Witam
Od dawna przymierzałem się do zbudowania zegara nixie na sześciu lampach. W internecie jest sporo takich projektów, jednak większość z nich nie odpowiadała moim założeniom. Postanowiłem więc zaprojektować i wykonać zegar od podstaw wykorzystując podzespoły, które miałem pod ręką.
Założenia
Projektując układ kierowałem się poniższymi założeniami:
- zastosowanie mikrokontrolera z rodziny AVR,
- PCB jednostronne,
- możliwość podtrzymania odmierzania czasu (zastosowanie układu RTC),
- multipleksowanie wyświetlaczy (zastosowanie jednego układu 74141 - obniżenie kosztu),
- wyświetlanie daty,
- oddzielne PCB dla lamp i sterownika (możliwość użycia płytki sterownika z różnymi modelami lamp).
Hardware
Projektując układ zegara wzorowałem się głównie na podobnej konstrukcji z tej strony Link. Zastosowane lampy nixie to polskie LC531. Zdecydowałem się na użycie mikrokontrolera Atmega8A oraz układu RTC PCF8583 ponieważ miałem je w swoich zapasach. Podtrzymywanie pracy układu RTC zapewnia bateria CR2032. Przetwornica zasilająca lampy oparta jest o układ NE555 w wersji SMD i tranzystor IRF730. Nie udało mi się upchnąć na płytce standardowego gniazda programatora IDC10 i w zamian wstawiłem rząd sześciu goldpinów (do podłączenia programatora używam zrobionej przez siebie przejściówki IDC10->6 goldpinów). Lampy i neonówki zapalane są przez pary tranzystorów MPSA92 i MPSA42. Całość zasilana jest z zasilacza wtyczkowego dostarczającego napięcia 9V (pobór prądu wynosi około 150-250mA). Schemat płytki sterownika i płytki lamp:
Software
Program został napisany w języku C w środowisku AVR Studio 4. Pisząc program wspomagałem się notami katalogowymi Atmegi, PCF'a oraz informacjami znalezionymi w sieci. Bibliotekę do obsługi interfejsu TWI [I2C] (komunikacja Atmega <-> PCF) pobrałem z tej strony Link. Atmega pracuje na wewnętrznym oscylatorze ustawionym na 2MHz. Za generowanie częstotliwości multipleksowania odpowiada TIMER2. Łącznie naskrobałem ponad 500 linii kodu. Wyszło tak dużo głównie dlatego, że w czasie projektowania PCB starałem się ograniczyć do minimum ilość ścieżek puszczonych górną warstwą (przewodami) i podpinałem je do pinów mikrokontrolera tak jak mi pasowało nie bacząc który to port.
Montaż i uruchamianie
Płytki wykonałem samemu metodą termotransferu przy pomocy laminarki. Nie obyło się niestety bez poprawiania kilku ścieżek markerem. Montaż układu zalecam rozpocząć od wlutowania elementów przetwornicy i przetestowania jej. Dławik zastosowany w przetwornicy powinien mieć odpowiednie parametry [100uH, 0,5A] (nie nadają się tutaj dławiki osiowe). Następnie proponuję zamontować elementy odpowiedzialne za filtrowanie i stabilizowanie napięcia zasilającego Atmegę i układ RTC. Po sprawdzeniu, czy napięcie na trzeciej nóżce układu 7805 wynosi 5V można przystąpić do montażu reszty elementów.
Do regulacji jasności świecenia lamp (napięcia wyjściowego przetwornicy) służy potencjometr R40. Nie zalecam ustawiania maksymalnego napięcia bo może to skutkować szybkim zużyciem się lamp. Trymer C11 reguluje pracę układu PCF8583 (zmieniając ustawienie trymera zliczanie czasu przyśpiesza lub zwalnia). Wartości rezystorów ograniczających prąd neonówek należy dobrać tak, żeby jasność ich świecenia była zbliżona do jasności lamp (w moim przypadku zastosowałem rezystory 470k). Zdjęcia ukończonych płytek:
Do ustawienia godziny i daty służą dwa przyciski. Po wciśnięciu przycisku 1 następuje zatrzymanie pracy zegara, przyciskiem 2 zmienia się wartość godziny (dziesiątek). Po ponownym wciśnięciu przycisku 1 przechodzi się do edycji godziny (jednostek) itd. Po ustawieniu całej godziny w ten sam sposób ustawia się datę. Każda cyfra, która jest aktualnie edytowana, wyróżniana jest zapalonym przecinkiem w lampie. Cała procedura ustawiania zegara przedstawiona jest na poniższym filmiku:
Obudowa
Obudowa powstała w sporej części z odpadów. Tył to siatka osłaniająca głośnik w TV, spód to przycięta pokrywa z jakiegoś wzmacniacza (oba elementy pomalowane czarną farbą w spreju). Boki i przód to bejcowane i delikatnie polakierowane listewki klejone wikolem. Górna pokrywa to szczotkowane PCB, pokryte warstwą lakieru. Zdjęcie przedstawiające elementy obudowy:
Podsumowanie
Udało się zrealizować wszystkie założenia techniczne przyjęte na początku. Zegar pracuje poprawnie od kilku dni i wydaje się prawidłowo odmierzać czas (jak na razie nie zauważyłem, żeby się spieszył czy spóźniał). Jestem zadowolony z efektów pracy.
W niedalekiej przyszłości zamierzam zbudować kolejne zegary, tym razem z lampami IN14 i IN12.
Większość najważniejszych podzespołów miałem w swoich zapasach dlatego dlatego koszty jakie poniosłem były niewielkie. Koszta poszczególnych elementów wynoszą mniej więcej:
- Atmega, PCF i drobnica elektroniczna - 30-40zł,
- lampy nixie - 30-60zł,
- układ 74141 - 10zł,
- zasilacz wtyczkowy 15zł,
- PCB - 15-20zł
- obudowa 0-50zł.
Poniżej kilka zdjęć ukończonego zegara, filmik z jego pracy oraz załącznik zawierający wzory płytek oraz wsad do mikrokontrolera.
EDIT:
----------------------------------------------------------------------------
Konstrukcję zegara rozwinąłem o pomiar temperatury czujnikiem DS18B20. Za programową obsługę czujnika odpowiada biblioteka rklibavr znaleziona w sieci.
W czasie wyświetlania temperatury zapalony są tylko lampy 3, 4 i 5 (temperatura wyświetlana jest w formie np. 26,3). Ujemna temperatura sygnalizowana jest zapaleniem się przecinka w lampie 2.
W płytce sterownika dokonałem kilku zmian:
- dodałem czujnik DS18B20,
- zmieniłem przyciski z kątowych na zwykłe, dostępne praktycznie wszędzie,
- zmieniłem położenie elementów C7, C8 i L1 - można je teraz zamontować poziomo i dzięki temu zmniejszyć odległość pomiędzy płytkami,
- dodałem do trymera równolegle podłączony kondensator w celu poprawienia dokładności regulacji czasu,
- poprawiłem prowadzenie masy.
Zaprojektowałem również płytkę pod lampy IN14.
Przyciski i trymer proponuję zamontować od strony druku, wystarczy wtedy wywiercić 3 otwory w dolnej części obudowy i będzie się miało łatwy dostęp do elementów dopowiedzianych za regulację zegara bez konieczności rozkręcania obudowy.
W załączniku NIXIE_ver2 znajdują się:
- poprawiony schemat,
- wzory warstwy dolnej i górnej poprawionej płytki sterownika,
- wzory warstwy dolnej i górnej płytki do lamp IN14,
- plik z wymiarami płytki sterownika ( w calach),
- plik tekstowy z listą części i komentarzami do nich,
- zrzut ekranu z ustawieniami fusebitów,
- nowy wsad do mikrokontrolera (dodana obsługa czujnika temperatury).
Cool? Ranking DIY
. Żeby nie opracować samodzielnie tak prostego urządzenia ?
. Jak będę miał chwile, to podłączę to jeszcze raz do procesora (nixie mają sterownik na rejestrach szeregowych i steruje się to 3 kablami) i zobaczę, czy można takim sposobem osiągnąć lepsze rezultaty.
