Beschreibung und Präsentation unten, einer von mir entworfenen und hergestellten, Uhr basierend auf Röhren VFD IV-17.
Der Impuls zur Herstellung der Uhr ist weitgehend von der Videopräsentation der Uhr von Wiktor inspiriert:
https://www.elektroda.pl/rtvforum/topic3196412.html
Das Design verwendet die Anwendungshinweise der VFD-Röhren
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/
Nachdem ich zuvor eine Uhr auf der IV18-Röhren gemacht hatte (und einige Erfahrungen gesammelt hatte), entschied ich, dass es an der Zeit war, mit einer viel komplizierteren - viel repräsentativeren 18-Segment-IV17-Röhren zu beginnen.
Beachten Sie hier: IV4 (IV-4, ИВ-4) und IV17 (IV-17, ИВ-17) Röhren sind Ersätze, und manchmal kann die Bezeichnung IV4 in dieser Beschreibung erscheinen.
Die Hauptannahmen für das Design der Uhr IV17
- Uhr auf Röhren 6 IV17;
- Verwendung der integrierten Schaltung HV zur Steuerung der Segmente (in der IV18-Uhr habe ich NPN-Schalttransistor zur Steuerung der Segmente verwendet, es ist möglich, aber viel zusätzliche Arbeit);
- Das Steuerelement wird STM32F103 sein.
Schaltplan der Uhr IV17
Übersicht der wesentlichen Schaltungen:
Die Konstruktion der Uhr läuft auf die ordnungsgemäße Stromversorgung und logische Verknüpfung von 6 VFD IV17-Röhren hinaus. Gemäß der Annahme wurde für das 18-Segment-VFD die Betriebsart mit Multiplex-Anzeige gewählt.
STROMVERSORGUNG
Hochspannungs-DC-Netzteil basierend auf dem Standard MC34063, mit einer interessanten Option zur Verbesserung der MOSFET-Steuerung, entliehen aus dem Link:
http://mirley.net/przetwornica_podwyzszajaca_do_lamp_nixie.html
Verwendet wurde eine Spule 120 µH (Imax > 1 A), ein MOSFET-Transistor IRL540 mit reduzierter Einschaltspannung U GS(th) . Die Ausgangsspannung dieses DC-DC-Wandlers beträgt 45 V. Dieser Spannungswert wurde gewählt, um die Lebensdauer der VFD-Röhren zu verlängern (für Multiplexbetrieb schlägt der Datenblatt 50-70 Vdc vor, für statischen Betrieb 25-30 Vdc) bei Aufrechterhaltung einer ausreichenden Helligkeit.
Die Stromversorgung der Heizung der Röhren zusammen mit den in den Stromkreisen enthaltenen 1R-Widerständen wurde so gewählt, dass die richtigen Betriebsbedingungen Ufill ~2,4 V gewährleistet sind. Die Polarität des Potentials der Heizung wurde geändert - die integrierte Schaltung der L9110 der Brücke wurde verwendet.
STEUERUNG
Laut Voraussetzungen wurde der Mikrocontroller SMT32F103C8T6 verwendet (wird z. B. in BluePill-Modulen verwendet). Die Hauptsteuerung der 18 Segmente erfolgt über den integrierten Hochspannungs-Demultiplexer HV5812 (ein einfaches serielles Protokoll mit Zeitsteuerung), während die 45-VDC-Schaltung für die Gitter von 6 IV17-Röhren auf den Schalttransistoren NPN (BC847)-PNP(BC856) durchgeführt wurde. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind die 18 220k-Widerstände, die die Entladung der geschalteten Anodenspannungen beschleunigen, nicht gezeigt.
Die Schaltung verfügt über eine aktive Batterie-Backup-Schaltung (CR1220), die Zeitquelle ist eine interne RTC mit einem angeschlossenen externen Quarzoszillator 32768 Hz. Die Korrektur der Genauigkeit der RTC-Uhr ist in zwei Stufen möglich (Korrektur_1 für 24 Stunden und Korrektur_2 für 14 Tage), indem man Abweichungen in Einstellungsmenü eingibt.
Es gibt 5 Stufen zur Anpassung der Anzeigehelligkeit – dies erfolgt durch Änderung des Tastverhältnisses (Ugrid-Aktivität) für einen bestimmten Zeitschlitz einer bestimmten VFD-Röhre. Die maximale Leuchtstärke der VFD-Röhren wird in Einstellungsmenü ausgewählt.
Die Zeitsteuerung von Änderung der Polarität der Heizung Ufill über Ausgänge (PWM 50%) komplementär Timer1 - mit einer Frequenz von ca. 102 Hz.
Die Uhr ist darauf vorbereitet, mit Daten von der Wetterstation zu arbeiten, die sie über USART3_9600 (Z2-Anschluss) als Frame mit 28 B erhält (Temperatur, Druck, Feuchtigkeit, Ubatt, Lux, - Beschreibung des Frames im Anhang *txt). Die Arbeit ohne die oben genannten Daten von der Wetterstation ist möglich, nur die Leuchtstärke von VFD wird nicht automatisch auf den aktuellen Wert der natürlichen Beleuchtung [Lux] eingestellt, der von der Wetterstation empfangen wird.
Einstellungsmenü verfügbar über klassischen Encoder: up/down/enter. In den Einstellungen kann man wählen: Anzeigemodus (nur_Uhrzeit/Uhrzeit+Datum/Uhrzeit+Wetterdaten), max. VFD-Leuchtstärke, Eingabe: 2 Grad Korrektur der Ganggenauigkeit der Uhr.
Aufgrund der Vielzahl verfügbarer digitaler Schnittstellen im STM32F1 wurde dem Schaltplan eine Schnittstelle zur möglichen Kommunikation mit Raspberry I/O, anderen Geräten über SPI oder I2C hinzugefügt.
GEHÄUSE, PCB - Ausführung
Die eigentliche Ausführung der Uhr basiert auf 3 Platinen:
– Hauptplatine enthält: µC, alle Stromversorgungsschaltkreise, Steuerung der Segmente HV5812, USART-, SPI-, I2C-Schnittstellen;
– Display-Zwischenplatine enthält: Schalttransistoren NPN (BC847)-PNP(BC856) zur Steuerung von 6 Gittern von VFD-Röhren, 2xIDC12-Anschlüsse für jede IV17-Röhre;
– Die Platine der VFD IV17-Röhre enthält: 2xIDC12-Anschlüsse, 1 IV17-Röhre.
Eine solche Teilung der Platine gibt eine gewisse Flexibilität, um eine Uhr/ein Gerät zu bauen, das auf anderen VFD-Röhren basiert (z. B. IV11 bei mir). Dann sind nur dedizierte Platinen für die VFD-Röhre und die Neugestaltung einer einfachen Zwischenplatine für die Anzeige erforderlich. Die Hauptplatine mit µC bleibt unverändert.
Holzverkleidung aus geordnet geschnittenen 3 Eichenbrettern 17 mm, die zusammengeleimt sind und die richtige Form bilden. Dann wurde der Platz für die Leiterplatten sorgfältig gebohrt und die Löcher 20 mm für die VFD-Röhren, Löcher 6 mm für den Encoder und ein Loch für den Stromanschluss USB_print gebohrt. Der untere Teil des Gehäuses ist mit einer geschnittenen 3-mm-Hartfaserplatte bedeckt. Alles mit Schellack gestrichen.
Die Inbetriebnahme selbst verlief reibungslos, das Netzteil am MC34063 erzeugt 45 V, die Spannung fällt praktisch nicht ab, wenn das Display belastet wird. Der Versorgungsstrom der Uhr von etwa 400 mA ist hauptsächlich der Strom der Heizung der Röhren (Ifill ca. 300 mA).
Eine andere Sache ist die µC-Software, das Definieren eigener Zeichen für die 18-Segment-Anzeige und das Entwickeln von Möglichkeiten, die Ungenauigkeit des Quarzoszillators 32768 Hz zu korrigieren... es hat einige Zeit gedauert.
Neben Fotos der Elemente der Uhr poste ich ein kurzes Video über den Betrieb der Uhr (die Option zum Anzeigen von Zeit + Wetterdaten ist sichtbar). Leider spiegeln die Fotos und das Video die Farbe und Glätte der Animation nicht vollständig wider (in echt ist kein Flackern sichtbar)
Zusätzlich im Anhang *.bin Batch für STM32F103C8T6.
Zusammenfassung
Die Grundkosten sind die Röhren, ca. 22 €, die Kosten für die Herstellung der Platinen 22 €, der Rest der Bauteile max. 22 €. Insgesamt 66 €, aber natürlich würde eine weitere Uhr wie diese 33 € kosten. Das einzige, was noch genauso schwierig wäre, wäre die Arbeit/Anpassung des Holzgehäuses an die Elektronik.
Die optischen Eindrücke der funktionierenden Uhr auf 6 IV17-Röhren durchdringen bei mir optisch die IV18-Röhre. Größere Zahlen, komplexere Formen, die Möglichkeit der Mini-Animation. Natürlich bleibt die hypnotische/ruhige türkisfarbene VFD-Farbe unverändert
Das Entwerfen und Bauen der Uhr hat mich im Jahr 2022 mehrere Monate gekostet, und dieser Beitrag ist das Ende meiner VFD-Abenteuer, die am IV18 im Jahr 2020 mit der Uhr begonnen haben.
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