Последнее время на многих зданиях стали появляться большие электронные часы. В данной статье будет рассмотрено, как подобные часы собрать самостоятельно. Также будет указано на места, где автор наступил на грабли и где стоит уделить внимание.
Прежде всего стоит определиться с размером часов и бюджетом. Прикинуть в черновую энергопотребление компонентов, архитектуру. Делать динамическую индикацию или управлять каждой цифрой индивидуально. Какие и в каких количествах использовать светодиоды. Из какого материала изготавливать корпус.
Итак, готовые часы получились такими:
Габариты: 630х235х105
Вес: 5,8 кг
Потребляемая мощность: 30 Вт
Точность хода не хуже +/- 1 мин в месяц.
Часы названы "Аврора".
К сожалению, полет фантазии конструктора ограничивает продаваемый ассортимент магазинов и имеющийся инструмент. Каркас часов был сделан из алюминиевого уголка купленного в OBI, а бока – из оргстекла купленного в магазине умелец. Платы цифр были сделаны из полистирола. Все швы для герметичности промазаны прозрачным сантехническим силиконовым герметиком.
Почему боковые стенки были сделаны из оргстекла а не из полистирола? Дело в том, что полистирол как оказалось не стоек к атмосферным воздействиям и года через 2 просто бы струх, в то время как оргстекло оказалось в этом отношении более стойким. Так как часы висят на улице, желательно их сделать герметичными. В то же время учитывайте тепловыделение компонентов, чтобы они не задохнулись летом на солнце. Идеально перед их окончательным завинчиванием кинуть внутрь пакет с силикагелем, чтобы не конденсировалась влага изнутри в холодную погоду. Применяйте компоненты промышленного исполнения (от -50 до +60 градусов). Покройте готовые платы лаком от коррозии, которая спокойно может перегрызть тонкие проводники. Закрепляйте внутри компоненты жестко, если при переноске внутри будут болтаться шлейфы то контакт в один прекрасный момент нарушится.
После того как рама была сделана, оргстекло было раскроено и всё это дело было собрано наступает черед цифр. 4 цифры были сделаны из сегментов, по 22 светодиода в каждом, + 2 точки по 4 светодиода, итого 624 светодиода. Светодиоды зеленые с матовым корпусом L-53SGD. Вот здесь и кроется первая ошибка. Я выбирал светодиоды исходя из угла обзора, который у светодиодов в матовом корпусе максимален, но в то же время световой поток у них мал. В результате получилось, что в помещении светодиоды видно идеально, а вот на улице только в пасмурную погоду. Поэтому настоятельно рекомендую раскошелиться, купить по 4-5 светодиодов каждой марки, запустить их от батарейки, выйти на улицу и оценить как их будет видно, насколько они слепнут на солнце, каков угол обзора.
Ток через светодиод 20 мА по даташиту. Они собраны в цепочки по 2 последовательно, что бы минимизировать потери на токоограничительных резисторах (потери КПД и лишний нагрев нам ни к чему) Итого получается, что ток зажженной цифры 1,1 А. Здесь и кроется важный момент выбора архитектуры. Сможете вы сделать БП который выдаст 4,4 А и будет спокойно переживать броски тока в 100% от нагрузки – делайте индивидуальное управление каждой цифрой. Светоотдача будет максимальная. Не сможете (например нет в продаже трансформатора достаточной мощности) – делайте индикацию динамической. Яркость будет ниже.
Блок питания лучше делать по классической схеме (трансформатор, диодный мост, сглаживающий конденсатор) чем импульсный – во первых чем меньше деталей тем выше надежность, а во вторых такой БП более неприхотлив. (часы работали когда я ЛАТРом занижал напряжение до 110В. Светодиоды гасли, но ход времени не останавливался).
Следующий этап разработка управляющей электроники. Часы собраны на микроконтроллере ATMEGA16, с внешним кварцевым резонатором подключенным к выводам TOSC, что позволяет отсчитывать время. Точность часов зависит только от точности кварца, соответственно и часы в итоге кварцевые.
Часы состоят из 3х плат. Первая плата содержит трансформатор с БП и микроконтроллер. Вторая – преобразователь напряжения, повышает 5 В до 12 В (необходимо для питания MOSFET ключей, из-за падения напряжения на светодиодах пяти вольтовых логических уровней с МК не достаточно для отпирания транзистора. Преобразователь с каскадом транзисторов усилителей решил эту проблему.) третья плата – ключи с токоограничительными резисторами. Все платы между собой соединены разъемами – это невероятно удобно в процессе отладки и сборки.
Алюминиевый цилиндр – конденсатор на 6,3В и 100 000 мкФ. Наверное единственная отечественная электронная деталь, производства СССР. Так как часы не имеют внутри схем для сохранения времени, в случае отключения питания данный конденсатор позволяет пережить провалы в питающем напряжении длительностью до 4 сек.
Очень много нервов попортил баг, на отлов которого ушло почти 3 месяца. Не была установлена блокирующая емкость в 0,1 мкФ по питанию между ног микроконтроллера что вызывало ооочень интересные сбои, внешне напоминающие электромагнитные наводки, а судя по осциллограммам – программный сбой. В часы был добавлен термометр – термодатчик DS1620 с подключение по i2c шине. И тут таится грабля номер два. Дело в том, что внутри часов при работе всё греется. Особенно сильно греется диодный мост, кроме того часы висят на павильоне, который тоже нагревается когда через него ходят студенты. В результате термодатчик закрепленный в самом холодном месте часов давал погрешность в 5 градусов (когда на улице было -15). Делайте выносной датчик.
Программа часов достаточно проста – счетчик миллисекунд по прерыванию. Функции расчета високосного года (в пределах 2000-2100 года), автоматического перехода на зимнее/летнее время, настройка, задаваемая константа коррекции времени (сек в сутки), задаваемое время индикации времени/температуры.
Если бы я делал второй экземпляр то
я бы исправил:
1) Использовал бы специализированную микросхему часов реального времени со своей батарейкой.
2) Использовал бы другие светодиоды, в прозрачном корпусе
3) Разъем для подключения выносного датчика температуры.
Очень интересная идея сделать синхронизацию времени с GPS. Данные часы снабжены для настройки 3 кнопками. Многие фирмы комплектуют свои часы пультом дистанционного управления для задания времени. Помните, что часы кто то будет ремонтировать, поэтому вложить внутрь листочек со схемой идея очень хорошая.
В общей сложности часы обошлись в 5 000 рублей. Были вывешены на здание лесоинженерного факультета УГЛТУ. Спокойно пережили январские морозы в -30 градусов. Пока полет нормальный. Ниже фотографии, смотреть на которые гораздо интереснее чем читать текст)
Чертеж для сверления отверстий в цифре
Сверление. Ручная работа
Полистироловая рама цифры покрашена
Для каждого из 28 сегментов сделана вот такая платка
Пайка светодиодов
Пайка светодиодов цифры звершена
Собранная цифра
Испытания цифры после заморозки до -32 градусов
Еще один тест
Плата БП и МК
Плата драйвера цифр
Плата преобразователя напряжения
Авиационные технологии. Вот такое стекло пошло на изготовление стенок
Алюминиевый каркас
Часы частично собраны и проходят обкатку
Примерная схема часов. кликните для увеличения
Начинка часов
Процесс отлова бага
Обкатка часов на улице во внутреннем дворике:
Часы вывешены на здание:
Источник:
http://licrym.org/index.php/%D0%91%D...B0%D1%81%D1%8B
