elektroncso.hu - Nixie Óra (NixieClock)

Az V1.0-ás óra játéknak indult, a V2.0-ás óra kialakításakor, és tervezésekor az járt a fejemben, hogy olyan órát készítek, ami funkcionális, és olcsó, könnyen után építhető, hiszen az alkatrészei bármilyen alkatrész boltban beszerezhetőek voltak. A nagyfeszültségű meghajtó ic-hez sampleként rendelve ingyen lehetett hozzá jutni. A használt mikrokontroller olyan típus volt, amit egy számítógép soros portjáról fel lehetett programozni. Összességében egy játéknak tekintettem. Aztán telt, múlt az idő. Annyian rendelték meg sampleként a meghajtót, hogy ma már a magyaroknak nem küldik ezt sampleként ingyen. Az óra szolgáltatásai kevésnek bizonyultak. Sokaknak hiányzott az elemes háttér óra, ami akkor is számon tartja a pontos időt, amikor az óra nem kap tápfeszültséget. Sokak kifogásolták, hogy a kijelzőnek nincs kímélő üzemmódja, bár ezt a V2.0-ában egy optocsatolóval lehetett gyógyítani. Voltak, akik a dátumot hiányolták, voltak akik nagyobb látványosságot akartak. És voltak akik az atomórás pontosítást tartották fontosnak. Ez utóbbi megoldásaként először a DCF pontosítás merült fel, de ezt a rossz vételi körülmények miatt elvetettem. Mivel ezek a követelmények, kívánságok a régi hardveren túlmutattak, így a hardvert is meg kellett változtatni több ponton is. Visszatértem a 74141 meghajtók használatához, bár a HV ic-ket – jó, és elegáns megoldásnak tartom. Továbbra is statikus a kijelzők meghajtása, vagyis nem használok multiplexelést. Így ugyan 6db 141-et használok el egy órához, de van időm mindent megcsinálni, a kijelzési kép nyugodt, a fényerő szabályozás a csövek áramával szabályozott, így a csövek többet nyernek, mintha multiplexelve hajtanám őket, a kívánt fényerő miatt magasabb árammal, ami kevesebb élettartamot jelent. Nem beszélve arról az előnyről, hogy jóval nagyobb a szabadságom a kijelzők megjelenítési módjainál, ami az effektek szempontjából előnyös. A zenés ébresztő felől kevés volt ugyan az igény a változásra, de sajnálatos módon a korábban használt cél áramkör gyártását befejezték. Így mindenképpen változtatni kellett. A kezembe került egy másik cél áramkör, és ez megindította a fantáziám. Az áramkör képes mp3 és, wav lejátszására is. Nekem csak azt kellett megoldanom, hogy legyen valami, ami időre, a bemenetére juttatja a lejátszandó anyagot. Sajnos a cél áramkör önmagában sem olcsó és a járulékos alkatrészekkel majdnem drága, de nem megfizethetetlen. A V2.0-ás verzióhoz képest a V3.0-ás egy olyan órának készült, ami kevés kompromisszumot akart kötni, nem akartam feláldozni az olcsóságon a kihozható maximumot, aki olcsót akar, építse meg a pár alkatrészes kevés szolgáltatású változatot, akár a V1.0-át akár a V2.0-át. Vagy akár más, 0-a szolgáltatást nyújtó LED-es órákból átalakított verziókat. A látványos órák csőkészlete önmagában is szinte egy vagyon, miért kellene a tulajdonosaikat arra kárhoztatnom, hogy nincs egy rendes vezérlő elektronikájuk, csak mert olcsónak kell lennie. Ezért sokkal fejlettebb mikrokontrollert választottam, az magasabb órajelen jár. Aki akar, választhat olyan háttér órát, amit orvosi műszerekbe szántak és a pontossága hőmérséklet kompenzált. A kialakított zenei lehetőségekkel az óra igazi kakukkos órává alakítható, vagyis akár tik-tak-olhat is, a kakukkos óráktól megszokott negyed, fél és egész órák jelzésével. A bevált megoldások megmaradtak, így a nagyfeszültségű kapcsoló üzemű tápegység az egyetlen 12V-os tápellátási igény. A panel mérete és kiosztása, a meglévő csatlakozók lefelé kompatibilisek, vagyis az új panel egy az egyben a régi helyére szerelhető, minden mechanikai adottsága megegyező (csavarpontok, melegedő alkatrészek ugyanott vannak, kijelző csatlakozó, bill. csatlakozó ugyanolyan és ugyanott van stb.). A hálózati ki- bekapcsoló rész ugyanúgy, mint az előző típusokban LED kimenet a szilárdtest reléhez illeszkedően.

Mint látható az óra tudása meglehetősen nagy, bár már egyszerűsítettem. Az ébresztés és a hálózati ki- bekapcsoló részt megkurtítottam a tervezetthez képest. Eredetileg ugyanis azt terveztem, hogy csak a kontrollerbe épített memória szabjon határt a beállíthatóságnak, de ezt két dolog miatt el kellett vetnem. Egyrészt mert a beállítást végző menü rendszer így sem az egyszerű menürendszerek közé tartozik. (számozni kellett a menüt, hogy meg lehessen állapítani, éppen hol jár az ember) Másrészt a gyakorlatban nem használatos, és így értelmetlen annyi beállítási lehetőség. Ezért jelenleg csak a hét napjaira külön, külön lehet beállítani, valamint be lehet állítani egy minden napra vonatkozót, és egyet konkrét időpontra (év/hó/nap). Természetesen minden ébresztéshez, vagy ki- bekapcsolási eseményhez zenei effektet lehet rendelni. Mindazon által törekedtem a felhasználó maximális szabadságára, és így a beállításoknál nem hiba, ha a készüléket úgy állítjuk be, hogy egy nap hamarabb kapcsol ki, mint be, mert így pl. elérhető, hogy éjfél után is bekapcsolva maradhasson. (A ki- és a bekapcsolás külön esemény)
Az öröknaptár segítségével a beállításkor nem kell tudnunk, hogy milyen nap van, mert azt az óra megajánlja. Ezt felhasználva vált lehetővé a téli és a nyári időszámítás automatikus átállítása is. Ennek idejét automatikusan kiszámítja az óra, majd bekövetkeztekor az állítást végrehajtja, ha ez a funkció engedélyezett.
Mivel az óra rendelkezik soros portal, így számos olyan lehetőség nyílik a felhasználásban, amire eddig nem is gondoltam, és amit a felhasználóra bízok. Bár készül az órához egy pC-n futó alkalmazás, ami a beállításokat segíti, és letölthetővé teszi az órába, valamint a pontosítást is elvégzi. Ez ugyan átveheti a GPS feladatát, de mégiscsak egy számítógép összeköttetése kell hozzá, ezért a GPS pontosítás is megmaradt. Az óra soros csatornája lehetőséget biztosít arra, hogy külső eszköz (akár maga a számítógép is) közvetlenül írjon a kijelzőre adatokat, számokat. Így olyan kijelzés is megvalósítható, ami pl. egy program, vagy a számítógépen futó óra kijelzését valósítja meg a nixie csöveken. A külső egység azonban lehet más készülék is, pl. egy rádió digitális skálája vagy bármilyen készülék, ami soros adatként el tudja juttatni információit az órába, az meg tudja azt jeleníteni. Esetleg az óra így egy meglévő készülékbe is beépíthető annak kijelzőjeként, és másodlagos funkcióban óraként is használható, amikor mondjuk a rádió kikapcsolt. Természetesen ez csak egy példa volt, számtalan felhasználás elképzelhető és megvalósítható.

A Nixie Óra KIT összeszerelési útmutató
A KIT összeszerelését kezdjük a dokumentáció áttanulmányozásával, ellenőrizzük le, hogy a kiépítésnek megfelelő alkatrészek hiánytalanul meg vannak. Ha úgy találjuk, hogy minden egyben van, kezdjük az összeszerelést. Mivel a V2.0-ás óránál az volt a tapasztalat, hogy abszolút hozzá nem értők nem fogtak bele az építésbe, illetve egy hozzáértővel együtt csinálták, így a V3.0-ás óránál nem fogtam vissza magam. Kényelmetlen megoldásokat is bátran alkalmaztam, a szükség miatt, ami az eredményezte, hogy a V2.0 panel kialakításával szinte mindenben kompatibilis akartam maradni, hogy annak helyére az új beépíthető legyen akár a régi egyszerű cseréjével is. Azt gondoltam, hogy a cserét csak a csatlakozók lehúzásával és az új panelre dugásával lehessen megoldani. Ezért a mikrokontroller rész kicsit zsúfolt lett, a hely pedig szűkös. Sok helyen felület szerelt alkatrészeket kellett használni, sőt magát a mikrokontrollert is így kell a panelra helyezni. Érdemes a panelt is átnézni beültetés előtt. A gyártás nem mindig pontos, okoz néha meglepetést. Pl. érdemes megnézni, hogy a panelt határoló fólia csík nem okoz e valahol nem kívánt kapcsolatot, vagy a csavarok helye körüli vezető réteghez, a közel menő vezetékek, nem érnek-e hozzá. (J4-es csatlakozó 1-es lába, és az onnan menő fólia, beleérhet a csavar helyébe, illetve a panelt határoló fóliába is, a J4-es csatlakozó forrasztási oldalon két közeli vezetéket is rejt, ezek egymással is összeérhetnek, ami nem tervezett összeköttetést eredményez.)
Az építést célszerűen a tápegységgel kezdhetjük, már csak azért is, mert a nixie csövek ellenőrzéséhez, szükséges 180…200V-ot már célszerűen ezzel állítsuk elő, mert biztonságosabb. Először a kis feszültségű tápot rakjuk össze, forraszuk be a tápcsatlakozót, és a d1-et, a c23-at, a c7-et, a c8-at valamint az U4-et (7805). Adjunk tápfeszültséget a csatlakozóra, és mérjük meg a feszültséget a panelen. (vagy az U1, U2, U8, U9, U10 5-ös és 12 lába, vagy a c12, c13, c14 két pontja között, vagy az U11, U12, U13 8-as és 16-os lábán) Ha 5V-ot mérünk, kikapcsolás után folytathatjuk a beültetést.
Folytassuk a U6, a c9, r15, r16, r17, t2, p1, r19, r20, r18, c10, c11 beültetésével. Forraszuk fel a panelra az L1-et valamint ültessük be a d3-at is, ne feledjük, hogy a dióda katódja a négyzet alakú forrpont felé néz. Csak ezután ültessük be a t3-at. Ennek hűtőfüle az r18 felé néz, ha kivezetjük hűtőbordára akkor érdemes már most a beültetés előtt a kívánt rövid drótokkal beforrasztani. A hűtőbordára mindenképpen elszigetelve a bordától, szereljük! (Figyelem! Az elszigetelt szereléshez egyik KIT sem tartalmazza a szükséges kellékeket) Mielőtt bekapcsoljuk és kipróbáljuk a nagyfeszültségű tápot érdemes a p1-et közép állásba csavarni, ha egyébként nem ott állna. Bekapcsolás után ellenőrizzük le a feszültséget. Az r6, c11-felőli forrpontján meg kell, hogy jelenjen a nagyfeszültség. Ezt állítsuk a p1-el 180V-ra. Ezután kapcsoljuk ki.

A REV A-jelű panel hibája az N6 cső anódjánál

Javítsuk ki az N6-nál lévő panel hibát. (REV A jelzésű panelnél szükséges!) Vágjuk el a fóliát, ami az N6 jelölt forrpontjához megy, a forrasztási oldalon. Ez az N6 anódja, ami hibásan össze van kötve az egyik katóddal. Az anód a panel alkatrész oldalán a CN2 csatlakozó 39-edik pontjára van kötve ott megkapná az anód feszültséget, ami így jó is. Az elvágott fóliát, egy rövidke vezetékkel kössük az N6 eggyel lentebbi kivezetéséhez, az anód mellett. (Ez a kivezetés a CN2 38-adik pontjához megy.) Ha kijavítottuk a hibát ültessük be az r6-os ellenállást. Egy krokodil csipeszes vezetékkel az r6, r5 felőli forrpontjára csatlakozva a használni kívánt nixie csövek működése ellenőrizhető, ez lesz az anód, míg bármelyik katód a GND-re csatlakoztatható. Ha a csövek jók folytassuk a beültetést, rakjuk helyére a többi anód ellenállást is (r1 … r5). Alakítsuk ki a J9-es átkötést a kiépítésünknek megfelelően. A REV A panelen is javítandó két hiba, mégpedig a C23 zavarszűrő kondenzátor jobb oldali lábának a "+" tápfeszültségre való kötése, illetve U7 2.ik lába túl közel megy egy GND forrponthoz és emiatt az N3 csőben a "9"-es szám folyamatosan világít.

Tehát a u19-et (az x2 felett) ne ültessük be. Ennek az egyik forrpontjára (arra amelyik az U3-felé esik kössük rá az AK1 átkötés azon pontját, amelyik az U12 8-as lába mellett van.

Kezdjük a felület szerelt alkatrészek beültetésével. A legnehezebb és a legtöbb helyet igényel az U3 beültetése. Akár foglalatba (a KIT, nem tartalmaz foglalatot, mert a foglalat nélküli beültetés az ajánlott.) akár a nélkül ültessük be ezt először. Az ic lecsapott sarka az U3 felirat felé essen, így a tokban mélyedéssel jelölt 1-es láb, pont a panelon jelzett ponthoz kerül. Figyeljünk arra, hogy az ic-t ne melegítsük túl, inkább tartsunk pihenőt, a lábakat átlósan forrasszuk, hogy a hő egyenletesebben melegítse át a tokot, kímélve ezzel a magot. Amikor beforrasztottuk az U3-at érdemes mindjárt a változtatásokat is gyorsan elvégezni. Mert a panel hamarabb készült el, (REV A) mint ahogyan a legjobb kialakítás világossá vált volna. Tehát a u19-et (az x2 felett) ne ültessük be. Ennek az egyik forrpontjára (arra amelyik az U3-felé esik kössük rá az AK1 átkötés azon pontját, amelyik az U12 8-as lába mellett van.

A DS18S20 bekötése, a c11 kondenzátor kivezetéseire a tápfeszültség, az U3 6-os lábára az adatvezetéket csatlakoztassuk.

Ha használunk DS18S20 hőmérséklet szenzort annak csatlakozóját is most alakítsuk ki. (A REV A panel, még nem tartalmazza.) A DS18S20 tápfeszültségeit a c11-kondenzátor kivezetéseiről érdemes levenni, annak beültetése után. Az adat vezetéket pedig az U3 6.-ik lábára kell forrasztani. Ez az U3-as feliratnál található a „3”-as szám mellett. A szükséges felhúzó ellenállást ami, 4k7-os (az R44-es ellenállás a REV A panelon ezt a jelzésű ellenállást ne ültessük be! A fotó ellenállás alatt található!) a DS18S20 lábára, vagy a csatlakozóra építsük fel. Mindenképpen úgy, hogy ha a szenzor nincs, vagy nem jól érintkezik is, ez a láb a felhúzó ellenállás miatt + tápfeszültségre kerüljön.

A DS18S20 bekötése, a lábai közé forrasztott felhúzó ellenállással (4k7)

Ha nagyon hosszú vezetéket használunk a hőmérséklet szenzorhoz (1m-nél ne használjunk hosszabbat) akkor a tápfeszültség lábakra tegyünk egy 100n-os, és egy 1u-os kondenzátort.
Folytassuk a felület szerelt alkatrészek beültetését. Akár az U11, U12, U13-el, akár az U5a vagy az U5b óra ic-vel. Ha az U5a-t ültetjük be akkor ültessük be az u22, D4, D5, X2-t és az r30-at. Ha az U5b-t használjuk, tegyük fel, az r31-et és egy 100n-os kondenzátort az r31 és az r30 forrpontja közötti forrpontra. A B1-es elemet csak utoljára tegyük a helyére. A neki szánt forrpontok olyan szorosak, hogy nem kell forrasztani, és érdemes alulról a forrasztási oldalról betenni, így később egyszerűen cserélhető lesz.
A legnehezebb dolgunk a t5, t6, t7, t8 beültetésével lesz. Ha az U3-at foglalatba tettük akkor igazán nehéz lesz ezeket a tranzisztorokat beültetni. A beültetés úgy van kitalálva, hogy a tranzisztorok tokozása egymás tetejére ülnek. Tehát ha az U3 foglalatban van akkor érdemes úgy kezdeni, hogy a t8 lábát hagyjuk meg a leghosszabban, így a foglalat pereme fölé esik és nem okoz nagyobb galibát. A következő t7 lábait vegyük olyan rövidre, hogy a beforrasztásuk után a t7 tokja a t8 alá essen. Ezután a t6 lábai szintén lehetnek hosszúak, majd a t5 lábai ismét rövidek. Ne erőltessük a panelen hagyott forrpontokba nem dughatóak bele a lábak, mert nem fért volna el a nagy furat, ezért felület szerelten forrasszuk fel őket. Bőségesen ónozzunk itt nehogy később elváljanak a lábak. Ezután ültessük be az r24-től az r8-ig terjedő alkatrészeket, majd az x1 kvarcot is. Ezt ne ültessük le a panelra, mert a fém tokja rossz hatással van az alatta elhelyezett átvezető forrpontokra. Célszerű egy kis szigetelővel beültetni. Én ide az SMD alkatrészek papírját szoktam felhasználni.
Ültessük be az r11 … r14 ellenállásokat is, majd beültethetjük a csatlakozókat is, J5, J2, J4. Ezután vagy közvetlenül ez előtt ültessük be a 74141 nixie meghajtó ic-ket. Ha ki akarjuk használni a V3.0 program adta megjelenítő effekteket is akkor érdemes a 141-es ic-ből az orosz változatot beültetni (К155ИД1), mert ez tartalmazza azokat az ellenállásokat, ami által megfelelő bemeneti értékre a kijelző kioltható. Ha nem ezt alkalmazzuk, az effektek furcsán viselkedhetnek - bár ez is lehet egy effekt, de a számok kijelzése ettől még hibátlan lesz. Ezután fordítsuk meg a panelt és ültessük be a forrasztási oldal felőli alkatrészeket is. A legvégén érdemes a fényérzékelő ellenállást is beültetni. Ezt helyezzük el úgy, hogy a világító nixie-k kevéssé világítsanak bele. Ha a nixie-k fénye rájut az érzékelőre előfordulhat olyan helyzet, amikor a fényerő szabályozás begerjed, és egy lassú villogást okoz, közel 1Hz-es frekvenciával. Ez effektnek is felfogható. Alapvetően a panelig leültetett érzékelő és a nixie-k közötti ház ad annyi árnyékolást, hogy a nixie-k fénye nem, de a külső világítás fényei eljutnak az érzékelőhöz. Mivel az így nyert mérési adat lefelé csal (kevesebbnek mutatja a megvilágítást, mint amilyen) a kijelzők fényereje a kímélőbb kisebb fényerő felé hajlanak. Ezért ezt kívánatos „csalásnak” tartom, és ezért alakítottam így ki.
Ha mindent a helyére raktunk élesszük fel, kapcsoljuk be. A nyomógombokat is csatlakoztassuk. (a nyomógombok csak a dobozt is tartalmazó KIT részei, mert azok milyenségét a doboz határozza meg.) Első bekapcsoláskor (Az elemet ne felejtsük el bedugni!) a kijelző számainak villogni kell. Ameddig be nem állítottuk az órát, nem működnek sem az effektek, sem a dátum/hőmérséklet, sem a hang. Amint beállítottuk az időt (lásd. Használati útmutató) a villogás megszűnik, az óra mutatja a beállított időt. Mivel az opciók alap esetben mind bekapcsoltak, így mindenféle kijelzés és effekt működik. Ezért ne ijedjünk meg ha a hét napjait indikáló led-sorból 6db világít, hiszen ez az inverz kijelzés miatt van így. Természetesen az órák tízes helyértékén álló nulla is kioltásra kerül. A használatához sok sikert kívánok.

A zenés rész összeállítása.
A zenei részleg nem különösebben bonyolult. Érdemes itt is a táppal kezdeni. Ha beültettük a tápot ellenőrizzük le, és mérjünk 3,3V-ot a c17-lábain. Ezután ültessük be a többi alkatrészt, amit érdemes itt is a felületszereltekkel kezdeni. Sajnos a REV A panelon az r43 helye lemaradt. Ezt a legegyszerűbb, ha a mikró SD kártya mögötti részre tesszük, ott ahol az alkatrész oldalra kerül a jel vezeték. A vastagabb fólia a + 3,3V amire az ellenállás egyik lába megy, míg a másik lába a forr szemre forrasztható. A beültetés végén helyezzük be a mikró SD kártyát a megfelelő hang állományokkal, és kapcsoljunk a kimenetre vagy nagy impedanciás hangszórót (>32 Ohm), vagy vezessük erősítőre a jelet. Az óra megfelelő beállításával ezután sorban megszólaltathatók a kívánt hangok.

Óramodul.
Egy kis frissítés: az eredeti nagy pontosságú óra ic, nehezen beszerezhető és drága, szerencsére kínai barátaink lemásolták, így könnyedén helyettesíthető. Ennek beszerelését mutatja az ábra. Először is, forraszuk le a csatlakozót az óra modulról, majd rögzítsük az óra panelon, a kép segít hová érdemes. Ezután, négy vékony vezetékkel kössük be a modult az óra paneljára. A bekötéshez mellékeltem egy képet, illetve egy másikat amin már elvégeztem a rászerelést. Maga a bekötés nem bonyolult, hiszen a jelek ugyan azok, annyi különbséggel, hogy az elemet nem kell az óra panelen beültetni, továbbá a két I2C felhúzó ellenállást (r28, r29) sem, mert a modul tartalmazza már ezeket. A modul jelei rá vannak szitázva így nehéz elrontani, az egyes lába a + ami a Vcc, a kettes lába a D ami az SDA-ra kötendő a 3ik kivezetés a C ami az SCL-lábra, míg a – jelű a GND-re.