2020-05-25
292
Для исполнения практической части данной курсовой работы разработан и реализован проект часов, использующих в роли «дисплея» - советские газоразрядные индикаторы (ИН-12, ИН-14, ИН-16).
Газоразрядный индикатор — ионный прибор для отображения информации, использующий тлеющий разряд.
Таких ламп, когда-то, было выпущено огромное количество, как у нас, так и за рубежом. Использовались они во многих устройствах, начиная от часов и заканчивая измерительной техникой. Но после появления светодиодных индикаторов лампы постепенно вышли из употребления. И вот, благодаря развитию микропроцессорной техники стало возможным создание часов с относительно простой схемой на цифровых индикаторных лампах.
По сути, этот тип ламп представляет собой неоновую лампу с несколькими катодами. Благодаря этому срок службы у газоразрядных индикаторов довольно большой. Кроме этого, одинаково хорошо работают и новые и б/у лампы (а часто б/у работают лучше). Без недостатков все же не обошлось — рабочее напряжение газоразрядных индикаторов больше 100 В
Итак, мы хотим сделать часы на их основе и ради простоты и максимальной доступности будем управлять индикаторами при помощи микроконтроллера в лице платформы Arduino, которая подключается к компьютеру по usb, и в нее по клику мышки загружается прошивка.
Между Arduino и индикаторами нам нужна еще некоторая электроника, которая будет раздавать сигналы по ногам индикаторов.
Во первых, нам нужен генератор, который будет создавать высокое напряжение для питания индикаторов (работают они от 180В). Этот генератор устроен очень просто и работает на индуктивных выбросах. Схема генератора представлена на рисунке. Частоту генератора задает шин-контроллер, при частоте 16Кгц на выходе из генератора получаем напряжение 180В. Но несмотря на высокое напряжение такой генератор очень слабый, так что о других его применениях думать не стоит – он способен только на тлеющий разряд в инертном газе.
Это напряжение (а именно «+») через высоковольтные оптопары направляется на индикаторы. Сами оптопары управляются микроконтроллером Ardoino, т.е. он может подать 180В на любой индикатор.
Оптопара - наиболее простая разновидность оптрона.
Оптрон — оптоэлектронный прибор, главными функциональными частями которого выступают источник света и фотоприемник, гальванически не связанные друг с другом, но расположенные внутри общего герметичного корпуса. Принцип действия оптрона базируется на том, что подаваемый на него электрический сигнал вызывает свечение на передающей стороне, и уже в форме света сигнал принимается фотоприемником, инициируя электрический сигнал на приемной стороне. То есть сигнал передается и принимается посредством оптической связи внутри электронного компонента.
Чтобы цифра на индикаторе засветилась, нужно подать на нее «землю» («-»).
Этим занимается высоковольтный дешифратор, советская микросхема К155ИД1. Он тоже управляется микроконтроллером Arduino, и может подключить к «земле» любую цифру индикатора.
Газоразрядных индикаторов у нас шесть, а дешифратор один. К тому же у одного индикатора есть 10 выводов, к которым подключается дешифратор.
Как же это работает?
На самом деле дешифратор подключен сразу ко всем индикаторам, т.е. ко всем их цифрам параллельно, и работа дешифратора и высоковольтных оптопар синхронизирована с помощью прошивки таким образом, что в один момент времени напряжение подается только на одну цифру одного индикатора, т.е. высоковольтные оптопары очень быстро переключают индикаторы, а дешифратор зажигает на них цифры.
Таким образом, человеческому глазу кажется, что все цифры горят одновременно.
На самом деле каждая цифра горит слегка больше 2мс, затем сразу включается следующая. Суммарная частота обновления шести газоразрядных индикаторов составляет около 60гц (т.е. кадров в секунду).
Учитывая инертность процесса, человеческий глаз никаких мерцаний не замечает.
Такой способ называется динамическая индикация, который имеет широкое применение и сильно упрощает электрическую схему.
Динамическая индикация — это метод отображения целостной картины путем последовательного отображения отдельных элементов этой картины.
Электрическая схема часов представлена на рисунке 9.
Рисунок 9 - Электрическая схема часов.
