Minixie - minimalistyczny zegar nixie

Inspiracją dla tego projektu był zegar zaprezentowany przez kolegę bruno4. Postanowiłem zaprojektować zegar od podstaw ponieważ oryginalnie prezentowana konstrukcja nie udostępniała kodu źródłowego a ja chciałem kilka dodatkowych funkcji. Projektując swój zegar chciałem aby była to konstrukcja bardzo prosta zarówno w budowie jak i uruchamianiu. Myślę, że udało się to osiągnąć: zaprojektowane PCB są jednowarstwowe więc łatwo je wykonać nawet w domowych warunkach. Zegar wykorzystuje jedynie trzy układy scalone oraz niewielką liczbę elementów dyskretnych.

Funkcje
* zegar czasu rzeczywistego z podtrzymaniem bateryjnym
* buzzer
* ustawianie czasu za pomocą przycisków lub UART
* złącze rozszerzeń (UART, IRQ, GPIO, +5V)
* fotorezystor do oceny natężenia oświetlenia
* opcjonalna synchronizacja DCF77

Konstrukcja
Konstrukcja wykorzystuje procesor ATmega8, który oprócz sterownia lampami, realizuje funkcje przetwornicy DC-DC oraz zegara RTC. Multipleksowanie lamp LC-531 zrealizowane jest poprzez sterowane anodami lamp (włączanie lampy) za pomocą tranzystorów MPSA42/MPSW92 oraz sterowanie katodami za pomocą układu 74141 (włączenie konkretnej cyfry). Neonówka, która jest sekundnikiem, jest sterowana poprzez programowy PWM - rozjaśnia się i gaśnie co sekundę.
Do utrzymania czasu wykorzystałem TIMER2 procesora ATmega, który działa w trybie asynchronicznym - jest taktowany z rezonatora kwarcowego 32,768kHz. Sam procesor działa na wewnętrznym oscylatorze RC. W przypadku odłączenia zasilania, co wykrywane jest za pomocą komparatora w procesorze, przetwornica oraz nieużywane peryferia zostają wyłączone aż do momentu przywrócenia zasilania. W konstrukcji jest przewidziana możliwość sterowania jasnością lamp w zależności od natężenia oświetlenia w pomieszczeniu - funkcja działa, ale osobiście nie korzystam z niej.

Na dodatkowym złączu wyprowadzony jest UART, przerwanie, 2 GPIO oraz zasilanie. W tej chwili UART jest wykorzystany do wyświetlania logów oraz ustawiania zegara. Opcjonalnie do złącza można podłączyć odbiornik DCF77. Osobiście testowałem odbiornik EB6180B1COB77K5A1 i ten dekoder. Generalnie synchronizacja działa, ale wymaga dobrego umiejscowienia anteny oraz cierpliwości.

Obudowa
Obudowa została wykonana ze szkła akrylowego. Rysunek został narysowany w inkscape i wycięty na obrabiarce numerycznej. Ponieważ chciałem czarną obudowę a dostałem przeźroczystą zdecydowałem się pokryć ją czarną matową farbą w sprayu. Generalnie nie był to najlepszy pomysł bo obudowa mocno łapie kurz i ciężko się ją czyści.

Źródła
Pełna dokumentacja (schemat i pcb Cadsoft Eagle oraz kod źródłowy w C) znajduje się na github.

Schemat PCB zasilanie + procesor (PDF)
Schemat PCB lampy (PDF)

Wsad do procesora (.hex)

Piękny projekt, bardzo mi się podoba!
Pytanie, gdzie dorwałeś lampy?

Nie za duży prąd dla lamp? Coś za mocno świecą. Nie powinno być tej poświaty niebiesko-fioletowej obok znaku.

Bardzo ładna i estetyczna konstrukcja !
A co do kodu udostępniałem go na swojej stronie. Z czasem zmieniłem domenę i teraz pierwowzór można znaleźć tu http://gregorkarnas.com/radio/projekt/nixieclock/

Pozdrawiam !

Bardzo ładna konstrukcja. Możesz zdradzić jaki jest koszt budowy takiego zegara?

Dziękuję za pozytywne oceny!

Kużdo napisał:

Pytanie, gdzie dorwałeś lampy?

Na portalu aukcyjnym. Jedną sztukę odsprzedał mi użytkownik z elektrody.

1996arek napisał:

Nie za duży prąd dla lamp? Coś za mocno świecą. Nie powinno być tej poświaty niebiesko-fioletowej obok znaku.

Rzeczywiście jeśli się przyjrzeć to jest delikatna poświata, ale wydaje mi się, że na zdjęciu wygląda na mocniejszą niż w rzeczywistości. Zdjęcie robiłem wieczorem, być może wygląda to tak przez długi czas naświetlania. Niemniej jednak jak będę miał chwilę to sprawdzę jaki prąd płynie przez lampy.

bruno4 napisał:

A co do kodu udostępniałem go na swojej stronie.

Ok! Dzięki za informacje.

Chudy988 napisał:

Możesz zdradzić jaki jest koszt budowy takiego zegara?

Myślę, że koszt elementów i PCB powinien zamknąć się w 50-100zł - w zależności od tego jaką metodą wykonasz PCB. Cena lamp to już loteria. W 2007r. kupiłem 4szt za 29zł. W zeszłym roku dokupiłem jedną sztukę za 40zł.....

Plus ode mnie, zmieniłbym jedynie tytuł projektu na minimalistyczny (minimalny ma trochę inne znaczenie).

deus.ex.machina napisał:

Plus ode mnie, zmieniłbym jedynie tytuł projektu na minimalistyczny (minimalny ma trochę inne znaczenie).

Słuszna uwaga.

A jak z dokładnością odmierzania 1 sek. ?

witam!!! Ja posiadam w domu pięć takich zegarów tylko na lampach Z566M i Z5730M z dcf sądzę że to najpiękniejsze zegary tylko koszt duży (LAMPY)

Zmieniłbym tylko wzorzec czasu na lepszy jakiś DS1307 + dobry kwarc. Może autor pokusi się o dodanie czegoś takiego?

Sam chce zrobić taki zegar ale cały czas.... mam duchy. :/

Templarious napisał:

Zmieniłbym tylko wzorzec czasu na lepszy jakiś DS1307 + dobry kwarc. Może autor pokusi się o dodanie czegoś takiego?

Co prawda nie mierzyłem dokładności odmierzania czasu, ale nie powinna ona wiele odbiegać od dokładności zewnętrznego RTC. W obydwu rozwiązaniach dokładność odmierzania czasu determinuje dokładność rezonatora kwarcowego (typowo 20ppm) oraz poprawnie dobrana pojemność kondensatorów. Jedyny błąd, który występuje w metodzie z timerem działającym asynchronicznie, to błąd wprowadzany przez czas obsługi przerwań. Tyle tylko, że ten błąd nie kumuluje się.

jaka cena takiego kompleciku?

Pioter2k napisał:

jaka cena takiego kompleciku?

Pytasz czy komplet PCB jest do kupienia?

Bardzo podoba mi się rozmiar konstrukcji. Kupiłem lampy także pewnie ją zbuduję.

Prośba do autora projektu, żeby podał gdzie należy podłączyć przyciski do ustawienia czasu, jakiej wartości fotorezystor został użyty w projekcie?

drake1 napisał:

Prośba do autora projektu, żeby podał gdzie należy podłączyć przyciski do ustawienia czasu, jakiej wartości fotorezystor został użyty w projekcie?

Przyciski należy podłączyć pomiędzy piny BTN1 i BTN2 a masę (header JP1).

Wartość rezystora to dobre pytanie. Wydaje mi się, że użyłem LDR07 50k. Jak uda mi się to potwierdzić to napiszę.

Wreszcie zmontowałem zegar zmierzyłem prąd przepływający przez lampy to około 2mA, dla spokojności trochę go jednak ograniczę.
Użyty IRF710 jednak znacznie się on nagrzewa i chyba bez radiatora się nie obędzie.

Jako że jestem noga z mikroprocesorów proszę jeszcze raz autora o pomoc - po uruchomieniu układu lampy minut wskazują sekundy, natomiast godzin minuty.
Jak wyjść z tego trybu "pokazowego"? (czy trzeba zmienić coś w wsadzie?)

drake1 napisał:

Wreszcie zmontowałem zegar zmierzyłem prąd przepływający przez lampy to około 2mA, dla spokojności trochę go jednak ograniczę.
Użyty IRF710 jednak znacznie się on nagrzewa i chyba bez radiatora się nie obędzie.

Dziekuję za wykonanie pomiaru. Nie przypominam sobie, żebym u siebie stwierdził problem z nagrzewaniem tranzystora. Generalnie zamysł był taki, żeby tranzystor zamontować poziomo (stąd otwór w PCB) i wykorzystać PCB jako radiator.

drake1 napisał:

Jako że jestem noga z mikroprocesorów proszę jeszcze raz autora o pomoc - po uruchomieniu układu lampy minut wskazują sekundy, natomiast godzin minuty.
Jak wyjść z tego trybu "pokazowego"? (czy trzeba zmienić coś w wsadzie?)

To bardzo dziwnie, nie powinno być takiego 'efektu'. Brzmi jak błąd w montażu.

Czy zegar jest wykonany na PCB, które załączyłem do tematu?

Mój błąd nie wyraziłem się zbyt jasno. Zegar idzie 60 razy szybciej tzn. lampy od godzin normalnie się zmieniają po upłynięciu 60 minut (a tak na prawdę sekund w tym konkretnym przypadku)

Używałem źródeł i wsadu z githuba jeśli dobrze pamiętam( płytkę i ATmege programowałem w marcu..)

Na zdjęciach widzę, że użyty IRF740 może to uleczy problem nagrzewającego się tranzystora?

Zbudowałem zegar kolegi Mirleya 4 lata temu i mam duchy. Walczyłem z nimi, ale dalej nic. Może jeszcze się za to wezmę, bo zegar leży i się marnuje. Niedawno kupiłem Z566M i na nich bym zrobił.

Ale wracając do tematu. Może zrobiłbym Twój zegar. Mam wiec kilka pytań. Miałeś problem z duchami? Dało by radę dodać taki efekt co np. godzinę https://www.youtube.com/watch?v=y-FVvLGPFno#t=3m15s 3 minuta 15 sekunda?

drake1 napisał:

Mój błąd nie wyraziłem się zbyt jasno. Zegar idzie 60 razy szybciej tzn. lampy od godzin normalnie się zmieniają po upłynięciu 60 minut (a tak na prawdę sekund w tym konkretnym przypadku)

Proszę sprawdzić czy nie ma zwarcia pomiędzy przyciskiem zmiany sekund (jeśli dobrze pamiętam to BTN1) a masą.

drake1 napisał:

Na zdjęciach widzę, że użyty IRF740 może to uleczy problem nagrzewającego się tranzystora?

Całkiem prawdopodobne. Sprawdziłem, że IRF740 ma znacznie mniejszą rezystancję dren-źródło (0.55 ohm) niż IRF710 (3.6 ohm).

Dodano po 2 [minuty]:

1996arek napisał:

Ale wracając do tematu. Może zrobiłbym Twój zegar. Mam wiec kilka pytań. Miałeś problem z duchami?

Nie miałem.

1996arek napisał:

Dało by radę dodać taki efekt co np. godzinę https://www.youtube.com/watch?v=y-FVvLGPFno#t=3m15s 3 minuta 15 sekunda?

Myślę, że nie powinno to być specjalnie trudne, ale nie mam w tej chwili czasu na rozwój tego projektu. Źródła są na github, zachęcam do podjęcia samodzilnej próby modyfikacji - jeśli będą pytania to postaram się pomóc.

bvr napisał:

Proszę sprawdzić czy nie ma zwarcia pomiędzy przyciskiem zmiany sekund (jeśli dobrze pamiętam to BTN1) a masą.

Wielkie dzięki za pomoc.
Niestety to nie to sprawdziłem miernikiem około 1k5 pomiedzy BTN1 a masą, tak samo między BTN2 a masą.
Wygięłem nawet nóżki od BTN1 i BTN2 na atmedze, tak że nie wchodziły w podstawkę.

Jedno pytanie ostatni commit na githubie ma 10 miesięcy "Enable pull-ups on PD3 and PD4 (BTN1 and BTN2)" dla katalogu firmware. A katalog bin ma 11 miesięcy czy może to być to?

drake1 napisał:

Jedno pytanie ostatni commit na githubie ma 10 miesięcy "Enable pull-ups on PD3 and PD4 (BTN1 and BTN2)" dla katalogu firmware. A katalog bin ma 11 miesięcy czy może to być to?

Tak.

Sprawdziłem commita i faktycznie nie uaktualniłem przy tym commicie binarki... Skompiluję nowy firmware, ale jeśli nie masz możliwości łatwego przeprogramowania procesora to pozostaje przylutowanie zewnętrznych pull-upów (np. 4k7 ohm).

Wielkie dzięki za skompilowaną binarkę, rano starałem się sam skompilować ale atmel studio nie chciał współpracować z windows 10 podczas instalacji.

Wygląda na to, że wszystkie problemy z głowy.
Została tylko obudowa.

Dziękuję za super projekt!

drake1 napisał:

Wygląda na to, że wszystkie problemy z głowy.

Daj proszę znać czy zmiana tranzystora na IRF740 rozwiązała problem z jego nagrzewaniem.

Niestety wczoraj nie miałem wiele czasu. Po wymianie tranzystora na IRF740 i dławika pionowego na dławik o większym prądzie podczas około 2 minut działania IRF740 nie nagrzewał się tak znacznie jak IRF710 (wcześniej po 2 minutach był bardzo gorący.

Przetestuje dłużej jak wymienię rezystory przy lampach na większe.

Dzisiaj włączyłem zegarek na cały dzień i mogę powiedzieć, że jest znacznie lepiej.
Po 10 godzinach pracy radiator ma około 50 stopni i ta temperatura utrzymuje się.

Złożyłem ten zegar i mam problem, IRF740 grzeje się na potęgę a lampy nie dają w ogóle oznak życia (chodź są sprawne) płytki sprawdzałem zwarć ani przerw nie znalazłem
Co może być przyczynom takiego zachowania zegara?

Sprawdziłbym dwie rzeczy:
1) Czy fusebity są ustawione tak jak na screenshocie w 1 poście?
2) Czy tranzystor jest sprawny? Możesz wyjąć procesor z podstawki albo wylutować R9. Po podaniu zasilania na bramce tranzystora powinno być 0V. Tranzystor powinien być zimny.

Fusebity mam tak ustawione jak na zdjęciu, tranzystor podmieniałem i na obydwóch takie same objawy, po wyciągnięciu procesora tranzystor nie grzeje się w ogóle


Problem rozwiązany Bolączką przetwornicy był dławik, po wymianie na dławik o większym prądzie (chociaż poprzedni miał mięć 0.4A) problem znikł.