Poniżej opis i prezentacja, zaprojektowanego i wykonanego przeze mnie, zegara opartego na lampach VFD IV-17.
Impuls do wykonania zegara w dużym stopniu zainspirowany jest prezentacją wideo działania zegara Wiktor:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3196412.html
Konstrukcja wykorzystuje noty aplikacyjne lampy VFD:
http://www.spark-tube.com/wp-content/uploads/2018/08/iv-17-datasheet.jpg
https://www.eevblog.com/forum/projects/driver-for-iv-4-iv-17-18-segment-vfd-tube/
Po wcześniejszym wykonaniu zegara na lampie IV18 (i nabraniu pewnego doświadczenia) stwierdziłem, że pora zabrać się za dużo bardziej skomplikowaną – znacznie bardziej reprezentacyjną lampę 18-segmentową IV17.
Tu uwaga: lampy IV4 (IV-4, ИВ-4) i IV17 (IV-17, ИВ-17) są zamiennikami, i czasem w tym opisie może pojawić się oznaczenie IV4.
Główne założenia dla projektu zegara IV17:
- zegar na 6 lampach IV17;
- zastosowanie, do sterowania segmentami, układu scalonego HV (w zegarze IV18 użyłem kluczy NPN do sterowania segmentami, da się, ale mnóstwo dodatkowej robocizny);
- elementem sterującym będzie STM32F103.
Schemat zegara IV17:
Omówienie zasadniczych obwodów:
Konstrukcja zegara sprowadza się do układu właściwej obsługi zasilaniowo-logicznej 6 lamp VFD IV17. Z założenia dla VFD 18-segmentowej wybrano tryb pracy z multipleksowanym wyświetlaniem.
ZASILANIE.
Zasilacz podwyższonego napięcia DC oparty na standardowym MC34063, z ciekawą opcją usprawnienia sterowania MOSFET, zapożyczoną z linku:
http://mirley.net/przetwornica_podwyzszajaca_do_lamp_nixie.html
Zastosowano cewkę 120uH (Imax>1A), tranzystor MOSFET IRL540 z obniżonym napięciem włączenia UGS(th). Napięcie wyjściowe tej przetwornicy DC-DC to 45V. Taką wartość napięcia dobrano w celu przedłużenia żywotości lamp VFD (przy pracy multipleksowanej nota sugeruje 50-70Vdc, dla pracy statycznej 25-30Vdc) przy zachowaniu wystarczającej jasności świecenia.
Zasilanie żarzenia lamp wraz z rezystorami 1R włączonymi do obwodów dobrano tak, aby zapewnić katalogowe warunki pracy Ufill~2.4V. Zastosowano zmianę biegunowości potencjału żarzenia – wykorzystano scalony układ mostka L9110.
STEROWANIE.
Zgodnie z założeniami wykorzystano mikrokontroler SMT32F103C8T6 (stosowany np. w modułach BluePill). Zasadnicze sterowanie 18 segmentami odbywa się z pośrednictwem scalonego demultipleksera wysokonapięciowego HV5812 (prosty protokół szeregowy z taktowaniem), natomiast załączanie 45Vdc dla siatek 6 lamp IV17 wykonano na kluczach NPN (BC847)-PNP(BC856). Dla czytelności schematu nie pokazano 18 rezystorów 220k przyśpieszających rozładowanie przełączanych napięć anodowych.
Układ ma aktywny obwód podtrzymania bateryjnego (CR1220), źródłem czasu jest wewnętrzny RTC z podłączonym zewn. kwarcem 32768Hz. Korekta dokładności zegara RTC możliwa dwustopniowo (korekta_1 czasu 24h oraz korekta_2 czasu 14dni ) poprzez wprowadzanie odchyłek w menu ustawień.
Dostępnych jest 5 stopni regulacji jasności wyświetlania – odbywa się to przez zmianę wsp. wypełnienia (aktywności Ugrid) dla danego slotu czasowego konkretnej lampy VFD. Max. poziom swiecenia lamp VFD dobierany w menu ustawień.
Taktowanie zmianą biegunowości zarżenia Ufill poprzez wyjścia (PWM 50%) komplementarne Timer1 – z częstotliwością ok. 102Hz.
Zegar jest przygotowany do pracy z danymi ze stacji pogodowej, które to dane otrzymuje via USART3_9600 (złącze Z2) jako ramkę z 28B (temp, cisn,wilg, ubatt, lux, - rozpis ramki w załączniku *txt). Praca bez ww. danych ze stacji pogodowej jest możliwa, tylko poziom świecenia VFD - nie jest wtedy automatycznie ustawiany do otrzymywanej aktualnej wartości nat. oświetlenia [lux] ze stacji pogodowej.
Menu ustawień dostępne poprzez klasyczny enkoder: up/down/enter. W ustawieniach można wybrać: tryb wyświetlania (tylko_czas/czas+data/czas+dane_pogodowe), max. poziom świecenia VFD, wprowadzić: 2 stopnie korekt dokładności zegara.
Z uwagi na dużą ilość dostępnych interfejsów cyfrowych w STM32F1 na schemacie dodano rozwojowo interfejs do ew. komunikacji z I/O Raspberry, innymi urządzeniami via SPI lub I2C.
OBUDOWA,PCB - wykonanie.
Rzeczywiste wykonanie zegara opiera się na 3 płytkach pcb:
– płytka główna zawiera: uC, wszystkie obwody zasilaczy, sterownik segmentów HV5812 , interfejsy USART,SPI,I2C;
– płytka pośrednia wyświetlacza zawiera: klucze NPN (BC847)-PNP(BC856) sterowania 6 siatkami lamp VFD, złacza 2xIDC12 do każdej lampy IV17 ;
– płytka lampy VFD IV17 zawiera: złacza 2xIDC12, 1 lampę IV17.
Taki podział pcb daje pewną uniwersalność dla zbudowania zegara/urządzenia opartego na innych lampach VFD (u mnie np. IV11) . Wtedy potrzebne tylko dedykowane płytki pod lampę VFD i przeprojektować prostą płytkę pośrednią wyświetlacza. Płyta główna z uC pozostaje bez zmian.
Obudowa drewniana wykonana z zamówionych dociętych 3 deseczek dębowych 17mm sklejonych, tworzących właściwą bryłę. Potem zostało dokładne wydrążenie miejsca na płytki pcb oraz wywiercenie otworów 20mm pod lampy VFD, 6mm pod enkoder i otwór pod złacze zasilania USB_print. Dolna część obudowy zaślepiona dociętą 3mm płytą pilśniową. Całość pomalowana szelakiem.
Samo uruchomienie przebiegło bezproblemowo, zasilacz na MC34063 generuje 45V, przy obciążeniu wyświetlaniem napięcie praktycznie nie spada. Prąd zasilania zegara ok. 400mA, to głównie prąd obwodów żarzenia lamp (Ifill ok. 300mA).
Odrębna sprawa to oprogramowanie uC, zdefiniowanie własnych znaków na 18-segmentowy wyświetlacz oraz opracowanie sposobów korekty niedokładności rezonatora kwarcowego 32768Hz...trochę to czasu zajęło...
Poza zdjęciami elementów zegara , zamieszczam krótki film z działania zegara (widoczna opcja wyświetlania czas + dane pogodowe). Niestety zdjęcia i film nie oddają w pełni barwy i płynności animacji (w realu nie jest widoczne żadne migotanie)
Dodatkowo w załączniku wsad *.bin do STM32F103C8T6 .
Podsumowanie
Koszt zasadniczy to lampy ok 100pln, koszt wykonania płytek pcb 100pln reszta elementów max 100pln. Razem 300pln, ale oczywiście kolejny taki zegar to byłby już koszt 150pln. Jedyne co nadal byłoby równie trudne to praca/adaptacja obudowy drewnianej do elektroniki...
Wrażenia optyczne działającego zegara na 6 lampach IV17, jak dla mnie, przebijają wizualnie lampę IV18. Większe cyfry, bardziej złożone kształty, możliwość mini-animacji. Oczywiście hipnotyczny/spokojny turkusowy kolor VFD bez zmian
Projektowanie i budowa zegara zajęła mi kilka miesięcy w 2022 roku, a niniejszy post jest dokończeniem tematu moich przygód z VFD zaczętych przez zegar na IV18 jeszcze w 2020.
Cool? Ranking DIY
