Stavba digitronových hodin II

Pohled na hodinySvé první digitronové hodiny jsem postavil v době, kdy se začala prosazovat retrománie a vyvstal hlad po digitronových zobrazovačích. Jednomu kamarádovi se moje originální hodiny líbily tak moc, že si vyžádal stavbu nových, přímo pro něj. Jeho přáním bylo mít je v dřevěné krabičce (což se později ukázalo jako špatná volba) a se zálohováním při výpadku sítě (což se později ukázalo jako dobrá volba).

Princip zapojení

Deska plošného spoje digitronových hodin IIZálohování TTL obvodů není dost dobře proveditelné, hlavně kvůli jejich vysoké spotřebě. Pro zjednodušení návrhu, ušetření místa a spotřeby byl tedy zvolen koncept s mikrokontrolérem a externím obvodem reálného času (RTCC).
Pro jednoduchost jsem zavrhnul použití multiplexu, mimo jiné také kvůli možným problémem se svítivostí digitronů (doutnavý výboj potřebuje určitý čas ke stabilizaci a ten v multiplexním režimu chybí). Na mikrokontrolér PIC16F887 v pouzdru DIL40 jsou tedy připojeny tři dekodéry MH74141 a dva tranzistory pro spínání katod digitronů.
K mikrokontroléru je dále připojen již zmiňovaný obvod reálného času MCP7940 od stejného výrobce – Microchip. K němu stačí připojit „hodinkový“ krystal 32768 Hz, vhodně zapojit napájení a obvod již uvnitř obsahuje vše potřebné, dokonce i volnou paměť RAM k libovolnému využití.

Firmware

V mikrokontroléru je velmi jednoduchý program, který v cyklu čte čas z obvodu MCP7940 a odesílá jej na porty s připojenými dekodéry MH74141. Správný čas lze nastavit pomocí třech připojených tlačítek. Program po zapnutí zkontroluje, zda-li je obvod reálného času v provozu. Pokud došlo k odpojení baterie (způsobené např. její výměnou, nebo byl obvod spuštěn poprvé), procesor odešle do obvodu reálného času potřebná nastavení a vynuluje vnitřní čas.

Zdroj

Jako zdroj slouží malý transformátorek 230/12 V neznámého původu a lithiová baterie CR2032 pro zálohování obvodu RTC. Za transformátorkem je usměrňovač a stabilizátor 7805. Protože jsem chtěl uspořit místo, navrhnul a odzkoušel jsem funkční stabilizátor napětí 180 V pro digitrony napájený přímo síťovým napětím. Hodiny jsou tak galvanicky spojeny s rozvodnou sítí. Toto byla naprosto nevhodná volba, k čemuž se dostanu později. Aby se ztrátové teplo na tranzistoru omezilo, zapojil jsem před stabilizátor pro digitrony srážecí rezistory, na kterých se maří část výkonu, která by jinak zbyla na tranzistor. Tyto odpory jsou zdrojem tepla a při provozu se poměrně dost zahřívají.

Krabička a problémy s ní

Hodiny po zasunutí desky do krabičkyKamarád si pro hodiny postavil krabičku přesně na rozměr desky plošného spoje. Po sestavení hodin bylo zjištěno, že uvnitř krabičky nezbylo absolutně žádné místo na výměnu vzduchu pro chlazení. Po zprovoznění a zahoření se potvrdilo očekávané přehřívání. Jelikož je krabička dřevěná, nefunguje předávání tepla přes stěny krabičky. Řešením by bylo vyvést alespoň stabilizátor 7805 a výkonový tranzistor ze stabilizátoru 180 V na chladič vně krabičky. Celý obvod je však galvanicky spojen se sítí, což znamená nebezpečí při každém vyvedení části obvodu vně krabičky.

Pohled na vnější chladičPo pečlivém uvážení všech variant byl zakoupen stabilizátor 7805 vPohled na chladič shora pouzdře celém z plastu a zezadu karabičky byl přimontován hliníkový plech, na nějž byly stabilizátor a výkonový tranzistor pro stabilizaci 180 V připevněny. Všechny vývody byly pečlivě zaizolovány ve smršťovací bužírce a součástky byly připevněny na plech ze strany směrem ke krabičce. Pro jistotu byla navíc označena fixem fáze na flexošňůře. Celkové řešení chlazení je možné vidět na obrázku.

Závěrem

Hodiny v době publikování tohoto článku běží teprve krátce, avšak jsou k dispozici první zkušenosti. Při přehřívání vnitřních obvodů docházelo ke značnému předbíhání, což lze vysvětlit zvýšenou teplotou krystalu a tím pádem vyšší frekvenci. Po instalaci externího chladiče se přesnost hodin ustálila a nyní hodiny stále předbíhají, ale již ne tak moc (pár sekund denně, dříve to bylo pár minut denně). Do budoucna chci nahradit jeden kondenzátor u krystalu kapacitním trimrem pro možnost doladění frekvence. Spotřeba hodin je kolem 10 W, což je daň za nešikovně vyřešené lineární stabilizátory. Proudový odběr z baterie při odpojení sítě je menší než 1 μA. Celkově je samotné zapojení velmi jednoduché stejně jako i obslužný program v mikrokontroléru. Tudíž nejtěžší na této kontrukci bylo hodiny vměstnat do krabičky bez odvodu tepla.

Zájemci si můžou na tomto odkazu stáhnout jak schéma pro Orla ve verzi 6.1.0, tak i program pro mikrokontrolér PIC16F887 napsaný v C.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *