Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Zegar IV18_2021- własna konstrukcja

wojo1971 12 Feb 2021 00:34 4044 9
  • Zegar IV18_2021- własna konstrukcja

    Cześć.

    Chciałbym zaprezentować konstrukcję zegara opartego na lampie VFD IV-18.

    Jest to moja własna konstrukcja, samodzielnie zaprojektowana, chociaż oczywiście w jakiejś części stanowi kompilację wielu stron o zegarach VFD, podam linki, które mnie zainspirowały szczególnie:
    - https://steemit.com/electronics/@gleb-jeglov/how-to-make-a-vfd-clock-step-by-step
    oraz:
    - https://web.jfet.org/inGrid/

    Założenia projektu zegara IV18_2021 :
    - zebranie pierwszych doświadczeń z wykorzystania "hipnotycznych" lamp VFD (prad, napięcie zarzenia, sterowanie wyższymi napięciami anod i siatek - wpływ na wyświetlanie);
    - praktyczne wykorzystanie STM32F103C8T6 na dedykowanej pcb;

    Projekt udało się doprowadzić do końca -> zaprojektowany zegar VFD, został wykonany i działa poprawnie.

    Poniżej zamieszczam poglądową dokumentację (schemat i pcb wykonane w kicad 4.05): schemat, zdjęcia PCB (realizacja w Chinach) oraz zdjęcia z budowy części mechanicznej. Opisy, przedstawienie koncepcji przy kolejnych zdjęciach…

    Zegar IV18_2021- własna konstrukcja



    Sterowanie całością oparto o układ mikrokontrolera STM32F103C8T6 (48pin – stosowany w płytkach uruchomieniowych Bluepill).

    Załączanie napięć dla anod i siatek lampy VFD rozwiązano na elementach dyskretnych: 17 x kluczy npn-pnp, dla obwodów sterujących anodami dodano rezystor 220k „zwierający” Uanod do masy po wyłączeniu klucza.

    Przetwornica DC-DC wykonana na MC34063 – zasilanie z 5V (założenie USB micro), zawiera potencjometr montażowy umożliwiający (wraz z dobranymi rezystorami dzielnika) nastawę Uwy w zakresie 23..57V. Ta regulacja Uwy dla testów intensywności świecenia lampy VFD.

    Obwód sterowania MOSFET z dodatkowym tranzystorem pnp zapożyczony ze strony:

    https://keepdevelopingprojects.wordpress.com/...-nixie-clock-mc34063-boost-converter-upgrade/

    Przetwornica - cóż po prostu działa, prawie bez niespodzianek (o tym potem). Napięcie do VFD generowałem/testowałem do 48V, wydajność prądowa do 30mA bez znaczącego spadku napięcia. Ostatecznie ustawione Uwy=42V (w zalecanym zakresie dla trybu multiplex.)

    Obwód zasilania żarzenia nieco rozbudowany dla celów testowych, ostatecznie podłączono 2xdioda Schottky’ego + R=2ohm (Vfill=3.85V, Ifill ok. 70mA)

    Manualne sterowanie zegarem poprzez klasyczny enkoder up/down + styk on/off.

    Kilka zdań o licznych złączach:
    - po pierwsze Z1 to obsługa RTC DS3231 poprzez I2C, testowe Z6 (na czas uruchamiania) złącze do USART,
    - Z2 złącze stałe do szeregowego wprowadzania danych pogodowych z otoczenia (miałem już pseudo-stację na BME280 z wyjściem szeregowym) – ustalona transmisja na 600bit/s (w sekwencji „%987_051” gdzie % to znak start, 987 cisnienie, „_” to spacja dla temp. Dodatnich lub „–„ dla ujemnych, 05 = temp, a 1 to tendencja pogody:0=spadek cisn, 1=brak zmian cisn,2=na pogodę).

    - ostatnie 2 złacza Z4 i Z5 dla podłączenia lampy IV-18 - to IDC10 męskie na pcb, a żeńskie na elastycznej taśmie do samej lampy VFD.

    Wykonanie zaprojektowanej całości pcb w jednej z chińskich „placówek”, akurat takiej co miała kolor czarny soldermaski w cenie podstawowej…


    Zegar IV18_2021- własna konstrukcja Zegar IV18_2021- własna konstrukcja

    Część mechaniczna opiera się na pomyśle umieszczenia płytki pcb w rurze Cu o średnicy 42mm. Płytka pcb miała szerokość ok. 40mm – wsad płytki wymagał podszlifowania wewn. rury, czyli zrobienia minirowków.

    Podstawa z drewna egzotycznego, z tego samego drewna dekiel zaślepiający na górze rury Cu. Od dołu rury oraz podstawki wchodzą kabel zasilający USB oraz kabel 2-zyłowy do szeregowej transmisji danych pogodowych. Gałka enkodera umieszczona lekko z tyłu, obok rury.

    Sama lampa wmontowana w reduktor miedziany sr. 13mm (coś jak kolanko hydrauliczne w instalacjach miedzianych) – do rury głównej dolutowane. Niestety kolory miedzi dostały przebarwien – dlatego całość pomalowana na czarno sprayem.



    Zegar IV18_2021- własna konstrukcja


    Zegar IV18_2021- własna konstrukcja


    Po zamontowaniu całości okazało się, że lampa „opada” nieznacznie, jednak nieciekawie, stąd dodano podpórkę po lewej stronie lampy IV-18 także z drewna egzotycznego.

    Zegar IV18_2021- własna konstrukcja

    No i pozostała część wybranych zdjęć z kolejnych etapów składania:

    Zegar IV18_2021- własna konstrukcja Zegar IV18_2021- własna konstrukcja Zegar IV18_2021- własna konstrukcja Zegar IV18_2021- własna konstrukcja


    Wnioski i uwagi po realizacji:

    - układ niestety nie działał po zlutowaniu całości: pierwszy błąd podczas rysowania schematu prztwornicy DC-DC pomyliłem nóżki 2 z 5, oczywiście „wół” MC34063 nie zepsuł się, tylko musiałem zamienić/wygiąć ww. nóżki przy wkładaniu do podstawki DIP8. Drugi błąd to magiczne (eufemizm) zaciągnięcie błędnego footprinta dla TO220 z zamienionymi D<->S, na zdjęciu pokazana metoda naprawcza (prymitywna, ale uratowanie dla posiadanych pcb);

    - w następnym zegarze wykorzystam obwody Vbat oraz wbudowany RTC32 mikrokontrolera STM32 (DS3231 zastosowałem z rozpędu);

    - poprawna i widoczna regulacja intensywności świecenia przy dobraniu mniej forsownego zasilania żarzenia (<4V), znaczącego napięcia anod,siatek - poprzez PWM czasu załączenia siatek w stosunku do anod (w dzien 100% jasności, wieczorem 25% wypełnienia);

    - mnóstwo pozytywnych doznań z pracy z lampą VFD, satysfakcja z wykorzystania STM32 (nie są takie straszne, przy pewnej dozie cierpliwości, oczywiście konfiguracja tylko na rejestrach, bez bibliotek – uczę się stale więc źródla w C nie zamieszczam). Słowem będzie ciąg dalszy z VFD!

    Pewnie uwag i wniosków jest więcej, ale może wyjdzie część po ewentualnych pytaniach :)

    Dodatkowo zamieszczam wsad do STM32F103C8T6 w wersji z podawaniem szeregowej transmisji danych pogodowych (wtedy co 13 sek wyswietla się cisn. i temp.) oraz wersję bez transmisji (wtedy co 13 sek wyświetla się data).

    ...

    Cool! Ranking DIY
    Can you write similar article? Send message to me and you will get SD card 64GB.
    About Author
    wojo1971
    Level 2  
    Offline 
    wojo1971 wrote 4 posts with rating 16, helped 0 times. Live in city Bielsko-Biała. Been with us since 2006 year.
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #2
    szeryf3
    Level 21  
  • Computer ControlsComputer Controls
  • #3
    pawelr98
    Level 39  
    Żarzenie powinno być zasilane inaczej.
    Nie bez powodu często przypomina się o tym fakcie.

    Należy je żarzyć prądem przemiennym i to najlepiej z transformatora z dzielonym uzwojeniem, wyposażonego w lekki bias.
    Te 4V odejmują się obecnie od napięcia anody i siatki, co ważniejsze jest, w nierównomiernym stopniu.
    Początek lampy widzi 0V na katodzie, koniec lampy widzi 4V na katodzie.

    Jak nie chce kolega się bawić transformator to w ostateczności można na podstawie prostej zależności liniowej wyznaczyć, o ile powinno być wyższe napięcie anodowe/siatkowe w zależności odległości od początku lampy, po czym za pomocą diod zenera (lub zwykłych, bo wartości są raczej małe) o odpowiednią wartość to napięcie zmieniać.

    Jest jeszcze jedna opcja. Katoda to bezwładny cieplnie kawałek metalu (i pewnej chemii).
    Zasilanie katody nieco większą wartością napięcia podaje się w przerwach między wyświetlaniem.
    Wtedy napięcie na anody i siatki idzie tylko w momencie, kiedy nie płynie prąd żarzenia, a więc i nie ma problemu z nierównomiernym potencjałem katody.
  • #4
    wojo1971
    Level 2  
    Obwód żarzenia zrobiłem w prostej wersji, bez zmiany polaryzacji. Co ciekawe mimo prostego obwodu brak widocznej zmiany intensywności świecenia skrajnych cyfr 1..8 na działającej lampie IV-18.

    W kolejnym zegarze na IV-4/IV-17 zastosuję zmianę biegunowości żarzenia, aby mieć pewność co do jednolitej intensywności wyświetlania poszczególnych lamp VFD :)
  • #5
    dudik56
    Level 14  
    Bardzo fajny zegarek. Mam zrobiony i uruchomiony ale utknąłem na sensownej oprawie tego gadżetu. Nie mam pomysła ;) Obudowa jest w tym przypadku bardzo ważna. Szkoda, że pomalowałeś, miedź można łatwo doczyścić po przegrzaniu i wypolerować a takie steampunk`owe obudowy są efektowne. :D
  • #6
    prosiak_wej
    Level 35  
    Osadź lampę w rurkę z dymionego plexi - poprawi się wygląd oraz kontrast i czytelność :)
  • #7
    coberr
    Level 19  
    szeryf3 wrote:
    Widzę, że dobrze odrobiłeś lekcję z budowy tych lamp skoro zbudowałeś zegar.
    Ogólnie zegar wyszedł bardzo ładny.


    No nie do końca kolega odrobił lekcję z lamp VFD - o tym napisał już kol. pawelr98
    Zatem nie ma co wiecej pisac.

    Zegar bardzo ładny - faktycznie przydałaby sie jakas przyciemniana rurka na lampę.
    co do żarzenia samej lampy ja napisze jeszcze tyle:

    Ogólnie jest kilka metod zasilania włokna żarzenia - aby zachować "balans" napięc na jego całej dlugości i zostały one dośc dobrze opisane w wielu miejscach.
    Natomiast jest jeszcze jeden patent, którego praktycznie się nie stosuje (w obecnych konstrukcjach nie widzę)- a jest bardzo ciekawy i w sumie nietrudny do zrealizowania (zarówno na mikrokontrolerze jak i układach cyfrowych).

    CHodzi tu również o wykorzystanie po czesci bezwładności samego włokna.
    Patent umożliwia zastosowanie potwornicy typu Boost (a zatem jednego dlawika- bez dodatkowych uzwojeń) - dla zapewnienia napięcia 30-50V.
    Natomiast samo wlókno żarzenia może być sterowane poprzez praktycznie dowolny driver dla tranzystorów MOSFET. (oczywiscie można i należy zadbać o zabezpieczenia - w przyp. uszkodzenia). I tak przykładowo - jesli mamy 16 cyfr/znaków - przez pierwsze 8 włókno zasilane jest " w jedna stronę" - zaś przez kolejne 8 znaków - następuje zmiana biegunowości. Efekt ten sam zaś dodatkowe uzwojenia zbędne a i układ staje sie bardziej "elegancki".
    Ciekawe że w CA80 zastosowano ten sam marny patent z rezystorem bodajże 22 omy do +5V -i jakoś to przez lata u wielu chodziło i tragicznie jakoś nie wygladało :)
  • #8
    lvka
    Level 10  
    jak dla mnie przyciemnił bym troche szkło, lecz po za tym kozak projekt,
  • #9
    wojo1971
    Level 2  
    dzięki za informacje, opinie i uwagi... niestety aparat w komórce (ani też lustrzanka) nie oddają realnego świecenia tej lampy... nie ma poświaty/rozmazania, nie ma też nierównomierności poszczególnych cyfr...

    Do prezentacji statycznej dokładam krótki film z działania tego zegara VFD:

    https://www.youtube.com/watch?v=ZRqaD9JVKpk&feature=youtu.be

    ps. Zastanawiam się (i tu pytanie do Kolegów Znających się na lampach) co decydująco wpływa na żywotność lamp VFD? (oszczędne żarzenie, czy raczej niezbyt wysokie Uanod...itp.)
  • #10
    coberr
    Level 19  
    wojo1971 wrote:

    ps. Zastanawiam się (i tu pytanie do Kolegów Znających się na lampach) co decydująco wpływa na żywotność lamp VFD? (oszczędne żarzenie, czy raczej niezbyt wysokie Uanod...itp.)


    jedno i drugie.

    parametry powinny byc katalogowe - a że nie ma problemu zodkumentacja do tej lampy -w zasadzie nalezy zastosować takie jak tam napisano.

    "oszczędne" żarzenie również może "zajechać" lampę...
    Podobnie jak niewłasciwe napiecia siatek i anod.