, да и портов у МК достаточно.

Для подсветки колб индикаторов я взял светодиоды, не знаю как их зовут, из RGB ленты. Всего 8 режимов подсветки, меняется нажатием кнопки S2: выключена, красная, зеленая, синяя и комбинации этих трех цветов.


Кнопки S1 и S3 установка часов и минут соответственно.
Кнопка S4 – коррекция/синхронизация. Если включен режим синхронизации GPS, то при нажатии S4 происходит принудительная синхронизация часов с GPS модулем. Если режим синхронизации GPS отключен, то нажатие S4 сбрасывает минуты в 0 и, пока кнопка нажата, часы не идут. После отпускания кнопки часы запускаются с 00 минут 00 секунд. После этого нужный час можно установить кнопкой S1.

↑ Меню

Громко сказано, но тем не менее опции настройки есть. При выключенном питании часов нужно нажать и удерживая S2 подать питание. На индикаторах часов высвечивается ячейка памяти, на индикаторах минут значение в этих ячейках. Перебор ячеек осуществляется той же кнопкой S2 по кругу 01-02-03-01-02…. Для изменения значения нужно нажать S4, загорится разделительная точка, кнопками S1 или S3 изменить значение ячейки и нажать S2 для запоминания установленного значения. При этом разделительная точка гаснет и вновь оказываемся в меню выбора ячейки.

Ячейка 01 – часовой пояс, значение меняется от 0 до 12, по умолчанию 4.
Ячейка 02 – значение 0 – GPS модуль есть, значение 1- модуля нет, по умолчанию 0.
Ячейка 03 – скорость GPS модуля, значение 09 – 9600, 19 – 19200, 38 – 38400, по умолчанию 38 .
Выход из меню – методом обесточивания часов. Все настройка хранятся в EEPROM микроконтроллера.

При использовании в часах GPS модуля резервное питание можно не делать, т.к. оно предусмотрено в самом модуле, а вот в случае его отсутствия убрать перемычку J1 (см. схему) и подключить аккумулятор. Естественно резервное питание можно подключить после настроек ячеек памяти часов.

↑ Схема блока питания и преобразователя напряжения

Стабилизатор и полевой транзистор нужно разместить на небольших теплоотводах.

↑ Итого

Итак, получилось 4 основных блока.

Блочная конструкция дает некоторую свободу при монтаже устройства в корпус:

Это часы, которые я сделал для сына, получились очень компактные и симпатичные. В этих часах стоит пассивная антенна, а сами часы стоят в 5 метрах от окна внутри комнаты, дом кирпичный, 7 этаж и несмотря на это спутник ловится всегда!

↑ Файлы

В архиве прошивка, схемы и платы в формате Sprint Layout.
🎁clock.7z  318.96 Kb ⇣ 441

Изменения будут выкладываться в Форуме.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации