Технологии прошлого и настоящего: как я сделал Nixie Clock с самодельным драйвером на ESP8266

Радиолампы, как артефакты прошлого, представляют собой нечто большее, чем просто технология. Они несут в себе определенную магию, отражая уникальное сочетание технического мастерства и эстетики. Неудивительно, что часы с неоновым индикатором занимают довольно уникальную нишу в мире дизайна и дизайна интерьеров. Они являются не только инструментом определения времени, но и декоративным элементом, способным существенно изменить атмосферу помещения. В этой статье я расскажу о своем опыте создания Nixie Clock на основе драйвера собственной разработки.

С чего всё началось

Однажды на предприятии, где я работал, на складе было обнаружено много неликвидного материала, который хранился там еще с советских времен.

Индикаторные газоразрядные лампы ИН-12

Неликвид состоял из электронных компонентов, которые нам бесплатно передали в личное пользование, чтобы не тратить деньги на утилизацию. На самом деле там было много ценных комплектующих, в том числе неоновые индикаторные лампы ИН-12. Наконец я взял их себе. С радиолампами я знаком с детства; Я интересовался радиоконструированием и часто собирал различные схемы, в том числе на лампах. И вот эта ретроспектива.

Разработка часов

По состоянию на 2016 год существовало множество различных схем ламповых часов, но их схемотехника мне не понравилась, она показалась мне избыточной и неэффективной. Захотелось реализовать что-то простое, с питанием от стандартного USB-порта, без использования модуля RTC и светодиодной подсветки, что на мой взгляд просто портит всю эстетику светильников. В то время большинство схем работало на Arduino и микроконтроллерах Atmel. Годом ранее Espressif Systems выпустила микроконтроллер ESP8266, который произвел революцию. Поскольку на тот момент широкополосный Интернет был уже достаточно распространен, в том числе и в домашних сетях Wi-Fi, я решил отказаться от использования модуля RTC в своей схеме часов и использовать для синхронизации времени NTP-серверы. Как вы уже догадались, в своей схеме я использовал модуль ESP8266. Затем я поделился в Твиттере своим опытом использования нового модуля ESP8266 в моем проекте. Мой твит вызвал интерес, и меня попросили написать статью на Hackaday.io. Я последовал совету и опубликовал там свою статью.

Но в этой статье я опишу реализацию часов на шести индикаторах ИН-14 с использованием улучшенного драйвера.

Обратите внимание: Вольтамперметр на базе ESP8266 с записью данных в лог и передачей их по сети Интернет.

Ниже вы можете увидеть, как выглядят эти лампы.

Индикаторные лампы ИН-14

Давайте приступим

Ниже представлены схемы часов:

1/2

Принципиальная схема основного драйвера часов и платы сборки лампы

По документации индикаторная лампа работает при напряжении 170В (напряжение разряда), для стабильной работы нам необходимо напряжение 200В. Как видно из схемы, для повышения напряжения до 200В был использован настроечный преобразователь на базе ШИМ-контроллера MAX1771 совместно с L2, D1 и Q1. Поскольку для управления лампами нам не хватает контактов ESP8266, будем «размножать» контакты управления с помощью декодеров CD4028BM96. Этот модифицированный драйвер позволяет управлять десятью газоразрядными индикаторами. Описанный выше драйвер имеет динамический способ управления индикацией, то есть в определенный момент времени горит только одна лампа, но переключение происходит настолько быстро, что человеческий глаз практически не воспринимает переключение ламп, и создается впечатление, что все лампы горят одновременно. Этот режим переводит лампы в импульсный режим, что положительно влияет на срок службы.

Разработка платы

Разработка платы производилась в Sprint-Layout 5.0, так как мне было удобнее делать плату дома.

1/2

Печатная плата

Процесс изготовления доски в картинках

1/7

Производство досок

В итоге получаем следующую плату (в сборе)

Карта водителя для esp8266

Монтажная плата лампы

Включите часы в первый раз:

Включите ламповые часы в первый раз

Оптопары TLP627 от TOSHIBA используются для управления высоким напряжением.

TLP627 представляет собой высоковольтную транзисторную оптопару с выходной схемой Дарлингтона.

Корпус часов

Корпус колокола не имеет сложной конструкции; разработка велась в FreeCAD:

Рендеринг корпуса ламповых часов

Затем корпус был распечатан на 3D-принтере из HIPS-пластика. При печати этот пластик создает структуру стены, которая немного напоминает дерево и не имеет глянцевого эффекта, как другие виды пластика, такие как PLA, ABS и т д.

Монтаж электроники

После изготовления дома необходимо собрать все составляющие. Ниже представлена установка платы драйвера с использованием всеми любимого термоклея. :)

Размещение платы драйвера в корпусе

В результате получаем следующий составной блок:

1/4

Композитные часы

Часы сейчас лежат у меня на столе, вживую они выглядят намного красивее и всегда радуют глаз своим теплым светом.

Давайте поговорим о прошивке часов

Для разработки прошивки часов я использовал среду разработки Arduino IDE. Ниже приведен код прошивки:

Ссылка на git-хаб

После успешной установки прошивки и первого включения часы создадут точку доступа Wi-Fi. Для настройки часов необходимо подключиться к созданной точке доступа (пароль сети задается в прошивке) и перейдя по IP-адресу 192.168.4.1 в браузере устройства, выполнить простую настройку часов. Ниже скриншот интерфейса устройства:

Веб-интерфейс для настройки часов

Для настройки часов необходимо подключиться к сети Wi-Fi, указать NTP-сервер и свой часовой пояс. Затем перезапустите часы. Вот и все, часы готовы к использованию.

Что в итоге?

В результате мы имеем простые в реализации часы на основе ламповых индикаторов, не требующие использования древних микросхем типа К155ИД1; вся схема выполнена на современной элементарной основе. Часы не требуют ручной настройки времени; синхронизация времени осуществляется автоматически с внешнего NTP-сервера, что гарантирует постоянную точность времени. Разработанный драйвер показал хорошие результаты по надежности за время эксплуатации более пяти лет.

Есть желание собрать часы на базе этого драйвера с использованием ламп ИН-18, но пока цена ламп меня пугает).

Спасибо, что дочитали до конца! Если вам понравилась статья, то вы знаете, что делать. И как всегда вопросы? - добро пожаловать в комментарии. До встречи в новых статьях!

Ниже небольшой бонус к статье в виде фотографий собранных часов с этим драйвером