`

Moje zegary lampowe

Dział ten chciałem poświęcić swoim zegarkom lampowym. Skonstruowałem ich już kilka i postanowiłem je zebrać w jedno miejsce, tym bardziej, że nie planuję już budowy kolejnych.

Temat jest sympatyczny, dość wdzięczny - zegary nie są aż takie trudne w konstrukcji a wyglądają bardzo efektownie. Pierwszy ukończyłem pod koniec 2008 roku (początki koncepcji są około rok starsze), ostatni został wykonany pod koniec 2009. Urządzenia przeszły małą ewolucję i rozwijały się razem ze mną.

Pierwsza konstrukcja

Zegar nr 1 dokładnie opisałem TUTAJ. Wykonanie - no cóż, brakowało w nim kilku rzeczy. Nie miał żadnego podtrzymania bateryjnego czasu, płytka była sporo za duża, a także zupełnie niepotrzebnie znalazł się w nim taki potwór, jak ATmega16. Jednak był to mój pierwszy projekt tego typu. Chodziło o to, żeby go dociągnąć do końca - rozwiązania miały być niezawodne (elegancja na kolejnych miejscach).

Zegarek na LC-513

Po realizacji pierwszych zegarków pozostało mi kilka krajowych lamp LC-513, więc zdecydowałem, że zagospodaruję je w kolejnych zegarach. Miałem ich około 6 sztuk, dokupiłem 2 i powstały 2 kolejne zegarki - są to identyczne konstrukcje. W stosunku do poprzedników jest kilka innowacji.

Lampy są już połączone na płycie - uniknąłem 40 przewodów. Jest podtrzymanie bateryjne czasu przy braku zasilania. Liczba płytek zredukowana do 2. Mniejszy mikrokontroler.

Sercem konstrukcji jest ATmega8. Znajduje się na płycie nr 1, co widać na załączonym obrazku. Wraz z ATmegą znajduje się układ DS1307 - jest to zegar czasu rzeczywistego. Z ciekawych rzeczy - posiada osobne wejście zasilające do podtrzymania bateryjnego W tej roli bateryjka CR2032 - 3V. Wg. danych z katalogu powinna starczyć na długie lata. Jak na razie testuję na taniej bateryjce z allegro około pół roku i chodzi bez zarzutu. Układ śmiga po magistrali I2C. Razem z nim po tej samej magistrali lata ADT75 - czujnik temperatury. Zegarek jest w stanie mierzyć temperaturę, jednak problemem jest grzejący się stabilizator 7805, który skutecznie rozgrzewa otoczenie, powodując zawyżanie wskazań termometru. Oprócz wymienionych już elementów na płytce mamy jeszcze założoną przetwornicę DC-DC, która zapewnia wysokie napięcie dla lampek. Całość zasilana z ok. 9-12V niestabilizowanych. Lampy dostają jakieś 160V. Wszystko zabezpiecza bezpiecznik rurkowy na ok. 315mA. Ponadto kilka kondensatorów filtrujących

Do płytki nr 1 jest też płytka nr 2. Połączone są one długim goldpinem. Na płytce nr 2 mamy lampy :) Oprócz lamp układ TTL 74141 produkcji radzieckiej, który steruje katodami. Anodami sterują stopnie złożone z 2 tranzystorów SGSP239 i BF422. Jest to identyczny układ jak w poprzednim zegarze, użyłem go jako sprawdzonego rozwiązania. I 3 przyciski, neonek jako separator podłączony na stałe do zasilania przez rezystor 200k. Płytki łączy 15 styków. 4 z nich są od przycisków (3 przyciski + masa), 6 dla 74141 (2 zasilanie, 4 wejść układu) i 5 do sterowania lampami (4 lampy + 1 wysokie napięcie). Jak widać jest jedna nadmiarowa masa (przyciski i zasilanie 74141) i tworzy się piękna pętla. Ale to nie jest sprzęt audio - nikt tego słuchać nie będzie. Problemów nie zarejestrowałem z tego powodu żadnych.

Problemem jak zwykle dla mnie jest obudowa zegarka. Problem z pierwszym załatwiłem oddając do koledze w prezencie. Pomagał mi przy wykonaniu żółto-czarnej obudowy do zegarka poprzedniej generacji, więc sobie poradzi. Do drugiego pozbijałem prowizoryczny "stojak". W tej chwili stoi na moim służbowym biurku i cieszy oczy współpracowników.

Kilka obrazków z zegarkiem, wzory płytek i wsad na forum Elektrody pod tym linkiem.

 

 

Zegar VFD

Kolejnym z serii lampowców, które skonstruowałem - to zegarek na lampkach VFD. Jest to pełnokrwisty lampowiec, bo i lampy są prawdziwe - próżniowe i z żarzoną katodą. Pomysł powstał kiedy wpadł mi w ręce radziecki wyświetlacz z siedmioma lampami IW-6 (zostało 6, jedną przypadkowo uszkodziłem zbyt wysokim napięciem żarzenia).

Lampa VFD to rodzaj lampy próżniowej, która tym różni się od typowej lampy wzmacniającej (triody), ze świeci. Poza tym to samo. Mamy więc katodę w postaci drucika. Zastosowane jest tutaj żarzenie bezpośrednie. Prąd który przez katodę przepływa - rozgrzewa ją a przyłożone napięcie ustala potencjał katody. Typowo mamy tutaj 1V, 50mA. Anody pokryta jest luminoforem. Elektrony uderzające w poszczególne anody powodują ich świecenie na zielono. Luminofor tworzy segmenty, więc sterując odpowiednimi anodami można wyświetlić liczby. Między anodami a katodą jest oczywiście siatka sterująca, której zadaniem jest przyspieszenie elektronów. Typowo podłączmy niski potencjał do katody, wysoki do siatki i odpowiednich anod. Siatką sterujemy świecenie całej lampy a anodami świecenie poszczególnych segmentów (dzięki czemu można sterować lampy dynamicznie). Napięcie anodowe powinno wynosić około 12...15V, tyleż samo na siatkę. W impulsie nawet do 50V. Lampę taką steruje się właściwie napięciowo, prądy są minimalne. Natomiast żarzenie pobiera już ilości mocy znaczne.

Wyświetlacz był przystosowany do sterowania statycznego lampami, więc wymagał przeróbek. Siatki były zwarte ze sobą, żarzenie połączone równolegle. Wszystkie anody osobno. Przeróbki polegały na połączeniu odpowiednich segmentów ze sobą, rozcięciu zwartych siatek. Okazało się też, że ciężko będzie zapewnić odpowiednie żarzenie. Uzyskanie 1V, 300mA było kłopotliwe. Można było 5V puścić przez rezystory, co spowodowałoby stratę około 1,2W, lub zastosować przetwornicę impulsową, na co nie bardzo było miejsce, a starty pewnie spadłyby do około 0,3W. Wybrałem trzecią drogę - połączyłem katody szeregowo. Potrzebowałem około 6V, 50mA z czym już jest znacznie łatwiej. Takie rozwiązanie ma podstawową wadę. Jak wspomniałem jest to żarzenie bezpośrednie. Katoda ma potencjał napięcia żarzenia - ogólnie najlepiej coś takiego żarzyć prądem przemiennym - wtedy średni potencjał na całej długości katody jest jednakowy. Ale tutaj każda katoda ma inny potencjał i im bliżej + w szeregu, tym różnica potencjałów katoda-siatka niższa. Prowadzi to do nierównomiernego świecenia lamp - jasność rośnie w jednym kierunku.  Jest to widoczne, ale nie razi zbytnio - jako rozwiązanie kompromisowe może zostać.

Zegarek upchnięty w obudowę z drewna, jak to zwykle u mnie wykonanie nie najlepsze. 2 przyciski do sterowania z tylu. Płytka zamawiana w wersji ekonomicznej. Całość się trzyma, ale nie jest szczególnie udany projekt. Zamieszczam tylko fotkę lamp. Wyświetlana wartość jest dziwna, jest to spowodowane testową wersją oprogramowania.

 

 

Technicznie, znów ATmega8 oraz DS1307. Napięcia anodowego 34V dostarcza identyczna przetwornica jak dla nixie, z tą różnicą, że stopień sprzężenia zwrotnego ma inny dzielnik, dzięki czemu może dostarczać niższych napięć. Anody i siatki są sterowane specjalnymi buforami. Miały to być UDN2941, ale te, co miałem poległy, a nowych już nigdzie nie mieli. Wyszukałem gdzieś na aukcjach L912, które właściwie są tym samym. Jednak pracują na niższym napięciu oraz mają ciut inne wyprowadzenia. Po małej przeróbce płytki wszystko gra. Napięcie dopuszczalne dla układów - 30V, stosuję 34V. Zegara używam rzadko, wszystko działa poprawnie.

Projekt ten zrobiłem dość szybko, trochę z rozpędu. Działa, ale specjalnie nie ma się czym chwalić. Leży w szafie, może kiedyś do niego wrócę i coś ulepszę.

Zegar z dużymi lampami Z566M

Ostatni zegarek jaki sporządziłem jest niejako ukoronowaniem mojej działalności na tym polu. Użyłem dużych lamp Z566M . Całość zrobiłem na jednej płycie. Kilka słów o technice. Znów ATmega8 + DS1307 - dobrana para zegarowa. CR2032 do podtrzymania. 74141 do katod. Jeśli chodzi o sterowanie anodami, zastosowałem rozwiązanie nowatorskie. Większość konstrukcji do sterowania anodami używa pary wysokonapięciowych tranzystorów lub rzadziej wysokonapięciowych transoptorów TLP. Często te elementy są trudno dostępne (transoptorów w przyrodzie nie spotkałem). Posiedziałem, pomyślałem i okazało się, że wcale nie są potrzebne.

Trzeba trochę inaczej spojrzeć na lampę (nie jak na opornik). Jak wiemy zaczyna świecić dopiero po otrzymaniu napięcia zapłonu. Poniżej tego napięcia praktycznie nie przewodzi prądu (trochę jednak przewodzi). Możemy bezpiecznie przyłożyć tam napięcie, jeśli nie przekroczy zapłonu - prąd nie popłynie. No dobrze, to żeby lampkę włączać i wyłączać nie trzeba wcale przełączać napięć rzędu 160-180V. Starczy znacznie mniej. Dokładnie tyle ile wynosi różnica między napięciem zapłonu a napięciem gaszenia. Zależnie od typu lampy jest to różnie, ale 60V powinno być ok. A stary, dobry CNY17 wytrzymuje 70V między kolektorem a emiterem. I to działa! Jednak jest jeden problem. Kiedy transoptor jest zatkany na lampie pojawia się jednak różnica potencjałów (jak wspomniałem trochę przewodzi, zachowuje się jak duży opornik). W szeregu z zatkanym transoptorem powoduje, ze jednak na nogach transoptora jest napięcie ponad 70V (prąd który płynie jest minimalny, jest to prawdopodobnie prąd, który przecieka przez zatkany transoptor i lampę). wystarczy, żeby zniszczyć CNY17. I tutaj rozwiązanie jest banalne. Dajemy diodę Zenera 62V zaporowo między C i E transoptora. Zabezpiecza go skutecznie (napięcie na nim nie wzrośnie powyżej 62V, tyle wytrzymuje) a lampa i tak się nie zapali. Oczywiście w stanie przewodzenia nie ma żadnego problemu.

Tak oto zamiast 2 oporników i 2 tranzystorów używamy diody, transoptora i opornika. I są to elementy zdecydowanie mniej "specjalistyczne". Załączam uproszczony schemat zegara (tylko sterownie lampami) i wzór płytki.

 

Co jeszcze mamy. Jak poprzednio ADT75 i nowość - diodę RGB. Sygnalizuje tryb pracy zegarka w czasie nastawiania, alarm itd. Dodatkowy bajer i nic poza tym.

Do nastawiania służy tu impulsator. Użyłem taniego elementu - 30 impulsów na obrót + przycisk (wciśnięcie głowicy). Generalnie działa, ale niestety, po pewnym czasie użytkowania zaczyna wariować. Trwałość tych urządzonek jest niewielka. Po wymianie poprawa i po jakimś czasie znów problemy. Zostawię to tak, nie ma juz specjalnie pola manewru, żeby to poprawić. Płytka zrobiona i zlutowana i działa.

Z ciekawych rzeczy - zegarek ma czujnik światła w postaci fotodiody. Dzięki temu jest w stanie w ciemności się przyciemnić. Jest to przydatne, lampki świecą dość mocno i w ciemnym pomieszczeniu może być to uciążliwe.  Fotodioda IR pochodzi ze starej myszy kulkowej, jest wpięta w szereg z rezystorem 1M między zasilanie a masę zaporowo. Napięcie z takiego "dzielnika" trafia na przetwornik ADC.

Na chwilę obecną to koniec zegarków wszelkiego rodzaju. Jakkolwiek są takie konstrukcje dość efektowne, to są też przy tym bardzo proste i niespecjalnie wiele wnoszą nowości. Zebrałem je tutaj razem i opisałem możliwie dokładnie. Podejrzewam, że znajdą się osoby, które będą chciały taki zegarek sobie wykonać. Mała uwaga praktyczna: do zasilania radzę używać wyłącznie zasilaczy transformatorowych. Zasilacze impulsowe, szczególnie tańsze, na wyjściu produkują tętnienia o dość wysokiej częstotliwości. Powodowało to u mnie indukowanie jakichś szpilek na cewce i regularne przypalanie mikrokontrolerów. Nie padały całkiem, ale zaczynały przepuszczać duże ilości prądu (kilkaset mA) grzejąc się przy tym znacznie. Ponadto stosując transformator mamy gwarancję odizolowania się od sieci, co zwiększa bezpieczeństwo. Zawsze odetnijmy się jakoś od sieci energetycznej. Spotkałem już zegarki zasilane bezpośrednio z sieci przez prostownik i opornik. Nie wolno robić takich rzeczy. Chwila nieuwagi może się zakończyć tragedią.  Zaznaczam też, że lampy pracują pod napięciem 160...180V. To może być niebezpieczne (nawet jeśli do sieci się odetniemy trafem lub zasilamy z bateryjki), tym bardziej, że ta przetwornica ma wcale nie taką małą wydajność. Czyli: nie dłubać łapami kiedy zegarek działa, stosować zawsze bezpiecznik, nie zostawiać zegara włączonego bez opieki, chronić przed dziećmi itd. To są konstrukcje DIY - można sobie cos takiego zrobić, ale z głową. Nie ponoszę odpowiedzialności za żadne szkody i straty - nie mam na to wpływu.  Jak się nie czujesz na siłach, albo czegoś nie rozumiesz - odpuść.