Проекты : Часы, будильники, календари, таймеры


Тимофей Носов     11 мая 2016 г.

Портативные часы "Микро" с лампами ИН-16

Лампы для часов на газоразрядных индикаторах очень дефицитны и дороги. В этом проекте часы собраны на двух лампах ИН-16, а текущий режим (часы/минуты) отображается светодиодами. Простая схема с автономным питанием позволяет сделать карманные (наручные) часы.

 

Идея автономных (наручных) часов с газоразрядными лампами не нова и наибольшую известность получили часы «Неоника» и «Хронометр ИН-16». С точки зрения компактности и экономии было принято решение сделать часы на двух лампах.

 

 

 

 

 

Варианты выше продаются.

Интересуемся в почту ntv1978@mail.ru или моб. 8-927-158-27-29 Тимофей.

 

Схема обеспечивает поддержание хода при напряжении от 2,0В.

Стабильная генерация высокого напряжения от 2,4В.

Максимальное рабочее напряжение 5,5В.

 

 

Используется типовой литий-ионный аккумулятор 3,7В * 250 мАч. Для зарядки применена микросхема TP4056. Заряд прекращается при достижении напряжения на аккумуляторе 4,2В.

 

Геометрия платы представляет усеченный круг диаметром 50 мм. Высота собранных плат 15,77 мм. Платы изготовлены по технологии ЛУТ и доступны для повторения. Использован двухсторонний текстолит 0,75 мм (можно другой толщины). Одна из сторон платы сплошной полигон минуса питания. Для защиты от травящего раствора перед травлением на плату на сторону с полигоном наклеивается обычный скотч.

 

 

  

 

 

 

 

Вывода компонентов в отверстиях платы, которые не должны соединяться с полигоном (общим минусом), имеют доработанные отверстия. Доработка заключается в зенковке (снятие фольги сверлом большего диаметра; руками). Вывода СМД компонентов и выводных конденсаторов соединены с полигоном тонкой перемычкой (жилкой из многожильного провода).

 

 

Перед пайкой ламп вставить аккумулятор между лампами и убедиться, что для аккумулятора достаточный зазор. Если аккумулятор вставляется с усилием или болтается – поменяйте лампы местами.

 

Плата с лампами и плата управления соединена угловыми перемычками. С точки зрения технологи, если будет спрос, в будущем фабричные платы предполагается соединять путём спаивания на двух платах металлизированных квадратных пяточков, т.е. без перемычек.

 

 

Наиболее подходящие по цвету свечения светодиоды YL-W83N3N с длиной волны 610 нМ. Ток через светодиоды в схеме значительно меньше номинального, т.к. с током 10 мА светодиоды слепят. Впрочем, могут быть любые подходящие по габаритам светодиоды, но для экономии энергии лучше использовать суперяркие.

 

Катушка индуктивности (дроссель) Bourns RLB0914-102KL, 1000 мкГн.

Высковольтный выпрямительный диод типа Super Fast Rectifiers – SF18.

Высоковольтный конденсатор с низким low esr – 2,2 мкФ х 250В, размер не более 6,3х11.

Полевой транзистор с управлением типа «Logic» и параметром Gate Threshold Voltage менее 3В. Например – FQU4N20L, FQU5N20L, FQU7N20L, FQU10N20L, FQU12N20L, IRLU210A, IRLU230A. Плата разведена под транзистор в корпусе I-PAK, но допустимо использовать в корпусе D-PAK.

Микро-USB разъем типа В.

Используется угловая тактовая кнопка C-0206 (TS-A3PV-130).

 

Алгоритм работы и настройки.

Для тестирования аккумулятора на продолжительность работы была использована тестовая прошивка, в которой лампы постоянно светились, поочередно переключая часы-минуты. Для регистрации  использовался USB АЦП (скачать лог-файл). График разряда практически линеен с 4,2В до 3,5В. Это участок времени занял 130 мин или 7800 сек. Результат радует, учитывая что на показ времени требуется 2 сек, то можно будет прогнозировать 3900 включений. На графике на уровне 2,39В сработала встроенная в аккумулятор схема защиты от переразряда.

 

 

На основании этих данных построен алгоритм оценки напряжения на аккумуляторе и вывод значения в условных единицах от 50 до 00. Ниже 3,5В блокируется вывод времени на лампы и после нажатия кнопки светодиоды вспыхивают 3 раза. Оставшееся напряжение в аккумуляторе используется для поддержания хода часов TP4056.

 

Продолжительность зарядки составила 1ч 55 мин. Заряжалось от USB разъема компьютера. Зарядный ток в TP4056 определяется сопротивлением на выв.2. По документации зависимость номинала сопротивления и тока заряда можно рассчитать по формуле, но нагляднее воспользоваться табличкой (у нас 10 кОм):

 

 

График заряда коррелируется с графиком из документации на TP4056:

 

В процессе зарядки светодиод «БАТ» светится. По окончанию зарядки светодиод выключается. Без аккумулятора с подключенной зарядкой светодиод мерцает, лампы зажигаются через раз. В процессе зарядки пользоваться часами можно. Если аккумулятора нет, но нужно проверить работу часов –  питание подавать на плату на контакты подключения аккумулятора.

 

После подключения зарядного устройства часы можно ввести в режим непрерывного показа времени; достаточно нажать и отпустить кнопку. Для вывода часов из режима непрерывного показа времени переподключаем зарядку. Разумеется, в момент непрерывного показа времени увеличивается время зарядки аккумулятора. Рекомендую к прочтению отличную статью по литий-ионным аккумуляторам.

 

Приоритетной целью при проектировании было увеличение автономности, а говоря конкретнее – уменьшение тока потребления во всех режимах работы.

 

Выбрана микросхема часов реального времени M41T81, т.к. в отличии от DS1307 и прочих микросхем она функционирует от 2,0В (до 5,5В) с током потребления от батарейки 0,6 мкА (мультиметром SANWA PC7000 фактические замеры 1,8 мкА).

 

Также был план «Б», по которому планировалось не использовать M41T81, а использовать только часовой кварц с прямым подключением к микроконтроллеру. И рисунок платы позволяет это сделать, т.к. линии микроконтроллера RC0 и RC1 предназначены для подключения часового кварца 32768Гц.

 

Сейчас в схеме с M41T81 ток потребления микроконтроллера 36 мкА. Разумеется, этот ток мал, но между 36 мкА и 1,8 мкА гигантская пропасть. Теряется смысл использования M41T81 и это доказано ранее в проекте «Малыш ИН-16».

 

Потери тока происходят во внутренней подтяжке на линии RB3, которая нужна для работы кнопки. Можно было бы попробовать сделать внешнюю подтяжку, но принципиально ток потребления не изменился бы.

 

Решением снижения тока может стать полная обесточка микроконтроллера механическим размыкателем. При этом питание на M41T81 по линии батарейки должно оставаться. Например, конструктивно это видится как концевой выключатель на открытие крышки на манер карманных часов «Брегет».

 

А теперь ответим на вопрос – а каков сценарий использования часов? Предполагается, что часы будут включать, чтобы посмотреть время. И ток потребления в момент свечения ламп несопоставимо велик по сравнению с режимом ожидания. Есть ли смысл ставить дорогую и не распространённую M41T81, нужно ли усложнять конструкцию дополнительным размыкателем питания. Ответ очевиден – смысла нет и не нужно усложнять. Но, честно говоря, мне уже не интересно переделывать.

 

И если вы внимательно дочитали статью до этого места, то скажем, что M41T81 решено оставить, т.к. большинство сборщиков часов считают, что микросхемы часов реального времени это благо с модной, но бредовой заявкой о «суперточности». В данном случае потребление тока в моменты работы и ожидания несопоставимы, а точность, как известно, определяется точностью часового кварца с параметром 20 ppm и менее.

 

 

Файлы:

Печатные платы

Прошивка

Исходник

Документация
Эта статья для печати

 

 

Полезные ссылки:
Попробуй сделать печатную плату на кухне
Собери себе подходящий программатор
Узнай как прошить микроконтроллер прошивкой
Научись программировать и делать прошивки
Задай вопрос или найди ответ в форуме


Назад

Просмотров: 13335

 








 
 
 

В русском Интернете бестолку защищать свои права. Хотите использовать материалы - используйте,
но с письменного согласия авторов. В противном случае будут высланы соответствующие письма
в поисковые системы об ограничении индексации ваших сайтов. Не доводите до греха.