Часы на индикаторах ИН-12 и Arduino

Добрый день любители самоделок! Сегодня расскажу вам о своём недавнем проекте – часы построенные на советских газоразрядных индикаторах ИН-12 под управлением Arduino Nano.

Для этого нам понадобится:

Плата Arduino Nano
Газоразрядные индикаторы ИН-12 – 4 штуки
Колодки для индикаторов
Модуль часов DS3231
Микросхема дешифратор К155ИД1
Блок питания на 12 вольт 0,5 ампер
Кнопки – 3 штуки
Стоечки и гайки для них
Сетевой шнур и соединительные провода
Прочие радиодетали по схеме
Текстолит и вещи для травления печатной платы
Паяльник и паяльные принадлежности
Корпус, куда будут установлены часы

1. Прошивка микроконтроллера

Я постарался максимально понятно сделать комментарии в код. Единственное, что вам нужно будет сделать перед прошивкой – скачать и установить библиотеку для модуля часов <DS3231.h>. Можно заметить, что часть кода закомментирована то есть не используется - это мигание светодиодом каждую секунду, если такая функция нужна, то просто снимите // с этих строк.

Собственно вот сам код:

#include <DS3231.h> //библиотеки #include <Wire.h>  // выводы для дешифратора   int out1 = A3;   int out2 = A1;   int out4 = A0;   int out8 = A2; // выводы для транзисторных ключей   int key1= 4;   int key2 = 6;   int key3 = 7;   int key4 = 8;    // int led1=11;// вывод светодиода   int keyb=A6;// пин для клавиатуры       int keynum=0; //номер нажатой кнопки   int mode =0; //0 - отображение текущего времени 1- установка времени   int currentdigit = 0; //0 - установка часов 1- установка минут   bool blinkflag = 0; // флаг для мигания цифр при установке времени   bool timeout=false; // таймаут после нажатия кнопки (для устранения дребезга)   unsigned long startTime; //для мигания светодиода   unsigned long startTime2; // для опроса нажатых кнопок   int sec; //переменная увеличивается каждые 500мс на единицу. Нужна для мигания секундных светодиодов, бывает в двух значениях 0 - светодиоды не горят, 1 - горят, если больше 1, то сбрасывается в 0     // переменные, необходимые для работы ds3231   DS3231 Clock;   bool Century=false;   bool h12;   bool PM;   byte ADay, AHour, AMinute, ASecond, ABits;   bool ADy, A12h, Apm;     //определяем глобальные переменные для различных параметров часов   int second,minute,hour,date,month,year,temperature;      int lastMinute;     void setup() {   // задаем частоту ШИМ на 9 выводе 30кГц   TCCR1B=TCCR1B&0b11111000|0x01;      analogWrite(9,130);       // Start the I2C interface   Wire.begin();   // Start the serial interface   Serial.begin(9600);      //задаем режим работы выходов микроконтроллера   pinMode(out1,OUTPUT);   pinMode(out2,OUTPUT);   pinMode(out4,OUTPUT);   pinMode(out8,OUTPUT);     pinMode(key1,OUTPUT);   pinMode(key2,OUTPUT);   pinMode(key3,OUTPUT);   pinMode(key4,OUTPUT);    // pinMode(led1,OUTPUT);   pinMode(keyb,INPUT);     startTime = millis();   startTime2=startTime;   sec = 0;   // считываем текущее время   ReadDS3231();   delay(1000);   lastMinute = minute%10; }   void ReadDS3231()   //функция считывает в глобальные переменные minute и hour текущие значения {   minute=Clock.getMinute();   hour=Clock.getHour(h12, PM); }     void loop() {   // put your main code here, to run repeatedly:      int digits[3]; // массив для текущего значения времени на четыре цифры   int keyval= analogRead(keyb); // считываем значение с клавиатуры    //проверяем нажатые кнопки   if(!timeout) //если разрешено, считываем нажатую кнопку   {     /*keyval - значение функции analogread       * если нажата первая кнопка, то принимает значение около 200      * если нажата вторая кнопка то значение около 700      * если третья кнопка, то значение будет около 1000      * эти значения зависят от выбранных резисторов в клавиатуре     */     if (keyval>150 && keyval<400) keynum=1;     if (keyval>700 && keyval<900) keynum=2;     if (keyval>960) keynum=3;   }      unsigned long currentTime = millis(); //текущее время с момента запуска программы    if (currentTime>=(startTime2+200)) // если прошло 200мс посмотрим какая кнопка была нажата    {       timeout=false;      //проверим нажатие кнопок       if (keynum==3) // кнопка переключения между режимами "время" и "настройка"       {         timeout=true; // запрещаем считывать нажатия кнопок         if (mode==0) mode=1; // если отображалось время, переходим в режим настроек         else           if (mode==1) mode=0; //если был режим настроек, переключаемся на текущее время       }       if (keynum==2) // кнопка переключения между часами и минутами       {         timeout=true; // запрещаем считывать нажатия кнопок         // currentdigit либо 0 - настройка часов, либо 1 - настройка минут         currentdigit++;          if (currentdigit==2) currentdigit=0;       }       if (keynum==1 && mode==1) // кнопка увеличения количества часов или минут(при настройке)       {         blinkflag=true; // прекращаем мигать цифрами         startTime=millis();         timeout=true;  // запрещаем считывать нажатия кнопок         if (currentdigit==0) // если меняем часы         {           if (hour<=22) hour++;           else             hour=0;           Clock.setHour(hour);         }         if (currentdigit==1) // если меняем минуты         {           if (minute<=58) minute++;           else              minute=0;          Clock.setMinute(minute);//Set the minute           Clock.setSecond(0);         }       }       keynum=0; //сбрасываем нажатую кнопку       startTime2=millis();    }     if (currentTime>=(startTime+500)) // если прошло 500мс   {     blinkflag=!blinkflag; // инвертируем флаг мигающей цифры  /*          if(sec<1) // светодиоды не горят     {       // зажечь светодиоды       digitalWrite(led1,HIGH);       Serial.println(blinkflag);       Serial.print("Keyval=");       Serial.println(keyval);            }     if(sec>=1) // светодиоды горят     {       // потушить светодиоды       digitalWrite(led1,LOW);     }*/     startTime = currentTime;     ReadDS3231();      sec = (sec+1);     if(sec>=2) sec=0;     }     digits[0] = hour/10;     digits[1] = hour%10;     digits[2] = minute/10;     digits[3] = minute%10;        //антиотравление   if (minute%10!=lastMinute && mode == 0)   {      digits[3] = lastMinute;     lastMinute = minute%10;          Safe(digits);     digits[3] = lastMinute;   }   //       show(digits); // вывести цифры на дисплей      } void show(int a[]) {     //выведем цифру a[0] на первый индикатор   setNumber(a[0]);   if (!(mode==1&&currentdigit==0&&blinkflag==false)) //если мы в режиме настройки и происходит настройка часов, то в первая цифра будет мигать   {     digitalWrite(key1,HIGH);     delay(2);     //потушим первый индикатор     digitalWrite(key1,LOW);     delay(1);   }      //цифра a[1] на второй индикатор   setNumber(a[1]);   if (!(mode==1&&currentdigit==0&&blinkflag==false))   {   digitalWrite(key2,HIGH);   delay(2);   //потушим второй индикатор   digitalWrite(key2,LOW);   delay(1);   }     //цифра a[2] на третий индикатор   setNumber(a[2]);   if (!(mode==1&&currentdigit==1&&blinkflag==false))   {   digitalWrite(key3,HIGH);   delay(2);   //потушим третий индикатор   digitalWrite(key3,LOW);   delay(1);   }     //выведем цифру a[3] на четвертый индикатор   setNumber(a[3]);   if (!(mode==1&&currentdigit==1&&blinkflag==false))   {   digitalWrite(key4,HIGH);   delay(2);   //потушим четвертый индикатор   digitalWrite(key4,LOW);   delay(1);   } } // передача цифры на дешифратор void setNumber(int num)  {   switch (num)   {     case 0:     digitalWrite (out1,LOW);     digitalWrite (out2,LOW);     digitalWrite (out4,LOW);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 1:     digitalWrite (out1,HIGH);     digitalWrite (out2,LOW);     digitalWrite (out4,LOW);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 2:     digitalWrite (out1,LOW);     digitalWrite (out2,HIGH);     digitalWrite (out4,LOW);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 3:     digitalWrite (out1,HIGH);     digitalWrite (out2,HIGH);     digitalWrite (out4,LOW);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 4:     digitalWrite (out1,LOW);     digitalWrite (out2,LOW);     digitalWrite (out4,HIGH);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 5:     digitalWrite (out1,HIGH);     digitalWrite (out2,LOW);     digitalWrite (out4,HIGH);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 6:     digitalWrite (out1,LOW);     digitalWrite (out2,HIGH);     digitalWrite (out4,HIGH);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 7:     digitalWrite (out1,HIGH);     digitalWrite (out2,HIGH);     digitalWrite (out4,HIGH);     digitalWrite (out8,LOW);     break;     case 8:     digitalWrite (out1,LOW);     digitalWrite (out2,LOW);     digitalWrite (out4,LOW);     digitalWrite (out8,HIGH);     break;     case 9:     digitalWrite (out1,HIGH);     digitalWrite (out2,LOW);     digitalWrite (out4,LOW);     digitalWrite (out8,HIGH);     break;   } } void Safe(int n[]) {   int h1 = n[0];   int h2 = n[1];   int m1 = n[2];   int m2 = n[3];    n[0]++;   while(n[0]!=h1)   {          for (int x=0;x<2;x++)     {       show(n);     }     n[0]++;     if (n[0]>9) n[0]=0;   }      n[1]++;   while(n[1]!=h2)   {          for (int x=0;x<2;x++)     {       show(n);     }     n[1]++;     if (n[1]>9) n[1]=0;   }      n[2]++;   while(n[2]!=m1)   {          for (int x=0;x<2;x++)     {       show(n);     }     n[2]++;     if (n[2]>9) n[2]=0;   }      n[3]++;   while(n[3]!=m2)   {          for (int x=0;x<2;x++)     {       show(n);     }     n[3]++;     if (n[3]>9) n[3]=0;   } }

2. Сборка, пайка настройка

После успешной прошивки переходим к сборке часов. Для начала необходимо вытравить печатные платы. Каждый это делает по своему, лично я рисую от руки специальным маркером, а после высыхания травлю в растворе хлорного железа. Да, способ древний как этот мир, но мне нравится. Вот сами печатные платы:

Забегая вперед стоит сказать, что данную плату пришлось дорабатывать потому что преобразователю не хватало 5 вольт, которые на него приходили, поэтому если кто-то столкнётся с данной проблемой, необходимо перерезать дорожку где отмечено крестиком, а зелёные точки соединить резистором на 1 Ом 0,5 Вт. После подобных манипуляций через токоограничивающий резистор преобразователь получает 12 вольт и лампы светят довольно ярко.

После изготовления плат взглянем не схему и начнём установку деталей на свои места. Я советую начинать сборку в таком порядке: устанавливаем индикаторы на вторую плату, смотрим ровно ли получилось (у меня не очень но и так сойдёт), переходим на первую плату и ставим Arduino, а следом собираем преобразователь, включаем и смотрим чтобы он выдавал необходимые 170-200 вольт, а далее устанавливаем всё остальное.

На отдельной плате собираем резистивную клавиатуру:

Если всё работает как и должно быть, то устанавливаем платы друг на друга с помощью стоечек:

Далее нужно определиться чем питать это чудо инженерной мысли. Сначала была идея взять старый блок питания от зарядки Li-on аккумуляторов, вытащить из него плату и приделать её в корпус к часам, но позже это идея отпала потому что я нашёл в своих закромах такую вещь как IRM-03-12, и взял этот маленький блочок в качестве источника питания часов.

3. Изготовления корпуса

В этом плане особо говорить нечего тут у кого на что фантазии и средств хватает. Я делал эти часы себе в комнату, поэтому хотелось, чтобы они были в хорошем привлекательном корпусе, а не в консервной банке. Для этого в программе Компас-3D сделал 3D модель корпуса и отправил, чтобы мне его напечатали на 3D принтере, ибо такого аппарата у меня нет. Отверстия под кнопки настройки на задней стенке и отверстия крепления плат на передней стенке корпуса придётся сверлить вручную, потому что не идеально ровно это всё дело собрано. Вот сам корпус: