Когда-то давно в детстве, когда я ещё только начинал заниматься электроникой, у меня была мечта изготовить огромные часы на семисегментных индикаторах. Точнее, изготовить большой индикатор и подключить его к электронной плате уже имеющихся маленьких электронных часов. Для изготовления самих семисегментных индикаторов в качестве сегментов я рассматривал люминесцентные лампы дневного света. Других идей на тот момент мне не приходило. А на таких лампах делать часы – не очень хорошая задумка.
По прошествии многих лет в обиход вошли другие более практичные источники света, в частности, светодиодные ленты. Именно они и послужили стимулом воплотить свою старую задумку в реальность. Имея возможность и опыт программирования микроконтроллеров, я решил, конечно же, самостоятельно изготовить электронную плату для часов со своими функциональными возможностями. Кроме отображения часов и минут я задумал сделать отображение даты и температуры. В данной статье я не буду подробно описывать принципиальную схему и прошивку МК. Напишу лишь краткий обзор и историю разработки своей конструкции.
Конструированием больших часов из светодиодной ленты я начал заниматься ещё 7 лет назад. Было приобретено 3 рулона дешёвой светодиодной ленты по 5 метров в каждом (4.8 Вт/м, синий цвет). Исходя из имеющегося количества ленты (3*5=15 м) я определился с длиной одного сегмента: 50 см. Всего сегментов 28 (4 по 7) плюс две точки по центру (одна внизу и одна вверху), разделяющие часы и минуты. Итого – 30 сегментов. То есть, планировалась израсходоваться вся имеющаяся светодиодная лента. Точки представляют собой 5 отрезков по 10 см каждый, что по длине и по мощности эквивалентно одному сегменту. Они сложены в квадрат 10 на 10 см.
Все отрезки светодиодной ленты уложены в специальный алюминиевый профиль. Данный профиль, предназначенный для светодиодной ленты, также можно свободно найти в продаже. Вовнутрь профиля приклеивается светодиодная лента, а сверху закрывается пластиковым матовым материалом для рассеивания света. Все профили скручены в единый каркас, размером 320 на 105 см. Края смежных профилей я соединил через металлические кружочки. Для усиления жёсткости всей конструкции в некоторых местах я прикрутил дополнительные алюминиевые уголки.
Электронная плата сделана на базе микроконтроллера Atmega8. Часовая микросхема DS3231 в виде модуля (с обвесом и батарейкой CR2032) втыкается в разъём на плате. Датчик температуры DS1621 подключен к плате коротким кабелем и выведен наружу снизу коробки. Также на плате предусмотрены три кнопки для настройки и конфигурации часов. С практической точки зрения они не очень удобны, так как находятся внутри коробки. Поэтому со временем я дополнил плату модулем Bluetooth HC-06, подключенным к UART интерфейсу МК.
Через Bluetooth можно подключаться с ноутбука или смартфона, используя в качестве программы любой терминал. В свою очередь внутри программы МК предусмотрен набор текстовых команд для управления с таких терминалов. Имеется возможность не только настраивать дату и время, но и менять режимы и продолжительность отображения времени, даты и температуры по очереди. Вывод информации на сегменты реализован через сдвиговые регистры 74HC595 и транзисторные ключи структуры NPN. В качестве последних сначала применялись четыре 8-канальных ключа ULN2803. Было 4 одинаковых дочерних плат, которые втыкались в основную плату с МК. На каждой из них размещались регистр, 8-канальный ключ и выходные клеммы для подключения проводов к сегментам. Кстати, именно они и послужили в дальнейшем непрямому соответствию нумерации бит и сегментов из-за удобства монтажа.
Данные ключи от нагрузки перегревались и со временем вышли из строя (немножко не рассчитал). Поэтому я решил изготовить плату с транзисторами помощнее. На ней я разместил 32 транзистора BD139 (2 – в резерве) и 4 регистра. Эту плату с платой МК я соединил проводами.
В качестве общего провода всех сегментов (общий плюс) применяется сам каркас. Провода к каждому сегменту идут от электроники (коробка 3) через промежуточные коробки, в которых спрятаны разъёмные соединения (коробки 1 и 2). В коробке 3 кроме электроники также находится блок питания на 12В. Такая конструкция надёжно проработала несколько лет. Часы висели в большом помещении.
Со временем возникло желание повесить часы на улицу. Для этого в первую очередь нужно было обеспечить защиту конструкции от влаги и осадков. Для этой цели я решил полностью обновить светодиодную ленту на влагозащищённую. Заодно хотелось, чтобы часы светили гораздо ярче и были видны даже в светлое время суток. Я нашёл в продаже крутую влагозащищённую яркую светодиодную ленту белого свечения мощностью 24 Вт/м. На ней светодиоды расположены более плотно, чем на предыдущей ленте, и они более яркие. В конструкцию каркаса я также внёс небольшие дополнения – добавил 2 дополнительных сегмента. В первой «восьмёрке» – диагональный сегмент в нижней части, а в последней – наклонный сегмент в нижнем правом углу. Подключены они к оставшимся двум резервным каналам выходных ключей (всего у меня 4 регистра по 8 бит, или же 32 канала). Эти дополнительные сегменты нужны для возможности отображения на часах своего ника на хабре радиолюбительского позывного R3EQ: на первой «восьмёрке» – буква «R», а на последней – «Q».
После обновления светодиодной ленты некоторые места я промазал герметиком, особенно места пайки проводов, чтобы ещё больше исключить попадание влаги. От общей шины питания в виде самой конструкции я отказался и решил подводить к каждому сегменту отдельную пару проводов. Это полностью исключает возможные проблемы с просадкой напряжения.
В электронику я также ввёл существенные изменения. Из-за умощнения нагрузки пришлось обновить блок питания. Точнее, я поставил их два: один на первую половину циферблата, другой – на вторую и на питание электронной платы. Плату с регистрами и транзисторными ключами я также обновил, расположив транзисторы в один ряд с целью их монтажа на теплоотвод. В качестве теплоотвода применён кусок алюминиевого уголка соответствующей длины. Ведь при такой новой нагрузке (1А на сегмент) транзисторы стали греться довольно неплохо.
Все вышеперечисленные потроха я разместил в новый корпус – герметичный металлический электрошкаф. Он получился довольно тяжёлый, и поэтому я не стал его крепить к каркасу часов и повесил рядом. Соединения между электрошкафом и индикацией выполнены множествами пар проводов, уложенных в гофре, через два круглых 32-пиновых герметичных разъёма на дне шкафа.
Из промежуточных распределительных коробок провода разводятся на сегменты через кабель-каналы позади конструкции. Вместо модуля Bluetooth я решил поставить самодельный преобразователь UART-TCP/IP (Telnet сервер) для управления часами с терминала на любом расстоянии через локальную сеть или Интернет. Данный преобразователь описан в моей самой первой публикации на Habr.
Ещё в прошивку добавил новую полезную функцию – регулировку яркости. Технически это реализовано на таймере МК с режимом ШИМ. Соответственно, с помощью ШИМ за счёт изменения скважности импульсов регулируется напряжение, подаваемое на все сегменты. Сигнал ШИМ с соответствующего вывода МК идёт на выводы «OE» регистров. Кстати, эту реализацию я придумал уже после того, как изготовил печатные платы. Поэтому пришлось городить костыли (можно увидеть на рис. 15). Предусмотрено 10 градаций яркости, включая нулевую яркость, когда часы не горят. Команды терминала – «y0», …, «y9». Как известно, зависимость видимого свечения светодиодов от приложенного к ним напряжения не линейна, а имеет «выпуклую» характеристику в пользу потребителя. То есть, к примеру, 50% приложенного напряжения соответствует 75% яркости. Тем самым, в частности, можно снизить напряжение на светодиоды примерно на 10-20%, при этом почти ничего не потеряв в яркости. Именно на предпоследней градации яркости («y8») я и эксплуатирую часы. Стоит понимать, что ШИМ сама по себе создаёт мерцание светодиодов на определённой частоте, типа не видимой для глаз. Частоту ШИМ я выбрал действительно высокой (1.35 кГц), которая глазам практически не мешает. Но я предусмотрел переключение частоты ШИМ специальными командами «f1», …, «f5» с экспериментальной целью. При этом в прошивке переключаются предусмотренные в МК делители таймера. Получились частоты 10.5 Гц (мерцание однозначно видно всем), 42.2 Гц, 168.75 Гц, 1.35 кГц, 10.8 кГц. На самой высокой частоте ШИМ 10.8 кГц при одной и той же средней яркости часы светятся чуть-чуть бледнее. Видимо, на этой частоте светодиоды уже перестают успевать набирать полную яркость. Самая оптимальная частота – 1.35 кГц. Недостаток ШИМ на этой частоте – тихий свист из электрошкафа с той же частотой. Но он слышен в комнате при идеальной тишине (при подключенной нагрузке, само собой).
Спустя год мне снова захотелось модернизировать конструкцию. А именно, было желание, чтобы часы отображали атмосферное давление. Самый распространённый, дешёвый и довольно точный в показаниях датчик – BMP280. Совместно с датчиком в моей конструкции применён модуль схемы согласования уровней I2C 3.3В-5В, так как датчик работает от 3.3В, а моя схема – от 5В. Эти модули применяют в своих конструкциях ардуинщики.
Избегая Ардуино, на данный датчик имеется подробная документация (даташит). Для получения информации о давлении необходимо внести в прошивку МК кучу вычислений. Данные вычисления не поместились в память МК Atmega8. Поэтому я нарисовал и изготовил новую плату для МК Atmega32, и перенёс всю прошивку на неё. На данной плате я предусмотрел схему подключения распространённого аналогового температурного датчика NTC (термистора) на 10 кОм для возможности измерения и отображения температуры на более длинном расстоянии от часов. Попутно с этим я решил отказаться от самодельного переходника UART-TCP/IP, приобретя на Алиэкспрессе по дешёвке аналогичное устройство в отдельной небольшой коробочке. Но у него UART интерфейс выполнен на разъёме DB9 с электрическими уровнями компьютерного COM-порта (RS-232). Поэтому на новой плате я предусмотрел микросхему преобразователя уровней MAX232, через которую и подключается новый переходник. Кнопки на новой плате я ставить не стал, и их функционал исключил из прошивки.
Кроме того, прошивку я дополнил другими новыми функциями и командами терминала. В автопрокрутку, кроме времени, даты и температуры, добавились атмосферное давление и произвольная комбинация. Данную комбинацию можно составить самостоятельно посегментно или побайтно специально предусмотренными для этого командами.
Калькулятор для расчёта HEX-кода комбинации сегментов я сделал в Excel.
Продолжительности страниц автопрокрутки также по-прежнему гибко настраиваются через терминал. Имеется возможность переключаться между датчиками температуры для отображения (DS1621 или NTC). По команде «info» в терминал выводится вся информация с датчиков.
Часами можно управлять командами с терминала по TCP не только вручную, но и в автоматическом режиме. Существуют терминальные программы, поддерживающие программирование сценариев и скрипты. Но я поступил проще – создал простейший Telnet клиент в среде разработки «Visual Studio 2022» с применением библиотек <WinSock2.h> и <WS2tcpip.h>. Цель данной затеи – дополнить свои часы ещё несколькими функциями, не меняя прошивку МК. В частности мне хотелось, чтобы ночью в определённое время уменьшалась яркость свечения часов, а утром – увеличивалась. Это как раз я и реализовал с помощью своего простейшего приложения. Данная программа выполняется в командной строке. При вызове программы указываются аргументы – текстовые строки, которые по очереди будут отправлены на указанный TCP сервер, в роли которого являются часы (точнее, переходник TCP/IP – RS-232, установленный в часах). Вызов программы с нужными аргументами, т.е. параметрами яркости, осуществляется в планировщике заданий Windows по заранее заданному сценарию.
Учитывая то, что на часах предусмотрен режим отображения произвольной информации (произвольной комбинации сегментов), которая посылается к ним по TCP специальной командой, имеется возможность использовать часы в качестве индикатора. В частности, реализовать программу отображения на часах времени и даты полностью на компьютере. К сожалению, скорость обновления информации не сильно высокая. Чаще, чем 3 раза в секунду, у меня не получилось обновить информацию на циферблате. Это связано с неоптимальной реализацией алгоритма приёма информации по UART в прошивке МК. Тем не менее, для некоторых приложений такой скорости вполне хватает. В одной из следующих статей речь пойдёт как раз об одном из таких приложений.
Напоследок – ещё несколько фотографий часов.
За полтора года эксплуатации часов не было ни единого сбоя в их работе. Хотя нет, один сбой всё-таки был 31 мая этого года. Об этом я как раз и хотел написать. С утра я заметил, что часы периодически то потухнут, то погаснут. То есть, примерно 10 минут горят и 5 минут не горят. Не помогала даже перезагрузка. Но при параметре полной яркости они горят постоянно, и всё нормально. Я весь день выяснял, в чём причина. Оказалось, что сбился параметр делителя таймера, отвечающего за ШИМ (регулировку яркости), хранящийся в EEPROM МК. То есть, параметр частоты ШИМ, управляющийся командами «f1», …, «f5». Он каким-то образом ушёл за свои пределы, переключившись на непредусмотренный «f0». А согласно регистру конфигурации таймера в МК AVR нулевой делитель соответствует переключению таймера T1 на внешний источник тактирования по пину T1. А данный пин в моей схеме совпал с пином строба второго регистра. Получается, что мой таймер, отвечающий за ШИМ, стал тактироваться сигналом строба на регистр, который формируется не чаще, чем раз в секунду. Тем самым частота пульсации ШИМ значительно упала, и задание яркости превратилось в периодическое включение и отключение часов.
Комментарии (83)
VirtualVoid
18.09.2024 21:08Классная работа. За самодельные платы лайк)
С "адресными" наверное было бы больше преимуществ, хоть и подороже.
Без регистров, без силовых ключей, без шим с контроллера, и наконец, гибкость и цвета.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1Я про них тогда и не знал. Да и таких ярких адресных мне не встречались пока.
xSVPx
18.09.2024 21:08Совершенно точно бывают 144шт на метр, т.е. диоды на них вплотную почти сидят.
Но требуют нормального охлаждения, у меня наклеены хоть и на нержавейку, но она большой площади очень, и вокруг ленты нагревается слегка.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08у меня 117шт на сегмент. 39 по 3 (кратность отреза). Это чуть меньше 50 см. А на синей ленте было 30, тоже по 3 кратность отреза, но там было ровно 50 см.
xSVPx
18.09.2024 21:08Я о типоразмере 5050. 144*0.5 это 72% ленты занято непосредственно корпусами диодов... В полметра можно вместить 100шт только если их вплотную ставить один к другому, с нулевым зазором.
Solgo
18.09.2024 21:08+6А почему бы не использовать MOSFET транзисторы вместо биполярных? Не понадобился бы радиатор. Да и блок питания можно было бы использовать менее мощный. 1А на сегмент, 1В грубо - напряжение насыщение биполярного транзистора. Получается 1Вт на сегмент, 32 сегмента = 32Вт лишнего потребления.
Как профи, не привык читать описание схемы текстом, графической изображение более привычно. Поэтому удивило отсутствие принципиально схемы в статье.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1Биполярные у меня были. А мосфеты я никогда не юзал. Хотя, пора бы уже на них переходить. Я смотрю. все в основном на них ключи делают. А в мою конструкцию можно было даже и реле поставить
redfox0
18.09.2024 21:08+1Если мосфеты не нравятся, то можно взять готовую микросхему драйвера. Например, l298n - постоянный ток на канал до 2 А (выходы можно запараллелить и получить до 4 А), напряжение до 46 В, 4 канала. Один минус: нужно дополнительное питание самой микросхемы в 5 В.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Неплохая идея. Я когда-то работал с такой микросхемой. Шаговые двигатели подключал...
Yuri0128
18.09.2024 21:08Так и хочется спросить: а нахе.. а зачем? Один транзистор менять на не самую маленькую микросхему? Смысл?
Klochko
18.09.2024 21:08+4Классные часы. В 2005 году я только пришел в кружок радиоэлектроники и там девушка собирал тоже большие настенные часы.
Но собирала она на микрухах логики, вот не вспомню 176 или 155 были. Но что-то из них.
Сегменты индикатора были сделан из множества жестяных кусков по моему от банок кофе, нарезанных и спаянных между собой. Передняя стенка то ли из оргстекла, то ли что-то подобное. В каждом сегменте было не то 4 не то 5 лампочек накаливания на 3В.
Сколько ж там было плат, проводов, шлейфов всяких, транзисторов и прочего — словами не передать. И все все на логике. Микроконтроллера точно там не было.
В общем тоже монументальная огромная конструкция, целиком и полностью самодельная. Если ничего не путаю, у девушки дипломная работа такая была не то в техникуме не то в универе.
Деталей не помню уже, было мне лет 10 тогда наверно. Но можно сказать, что я до сих пор под впечатлением от того, что она сделала.
redfox0
18.09.2024 21:08Меня даже заинтересовало как можно сделать часы на транзисторной рассыпухе.
По факту часы - это большой счётчик. С генератором проще: какой-нибудь мультивибратор 1-2 Гц на двух транзисторах. Дальше нам нужны регистры, чтобы хранить текущее состояние времени. Интуитивно кажется, что проще взять 4 разряда, то есть каждую десятичную цифру хранить отдельно.
Даже интереснее, если реализовать хранение в двоичной системе исчисления, схема станет сложнее или проще? При десятичной системе нам потребуется хранить 10 "бит" данных - один из "битов" всегда включён, остальные выключены. При двоичной нам потребуется log2(10) = 3.3 = 4 бита (даже с запасом, значения от 0 до 15 включительно).
Кстати, в то время уже были 4-х битные микросхемы логики, так что для счётчика останется накидать элементов 2И-НЕ, чтобы правильно реализовать бит переноса:
00:09 + 1 = 00:10 - то есть принудительно обнулить младший разряд.
00:59 + 1 = 01:00Дополнительно существуют готовые микросхемы, на вход которых подаётся 4-х битное число, на выходе - сигналы для семисегментных индикаторов.
Итого, в 20-30 логических микросхем можно уложиться для создания часов.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+3Да, можно. Кстати, в микросхемах RTC DS3231, 1307 и в PCF8583 значения времени и даты как раз кодируются поциферно 4 битами. Двоично-десятичный формат.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1А ещё, когда в детстве я только начинал заниматься электроникой, моим началом были лампочки, выключатели и реле. Про транзисторы и микросхемы я даже и не знал, для чего они и зачем. Понимал только очень приблизительно. Так вот, у меня были идеи сделать часы полностью на реле, но из нужно было очень-очень много. Я бы заново изобрёл счётчики и дешифраторы, не зная даже таких понятий. Но не смог придумать, как реализовать "генератор секунд".
Moog_Prodigy
18.09.2024 21:08Запитываем реле через нормально замкнутый контакт, и параллельно контакту конденсатор 10-1000 мкф. Вот и генератор.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Меня так и научили тогда кстати. Только параллельно не контакту, а катушке. До этого я из любопытства, не зная что такое конденсатор, собрал такую схему без него. А потом, когда включил, понял, что по такому принципу работает звонок в школе.
Moog_Prodigy
18.09.2024 21:08+1Нет, обычный школьный звонок, если мы говорим о модели МЗМ-1, не имеет никаких контактов, но имеет в составе последовательно катушке диод, и просчитанную кинематику. При приходе условно положительного полупериода боек резко ударяет в одну из чаш звонка, полупериод спадает, и пружина отклоняет боек обратно, где он по инерции бьет по другой чаше. Процесс повторяется. На старых звонках можно увидеть неравномерный износ чаш и молоточка. А вот без диода он работать не сможет. В старых телефонных аппаратах похожий принцип. Тоже переменка 110 вольт на входе и диод. Никаких контактов. Хотя я встречал звонки именно с контактами - обычно у них только одна чаша.
Схема с запитыванием катушки через нормально замкнутый контакт использовалась в катушках Румкорфа. Любители на этом принципе и сейчас делают генераторы высокого.
А вообще на реле можно построить и часы, и любую логику,и необязательно для этого собирать тысячи реле для создания мелко-ЭВМ. Посмотрите книгу "Юный кибернетик", и принципы, заложенные в автомат, играющий в крестики-нолики.
Antares1991
18.09.2024 21:08+1С мультивибратором точность будет никакая, малейшее изменеие температыры, и даже идельно настроенный мульт поплывёт.
Короче, 1шт К176ИЕ12, 2шт К176ИЕ3, 4шт К174ИЕ4 + один корпус логики (или резистор и 3 диода), чтобы превратить 24 часа в 00 - всего 8 (7) корпусов (без секунд - 6 (5)) + россыпь транзисторов для управления лампочками. Всё.
Если изловчиться с силовыми ключами, то можно и на полуспециализированном наборе из 3 корпусов (ИЕ18(ИЕ12), ИЕ13, ИД3(ИД2)) собрать с динамической индикацией.
Kononvaler
18.09.2024 21:08+1Делал в 80е на 155 логике, совсем просто там, несколько микрух всего лишь.сдвиговые регистры и дешифраторы двоичного в десятичный (или семисегментный) готовые микросхемы.
Вот задающий не делал, а использовал сеть, и что поразило, уход был в несколько секунд наверно в неделю. Насколько точно выдерживали 50гц сети...
theghost69
18.09.2024 21:08Afair 50 герц выдерживались строго, потому что необходима была синхронизация электросетей по всей энергосистеме СССР, на это был ГОСТ, за который в случае нарушения били больно... Батя работал в городской энергетике, запомнилось с его рассказов. У них в конторе на щите контрольном были частотомеры с резонансным язычком. Я заинтересовался приборами, он рассказал, что и как :) 50 лет как минуло с тех пор :)
Yuri0128
18.09.2024 21:08+2Я сиьно извиняюсь, но вы указали что юзали:
На ней я разместил 32 транзистора BC139
Но BC139 - это 0.5A p-n-p транзисоры (и они вроде-как в совсем другом корпусе), - как вы их напрямую подключили к 595-м регистрам. И если вы ими заменяли сборки n-p-n ключей Дарлинтгтона - как у вас это все получилось? Или вы ошиблись и применили 1,5А-е BD139?
И еще, если все-же там BD139, то у них на токе в 1 А коэф. усиления примерно 40, а 595 выдает примерно до 8 мА на вывод (70 мА на микросхему), то есть у вас транзисторы не находятся в режиме насыщения а работают в акивном режиме (ну и греются). В режиме насыщения на транзюке падало бы 0,5В (или 32*0,5 = 16 Вт), что в целом терпимо. На полевиках было-бы сильно меньше (радиатор точно не нужен был-бы, делал что-то похожее - транзисторы на 4+ ампера в sot23 вполне себе жили да и живут), но уже как есть.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Спасибо. Да, BD139. Исправлю. Согласен, что полевые транзисторы были б лучше. Но у меня всегда была ассоциация, что полевые менее надёжны. На транзисторе у меня падает 1В. Летом радиатор греется до 92 градусов. Зато зимой не замерзают.
Yuri0128
18.09.2024 21:08+3Ну таки в активном режиме. Просто возьмите и замените их на полевики. Просто. Для надежности - резистор между затвором и истоком. Транзистор с малым Rdson. И пускай себе мерзнут.
alexhott
18.09.2024 21:08+2Большие часы всегда взгляд притягивали. В 2005 починял часы электроника с зелеными такими люминесцентными индикаторами (в советское время почти во всех учреждениях висели). Вот они как в одном из комментариев собраны были на советских микросхемах логики. Но одна микросхема была специализированная - специально для часов, ну и выходные транзисторы высоковольтные. Поменял все микросхемы - не работает, из приборов только мультиметр. Случайно задел кварц - часы поменяли отображение, сдернул со старой материнки часовой кварц, впаял в часы - ожили и до сих пор там наверно трудятся.
kasiopei
18.09.2024 21:08+1А какая точность получилась? На сколько секунд в сутки спешат/отстают? Погрешность постоянная?
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1Спешат на 1 секунду в неделю. То есть, за полгода убегут вперёд примерно на 24 сек. Такая хорошая, как я считаю, погрешность достигается применением RTC микросхемы DS3231. Там встроенная коррекция. Погрешность своих часов я узнал следующим образом. На моём компьютере время идёт всегда точно, так как обновляется через интернет. На нём же планировщик два раза в сутки переключает яркость. Но перед посылом команды изменения яркости посылается команда «info» (можно видеть на рис. 28), по которой часы отправляют текущие показания времени и датчиков. Это информация логируется в текстовый файл. Отсюда можно узнать погрешность. Также я предусмотрел в этой программе специальный аргумент, при указании которого программа отправляет в часы команду настройки даты и времени, значения которых берутся из системы. Если выполнять эту команду также по планировщику хотя бы раз в сутки, часы будут всегда показывать правильное время.
Antares1991
18.09.2024 21:08+4На улице будет сильнее плыть. Вам бы DSку в помещение куда-нибудь запихнуть, или синхронизироваться с чем-нибудь периодически. Кстати, в Вашем случае хорошо с этим может GPS приёмник справится - он, кроме координат, ещё и точное UTC время принимает. Обзор небосвода в Вашей конструкции хороший, тем более, что для таких целей Вам даже 1 спутника достаточно будет. А транзисторы можете как есть поменять попробовать корпус на корпус, без изменений в схеме/плате. Тогда вообще радиатор не понадобится. Что-нибудь logic-level, типа IRLZ34
UPD: сорян, невнимательно прочитал Ваш комментарий. Но идею с GPS можно зять на вооружение. У самого стоят самодельные Nixie часы на подоконнике, очень удобно, что поправлять время никогда не нужно.R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Меня устраивает такая погрешность и наличие возможности подстройки времени вышеописанным способом. А так с GPS тоже были раньше идеи. У меня даже есть модуль. А можно ещё можно по радио синхронизировать. И по интернет, если бы на борту стоял модуль W5500. Об этом я уже писал в самой первой статье.
redfox0
18.09.2024 21:08+2Теперь нужно собрать такие же часы на люминесцентных лампах. И зажигать их высоким напряжением, а не штатными спиралями.
Javian
18.09.2024 21:08семисегментных индикаторов в качестве сегментов я рассматривал люминесцентные лампы дневного света
Много лет назад в городе были часы на лампах накаливания, горевших накалом ниже номинального. Меня в впечатляло количество ламп и тогда меня посетила мысль, что люминесцентными лампами было бы проще. Школьник вырос и с годами узнал, что у люминесцентных ламп есть куча побочек.
А теперь мне цвет ламп накаливания больше нравится.
Antares1991
18.09.2024 21:08+1Проще, пока морозы не ударят. На морозе очень плохо люминисцентки работают, пока сами себя не разогреют, для часов - вообще не вариант.
xSVPx
18.09.2024 21:08А эээ какие побочки у люминесцентных ламп ? Это до сих пор отличный источник света.
Единственное при низких температурах не уверен, что будут хорошо стартовать. Но там по-моему тоже уже что-то придумали типа дежурного предпрогрева итп.
Moog_Prodigy
18.09.2024 21:08+2Часы на люминесцентных лампах я тоже когда-то хотел сделать. И с поджигом высоким, т.к. ламп на заводе со сгоревшими спиралями было ну почти безлимитное количество.
И вот об поджиг я и споткнулся. Нет проблем набрать обычных дросселей. А поджиг должен быть индивидуальным. Если даже на потоке намотать кучу повышающих катушек - где взять столько высоковольтных проводов? Времена были бедные у завода. Пробовал повышающие схемы - еще более геморройней с коммутацией этого хозяйства. Пробовал собрать механический коммутатор высокого на базе шагового искателя с переделанными ламелями - быстродействия нет. Этак он будет не отображать время, а постоянно будет все мигать (зажженные лампы же надо как то гасить? Привет хорошим реле к каждой лампе) и получается какая то ерунда. По-хорошему туда надо целый шкаф автоматики делать было, но на этом мой энтузиазм иссяк. Не, ну можно конечно. Сейчас даже еще проще с этим.
Affdey
18.09.2024 21:08+2Настоящий DIY ! Вот прямо от самого примитивного до полноценного завершённого проекта. Автору респект! В 2018г адресные светодиоды были редкость и дороже, а обычные в лентах самое то. Единственное, мосфеты надо бы ставить. Управление через Интернет очень понравилось, возьму на заметку. Приятно видеть, что от механики до программирования всё смог один осилить, пусть и через кривоватые решения поначалу.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Спасибо, но проект не завершён. Продолжение может быть всегда. Ещё впереди - загрузчик. Тоже не помешал бы. Адресные светодиоды я не рассматриваю и сегодня. Сомневаюсь, что они будут работать корректно в условиях рядом стоящих радиолюбительских антенн, которые в режиме передачи будут давать наводку. И ещё вероятно, адресные светодиоды выдут из строя при первой грозе/молнии.
Sun-ami
18.09.2024 21:08+2А сколько эти часы потребляют электроэнергии? Если грубо прикинуть - получается около 800кВч*ч в год даже со снижением яркости ночью. Думаю, это слишком много, и тут напрашивается автоматическая плавная регулировка яркости по освещённости, которая позволит учесть не только время суток, но и погоду, и, к тому же, избавит от необходимости иметь сервер для управления яркостью. Про замену биполярных транзисторов на полевые, в том числе для экономии электроэнергии тут уже написали. К этому можно добавить, что высвечивать 0 в десятках часов, как это видно на фото - это ничем не оправданный расход электроэнергии.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08На рис. 19 действительно незначащий ноль в начале горит, чего нет на рис. 29, где высвечивается дата. Я его тогда включал специально, для фотографии. А так у меня он всегда выключен. У меня в терминале предусмотрена команда «zero» для включения или отключения этого нуля.
Насчёт плавной регулировки яркости я тоже думал. По датчику освещённости. Постоянно эта мысль меня посещает.
Я не понимаю ваше «800кВч*ч» и всё больше поражаюсь, как люди, не разбираясь в теме, по-разному коверкают величины мощности и электроэнергии, не различая из между собой и порой придумывая новые и несуществующие. Самое распространённое – измерение энергии в киловаттах или в «киловаттах в час». Скажу только то, что часы потребляют около 150 Ватт на яркости 90% при всех горящих сегментах. А в работе – не так просто посчитать. Среднее количество сегментов по всем 10 цифрам составляет 4.9, то есть 70% от всех семи сегментов. Если грубо прикинуть, что на циферблате случайные числа (но это не так), то потребление составит около 100 Вт. Или 0.1 кВт*ч в час.
Moog_Prodigy
18.09.2024 21:08+1Вот вы критикуете товарища, а сами на те же грабли наступаете :)
0.1 кВт*ч в час.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08здесь всё правильно написано. мощность 0.1 кВт. энергия за час - 0.1 кВт*ч. Даже если бы я написал 0.1 кВт*ч/ч то логически это тоже верно.
Sun-ami
18.09.2024 21:08+1Я в теме разбираюсь. "Около 800кВч*ч в год" я получил следующим образом:
Вы написали, что в ваших часах используется 15 метров светодиодной ленты с потреблением 24 Вт/м. Значит общее потребление всех сегментов индикатора часов, включенных на полную яркость составляет 15*24=360 Вт. Вместе с потерями 30 Вт на биполярных транзисторах, включающих сегменты, будет 390 Вт. Если источник питания имеет КПД 95%, то с вместе с ним потребление будет 410 Вт. Я грубо оценил среднее количество включенных сегментов 50%. С учётом этого среднее потребление будет 205 Вт. За сутки это будет 205 Вт * 24 ч = 4902 Вт*ч, а за год будет 4902 * 365,25 = 1797030 Вт*ч, или 1797 кВт*ч. Далее, я грубо оценил время работы на полную яркость в 50% всего времени, аналогично среднему за год времени нахождения Солнца над горизонтом, и пренебрёг потреблением ночью, при работе с минимальной яркостью. Получилось 1797 * 0,50 = 899 кВт*ч. Это даже ближе к "около 900кВч*ч в год", но я подумал, что 800кВч*ч в год - это вероятнее, ведь напряжение наверняка немного падает на проводах, из-за чего лента работает не совсем при номинальном напряжении.
Каким образом у вас получилось потребление 150 Вт вместо 410*0,90= 369 Вт при яркости 90% при всех горящих сегментах - мне непонятно. Со средним потреблением 100 Вт выйдет 877 кВт*ч в год на полной яркости, или 487 кВт*ч в год при ночной яркости 1/9 от полной в течении в среднем 12 часов в сутки. Это, в общем то, тоже немало.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1Я теперь понял, что в "800кВч" просто опечатка (или я чего-то не знаю...), а "в год" я просто не заметил. Прошу прощения. Я тоже изначально считал мощность по такому же принципу, как вы. Но на практике всё иначе. Завтра померю поточнее.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Ещё один момент. Неправильно рассуждать, что 90% яркости это *0,90. Я имел ввиду именно яркость А напряжение при такой яркости приложено меньше из-за нелинейной зависимости, о чём я написал в статье. Тем более, у мощности квадратичная зависимость от напряжения.
Sun-ami
18.09.2024 21:08Зависимость яркости от напряжения будет нелинейной, если фильтровать ШИМ, например LC-фильтром. А если ШИМ не фильтровать, то зависимость будет линейной, потому что в каждый конкретный момент времени на светодиод либо подано полное напряжение, либо нулевое, переходы между этими состояниями слишком короткие, чтобы влиять на среднюю яркость. У вас про LC-фильтры на каждый сегмент ничего не сказано, я так понял, что их нет. Есть, конечно, паразитный LC-фильтр из индуктивности проводов и ёмкости светодиодов, но частоты 1.35 кГц недостаточно, чтобы он оказывал заметное влияние. А эффект визуального малого отличия яркости при 90% и 100% объясняется нелинейностью зрительного восприятия яркости человеком.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Вы правильно написали в конце. Это я и имел ввиду в своём тексте. Именно зрительное восприятие. Оно вообще может быть индивидуальным. Может быть я не очень корректно выразился. Честно говоря, я про это даже не знал, пока на практике с этим не столкнулся. Изначально я задавал значение ШИМ (10 бит) в программе по линейной формуле и получался равномерный ряд чисел типа 0, 127, 255, 383, 511, 639, 767, 895, 1023. А когда увидел нелинейность, я ознакомился с материалом на эту тему, рассчитал значения ШИМ по приведённой нелинейной формуле и сформировал для них массив. А затем немного подкалибровал значения под своё восприятие. Получился ряд 0, 6, 34, 91, 185, 321, 504, 736, 1023. Обращаю внимание, что нулевое значении ШИМ в моём случае не приводит к отсутствию сигнала. Это самое минимальное значение, и уже при нём светодиоды светятся. Для полного отключения свечения нужно отключать ШИМ и принудительно выставлять порт. Так вот, часы у меня всегда работают на 736 (y8). А ночью на 6 (y2).
Sun-ami
18.09.2024 21:08+2Понятно, у вас днём ШИМ 72%, плюс напряжение на ленте 90% от номинального. От напряжения на ленте ток как раз зависит очень нелинейно, потому что вольт-амперная характеристика светодиодов похожа на ВАХ стабилитронов, так что ток в ленте при таком напряжении - не больше 80% от номинального. Соответственно, с ШИМ 72% потребляемая лентой мощность будет не больше 58% от номинальной, то есть 209Вт весь индикатор. А ночью, с ШИМ 0,68% - не больше 0,55%, или 2 Вт на весь индикатор.
Sun-ami
18.09.2024 21:08+2Собственно, именно нелинейность восприятия яркости человеком позволяет очень существенно сэкономить на электричестве за счёт автоматической регулировки яркости по освещённости. Ведь в пасмурный день освещённость составляет лишь 1000 — 2000 люкс против 111 000 - 120 000 люкс в солнечную погоду. Соответственно, яркость индикатора можно уменьшить в 55..120 раз с сохранением того же уровня его видимости. А если ещё вместо управления яркостью ШИМом на ключах сегментов применить управляемый источник питания, и заменить ключи на полевые транзисторы, то годовой расход электроэнергии можно уменьшить раза в 3, и ещё существенно увеличить ресурс светодиодной ленты. Ещё сильнее можно сэкономить электричество, если применить ленту с управляемым цветом. Потому что днём красный цвет намного заметнее белого на фоне голубого неба при той же яркости, а на закате и ночью заметнее и приятнее голубой.
ragesteel
18.09.2024 21:08Спасибо за интересный рассказ. А почему вы с atmega8 перешли именно на atmega32, а не какую-нибудь esp?
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Во-первых, у меня уже были Atmega32 в запасе, так как я занимаюсь AVR. Во-вторых, с программированием ESP, STM32 и прочих подобных контроллеров я никогда не сталкивался, так как пока что не стояло такой задачи. Слишком жирно для такой простой конструкции применять 32-битные контроллеры.
fiego
18.09.2024 21:08+2лишком жирно для такой простой конструкции применять 32-битные контроллеры.
Что-то мне сомнительно, что в проекте стояла задача энергоэффективности или вообще не хватало питания. Или что стоимость ESP32 была неподъёмна для проекта. Меня гораздо чаще удивляло как "Ethernet-Shield" для восьмибитной ардуино делался на 8266/ESP32...
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1Тут не столько постановка задачи, сколько сам факт моих навыков. Если бы я занимался программированием ESP, то даже самый простейший проект (к примеру, переключатель новогодних гирлянд) я бы делал на нём. И мне бы писали в комментарии, мол, зачем мне ESP для такого простого проекта. А есть люди, которые на Ардуино всё делают, используют готовые библиотеки и не лезут в даташиты и не имеют понятия, что там да как. Кому что больше нравится...
fiego
18.09.2024 21:08Тут я комментировал выражение "слишком жирно". Я после Ардуино переключился на ESP32 иммено из-за коммуникативных возможностей в первую очередь, а во вторую уже за его "жирность", когда мне хватает RAM под виртуальные экраны для показа анимаций. И если сегодня мне не надо управления через интернет, то ведь завтра захотеть могу...
xSVPx
18.09.2024 21:08Тоже купил десяток и теперь всюду сую, даже туда куда вроде бы и не нужно. А потом бац и оказывается было нужно...
fiego
18.09.2024 21:08+2Как автор нескольких, правда маленьких, часов, выражаю восхищение масштабом! :)
На счёт светодиодных лент, чтобы уменьшить потери в проводах, можно ещё больше напряжение взять, я по дому активно пользуюсь 24в лентами. Адресные тут не к месту, конечно, хотя они и бывают на 12в, насколько я помню. По поводу яркости через ШИМ - лента горит на 100% мощности, просто не всё время, от того яркость должна линейно регулироваться ШИМ-ом. Полезнее было бы, конечно, регулировать яркость напряжением. Ещё, насколько я помню, светодиоды не имеют практически инерции, то есть зажигаются мгновенно, так что проблема "набора яркости", скорее всего где-то ещё, возможно, в транзисторах.Когда приходится пользоваться блютус и интернет, то сразу думаю про ESP32, так что вполне понятно, почему его советовали. К тому же, когда есть интернет, то синхронизировать часы можно просто по NTP.
На счёт влагозащищённой ленты. Та, что мне попадалась, целиком в силиконовой оболочке, с очень плохим контактом для теплоотвода, от чего легко перегревается внутри оболочки и деградирует со временем. Не знаю так ли это тут, может быть и не проблема, просто делюсь мыслями.
П. С. Ответ начал писать на телефоне, но потом раздался звонок, после которого возврат на сайт - и весь написанный текст пропал. Пришлось писать заново уже с компьютера через пару часов...R3EQ Автор
18.09.2024 21:08Знаю, что можно подать чуть больше напряжения на светодиоды, чтобы компенсировать просадку напряжения на проводах. Так у меня было на самом первом блоке питания и самой первой ленте. С новой лентой я этого делать не стал. На неё подаётся в итоге 10.8 В. И пускай так будет. На мой взгляд у неё будет больший ресурс. Проблема набора яркости действительно кроется в паразитных индуктивностях и ёмкостях на пути следования тока, но это не точно. По поводу NTP я уже писал в одном из комментариях. И в самой первой своей статье. Если бы W5500 стоял непосредственно в часах, а не отдельным блоком со своим МК (как в первом варианте моих часов), то я бы постарался реализовать NTP клиент. И не только клиент, но и сервер. Насчёт влагозащиты - лента не полностью в оболочке, а только сверху. Зато она качественная и полностью прозрачная. С виду как будто её нет. К тому же она закрыта в профиль, на котором я сделал дополнительную защиту: на вертикальных сегментах сверху вода не заходит, а снизу оставил выход для неё.
fiego
18.09.2024 21:08+2можно подать чуть больше напряжения на светодиоды, чтобы компенсировать просадку напряжения на проводах
Это другой аспект. Типичный светодиод в ленте потребляет около 3В, их ставят там блоками по 3 для 12В и по 6-7 для 24В. Для компенсации излишка напряжения ставят резистор, который тупо рассеивает мощность. Почему блоками по 3, а не по 4 -- потому, что при 12В при просадке напряжения в самой ленте будет сильно заметна просадка яркости. Когда 24В и блоки по 7 светодиодов, то можно меньше компенсировать падение напряжения, меньше рассеивание тепла, выше яркость и вообще эффективность. Недавно попалась лента с блоками по 8 светодиодов, но я пока поленился разобрваться как она устроена, просто вклеил в алюминиевый профиль для рабочего света на кухне, может и правда ещё меньше стало напряжение на одном светодиоде что можно уже и по 8 с резистором в блок пихать, лента очень яркая.
Плюс, на той же мощности 24В передаются на вдвое меньшем токе, что дополнительно увеличивает эффективность. У Вас сегменты по 50см, падение яркости в самом сегменте при этом не существенно, но проводов то на несколько метров. Я делал на 24В ленту по периметру потолка, дополнительно прокладывал провод ко второму концу ленты 9м, без этого падение яркости было заметно на глаз. На 12В ситуация была бы ещё хуже.
R3EQ Автор
18.09.2024 21:08+1никогда не приходило в голову запитывать ленту с двух сторон. хорошая идея чтобы яркость не терялась вдоль длины при длинных лентах.
fiego
18.09.2024 21:08Я вот тут проект описал, протестировал подходит ли для таких публикаций гитхаб :) https://github.com/jef-sure/bedroom-led-strips
xSVPx
18.09.2024 21:08Это совершенно ныне типичная рекомендация. Для больших длин запитывают еще и каждые Х метров.
В варианте с часами, можно, наверное перемычек наставить, надо только понять где лучше.
jenya92
18.09.2024 21:08А я думал это я псих, когда решил с нуля из адресной светодиодной ленты спаять табло, написать для ардуинки драйвер и софт, чтоб она на этом табло выводила и дату, и температуру, и любую другую информацию. А нет, бывает ещё интереснее))
Mike-M
18.09.2024 21:08некоторые места я промазал герметиком, особенно места пайки проводов
Если герметик кислотный, пайка через некоторое время может превратится в «холодную».
positroid
Очень низкоуровневая работа, нравится.
Не рассматривали вариант с адресными светодиодами? Кажется, что реализация в этом случае была бы менее железной и более функциональной
Yuri0128
Они, в большинстве своем, 5-ти вольтовые. Задолбешся питание разводить на довольно простую конструкцию для обеспечения равномерной светимости. Да и комппорт на них уйдет для упрощения.
xSVPx
Ну т.е. подвести к каждому сегменту два питания, вытравить для него плату, транзисторы итп - это проще, чем запитать адресную ? В которой и яркость из коробки и куча других эффектов возможна.
У меня выставочное освещение на адресных с дополнительным белым каналом. "Шкаф" с пятью метровыми полками,. Да, если запитать с одной стороны все 5м - проблемы. Если с двух - нормально вполне.
Ну и в любом случае "время синим, температура зеленым" лучше чем всё одинаковым...
Есть, кстати и 12 вольтовые варианты, но их лично не пробовал.
Yuri0128
У вас выставочное а для часов нужно обеспечить одинаковость свечения, - то есть к каждому отрезку - свое питание. Плюс еще свое добавит длина кабелей от коробочки и между отрезками и необходимость их как-то от влаги изолировать (там почти мегагерц идет), если одним портом обходиться.
12 вольтовые норм работают, но они дороже и менее распространены. По 12-вольтовым там длина меньше влияет, но сигнальная шина требует того-же самого.
xSVPx
Как бы это сказать. От того насколько хорошее у меня освещение зависит будет ли мне что пожрать завтра. Я уверен на 100%, что у часов требования гораздо-гораздо скромнее.
Лента светится одинаково. Вероятно она в состоянии работать в большом диапазоне напряжений, может оказаться, что от 3 с копейками вольт и до 5. Логика подсказывает, что в каждом диоде свой драйвер дающий на кристаллы не более 3 вольт.
Нормальный монтаж всего этого дела в любом случае необходим.
Кстати можно, наверное вообще не морочить себе голову, а если вдруг окажется, что яркость немного разная, то просто программно это поправить.
Но лучше, нормально запитать, совершенно не понимаю в чем может быть проблема...
vvzvlad
Чушь пишите. И на 12, и на 24в есть.
Antares1991
У них, в большинстве своём, асинхронный интерфейс, стабильность которого не вызывает оптимизма для использования в услових очень широкого диапазона температур.