IV-18(前苏联ИВ-18)荧光管电子钟【Energy Pillar.能量柱】【严泽远作品】

♂唯有→奋斗发布

一直以来,对金属质感的东西颇有些亲睐,但鉴于DIY金属外壳的难度,自从水晶城堡作品诞生以后,就没有打算在金属外壳设计上再投入大量的时间和精力。直到……

直到遇见IV-18荧光电子数码管以后,又开始了一轮新的折腾……的确,IV-18荧光管独特的外形、通透的管身,冷艳的色彩,让她与金属外壳搭配一定是完美的创作。于是,经过一次又一次的设计、修改、打样,一年多断断续续的制作,又一款电子管时钟作品诞生——Energy Pillar能量柱……


IV-18(ИВ-18)荧光电子数码管,上世纪80-90年代前苏联的产物,冷战时期曾大量制造并用于军事设备;冷战结束后,同其他海量的战争遗留物一起,被埋于地下,或被封存于冰冷的仓库角落。

第一次见到她是在英国的辉光钟爱好者Konstantin的网站上,国内见到应用这个管子的第一人是荆州老段(YeYuDo),第一次见到实物是在2011年年夏天。

国产YS-13/18以及前苏联的IV-11等不同的是,她一根管内嵌入了8个7段数字,并且每个数字右下角都有小数点,在管子的左侧,还有一个表示负数的短横线,在短横线上面还有一个较大的圆点符号。

原版俄文说明书:

主要参数如下:

下面来两张正面和背面的裸照:

在背面清晰可见灰黑色的消气剂,以及管子型号和生产年月。

IV-18荧光管共有22根管脚,其中有3根管脚无任何连接,实际使用的有19根管脚,管脚定义见下图:

其中三根未使用的管脚进入管子内部以后,没有任何的电气连接,用肉眼即可分辨出来,见下图:

与一般的电子管一样,IV-18荧光管内部是真空,所以也有一个抽气口,但是她的抽气口做过处理,没有锋利的尖尖,而是平头,这样不容易被碰碎导致漏气,请见下图:

IV-18荧光管内部有两条灯丝,两条灯丝并联,贯穿于头尾之间。

灯丝很细,每根灯丝由顶部的一个很细的拉力弹簧来牵引,平行穿越每一个数字面前。

IV-18荧光管最独特的地方在于她的基板,与IV-11/22不同,IV-18的基板是一片透明的玻璃板,用于显示数字比划的每一段,以及连接每一个段的线路,均紧贴在玻璃板上;而每一个数字的栅网非常细腻,嵌在玻璃基板板两侧,浮于数字前端,通过玻璃基板被面的连接线连接到每一个管脚。

我们由此可以看出,整个荧光管的电气特性有点类似于我们当今所使用的LED数码管模块,必须采用动态扫描方式来驱动,因为她的每一个段都是连接在一起的,通过依次给每一个数字位的栅极通电来选择当前显示的位,然后给7段数字线条通电,来显示一个数字,依次快速动态刷新,来完成8个数字的显示。

具体的细节图请见照片:

看到这些细节,无不让人感叹一下前苏联在80-90年代的加工工艺;但当初从乌克兰费尽周折求到的一箱IV-18荧光管,却逃脱不了暴力物流带来的厄运,记得YeYuDo当初也中枪了,碎了10几根,不过我这次是躺着也中枪……….60多根哇 :((((((((((((((( 无不让人惋惜……

Energy Pillar能量柱 三围:

能量柱整个外形呈长方体,最大长度20cm、宽度52mm、高度64mm,重量350g。

中间最长的那根合金铝棒长度为90mm,稍宽于IV-18荧光管的显示区域,整体比较协调。

与iPhone5的合影:

和客厅的蓝光机合个影:

Energy Pillar能量柱 功能:

老生常谈了,依旧还是时钟,虽然只是一个时钟,看似简单,但随着对设计的深入,这个简单的计时工具却有着很多需要注意的细节。

结合之前的一些时钟作品的设计经验,这次进行了一些功能上的调整和改进,具体说一下吧:

1、  实时时间显示

显示时间是时钟的基本功能之一,能量柱能够同时显示时、分、秒,并且小数点会按照2Hz的频率闪烁;时间显示格式支持12H/24H两种,并且根据美国和欧洲的使用习惯不同,提供Leader Zero ON/OFF功能设置。

2、  实时日期显示

日期显示也是时钟的基本功能之一,能量柱能够同时显示年月日,并且显示年月日时,数字之间有短横线作为区分;而且能量柱支持农历显示哦;农历日期无需设置,能根据设置的公历日期自动计算;并且,日期格式支持YY-MM-DD/YY-DD-MM/DD-MM-YY/MM-DD-YY四种格式,满足世界各国的使用习惯;

3、  室内温度显示

采用了DS18B20温度传感器,时钟能够显示当前的实时温度,温度格式支持摄氏度/华氏度两种显示方式。DS18B20是集成在电路板上的,这里为了减小电路板上的元器件发热通过铺铜或者PCB板本身将热量传导给DS18B20造成测量不准确,这里单独做了一个处理工艺,将焊接DS18B20的PCB部分单独与主板割开,只留一条狭长的小板承载DS18B20,避免其受到PCB板热量的影响,并且狭长的小板并没有铺铜,避免铺铜将热量传导至DS18B20的管脚导致温度测量不准。

4、  日期、温度自动循环显示

日期和温度可以按照设置的时间间隔交替显示,并且时间/日期交替显示的时间间隔可独立设置,可只设置时间/日期交替显示,也可以只设置时间/温度交替显示,还可以设置时间/日期/温度三个内容交替显示;

5、  红外线遥控功能

能量柱主体设计简洁,无任何按键,所有的设置和操作均通过红外线遥控器进行。遥控器依旧是与我其他作品通用的超薄遥控器,使用方便。通过这么多作品的磨合,遥控器的人性化操作方面也一直在优化。

6、  八级亮度设置.可自动调节亮度

内置8级亮度调节功能,可设定在固定的亮度,还可以设置为Auto亮度功能,时钟可以根据环境光线的强弱自动调节显示亮度。在设计LED时钟的时候,很多朋友说最低亮度级别还是比较亮,这次设计亮度级别时,最低亮度绝不会在夜间影响你的睡眠;

7、  两组闹铃功能

支持两组闹钟,并且每一组闹钟可独立打开或关闭。闹钟时间到以后会发出四短声闹铃声,闹铃持续1分钟。闹铃响起后,按遥控器任意键即可关闭闹铃。

8、  计时器功能

曾经有很多朋友向我建议增加这个功能,这次也搬了上来,最长支持23小时59分59秒的倒计时提醒功能。

9、  支持GPS校时功能

本次改进了GPS校时功能,以前的作品总是在固定某一时刻启动GPS同步功能进行校时,这次的GPS校时为实时同步。只要GPS保持与卫星同步,一旦发现星历与本时钟时间有1s以上的误差,将立即更新当前时钟的时间和日期,保证时钟时间与卫星时间误差控制在1s以内。并且,为了支持多种不同种类的GPS,本次在菜单里还提供了波特率设置功能,可以支持4800bps/9600bps/19200bps/38400bps四种通讯速率的GPS。电路板的GPS接口为RS232接口,如果GPS为TTL电平接口,可将电路板上的RS232-TTL电路跳过即可,方便实用;而且,在时钟菜单里,还支持当前GPS连接状态的显示,未连接GPS时,时钟会显示No GPS,有GPS连接,但GPS并未与卫星连线时,时钟会显示Search,当成功连线后,时钟会显示On Line。

10、              支持UTC(国际协调时间)设置

UTC又称协调世界时,时钟菜单支持当前城市相对于GMT(格林尼治标准时间)的时差设置。例如北京的UTC为GMT+8,设置完毕以后,每次GPS同步时,时钟会根据该设置自动换算当地时间。

11、              按键音打开/关闭功能

很多朋友对我之前的一些作品提出过建议,建议增加按键音的开关选项,避免在晚上想查看温度,或者闹钟的时候,按键音影响老人或孩子的睡眠,此次增加了该功能,可通过菜单设置按键音的打开或关闭。

12、              定时开机/关机功能

定时开机和关机功能是从我的IN-14辉光钟作品上继承下来的一个实用的功能。为了延长电子管的使用寿命,我们可以讲时钟设置为夜间或者白天外出上班的时间内自动关机,等到天亮或者下班后自动打开,并且在关机状态时,电子管是处于完全断电的状态,尤其是IV-18荧光管的灯丝,将关闭灯丝电源,延长荧光管寿命。在进入关机时间段的时候,时钟会显示Auto OFF三秒钟,提示当前时钟进入了自动关机状态,在自动关机状态下,按遥控器任意键,时钟会立即开启,并显示当前时间,3秒钟以后自动恢复自动关机状态,并提示Auto OFF。并且在自动关机状态下仍可以进行查看日期、温度、闹钟设置等功能,并且可以进行功能设置,可正常打开设置菜单。

13、              正/倒置自动切换功能

由于IV-18荧光管几乎是对称的,所以延续了我LED时钟作品的特点,支持正放和倒放,均能正常显示。

下面SHOW一下部分菜单及界面的显示内容:

Energy Pillar能量柱 结构设计:

IV-18荧光管属于细长型,管身通体透明度很高,但总体感觉比较单薄,所以在设计外壳的时候,对这个管子的保护尤其重要。

外观借鉴了美国的一位DIYer: Jason的创意,当然也通过E-mail得到了他的允许。

整体外壳结构力求简单大方,并没有太多的修饰;主要结构件全部采用6063合金铝材料,铝棒采用了抛光处理,然后进行铝本色氧化;

铝板采用CNC数控加工中心加工,并进行双面拉丝处理,也进行了铝本色氧化;氧化后的合金铝材表面抗氧化、耐磨,效果不错;

电路板位于一侧,垂直于IV-18荧光管,面积不大,只有58mm x 50mm,外围用冲孔网板包裹,隐藏起来;

冲孔网板采用0.5mm厚的金属板经过精密冲床加工,网孔分布均匀,然后用数控折弯机折弯,接口采用点焊机焊接以后喷黑色亚光漆做表面处理,整体搭配起来很协调;为了对称,在另一端也采用了同样的网孔板包裹;

网板框框内部的结构连接采用的是M5的铜柱,电路板也是靠几颗铜柱来支撑连接,后面将会介绍这种连接方式。铜柱结合外径10mm的尼龙垫片,能恰好支撑固定黑色网板框框。

长铝棒和短铝棒之间均夹了一片X形状的合金支撑铝板,铝棒和铝棒之间采用的是一颗M5的机米螺丝连接,机米螺丝又称无头螺丝/紧定螺丝,两头均可拧进丝扣中,所以两个铝棒均攻丝以后,可以通过机米螺丝相连起来;并且在铝棒和铝板连接处,特意将铝棒车掉薄薄一层,套上一个丁晴橡胶圈,予以点缀,与黑色网孔框相映衬;

由于冲孔网板框框是黑色,所以最外侧的D形状的合金铝板,采用了8颗黑色滚花杯头12.9级合金内六角螺丝固定,整体感觉厚重,与黑色网板框框颜色协调呼应;

与我的其他作品一样,在制作样件之前,都采用Solidworks建一个三维模型,这样能够直观的看到最终效果。每一种结构件模型建立以后,能方便的进行空间移动,整体协调以后,直接出工程图纸,每一个零配件图纸确定之后剩下的就交给加工厂来进行打样了。

整个过程看似简单,但在制作过程中,遇到了各种各样的问题,为了这件作品,仅驱车前往深圳、东莞、珠海寻找和考察加工厂、沟通和制作样件就来回跑了不下500公里。例如铝板是冲压还是CNC雕刻,出来的截面效果完全不同;不同型号的铝材,在氧化以后的效果完全不同;铝棒抛光以后变形、冲孔网版折弯后不平整等等细节,在一开始做的时候总是无法让我满意…亦许是我的要求太高?亦许是加工厂根本没把我这点儿东西当回事儿……总之,为了把作品做到尽可能的完美,代价不菲!

先SHOW一下最初的三维模型:

三维模型确定以后,所有零部件的配合均达到了理想的设计初衷,剩下的就是把这些零部件工程图导出来,开始制作样件。

支撑用的合金铝棒直径为10mm,开始制作样件之前,去淘宝买了一些铝棒,由于对铝材的标号并不熟悉,买了5052的10mm直径实心铝合金棒棒,然后拿到加工厂进行加工。因为铝棒原料买回来以后,表面惨不忍睹,有很多坑点、划痕和氧化过的痕迹,所以必须先整体过一刀,车掉约0.2mm,然后再在两头钻孔、攻丝。

刚开始的时候计划用M4的螺丝来固定两端,后来发现M4的螺丝太细,杯头内六角螺丝的螺丝头和铝棒比起来显得头小身子粗,后来又重新做了样品,将两边的固定侧板的螺丝改为了黑色12.9级杯头滚花内六角螺丝,加工好以后,又送到电镀城,找表面处理的工厂。后来没想到5052的铝氧化出来以后,表面水波纹严重,并且有梅花点点……看来术业有专攻,这里面真的有不少学问;而且(请允许我抱怨一下)每次为了几个样品件儿,去找加工厂,被人拒之门外是家常便饭,碰到一些含蓄的,直接要个天价……你懂的!

合金铝棒样品做了很多种表面处理工艺,抛光、拉丝、喷砂、后来还是觉得抛光氧化处理后的金属质感最强,最终的铝棒均采用了抛光氧化处理工艺,看一下样品制作期间的一些照片和最终的效果:

除了合金铝棒以外,就是支撑用的合金铝板最重要了。

铝板共设计了三种形状,最外侧的是矩形外框,D型内框,我称之为D件;

中间的合金铝板是矩形外框,O型内框,我称之为O件;

D件和O件中间夹的是黑色网孔框框,也就是电路板所藏的地方;

在黑色网框外部15mm的位置,又放置了一片合金铝板,X型外框,我称之为X件;

这三件合金铝板在最初把工程图出出来的时候,首先先拿亚克力板做了实验,激光切出来以后看了一下实际的效果;后来又让群里的朋友(点点x)用雕刻机雕了十几二十片样板(在此表示感谢),当然,只是最初的样子,精度、表面处理工艺就无法强求了,虽然有点惨不忍睹,但毕竟已经见到了基本的样子;

SHOW一下当初的样件照片:

最终确定好尺寸和厚度以后,找了一个CNC加工中心,做了几片精密样板,然后找了专业的表面处理加工厂,和铝棒一样,做了几种表面工艺:拉丝、喷砂等等。

SHOW一下CNC样件照片:

与铝棒不同,合金铝板是一个平面,还是有些纹理比较有质感,所以后来放弃了抛光和喷砂工艺,选用了拉丝铝氧化工艺;并且拉丝的方向与桌面平行,也就是与矩形铝板的短边平行,氧化后的效果整体看起来还不错,只是加工厂方面说铝板实在太小,中间又被掏空,不是很好处理,拉丝比较粗,如果能够再细腻一些,就更加完美了;

SHOW一下CNC加工的过程:

首先是整块6063的合金铝板:

由于铝板太薄,只有2mm厚,而且铝材又比较软,用夹具一夹就容易变形,所以铝板在上机的时候很麻烦,需要用胶粘在工作台上:

其实是用CNC数控加工的成本很高,但是为了使合金铝板的截面能够平整,这是最好的的加工方式了。试过冲压,看了一些2mm合金铝板冲压的截面,总是有一侧有点弧度,另一侧有一些毛刺,截面跟用牙啃过一样。也试过激光切割,但是激光切铝材的成本比CNC高出太多,而且金属激光雕刻机切割铁板哪怕是不锈钢板都比切割铝板价格要低很多,因为铝屑是银色,会反光,很伤激光头,而铁或者不锈钢板则不会,并且看了激光切割的铝板截面,也没有想象中那么平整光亮,只是精度很高。

下面开始雕刻:

最终加工出来的毛坯:

经过表面处理以后:

最曲折的是黑色网孔框框…为什么说曲折?原本我认为很简单的一个东西,却没有一家厂家能完成整个制作……做冲孔网板的只做冲孔板,然后还得找机加工厂家进行落料、冲孔、折弯,最终表面除锈和喷漆还得专门找一个厂子。

为此跑过很多地方,做冲孔网板去过几家本市的筛网厂,还曾经为了核实一下厚度及孔径被人白了一句:“就这点儿东西我还至于骗你#@$&@!@^%%*?” 唉,最糟的是折腾样板的时候手还被锋利的钢板深深的划过,算是付出过血的代价…

在最初阶段,工程图出来以后,还并未见到实际的效果,选了几种网孔板,0.8mm直径、1.0mm直径、1.5mm直径和2.0mm直径等等,后来见到实物后,最终选用的是1.5mm直径的梅花形排列。先用冲孔网版做了两个手工样件,由于未确定最终尺寸,所以没有开冲压模具,采用的是激光切割工艺,切了几个样件(同样是好话说尽死皮赖脸的找人家加工,调一次激光切割机花十几二十分钟,两个样件完成不到20秒)。在尺寸确定以后,开了两套模具,才出来了几套正规的样品,还好,一次成功,与接口完美匹配,这一切,还要得益于最初的SolidWorks三维模型;

整个黑色网板框框的制作需要经历 铁板冲孔->成型落料->折弯->碰焊->除锈->喷漆 六个工序,和我们常见电脑机箱前面的散热网孔差不多,但真没想到如此折腾…折腾就折腾点儿吧,生命在于折腾……

SHOW一下最初的激光切割的手工折弯的样品,和最终成型的样品合影:

左右两个黑色网孔框框其实有所不同,藏有主板的网孔框框后面有两个插座要开孔,一个是MiniUSB的方孔,一个是GPS接口的圆孔。

SHOW一下完美的开孔效果:

合金铝棒,合金铝板,冲孔网版框算是整个能量柱外壳结构最重要也是折腾时间最长的部分了;剩下的一些标准间相对来讲比较容易觅到。但是有三种M5铜柱实在不是常用的长度,无奈之下也是定制货,MOQ=1K…….. ;(

SHOW一下整个金属结构部分的配件全家福:

Energy Pillar能量柱 电路板设计:

电路板分为两块,一块主板,尺寸58mm x 50mm,双面板,单面贴片焊接,几乎所有的器件都是贴片封装,主要的升压电路、MCU、DS3231时钟芯片、锂电池、灯丝电源控制、RS232-TTL转换电路等等都在这块主板上;一块子板,尺寸58mm x 32mm,双面板,上面焊接的是荧光管驱动芯片MAX6921,还有红外线接收头;

PCB依然延续我的作品的设计风格:蓝色基板、白色标识、沉金工艺…

设计的时候,我将两片电路板拼在一起,并留了工艺边,绝大部分器件可以直接上SMT贴片机进行自动化焊接,只剩下GPS插座、蜂鸣器、光敏电阻、排针、母座、DS18B20、红外线接收头、水银开关还有IV-18这9种直插的器件需要手工焊接一下。

SHOW一下PCB空板:

SHOW一下贴片机焊接完成后的成品板的裸照:

主板和子板通过一个2x6pin的排针和母座相连接,板与板之间间距恰好为11mm,所以主板和子板正好通过3颗11mm长的铜柱支撑并固定,固定用得螺丝也选用的是滚花杯头不锈钢内六角螺丝;

SHOW一下组装在一起以后的效果:

IV-18荧光管焊接在子板上,焊接的时候需要注意一定要垂直于电路板,不然安装好以后荧光管会与外壳的铝棒不平行,影响美观;

在整个电路板设计过程中,也遇到过种种问题,由于电路板比较小,面积有限,一共改过3次板;

刚开始的时候还在子板上增加过RGB LED以及RGB控制电路。后来发现效果的确没有想象中那么完美,IV-18荧光管太长,从一侧照射过来的光线到不了另外一侧,不对称,所以后来又取消了;

在最初的电路设计中,没有加入亮度自动调节用的光敏电阻,在灯丝的处理上也略显不足,所以来来回回折腾了好几次。

SHOW一下历次设计时的样板:

电路设计方面并不复杂,几乎没有什么技术含量,都是非常简单的典型应用。且本人没有催毛求疵的心态,只求整个电路运行稳定可靠,PCB布局合理,器件尽量的少;整个电路由升压电路、MCU主控、RTC模块、VFD驱动、外围及接口器件这几部分组成。

升压电路部分使用的还是廉价并经典的MC34063做高压升压,外扩了MOS管IRLR024,升压效率大幅提高,而且MC34063、电感、MOS管一点也感觉不到温度;IV-18的推荐工作电压为45v-70v,经过测试发现工作在49v的时候效果最佳。

下面是升压部分的电路原理图:

RTC模块依旧采用了内置温补晶振的DS3231SN高精度时钟芯片,配置CR1220锂电池,能确保断电3年内开机不用重新对时;

DS3231SN就不多介绍了,400k高速IIC接口,在0℃至40℃的工作温度范围内能提供±2ppm的输出精度;

有些朋友总是抨击DS3231SN,说它贵的不值,自己用DS1302都可以做到一年误差几秒钟云云,个人在这里不做评论,只是想说:

同样的RTC芯片,不同的外围电路,工作的状态截然不同;

同样的RTC芯片,同样的外围电路,不同的PCB布线,工作状态截然不同;

同样的RTC芯片,同样的外围电路,同样的PCB布线,不同的工作环境,工作状态截然不同;

本次选用的荧光管驱动芯片选用的是美信的VFD专用驱动芯片MAX6921,它有20个输出端口,恰好满足IV-18荧光管的需求,段和位选输出电压能够高达76V,外围只需几颗电容,无任何其他器件,并且仅需4根通讯线连接MCU进行串口通讯控制。

 

应用电路见下图:

MAX6921有3种不同的封装,TSSOP/PLCC/SOP,这里采用的是MAX6921AWI,是Wide SOP28脚的封装,其实它还有一种非常小的TSSOP28脚的封装,从美信申请了5片回来,但是由于市场上几乎买不到这种小型的TSSOP28封装的MAX6921AUI,所以焊盘还是按照SOP28的封装来绘制的,并且空间恰恰好够,不影响整体布局;

 

SHOW一下子板上的驱动芯片:

整个时钟供电采用的是MiniUSB接口,也就是DC5V的输入电压。

最大亮度情况下的工作电流为220 mA,最大功率 1.1 W,一天24小时工作算下来136天耗1度电。

任何一种带有USB接口供电的设备或者USB接口的电源适配器,都可以给她供电。

除了这几个部分以外,外围还有一个红外线接收头,一个蜂鸣器,一个简单的RS232-TTL转换电路(单向接收232信号仅需一颗三极管一颗二极管和一颗电阻),还有温度传感器DS18B20,都是常用的器件,不是啥稀奇东西,在这里就不罗嗦了。

整个电路板是藏在时钟主体右边的黑色网孔框框内的,主电路板四个孔的孔距与合金铝板外壳的孔径一致,靠8颗不同长度的M5铜柱与合金铝板平行固定在一起。

SHOW一下设计效果:

Energy Pillar能量柱 软件设计

主控选用的依旧是STC12C5628AD,LQFP32封装,体积比较小,而且内置EEPROM,可以用于存储所有的菜单设置。

DS3231SN的读写程序实在是太经典不过了,把它封装成程序模块,每次在其他项目中直接定义扩展函数就可以了,在这里贴出来源码,使用STC芯片的朋友改一下I/O定义即可。

下面是DS3231.c文件的源码:

/****************************************Copyright (c)**************************************************
**				
**	项目名称:			IV-18 VFD Clock
**	文件名称:			DS3231.c
**	模块功能:			实现DS3231SN的全功能控制
**
**------------------------------------------------------------------------------------------------------
**
** 	创 建 者:			严泽远
**	E-mail  :			yanzeyuan@163.com
**	QQ		:			6626209
**	Mobile	:			18602007878
**	创建时间:			2011-02-02
**	版    本:			v1.0.0
**	描    述:			基础程序
**
********************************************************************************************************/

#include				//加载STC12C5620AD.H头文件
#include						//加载Define.H头文件
#include//加载DS3231Variable.H头文件

/********************************************************************************************************
** 	全局常数定义
********************************************************************************************************/
bit	ack;							//应答标志位

/********************************************************************************************************
** 	函数名称:			BCD2HEX(uchar val)
**	功能描述:			BCD转HEX
**	入口参数:			val:BCD码
**	创 建 者:			严泽远
**	创建时间:			2011-01-25 20:33
**	版    本:			v1.0.0
********************************************************************************************************/
uchar	BCD2HEX(uchar val)
{
	return	((val>>4)*10)+(val&0x0f);
}

/********************************************************************************************************
** 	函数名称:			HEX2BCD(uchar val)
**	功能描述:			HEX转BCD
**	入口参数:			val:HAX码
**	创 建 者:			严泽远
**	创建时间:			2011-01-25 20:34
**	版    本:			v1.0.0
********************************************************************************************************/
uchar	HEX2BCD(uchar val)
{
	return	(((val%100)/10)<

下面是DS3231Variable.h文件的源码:

/****************************************Copyright (c)**************************************************
**				
**	项目名称:			YS18-3 Clock
**	文件名称:			DS3231Variable.h
**	模块功能:			全局变量定义
**
**------------------------------------------------------------------------------------------------------

** 	创 建 者:			严泽远
**	E-mail  :			yanzeyuan@163.com
**	QQ		:			6626209
**	Mobile	:			18602007878
**	创建时间:			2011-02-02
**	版    本:			v1.0.0
**	描    述:			基础程序
**
********************************************************************************************************/

/********************************************************************************************************
**  I/O接口定义
********************************************************************************************************/
sbit	SCL			=	P2^7;		//DS3231数据接口
sbit	SDA			=	P2^6;		//DS3231数据接口

/********************************************************************************************************
** 	DS3231常数定义
********************************************************************************************************/
#define DS3231_WriteAddress 0xD0    //器件写地址 
#define DS3231_ReadAddress  0xD1    //器件读地址

#define DS3231_SECOND       0x00    //秒
#define DS3231_MINUTE       0x01    //分
#define DS3231_HOUR         0x02    //时
#define DS3231_WEEK         0x03    //星期
#define DS3231_DAY          0x04    //日
#define DS3231_MONTH        0x05    //月
#define DS3231_YEAR         0x06    //年
//闹铃1            
#define DS3231_ALARM1SECOND 0x07    //秒
#define DS3231_ALARM1MINUTE 0x08    //分
#define DS3231_ALARM1HOUR   0x09    //时
#define DS3231_ALARM1WEEK   0x0A    //星期/日
//闹铃2
#define DS3231_ALARM2MINUTE 0x0b    //分
#define DS3231_ALARM2HOUR   0x0c    //时
#define DS3231_ALARM2WEEK   0x0d    //星期/日

#define DS3231_CONTROL      0x0e    //控制寄存器
#define DS3231_STATUS       0x0f    //状态寄存器
#define BSY                 2       //忙
#define OSF                 7       //振荡器停止标志
#define DS3231_XTAL         0x10    //晶体老化寄存器
#define DS3231_TEMPERATUREH 0x11    //温度寄存器高字节(8位)
#define DS3231_TEMPERATUREL 0x12    //温度寄存器低字节(高2位)

MAX6921的通讯过程与大多数串行数据通讯时序一致,仅需DIN, CLK LOAD三个通讯接口,下面是时序图:

MAX6921一共有20个输出端口,所以串行数据共20bit,即D0-D19,不过在这次的应用中,只需要控制IV-18荧光管的9个栅极和8个阳极,所以一共只需要17个bit数据即可。

根据原理图可以看出,17个bit对应的D9-D16共8bit为动态扫描某一时刻的8个阳极状态,D0-D8共9bit为动态扫描某一时刻的栅极状态,所以仅需要在一个定时器中断里不停的与MAX6921通讯,进行动态扫描即可。

在这里选用了STC12C5628AD的定时器0中断,并将定时器溢出时间配置为10us,共使用8个栅极(未使用IV-18荧光管最左边的符号位),8次扫描为一个周期,每次将相应的栅极和阳极数据传送至MAX6921即可,代码很简单:

i=17;					
for(;i>0;i--)
{
	DIN = Tmp&0x0001;	_nop_();
	CLK = 1;			_nop_();
	CLK = 0;			_nop_();
	Tmp>>=1;
}		
LOAD	=	1;	_nop_();
LOAD	=	0;	_nop_();

Energy Pillar能量柱 靓照

先来一组射灯下的感觉:

再来一组5500K三基色灯下的感觉:

SHOW一下原型样件组装的样机和最终完美工艺组件组装的整机合影:

与德国Nixie大师Dieter的IN-18辉光钟合影:

与我的IN-14黄金纪念版辉光钟合影:

DIY套件BOM清单 (中文):

http://pan.baidu.com/s/1kUxE75P

IV-18 VFD clock kit BOM list (English):

http://pan.baidu.com/s/1kUolhht

DIY套件电路部分组装说明文档:

http://pan.baidu.com/s/1skwMwbV

Assembly instructions for electronic parts:

http://pan.baidu.com/s/1pKymvsn

IV-18荧光电子管时钟使用手册(中文简体):

http://pan.baidu.com/s/1c0LZgDa

IV-18荧光电子管时钟使用手册(中文繁体):

http://pan.baidu.com/s/1kUp7ce7

User manual of IV-18 VFD clock:

http://pan.baidu.com/s/1eRzkEhs

DIY是一种享受,享受的是过程,更是结果……
========================================================
作者:严泽远
E-mail: yanzeyuan@163.com
Website: https://www.nixieclock.org
QQ:6626209
2012-01-25


♂唯有→奋斗

☑男性☑80后☑已婚☑没大房☑没好车☑没钱☑没工作☑没......

62 条评论

XANA · 2013 年 2 月 9 日 上午 1:23

又看到了老严的作品。这次和以往不同,是金属风格的。氧化铝的外观超级好看!听说价格十分的和谐。不知最终价格如何?
强烈要求做个高端一点的遥控器。例如沉金PCB+电容触摸按键的遥控。

头目 · 2013 年 2 月 9 日 下午 2:48

哈哈哈哈 笔筒

FUCK XANA · 2013 年 2 月 9 日 下午 2:48

期待很久的作品。。。。。。。。。。。。。。。。

大爱。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

再次崇拜一次博主。。。。。。。。。。。。。。。

soso_lxy · 2013 年 2 月 9 日 下午 2:53

淫蛋这厮全新力作!全力支持!第一个是我的哦!

williams · 2013 年 2 月 9 日 下午 7:37

新年快乐!艺术品太漂亮了!请教一下,您网站右上角的翻译工具是自动翻译的还是手工翻译的,用的什么插件?谢谢。

SJMP · 2013 年 4 月 6 日 上午 11:02

好讚ㄚ 看了版大的文章 真讓人熱血沸騰 感謝分享囉 收集一個放在家裡典藏

Manin · 2013 年 5 月 15 日 上午 11:09

That´s awesome! Not only the design, but the features you put on this clock are breathtaking. Congratulations! By the way, are you intended to share the source code? Thank you!

    ♂唯有→奋斗 · 2013 年 5 月 24 日 上午 11:08

    It’s my pleasure that you like my design, but sorry I don’t have such a plan to open source yet.

race2fly · 2013 年 5 月 24 日 上午 10:40

好可惜,中间走了不少弯路。
最终的成品真漂亮.
下次做金属加工可以考虑taobao店,一般会接零活,打样用

    ♂唯有→奋斗 · 2013 年 5 月 24 日 上午 11:09

    是的,走了不少弯路。
    我也考虑过找淘宝店加工,但是淘宝店的价格是工厂价格的N倍,打样倒是没问题,但是打样如果OK,也就意味着批量就没法换厂家了,所以,价格是首要考虑的。

      race2fly · 2013 年 5 月 24 日 下午 2:56

      你想的有点错误,淘宝价格贵点就当打样,这个样品那去工厂让他照做就好了。
      另外,铝板加工的时候是不是没给你倒角? 90°的铝边很咯手的。

        ♂唯有→奋斗 · 2013 年 5 月 24 日 下午 4:04

        不是我想的有些错误,而是事实如此。每个工件,我都用Solidworks出3D效果图,如果打样仅仅为了验证尺寸和效果,那么根本不必。打样的目的就是要看厂家的加工工艺和精度等是否符合我的要求,如果这家打样OK了,我再让别的家做,一样还需要别家先给我打样,因为每家的生产设备不同,工艺手段不同,生产出来的东西千差万别,这个在我做其他产品(非DIY作品)的时候领教的太多了。珠三角机加工的厂家尤其是作坊多如牛毛,但价格和质量良莠不齐。铝板加工这个大家都会提到倒角的事儿,但是,如果做倒角或者高光这一个工艺,可能费用就和我做目前这个整片的费用相当,因为我这个边不是规则的,有圆角,有直边,我考虑过,也问过很多厂家,后来因为成本的问题,没有做,现在这个状态我觉得还可以接受,不然价格我觉得就有点离谱了,最重要的原因是,我的量不大,也就100-200套而已,如果是几KK的单,我相信能便宜的一塌糊涂,哈哈!

          race2fly · 2013 年 5 月 24 日 下午 5:05

          详细的看了一下图,发现你的设计中确实有倒角。加工厂太偷懒了,延边走一圈刀的事,刀头都不用换。套件自由度更高些如何?机加工的外壳和基础硬件分开?

          其他的也无语了。做的真辛苦。

race2fly · 2013 年 6 月 8 日 下午 4:29

关机以后每隔一段时间会亮起Power OFF字样,能不能改成亮起当前时间…

Juan · 2013 年 7 月 30 日 上午 11:43

看完整个网页,很感动~!很喜欢认真做事的过程。很漂亮的结果。不知道楼主能否介绍几个铝合金加工的厂商,最近自己有个项目需要。

Roland Castro · 2013 年 8 月 19 日 上午 12:20

Dear Mr YanZeyuan,
I just got the IV-18 VFD Tube Clock yesterday. I was able to put the kit together very in about 3 hours, taking my time to fully understand the build process. I was easy and very satisfying and the clock itself buaetifully crafted with all the components meticulously laid out to function together.

How do I obtain the optional GPS module?

Also, are there more of the clock kit for sale? I’d like to put together one for each of my children.

Thank you for putting together such a piece of art.

Cheers,

Roland

    ♂唯有→奋斗 · 2013 年 8 月 19 日 上午 11:03

    Hi Roland,
    Congratulations you made it.
    If you need the GPS receiver, only 56USD and free shipping if you purchase it with my clock or clock kit.
    The GPS is the same as that in pictures.
    I provide IV-11 VFD tube clock kit with wooden case also, it’s a beautiful clock kit too, all THT components, you will find the experience fun with it.
    Check the PCB board here:
    https://www.nixieclock.org/?p=78
    And the wooden case here:
    https://www.nixieclock.org/?p=243
    Any questions let me know.
    Thanks.
    Yan.

Roland Castro · 2013 年 8 月 26 日 上午 1:25

Where can I buy GPS unit?

    ♂唯有→奋斗 · 2013 年 8 月 26 日 上午 9:02

    If you need the GPS receiver, I can provide it, only 56USD including shipping, please send the payment to my paypal account: 6626209@qq.com.
    Thanks.

DarkLamP · 2013 年 9 月 5 日 下午 10:52

能量柱真是太赞了,简直是完美之作!
这个能量柱的寿命有多长呢?用动态扫描方式是不是比静态扫描寿命要短呢?

    ♂唯有→奋斗 · 2013 年 9 月 6 日 上午 12:10

    呵呵,谢谢!
    这个IV-18的荧光管是上世纪90年代的工艺,前苏联制造,寿命大概在3-5年左右。
    这个扫描方式是管子本身决定的,他只能用动态扫描方式驱动,我们目前使用的大部分显示设备都是动态扫描,跟寿命没太大关系的!

ortsac · 2013 年 10 月 8 日 上午 8:20

Hi,

Do you have a distributor here in the USA? I want to buy more of your clocks to build and give as gift to my family for Christmas. It seems that even in e-bay it’s hard to get them and and it takes two weeks to ship them here in Los Angeles.

Anonymous · 2013 年 10 月 22 日 上午 2:34

Original design: http://www.vonnieda.org/tc18

    ♂唯有→奋斗 · 2013 年 10 月 22 日 下午 1:57

    Hi cyics, you should not abuses me, I could have ignore your mania, but I think I need clarify the situation.
    The housing of this clock was designed by John, and I contact with him about 2 years ago and obtain such approval to use it, also, I declared the housing designer is John Pfeiffer in my blog post, and I realized by myself.
    But beyond that, all circuit and software are all designed by myself, I use MC34063A for DC-DC convertor, STC12C5628AD for micro-controller, I programmed IR remote controller…
    So, I forgive your reckless behavior.

アディゼロ 匠 戦 · 2013 年 11 月 13 日 下午 3:20

アディゼロ シューズ アディゼロ 匠 戦 http://www.gyugeqwe.com/レディースシューズ-パンプス-ミュール-fi-3_24.html

Evert Caarels · 2013 年 11 月 26 日 下午 7:35

Dear Sir,

Is it possible to fade and fade out the digits from a VFD-tube. If so can You program it in the PIC.
Looks nicer I think.

Kind regards,
Evert Caarels

kongmeng · 2014 年 2 月 6 日 上午 12:40

求骨架尺寸!

    ♂唯有→奋斗 · 2014 年 2 月 6 日 上午 1:02

    外形尺寸 长200mm 宽52mm 高64mm 荧光管长度115mm 直径18mm

Evert Caarels · 2014 年 3 月 22 日 上午 7:34

L.S.,
Ik zou graag nog een Energy Pillar klokje in elkaar zetten. Heb er nu een die door iedereen bewonderd wordt! Omdat ik het een heel leuk object vind. Hoe ga ik te werk. Graag betaal ik vooraf de kosten.
Hartelijke groet,
Evert Caarels.

玩风快乐 · 2014 年 5 月 19 日 下午 9:04

楼主你真是动手达人,电子技术与软件工程的高手!佩服得五体投地!!一定入货支持!!!

玩风快乐 · 2014 年 7 月 8 日 上午 10:07

两个能量柱入手,太喜欢了,各种细节非常完美,谢谢楼主的精心制作!

PS: 不知道那60个被物流打烂的管子还在不在,我有朋友在做汽车灯泡,也许可以试试修复。

    ♂唯有→奋斗 · 2014 年 7 月 8 日 上午 11:03

    多谢关注与支持 😉
    那些坏掉的都已经扔掉了,修复估计够呛,灯丝好多都已经断掉了 ;-(((

大牙 · 2014 年 7 月 21 日 下午 5:16

非常的棒啊,多少钱啊

    ♂唯有→奋斗 · 2014 年 7 月 21 日 下午 8:08

    感谢支持,欢迎光临小店:http://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1.w4004-536894840.2.r7Tvli&id=17235221415

Macadeon_Alex · 2014 年 9 月 26 日 上午 11:46

上个月订的energytube到货,感谢严老师发货到遥远的澳洲。 包装是我见过最严密最解释的,不论是芯片或是光学玻璃的包装都相形见绌。 辉光管发出的光芒非常清新好看,自动调节亮度功能也很是体贴,假如说非要让我挑一个不完美之处就只是铝板的纹路略粗,倘若有阳极电镀(完全是不切实际的奢求啊)我可能就要跪着给老师写评论了。 除此之外能量柱实在是一个完美的产品。

Jasa SEO murah · 2015 年 3 月 31 日 下午 10:15

You’re so cool! I don’t believe I’ve truly read something like this before. So wonderful to discover another person with genuine thoughts on this subject matter. Really.. thanks for starting this up. This website is something that’s needed on the internet, someone with a little originality!|

Scott · 2016 年 8 月 23 日 上午 12:29

Hello ♂唯有→奋斗

Is it possible to order an IV-18 Energy Pillar clock kit for shipment to the U.S.?

all I can find for sale to U.S. market are assembled clocks, and I would like to build one.

Thanks!

    ♂唯有→奋斗 · 2016 年 8 月 23 日 上午 1:47

    Hi, thank you for contact, yes we have IV-18 clock kit located in US for sale, please contact my partner Yigang Fang , thanks.
    Yan.

Dennis · 2017 年 2 月 28 日 下午 8:39

Do you have a reseller in europe/the Netherlands. Would like to buy one!

(is it possible to buy one without the case, would like to build my own.)

Gr,
Dennis.

Noel · 2017 年 3 月 23 日 上午 6:59

How do I order the temp unit? And how much is it? Thanks, Noel

    ♂唯有→奋斗 · 2017 年 3 月 24 日 上午 2:10

    Hi, IV-18 clock has internal temperature sensor, you don’t need to buy it.

DJ · 2017 年 4 月 5 日 上午 9:22

Purchased a IV-18 Energy Pillar, I was told by authorized seller this was a GPS TTL version. I am unable to power my low power 5V gps unit from the GPS jack. Furthermore I cannot find pinout info for the TTL gps jack. I am currently assuming Jack: Tip RX Ring 5v Sleeve ground.

DJ · 2017 年 4 月 5 日 上午 9:35

Addition to above GPS post, the TTL GPS is wide voltage 3.3-5V

Yuri · 2017 年 6 月 4 日 下午 8:55

I Purchased a IV-18 Energy Pillar and want to use such a NTPS: https://www.pvelectronics.co.uk/index.php?main_page=product_info&products_id=195
It has an output of 9600 baud TTL levels. This will be compatible with your clock?
Regards, Yuri

    ♂唯有→奋斗 · 2017 年 6 月 9 日 上午 10:52

    Yes, it will be compatible with my clock if the module is output NMEA0183 protocol following standard GPS receiver, my clock can be set to 9600 bps. Thanks.

dsweiliang · 2018 年 5 月 4 日 上午 10:50

我想问一下GPS是如何连接的?还有荧光管里面的灯丝通电发红正常吗?

    ♂唯有→奋斗 · 2018 年 5 月 4 日 上午 11:23

    电源插孔旁边那个圆孔就是GPS的接口,插上就行了。荧光管需要灯丝来释放电子轰击荧光粉产生光亮,灯丝会微微发红,尤其是在晚上关了灯的情况下看的更加明显,这是正常的。

      dsweiliang · 2018 年 5 月 8 日 下午 7:15

      GPS接口旁边的四针焊盘是不是对应GPS的VCC RX DX GND线序呢?
      还有我想改接锂电池,power位置的三个焊盘需要接那两个呢?

        ♂唯有→奋斗 · 2018 年 5 月 8 日 下午 7:41

        那个是程序烧录端口,不过也可以连接TTL接口类型的GPS。锂电池暂不支持,Power必须接5V电源。你可以用个充电宝。

          dsweiliang · 2018 年 5 月 9 日 上午 9:13

          感谢回复

dsweiliang · 2018 年 5 月 6 日 下午 11:49

GPS接口旁边的四针焊盘是不是对应GPS的VCC RX DX GND线序呢?
还有我想改接锂电池,power位置的三个焊盘需要接那两个呢?

Andrew Watts · 2019 年 1 月 5 日 上午 6:15

The two filament wires in my clock are glowing red, is this normal operation for this tube.

    ♂唯有→奋斗 · 2019 年 1 月 6 日 上午 12:40

    Hi yes it’s normal, that filament should be a little red in dark room.

      Andrew Watts · 2019 年 1 月 6 日 上午 4:50

      Thank you.

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