Газоразрядные индикаторные лампы, или лампы Никси, — это не просто устаревшие компоненты. Это настоящие артефакты, в которых заключена особая магия, сочетающая техническую элегантность прошлого и неповторимую эстетику. Часы на таких лампах — это больше, чем прибор для измерения времени. Это стильный элемент интерьера, создающий уникальную атмосферу. В этой статье я подробно расскажу о своем пути создания таких часов с нуля, включая разработку собственного драйвера на базе современного микроконтроллера ESP8266.
Истоки проекта: находка на складе
Всё началось с неожиданной находки. На предприятии, где я работал, на складе обнаружили старые запасы электронных компонентов советских времен, которые считались неликвидными. Чтобы сэкономить на утилизации, эти детали раздали сотрудникам. Среди этого «технического клада» оказались газоразрядные индикаторные лампы ИН-12, которые я и забрал себе. С радиолампами я знаком с детства, увлекался радиоконструированием, поэтому эта находка стала отправной точкой для ностальгического проекта.
Индикаторные газоразрядные лампы ИН-12 — основа ретро-часов.
Концепция и разработка схемы
К 2016 году существовало множество схем ламповых часов, но многие из них казались мне излишне сложными. Я поставил перед собой цель: создать максимально простую и элегантную конструкцию. Ключевые требования были таковы: питание от стандартного USB-порта, отказ от модуля реального времени (RTC) и светодиодной подсветки, которая, на мой взгляд, нарушает чистую эстетику лампового свечения.
В то время как большинство конструкций базировалось на Arduino и микроконтроллерах Atmel, я обратил внимание на новинку — ESP8266. Этот чип с поддержкой Wi-Fi открывал fascinating возможности. Поскольку широкополосный интернет и Wi-Fi стали обычным делом, я решил синхронизировать время с помощью NTP-серверов через интернет, что полностью устранило необходимость в RTC. Своей идеей я поделился в Twitter, что вызвало интерес, и меня попросили детально описать проект. Так родилась эта статья, в которой я расскажу о реализации часов на шести лампах ИН-14 с усовершенствованным драйвером.
Обратите внимание: Вольтамперметр на базе ESP8266 с записью данных в лог и передачей их по сети Интернет.
Лампы ИН-14, использованные в финальной версии часов.
Принципиальная схема и драйвер
Основная задача — обеспечить лампам стабильное высокое напряжение около 200В (при рабочем напряжении разряда 170В). Для этого в схеме используется повышающий преобразователь на ШИМ-контроллере MAX1771. Поскольку у ESP8266 недостаточно выводов для управления десятью сегментами (цифрами 0-9), применяются декодеры CD4028BM96, которые «размножают» управляющие сигналы.
Особенность драйвера — динамическая индикация. В каждый момент времени горит только одна цифра, но переключение происходит настолько быстро, что человеческий глаз воспринимает все цифры как постоянно горящие. Такой импульсный режим работы значительно продлевает срок службы хрупких ламп.
Принципиальная схема основного драйвера и платы сборки ламп.
Проектирование и изготовление платы
Разводку печатной платы я выполнил в Sprint-Layout 5.0. Плату изготовил дома методом ЛУТ (лазерно-утюжной технологии), что хорошо видно на фотографиях процесса: от печати маски до травления и лужения.
Макет печатной платы драйвера.
Процесс изготовления доски в картинках
Этапы изготовления печатной платы: от травления до пайки компонентов.
В результате получились две основные платы: драйвер с установленным ESP8266 и монтажная плата для самих ламп.
Собранная плата драйвера с микроконтроллером ESP8266.
Плата с установленными лампами ИН-14.
Важным элементом схемы являются оптопары TLP627 от Toshiba. Они обеспечивают гальваническую развязку и безопасное управление высоким напряжением (около 200В) с помощью низковольтных сигналов от микроконтроллера.
Первое успешное включение и проверка работы ламп.
Корпус и финальная сборка
Корпус был спроектирован в FreeCAD с учетом эстетики ретро-техники, а затем напечатан на 3D-принтере из HIPS-пластика. Этот материал был выбран не случайно: его текстура после печати напоминает дерево и лишена глянцевого блеска, что идеально вписывается в концепцию винтажного устройства.
3D-модель корпуса часов, подготовленная для печати.
Электроника была аккуратно размещена внутри корпуса. Плата драйвера зафиксирована с помощью термоклея, что обеспечило надежную фиксацию и дополнительную изоляцию.
Монтаж платы драйвера внутри напечатанного корпуса.
В результате кропотливой сборки получилось законченное устройство, которое не только точно показывает время, но и является предметом гордости и украшением рабочего стола.
Финальный вид собранных часов. Теплое свечение ламп создает уютную атмосферу.
Прошивка и настройка
Программная часть была написана в среде Arduino IDE. Прошивка доступна в репозитории на GitHub (ссылка в конце статьи). После первой загрузки прошивки часы создают собственную точку доступа Wi-Fi. Для настройки нужно подключиться к этой сети и в браузере перейти по адресу 192.168.4.1.
Веб-интерфейс для простой настройки параметров сети и времени.
Через интуитивно понятный веб-интерфейс необходимо указать данные домашней Wi-Fi сети, адрес NTP-сервера и часовой пояс. После перезагрузки часы автоматически подключатся к интернету и начнут сверять время с сервером, обеспечивая высокую точность без ручного вмешательства.
Итоги и перспективы
В результате получились элегантные и надежные часы, которые соединяют в себе очарование ретро-технологий и преимущества современных компонентов. Отказ от дефицитных советских микросхем (типа К155ИД1) в пользу доступных декодеров и микроконтроллера с Wi-Fi упростил конструкцию. Автоматическая синхронизация по NTP избавила от необходимости когда-либо подстраивать время. Драйвер успешно эксплуатируется уже более пяти лет, подтверждая свою надежность.
В планах — создание версии часов с более крупными и эффектными лампами ИН-18, хотя их цена пока останавливает. Этот проект наглядно показывает, как технологии прошлого и настоящего могут гармонично дополнять друг друга, создавая нечто уникальное и функциональное.
Ниже представлена галерея фотографий различных версий собранных часов, демонстрирующих вариации компоновки и дизайна.
Галерея: различные варианты исполнения и этапы сборки часов на базе разработанного драйвера.
Полезные ссылки по проекту
Для тех, кто захочет повторить или изучить проект детальнее:
- Детальная статья на Хабре с обсуждением.
- 3D-модели корпуса для печати.
- Исходный код прошивки и файлы печатных плат на GitHub.
Больше интересных статей здесь: Гаджеты.
Источник статьи: Технологии прошлого и настоящего: как я сделал Nixie Clock с самодельным драйвером на ESP8266.