Ретро-часы nixie clock: как сделать

Дизайн

Наиболее распространенная форма трубки Никси имеет десять катодов в форме цифр от 0 до 9 (и иногда с десятичной точкой или двумя), но есть также типы, которые показывают различные буквы, знаки и символы. Поскольку числа и другие символы расположены один за другим, каждый символ отображается на разной глубине, что придает дисплеям на основе Nixie особый вид. Родственное устройство — трубка пикси , в которой вместо фигурных катодов используется трафаретная маска с отверстиями в форме цифр. Некоторые российские Nixies, например ИН-14 (ИН-14), использовали перевернутую цифру 2 вместо цифры 5, предположительно для экономии производственных затрат, поскольку для этого нет очевидной технической или эстетической причины.

ИН-14 (ИН-14) Трубки Никси с надписью «25». 5 реализована с перевернутой 2.

Каждый катод можно заставить светиться характерным неоновым красно-оранжевым цветом, приложив около 170 вольт постоянного тока на несколько миллиампер между катодом и анодом. Ограничение тока обычно реализуется в виде анодного резистора на несколько десятков тысяч Ом . Никси обладают отрицательным сопротивлением и обычно сохраняют свое свечение на уровне от 20 до 30 В ниже напряжения зажигания . Между типами могут наблюдаться некоторые различия в цвете, вызванные различиями в используемых газовых смесях. В трубках с более длительным сроком службы, которые были изготовлены позже на временной шкале Nixie, была добавлена ​​ртуть, чтобы уменьшить разбрызгивание, что привело к синему или фиолетовому оттенку излучаемого света. В некоторых случаях эти цвета отфильтровываются красным или оранжевым фильтрующим покрытием на стекле.

Одним из преимуществ трубки Nixie является то, что ее катоды имеют типографский дизайн и форму для удобочитаемости. В большинстве типов они не расположены в числовой последовательности сзади вперед, а расположены так, чтобы катоды спереди минимально закрывали освещенный катод. Одно такое расположение — 6 7 5 8 4 3 9 2 0 1 спереди (6) назад (1). В российских трубках ИН-12А (ИН-12А) и ИН-12Б (ИН-12Б) используется номерное расположение 3 8 9 4 0 5 7 2 6 1 спереди (3) на тыл (1), при этом 5 обозначает верх. вниз 2. В лампах ИН-12Б имеется крайняя левая десятичная точка внизу между числами 8 и 3.

Как собрать?

А вот и архив CorelDRAW векторных файлов для резки

Обрати внимание, что я исходил из конкретной толщины прозрачного аркила (2,93 мм) и допусков, которые варьируются от материала к материалу и модели лазера.

Каждая цифра будущих часов это отдельная пластинка из прозрачного акрила, с двумя ножками для крепления и световодом в который будет светить светодиод.

Чтобы светодиоды не засвечивали соседние пластинки в блоке цифр, сделаем панель из чёрного, непрозрачного акрила с отверстиями ограничивающими световой поток.

Вставим пластинки с цифрами в светоограничивающую панель. Туда же отправим разделительные точки для индикации хода часов. Снизу в панели будут видны торчащие световоды каждой из цифр.Длина этих световодов такая чтобы светодиод прилегал к ним вплотную.

Сделаем площадку для адресных светодиодов так, чтобы каждый из них светил точно в световод пластинки с цифрой и оденем её на торчащие световоды

Обрати внимание, что у светодиодов есть один срезанный угол. Он нужен чтобы сориентировать тебя, где какой контакт

Распиновка светодиода WS2812B

Самое время установить светодиоды в свои места. Отогнем контактные ножки светодиодов, чтобы к ним было удобнее подпаяться и вставим их в посадочные места.

Спаяй все светодиоды между собой как показано на схеме и подключи сигнальные провода к и пинам Iskra Mini.

Нажми на схему спайки если тебе ничего не видно.

Для точной работы часов к Iskra mini добавим модуль часов реального времени. Это удобно сделать если использовать Troyka Mini IO.

Подключим кнопку и потенциометр

Теперь питание и линии DI светодиодов

Альтернативы и преемники

Другие технологии цифровых дисплеев, которые используются одновременно, включают столбчатые прозрачные пленки с подсветкой («дисплеи термометров»), световые трубки, обратную проекцию и световодные дисплеи с боковой подсветкой (все с использованием отдельных ламп накаливания или неоновых ламп для освещения), считывающие устройства с нитью накаливания Numitron, Panaplex семисегментные дисплеи и вакуумные люминесцентные индикаторные лампы. До того, как трубки Никси стали заметными, большинство цифровых дисплеев были электромеханическими, с использованием шаговых механизмов для отображения цифр либо непосредственно с помощью цилиндров с печатными цифрами, прикрепленными к их роторам, либо косвенно путем подключения выходов шаговых переключателей к индикаторным лампочкам. Позже несколько старинных часов даже использовали ступенчатый переключатель для управления лампами Nixie.

На смену лампам Никси в 1970-х годах пришли светодиоды (LED) и вакуумные флуоресцентные дисплеи (VFD), часто в форме семисегментных дисплеев . В ЧРП используется горячая нить накала для излучения электронов, управляющая сетка и покрытые люминофором аноды (похожие на электронно-лучевую трубку ), форма которых представляет сегменты цифры, пиксели графического дисплея или полные буквы, символы или слова. В то время как Nixies обычно требуется 180 вольт для освещения, для работы VFD требуется только относительно низкое напряжение, что делает их более простыми и дешевыми в использовании. У VFD простая внутренняя структура, обеспечивающая яркое, резкое и беспрепятственное изображение. В отличие от Nixies, стеклянная оболочка VFD откачивается, а не заполняется определенной смесью газов при низком давлении.

Для управления Nixies были доступны специализированные микросхемы драйверов высокого напряжения, такие как 7441/74141. Светодиоды лучше подходят для низких напряжений, которые обычно используются в полупроводниковых интегральных схемах , что было преимуществом для таких устройств, как карманные калькуляторы, цифровые часы и портативные цифровые измерительные приборы. Кроме того, светодиоды намного меньше и прочнее, без хрупкой стеклянной оболочки. Светодиоды потребляют меньше энергии, чем VFD или лампы Nixie с той же функцией.

История

Первые газоразрядные индикаторы Nixie были разработаны в 1952 году братьями Haydu и позднее проданы фирме «Burroughs Business Machines». Название «Nixie» получилось от сокращения «NIX 1» — «Numerical Indicator eXperimental 1» («цифровой индикатор экспериментальный, разработка 1»). Название закрепилось за всей линейкой подобных индикаторов и стало нарицательным. В частности, советские индикаторы ИН‑14 в зарубежных каталогах записывают как «IN‑14 Nixie».

С начала 1950-х до 1970-х годов индикаторы, построенные на газоразрядном принципе, были доминирующими в технике. Позже они были заменены вакуумно-люминесцентными, жидкокристаллическими дисплеями и светодиодными индикаторами и стали довольно редки сегодня. В настоящее время большинство наименований газоразрядных индикаторов больше не производится.

Газоразрядные индикаторы использовались в калькуляторах, в измерительном оборудовании, в первых компьютерах, в аэрокосмической технике и подводных лодках, в лифтовых указателях и для отображения информации на фондовой бирже Нью-Йорка.

Некоторые исследователи полагают, что примерно за 10 лет до изобретения индикатора типа «Nixie tube» был разработан аналогичный по конструкции прибор под названием «индитрон». Авторы данного изобретения совершили ошибку, не использовав отдельный анод вообще. Для того, чтобы «засветить» в таком индикаторе ту или иную цифру-катод, на неё требовалось, как и в обычном газоразрядном индикаторе, подавать отрицательный потенциал. А вот положительный потенциал подавали на соседнюю цифру — она и становилась на время анодом. Понятно, что управлять таким индикатором довольно трудно, а отсутствие сетчатого анода, не пропускающего распыляемые с катодов частицы металла к передней стенке баллона, приводило к быстрому её помутнению. «Индитрон» был забыт, и газоразрядный индикатор вскоре пришлось изобретать заново. Выжило необычных приборов совсем немного.

Возрождение

При желании на газоразрядных индикаторах можно выполнить не только часы, но и календарь.

За последние годы популярность газоразрядных индикаторов возросла из-за их необычного антикварного вида. В отличие от ЖК, они излучают мягкий неоновый оранжевый или фиолетовый свет. Несколько компаний предлагают часы и иные конструкции, в которых используются газоразрядные индикаторы. Для корпусов таких часов применяется дерево, сталь, акриловый пластик. Как правило, такие часы обладают небольшим функционалом и несут чисто эстетическую функцию.

Но не стоит думать, что такие часы обязательно дороги. Радиолюбитель средней квалификации, знакомый с правилами техники безопасности при работе с электроустановками до 1000 В, по представленным на многочисленных сайтах описаниям без особого труда изготовит похожие часы самостоятельно при значительно меньших затратах.

Описание проекта

Решил я сделать максимально простой и доступный проект часов на газоразрядных индикаторах и Arduino! Односторонняя плата, выводные компоненты, никакой жести!

Платы:

  • Габариты платы меньше 100х100мм, то есть заказать 10 таких плат у китайцев будет стоить $2 без учёта доставки
  • Плата односторонняя, её без проблем можно сделать классическим ЛУТом!
  • Все компоненты – выводные, припаяет даже новичок
  • Количество компонентов сведено к минимуму!
  • На данный момент в проекте есть платы под индикаторы ИН-12 и ИН-14, возможно будут сделаны и другие
  • Система состоит из двух плат: нижней (вся управляющая электроника) и верхней (лампы и светодиоды подсветки)
  • Нижних плат два варианта: обычная (4 оптопары, точка – светодиод) и с дополнительной оптопарой под неоновую точку (5 оптопар, точка – неонка)
  • У плат ИН-14, ИН-12, ИН-12_перевертыш нижняя часть одинаковая! Части плат взаимозаменяемы. Нижняя плата отличается только у ИН-14_неон

Хардварные фишки:

  • Сердце платы – полноразмерная Arduino NANO, это означает простую сборку и прошивку
  • Питание всей схемы – 5 Вольт
  • Генератор высокого напряжения раскачивается ШИМ каналом Arduino
  • Напряжение генератора подстраивается резистором с крутилкой
  • Время задаёт RTC DS3231
  • 3 кнопки для настройки времени и будильника
  • Пищалка для будильника
  • Подсветка ламп индикаторов

Софтварные фишки:

  • “Перебор” цифр, не дающий индикаторам окисляться
  • Режим будильника
  • Плавное изменение яркости точки и подсветки (эффект “дыхания”)
  • Настройка яркости цифр, “точки” и подсветки ламп
  • Разные режимы переключения индикаторов
    • Плавное угасание/разгарание
    • Перебор цифр
    • Перебор катодов

Приложения и срок службы

Сложенное расположение цифр в трубке Никси видно на этом (без изоляции) ZM1210.

Пара дисплейных трубок NL-5441 Nixie

Nixies использовались в качестве цифровых дисплеев в ранних цифровых вольтметрах , мультиметрах , частотомерах и многих других типах технического оборудования. Они также появились в дорогостоящих цифровых дисплеях времени, используемых в исследовательских и военных учреждениях, и во многих ранних электронных настольных калькуляторах , включая первые: Sumlock-Comptometer ANITA Mk VII 1961 года и даже первые электронные телефонные коммутаторы . Более поздние буквенно-цифровые версии в четырнадцатисегментном формате отображения нашли применение в знаках прибытия / отправления в аэропортах и ​​на табло биржевых тикеров . Некоторые лифты использовали Nixies для отображения номеров этажей.

Средняя долговечность трубок Nixie варьировалась от примерно 5000 часов для самых ранних типов до 200000 часов или более для некоторых из последних типов, которые будут представлены. Не существует формального определения того, что является «окончанием срока службы» для Nixies, за исключением механической поломки. Некоторые источники предполагают, что неполное покрытие глифа свечением (« ») или появление свечения в другом месте трубки неприемлемо.

Лампы Nixie подвержены множественным сбоям, в том числе:

  • Простая поломка
  • Трещины и утечки герметичного уплотнения, позволяющие проникнуть в атмосферу
  • предотвращающее засветку части или всего одного или нескольких символов
  • Повышенное напряжение зажигания, вызывающее мерцание или отключение света
  • Распыление электродного металла на стеклянную оболочку, закрывающую катоды из поля зрения
  • Внутренние обрывы или короткие замыкания, которые могут быть вызваны физическим воздействием или разбрызгиванием

Приведение Nixies за пределы их указанных электрических параметров ускорит их выход из строя, особенно избыточный ток, который увеличивает распыление электродов. Несколько крайних примеров распыления даже привели к полному разрушению катодов с трубкой Никси.

Отравление катода можно уменьшить, ограничив ток через трубки до уровня, значительно ниже их максимального номинала, за счет использования трубок Nixie, изготовленных из материалов, которые избегают этого эффекта (например, не содержат силикатов и алюминия), или путем программирования устройств для периодического цикла. все цифры, чтобы активировались редко отображаемые.

В подтверждение их долговечности и долговечности оборудования, в которое они входят, по состоянию на 2006 год несколько поставщиков все еще поставляют обычные типы трубок Nixie в качестве запасных частей, новые в оригинальной упаковке. Оборудование с дисплеями с Nixie-трубками в отличном рабочем состоянии все еще в изобилии, хотя большая часть его часто используется в течение 30–40 лет или более. Такие предметы легко найти в излишках и получить при очень небольших затратах. В бывшем Советском Союзе в 1980-х годах никси все еще производились в больших количествах, поэтому российские и восточноевропейские никси все еще доступны.

История

Частотомер Systron-Donner 1973 года выпуска с дисплеем Nixie-tube

Первые дисплеи Nixie были изготовлены небольшим производителем электронных ламп под названием Haydu Brothers Laboratories и представлены в 1955 году корпорацией Burroughs , которая купила Haydu. Имя Никси было получено Берроузом от «NIX I», аббревиатуры «Эксперимент № 1 с числовым индикатором», хотя это могло быть бэкронимом, призванным оправдать воскрешение мифического существа с этим именем . Сотни вариаций этой конструкции были произведены многими фирмами с 1950-х по 1990-е годы. Корпорация Burroughs представила «Nixie» и владела названием Nixie в качестве товарного знака . Дисплеи, подобные Nixie, изготовленные другими фирмами, имели торговые марки, включая Digitron , Inditron и Numicator . Подходящим общим термином является неоновая лампа с холодным катодом , хотя фраза « лампа Никси» быстро вошла в обиход как родовое название.

У Берроуза даже была другая трубка Хайду, которая могла работать как цифровой счетчик и напрямую управлять трубкой Никси для отображения. Это было названо «Трохотроном», в более поздней форме известное как счетная трубка «Переключатель Beam-X»; другое название было «трубка переключения луча магнетрона», имея в виду их происхождение от магнетрона с расщепленным анодом . Трохотроны использовались в компьютере UNIVAC 1101 , а также в часах и частотомерах.

Первые трохотроны были окружены полым цилиндрическим магнитом с полюсами на концах. Поле внутри магнита имело по существу параллельные силовые линии, параллельные оси трубки. Это была термоэлектронная вакуумная трубка; внутри находились центральный катод, десять анодов и десять «лопаточных» электродов. Магнитное поле и напряжения, приложенные к электродам, заставляли электроны образовывать толстый слой (как в магнетроне с резонатором), который шел только на один анод. Приложение импульса заданной ширины и напряжения к лопаткам продвигало лист к следующему аноду, где он оставался до следующего импульса продвижения. Направление счета определялось направлением магнитного поля и как таковое не было обратимым. Более поздняя форма трохотрона, получившая название Beam-X Switch, заменила большой тяжелый внешний цилиндрический магнит десятью маленькими стержневыми магнитами из металлического сплава, которые также служили электродами.

Трубка Никси ИН-19А (ИН-19А) отображает символы, в том числе% и ° C.

Счетные трубки с переносом тлеющего света, по сути схожие с трохотронами, имели тлеющий разряд на одном из нескольких основных катодов, видимых через верхнюю часть стеклянной оболочки. Большинство из них использовали газовую смесь на основе неона и считали по основанию 10, но более быстрые типы были основаны на аргоне, водороде или других газах, а для хронометража и подобных приложений было доступно несколько типов с основанием 12. Наборы «направляющих» катодов (обычно два набора, но некоторые типы имели один или три) между индикаторными катодами пошагово перемещали свечение к следующему основному катоду. Типы с двумя или тремя наборами направляющих катодов могут рассчитывать в любом направлении. Хорошо известным торговым наименованием счетных трубок с переносом накала в Соединенном Королевстве было Dekatron . Типы с подключениями к каждому отдельному индикаторному катоду, которые позволяли предварительно установить состояние лампы на любое значение (в отличие от более простых типов, которые можно было напрямую сбросить только до нуля или небольшого подмножества их общего количества состояний), получили торговое название трубок Selectron .

Устройства, которые функционировали так же, как лампы Nixie, были запатентованы в 1930-х годах, а первые серийные дисплеи были представлены в 1954 году компанией National Union Co. под торговой маркой Inditron. Однако их конструкция была более грубой, их средний срок службы был короче, и они не смогли найти многих приложений из-за своей сложной периферии.

Исходный код

Прошей Iskra Mini кодом программы.

ledClock.ino
// библиотека для работы с адресными светодиодами
#include <Adafruit_NeoPixel.h>
// библиотека для работы I²C
#include <Wire.h>
// библиотека для работы с часами реального времени
#include "TroykaRTC.h"
// библиотека для работы с кнопками
#include "TroykaButton.h"
 
// инициализируем подключенную кнопку
TroykaButton button(10);
 
// номер пина, к которому подключена RGB-матрица
#define MATRIX_PIN    11
 
// количество светодиодов в матрице
#define LED_COUNT 40
 
// инициализация цепочки светодиодов подсветки цифр
Adafruit_NeoPixel matrix = Adafruit_NeoPixel(LED_COUNT, MATRIX_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
 
// инициализация светодиода разграничителя
Adafruit_NeoPixel dot = Adafruit_NeoPixel(1, 12, NEO_GRB + NEO_KHZ800);
 
// размер массива для времени
#define LEN_TIME 12
// размер массива для даты
#define LEN_DATE 12
// размер массива для дня недели
#define LEN_DOW 12
 
// создаём объект для работы с часами реального времени
RTC clock;
 
// переменные для мигания
int ledState = ;
unsigned long previousMillis = ; 
unsigned long currentMillis ;
 
// массив для хранения текущего времени
char timeLEN_TIME;
// массив для хранения текущей даты
char dateLEN_DATE;
// массив для хранения текущего дня недели
char weekDayLEN_DOW;
 
int hour;
int minute;
 
int one;
int two;
int three;
int four;
 
int displaysettings=;
 
int red=150;
int green=200;
int blue= 50;
 
 
void setup()
{
// инициализация
  button.begin();
  matrix.begin();
  dot.begin();
  clock.begin();
 
  // метод установки времени и даты в модуль вручную
  // clock.set(hour,minute,0,27,07,2005,THURSDAY);    
  // метод установки времени и даты автоматически при компиляции
  clock.set(__TIMESTAMP__);
  // что бы время не менялось при прошивки или сбросе питания
  // закоментируйте оба метода clock.set();
 
  pinMode(10, INPUT_PULLUP);
}
 
void loop()
{
  // считываем состояние кнопки
  button.read();
  // запрашиваем данные с часов  
  clock.read();
 
 
 
  // считаем нажатия чтоб переходить из режима в режим  
  if (button.justPressed()){
    displaysettings = displaysettings + 1;
  }
 
  if(displaysettings==){
    // сохраняем текущее время 
    hour = clock.getHour();
    minute = clock.getMinute();
  }
 
  if(displaysettings == 1){
    // присваиваем значение считываемое с потенциометра
    hour = map (analogRead(A0),2, 1020, , 23);
    clock.set(hour,minute,,27,07,2005,THURSDAY);
  }
 
  if(displaysettings == 2){
    // присваиваем значение считываемое с потенциометра
    minute = map (analogRead(A0), 2, 1018, , 59);
    clock.set(hour,minute,,27,07,2005,THURSDAY);
  }
 
  if(displaysettings == 3){
    // присваиваем значение считываемое с потенциометра
    red = map (analogRead(A0),, 1023, , 255);
  }
 
  if(displaysettings == 4){
    // присваиваем значение считываемое с потенциометра
    green = map (analogRead(A0),, 1023, , 255);
  }
 
  if(displaysettings == 5){
    // присваиваем значение считываемое с потенциометра
    blue = map (analogRead(A0),, 1023, , 255);
  }
 
  if(displaysettings == 6){
    displaysettings = ;
  }
 
  // делим минуты и часы на разряды
  one = hour  10;
  two = hour % 10;
  three = minute  10;
  four = minute % 10;
 
  matrix.clear();
 
  // зажигаем нужные светодиоды
  matrix.setPixelColor(four, red, green, blue);
  matrix.setPixelColor(three + 10,  red, green, blue);
  matrix.setPixelColor(two + 20,  red, green, blue);
  matrix.setPixelColor(one + 30,  red, green, blue);
  matrix.show();
 
  // ждём одну секунду
  delay(10);
 
  // мигание разделителя
  blinking();
}
 
void blinking(){
  if (millis() - previousMillis >= 1000) {
    previousMillis = millis();
    if (ledState == ) {
      ledState = 1;
      dot.setPixelColor(, red, green, blue);
    } else {
      ledState = ;
      dot.setPixelColor(, , , );
      }
     dot.show();
    }
}

Наследие

Часы Nixie с шестью лампами ZM1210 производства Telefunken

Часы Nixie на запястье Стива Возняка , соучредителя Apple Inc.

Ссылаясь на недовольство эстетикой современных цифровых дисплеев и ностальгическое пристрастие к стилю устаревших технологий, значительное число энтузиастов электроники проявили интерес к возрождению Nixies. Непроданные лампы, которые десятилетиями лежали на складах, выводятся и используются, причем наиболее распространенным применением является самодельные цифровые часы. Во время своего расцвета Nixies обычно считались слишком дорогими для использования в массовых потребительских товарах, таких как часы. Этот недавний всплеск спроса привел к значительному росту цен, особенно на большие трубы, что снова сделало мелкосерийное производство новых устройств жизнеспособным.

Помимо самой лампы, еще одним важным соображением является относительно высоковольтная схема, необходимая для привода лампы. Оригинальные интегральные схемы драйверов серии 7400, такие как драйвер декодера BCD 74141 , давно сняты с производства и встречаются реже, чем лампы NOS . Только «Интеграл» в Беларуси указывает, что 74141 и его советский аналог, К155ИД1, все еще производятся. Однако современные биполярные транзисторы с высоким номинальным напряжением теперь доступны дешево, например MPSA92 или MPSA42.