Часы "Микро"

Автор: Тимофей Носов

Лампа: ИН-16

Схема: есть ( PIC16F1936)

Плата:есть (Sprint-Layout)  

Прошивка:есть

Исходник:нет

Описание: eсть

Особенности:  наручные часы. 









 Схема:

 

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.

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.

Первоисточник.

Архив проекта.

Upd 2016/10/20:

 От Gioco (РадиоКот) / Алексей !

          Хочу представить вам свое виденье замечательного проекта Тимофея Носова ручных часов на индикаторах ИН-16. Хочу сказать стразу все что будет здесь рассказано, описано и показано это всего лишь мое личное виденье развитие этого проекта и к тому же это черновой вариант но вполне рабочий. Для начала стояла задача собрать часы не просто красивые но удобные в ношении и использовании, также стояла задача сделать это из доступных материалов и доступными средства.

          Все началось с того что я полностью собрал плату часов по описанию Тимофея. Внесены были минимальные изменения, в основном это подгонка платы под имеющиеся в наличии  детали. Сборка и настройка была сделана по описанию автора часов. Скажу только одно, никаких трудностей это не вызвало кроме поиска и покупки некоторых труднодоступных для меня деталей.

Итак, плата была собрана и имеет вид:

          Дальше были долгие поиски по инету как сделать корпус, то что было предложена на некоторых сайтах вполне красиво но сложно. Нужен знакомый и толковый токарь и дорогой материал. Поэтому был взят лист бумаги и начал чертить как я это вижу. После долгих раздумий было решено использовать дешевую и доступную технологию 3D печати. Нашел в интернете объявления по печати, созвонился. Оказалось все просто, я высылаю чертеж на бумаги, они делают 3D модель, показывают ее и если все меня устраивает печатают и высылают почтой. (скажу сразу 3D файла  модели у меня нет, фирма которая печатал не высылает ее!!!)

          Первая версия была очень громоздкая и ужасная (извините не могу найти ее чтобы показать). Сделав определенные выводы для себя я понял необходимо сделать чтобы часы были не только красивые но и эргономичные и удобные. После этого был сделан второй вариант корпуса.

        

         Основной проблемой было как закрепить стекло ведь корпус и так достаточно толстый 19мм. Тогда я понял, что без металла не обойдется! Многие скажут а как же клей и все такое прочие. Не прокатит это часы для постоянной носки а не для того чтобы лежали на полке.

           В этом корпусе предполагалось использовать четыре латунных пластин для крепления стекла, четырьмя болтами  под шестигранник, а снизу ими же крепились бы пластины для крепления ремня. Думаю на фото видно идея.

После того как я покрутил их в руках и немного подумал в итоге родилась идея третьего варианта корпуса. Нашлось решение как красиво закрепить стекло с помощью  8 болтов под шестигранник.

       Итак, был нарисован и заказан третий вариант корпуса, заказаны из Китая болты М2 для крепления стекла и М3 для крепления ремня а также метчики для ник. Вечерок за бор машинкой и крепление для ремня готово.

Вот результат того что вышло у меня:

          Это не конечный вариант все будет еще дорабатываться. В планах заказать заводскую печатную плату, красиво и аккуратно оформленную, а также сделать ее в диаметре 48,5 мм. Это нудно для того чтобы избавиться от латунных лепестков которые держат стекло. Идея была чтобы стекло держалось за счет шляпок болтиков.

А это просто фото как они смотрятся на руке:

         В конце хочу добавить что часы ношу уже две недели. Вполне удобно,  особенно шокируют людей, которые их видят когда смотрю время.)))) Уже есть мысли насчет следующей версии корпуса, но об этом будет другая статья.

 Всем спасибо за внимание и автору спасибо!!! 

 Cкрины 3Д :)

Upd 2016/10/20:

Создание корпуса (продолжение от Gioco (РадиоКот) / Алексей).

Всем доброго дня. Как и говорил ранее, хочу представить следующий, доработанный вариант часов. Походив несколько месяцев с ними, я понял где и что надо доработать.

Самая важная для меня задача это сделать красивую и аккуратную печатную плату, так как часы будут открытыми. Я доработал немного плату автора и занялся поисками, где ее можно изготовить. Через множество друзей мне ее сделали такой как я и хотел (хотя сейчас такое можно и в Китае заказать!!). главными условиями были: двухсторонняя плата, тонкий текстолит и черная маска. Вот что получилось в итоге:

Затем был немного доработан под готовую плату корпус. Учтены все недочеты из предыдущей версии. В итоге корпус получился 17мм толщиной, это с учетом, что 13мм толщина самих лам и 1мм толщина стекла. Думаю это неплохой результат. Было немного доработано крепление стекла, теперь это только 8 болтов под шестигранник, без латуни. И было немного изменено крепление под ремень.

  Так же, немного подумав, я отказался от разъёма USB!!! Да с одной стороны он универсальный, но с другой очень геморройно его точно подогнать под корпус. Я сделал по другому, с торца часов закрутил два латунных болтика с М3 и вывел их на плату. Часы будут заряжаться через станцию зарядки.

 

Последнем что осталось сделать это хороший и надежный ремень. Было много вариантов от широкого до тонкого. В итоге я остановился на ширине в 30 мм. Так как застёжки на такой ремень трудно найти автор, который мне его делал, предложил застежки штырькового типа. В итоге на мой взгляд ремень получился просто супер. !!! Ремень не покупался готовым а изготавливался именно под эти часы и крепление!!!

В итоге получились вот такие часы. ДУМАЮ И ЭТО НЕ КОНЕЧНЫЙ ВАРИАНТ))))) есть еще много задумок в голове.

 

Также поделюсь с вами моим вариантом печатной платы и корпуса.

Форум для обсуждения этого проекта, где бывает автор.