Тёплые ламповые часы-конструктор. Как собрать Nixie Clock за выходные

В последние годы про часы на газоразрядных индикаторах слышали, наверное, все.
Кто-то покупает их готовыми, кто-то собирает самостоятельно — в принципе, ничего сложного в этом нет, но некоторых отпугивает необходимость паять мелкие детали и программировать микроконтроллер.
А если хочется собрать самому, но навыков пайки и программирования нет? Вот для таких этот набор-конструктор и предназначен.
Программировать, травить плату и паять мелкие детали тут не надо. В принципе, тут можно и вообще без паяльника обойтись.
Подробности — под катом.

Посылка приехала за 14 дней почтой Швеции.

Упакована в белую картонную коробочку.

Внутри коробочки — серый пакет.

А в нем — ещё один пакет, антистатический.

В нём — плата и набор жгутов. Газоразрядные индикаторы в комплект не входят.

Жгутов в наборе семь — шесть больших, по одному на каждую цифру, и один поменьше, для точек-разделителей.

Плата имеет размеры 110х45 мм.

В качестве микроконтроллера использован STM8S003F9P6.
Собственно часы, выполняющие счёт времени — DS3231. Термокомпенсация, по заявлениям производителя, позволяет обеспечить точность до 2ppm. Могут работать даже при отключенном общем питании схемы, для чего плата снабжена держателем для литиевой батареи типоразмера CR1220. Без неё плата тоже может работать, но после каждого включения время придётся ставить заново.
Управление индикаторами — статическое, анодных ключей нет. Катодными дешифраторами являются связки сдвиговых регистров HC595 c ключами ULN2003. Предусмотрено подключение шести индикаторов. Высоковольтный преобразователь реализован на микросхеме TPS40210.
В своём исходном состоянии плата рассчитана на работу с индикаторами ИН-1, ИН-4, ИН-8, ИН-12, ИН-14. Это определяется рабочим током индикаторов — для них вредна работа и на пониженных токах(происходит отравление катодов), и на повышенных(происходит распыление катодов с последующим осаждением металла внутри колбы). Для ламп ИН-2, ИН-16, ИН-17 сопротивление токоограничительных резисторов(обозначены красными точками на фото) необходимо увеличивать, для ИН-18 — уменьшать.

Сборка данного конструктора сводится к изготовлению корпуса, крепления в нем платы, поиску индикаторных ламп и подключения их к плате.
В качестве корпуса я использовал коробку от коммутатора LPT портов. Вот такого:

Вырезаем в одной из стенок весь металл между разъёмами, красим корпус в тёмно-серый цвет:

Образовавшееся в корпусе окно нужно закрыть чем-то прозрачным. Вырежем для этого светофильтр из оранжевого оргстекла:

Установочные размеры для тех, кто будет делать корпус на 3D-принтере:

В таком копусе как раз помещаются шесть индикаторов ИН-12. Эти лампы существуют в двух вариантах — ИН-12А и ИН-12Б, отличающихся между собой наличием в колбе дополнительного электрода-запятой у ИН-12Б:

Лампы снабжены жёсткими выводами для установки в панель ПЛ-31А(к некоторым панелькам прилагается ещё и прижимное кольцо с парой пружин, чтобы лампа из разъёма вообще никуда не делась). У меня эти панели есть, но в корпусе для них тесновато. Поэтому пришлось впаивать их в плату.
Ищем в запасах фольгированный текстолит, вырезаем из него заготовку:

Ищем чертёж с расположением выводов индикаторных ламп:

Размечаем, сверлим. Точность разметки здесь очень важна — при попытке затолкнуть лампу в монтажные отверстия силой она скорее всего треснет. Мне пришлось исправлять огрехи разметки дремелем.
Фольгу вокруг отверстий в текстолите можно просто разделить на изолированные одна от другой дольки
резаком из ножовочного полотна — дорожки малой ширины тут не требуются.
Зачищаем мелкой наждачной бумагой, промываем плату от образовавшейся пыли:

Впаянные индикаторы:

Примерка отдельных частей в корпусе:

Можно переходить к пайке и подключению жгутов. Они изготовлены из провода с заявленным сечением 28 AWG, изоляция не термостойкая. Длина около 20 сантиметров.
В жгутах для подключения основных индикаторов присутствуют по два чёрных и красных провода, что может внести некоторую путаницу при сборке.

Поэтому крайние правые красные провода я перед сборкой удалил. Всё равно они в схеме не задействованы.
Пайку каждого из жгутов, на мой взгляд, лучше начинать с черного провода от крайнего вывода. Он подключается к аноду индикатора — у ИН-12 это вывод 1, на панельке он пронумерован(как и все остальные), на самом индикаторе обозначен стрелкой на стекле:

Затем к следующему по часовой стрелке выводу 2 подключаем второй черный провод, к следующему выводу 3 — жёлтый и так далее по порядку(для индикаторов других типов нумерация выводов может отличаться, так что внимательно читайте их цоколёвку) со всеми индикаторами:

Тестовый пуск:

Потребляемый устройством ток не превышает 400 мА:

Как уже упоминалось выше, часы способны хранить время при отключении основного питания устройства.
Установка времени выполняется поочередным выбором нужного разрядка коротким нажатием кнопки SET и его изменением нажатиями кнопок UP/DOWN. Секунды не настраиваются, пятое нажатие кнопки SET выведет часы из режима установки времени.
Режим отображения времени можно переключать между 12- и 24-часовым коротким нажатием кнопки кнопки DOWN.
Также в прошивке устройства предусмотрены сон(гашение индикаторов на ночь, включается и выключается вручную долгим нажатием кнопки SET) и функция антиотравления катодов(перебирает последовательно все цифры, не отключается, но можно установить интервал от 1 до 9 минут после долгого нажатия кнопки UP. По умолчанию 1 минута, пользовательская настройка сбрасывается при отключении основного питания). Будильника в прошивке нет, но при наличии достаточного количества многопозиционных переключателей его можно реализовать аппаратно.
К малому жгуту я для проверки полярности подключил 4 одиночных неоновых лампы:

Измерения показали, что положительный потенциал имеется на коричневом, синем, жёлтом и красном проводах, необходимый для использования встроенных в индикаторы точек отрицательный — на фиолетовом, белом, зелёном и чёрном.
Так как рабочий ток точки меньше рабочего тока цифр, то для его ограничения в цепи были добавлены резисторы с сопротивлением 220 кОм:

Ещё один тестовый пуск:

Чтобы провода в корпусе не превращались в спагетти, свяжем жгуты вощёной ниткой:

Окончательная сборка в корпусе:

С закрытой крышкой:


В работе:

Вывод: на мой взгляд, довольно интересный набор для сборки человеком, не обладающим особым опытом. Не слишком навороченный, но собирается без особых сложностей. Для подарка вполне подойдет, хотя нынешняя цена, на мой взгляд несколько завышена.