Тестер ГРИ и К155ИД1

Автор: *Trigger*
Опубликовано 03.03.2015
Создано при помощи КотоРед.

Предисловие

Очень часто возникает особенный интерес к тем вещам, которые производились и использовались много лет назад. Так и случилось с газоразрядными индикаторами (ГРИ). Всё больше людей интересуются ими, делают часы на ГРИ. Покупать лампы часто приходится не в приличных магазинах, а на рынках и барахолках. А это значит, что высока вероятность купить неисправный индикатор. Неисправности бывают различные - от обрыва проводника между выводом и цифрой до разгерметизации баллона и утечки неона, однако почти все из них невооруженным глазом заметить невозможно. При достаточно высоких ценах на некоторые ГРИ (например, на ИН-18) не очень-то хочется покупать бракованные лампы.

Почти во всех часах на ГРИ используется высоковольтный дешифратор К155ИД1. Эти микросхемы тоже часто имеют заводской брак. Самая часто встречающаяся неисправность - отсутствие гашения индикатора при подаче на вход дешифратора кода, большего 9. Этот режим работы дешифратора используется в большинстве проектов часов на ГРИ.

Единственное решение проблемы неисправных компонентов - проверка при покупке. Однако, одной батарейкой тут не обойтись - требуется высокое напряжение порядка 150В для полноценного тестирования. Поэтому нужен прибор, которым можно будет тестировать ГРИ всех типов и К155ИД1. Он должен быть компактным и иметь автономное питание, желательно на аккумуляторах, для работы в "полевых условиях".

В соответствии со всем сказанным и было разработано описываемое ниже устройство. 

Схема

 Итак, вот схема устройства:

Микроконтроллер U1 управляет импульсным преобразователем L1Q3D6C12. Он измеряет напряжение на выходах делителей R17RV1R18 и R19RV2R20. По этим двум напряжениям можно определить напряжения на выводах RV3, а значит, и ток в этой цепи. По этим данным программный ПИД-регулятор изменяет скважность импульсов на выводе 15 U1. Эти импульсы через драйвер затвора U4 поступают на полевой транзистор Q3. Таким образом осуществляется стабилизация либо тока через RV3, либо напряжения на его правом (по схеме) выводе, в зависимости от режима работы преобразователя.

В режиме тестирования индикаторов проверяемый индикатор подключается в разъём J1 с помощью зажимов-крючков. Пока индикатор не подключен, ток в его цепи мал и микроконтроллер стабилизирует напряжение на выходе преобразователя на уровне 170В. Этого напряжения достаточно для начальной ионизации газа в любом индикаторе. Как только будет подключен индикатор, в нём возникнет разряд и ток через RV3 вырастет. По это изменению тока МК обнаружит подключенный индикатор и перейдёт в режим стабилизации тока, который был заранее задан. Напряжение на выходе преобразователя при этом упадёт до напряжения горения индикатора (оно на 20-30В ниже напряжения зажигания).

При тестировании дешифраторов проверяемая микросхема U3 подключается через ZIF-панель. В этом режиме МК открывает транзисторный ключ Q4Q5, подключая к выходу преобразователя анод индикатора ИН-17, расположенного в корпусе прибора. При этом преобразователь работает, как и в случае тестирования индикаторов, с той лишь разницей, что ток через индикатор фиксирован - 1мА. Резисторы R13-R16 защищают порты МК от пробоя при неисправности дешифратора, и R21 ограничивает ток КЗ по питанию.

На микросхеме U5 и транзисторе Q1 собрано зарядное устройство для литий-ионной аккумуляторной батареи BAT1BAT2. Ток заряда - 0,5А. Терморезистор RT1 устанавливается так, чтобы он имел хороший тепловой контакт с аккумуляторами. Светодиод D4 горит в течение всего процесса заряда и гаснет по его окончании.

Ниже фото аккумулятора:

Конструкция и детали

Почти все детали - в корпусах для поверхностного монтажа (SMD). Все постоянные резисторы, кроме R10, R17 и R19, типоразмера 0805. R10, R17 и R19 - выводные мощностью 0,25Вт. Подстроечные резисторы RV1 и RV2 - многооборотные 3296P, RV3 - 3296W, а RV4 - однооборотный 3362P.

Все неполярные конденсаторы - SMD 0805, полярные - электролитические на 25В, кроме C12 - он на 250В. 

Диоды D2 и D3 - любые Шоттки на ток не менее 1А. D1 - любой на ток не менее 1А, я применил неизвестный SMD диод с распая. D4 - быстродействующий (UltraFast) на ток не менее 1А и с обратным напряжением не менее 500В.

Дроссель L1 обязательно на ферритовом сердечнике с зазором, предпочтительнее всего - "гантелька". Индуктивность не менее указанной на схеме.

Устройство собрано на пяти платах. Одна из них - основная, на ней расположены элементы преобразователя, зарядника и микроконтроллер. Первая дополнительная - клавиатура из пяти кнопок, на схеме изображена в прямоугольнике с надписью "Keyboard". Вторая - плата с ZIF-панелью, прямоугольник "Test Panel". Третья - плата с индикатором ИН-17 ("IN-17"). Наконец, на последней дополнительной плате расположен транзистор Q1. Плата служит для него радиатором, поэтому на ней припаяно большое количество отрезков толстого медного провода. Рядом с этой платой следует сделать побольше вентиляционных отверстий, греется она не слабо. Подробнее - на фото:

Выключатель питания SW1, светодиод D4, разъём J1 и разъём для подключения внешнего БП на 12В, 1А установлены на стенках корпуса.

Все файлы печатных плат можно скачать в низу страницы.

Фьюзы для ATMega8:

Сборка

Сначала на макетной плате была протестирована работа преобразователя на МК:

Это тестирование показало работоспособность такого преобразователя.

Несколько фотографий процесса сборки (здесь платы первой версии без MC34152):

И готовое устройство:

Передняя панель напечатана на фотобумаге и заламинирована с одной стороны (прозрачные окна заламинированы с двух сторон). Фотобумага приклеена к корпусу двусторонним скотчем.

На передней панели расположены распиновки всех отечественных газоразрядных индикаторов.

Настройка и управление

Перед настройкой следует установить движок резистора RV3 в левое (по схеме) положение, а движки резисторов RV1 и RV2 - в нижнее (по схеме) положение. Устройство следует запитать от внешнего регулируемого БП, отключив аккумулятор. В МК нужно загрузить файл прошивки "калибровка.hex". После включения питания на ЖКИ отобразится две строки с четырьмя числами. Если этого не произошло, нужно проверить правильность сборки устройства. Подстроечным резистором RV4 устанавливаем оптимальный контраст ЖКИ.

Теперь нужно подать на катод диода D6 напряжение 150В с внешнего преобразователя. Его схему можно найти в схеме любых часов на ГРИ. Это напряжение следует контролировать вольтметром. Вращением подстроечных резисторов RV1 и RV2 добиваемся того, чтобы вторые числа в обоих строчках ЖКИ совпадали с напряжением на вольтметре. Теперь подключаем параллельно конденсатору C16 резистор 27кОм последовательно с миллиамперметром. Нажимаем кнопку "ОК". Теперь в первой строке ЖКИ второе число - измеренный ток. Его с помощью резистора RV3 следует выставить равным току на миллиамперметре. Обратите внимание: при вращении RV3 ток на миллиамперметре будет меняться.  Повторяем эту процедуру с разными нагрузками и разными напряжениями с внешнего преобразователя, пока в любом режиме ток на ЖКИ будет отличаться от тока на миллиамперметре не более, чем на 0,1мА.

Следующий этап настройки - подбор коэффициентов ПИД-регулятора. Загружаем в МК файл "напряжение.hex". Отключаем нагрузку и внешний преобразователь. Вольтметр оставляем. В первой строке ЖКИ три числа. Это коэффициенты ПИД-регулятора для стабилизации напряжения в естественном порядке (пропорциональный, интегральный, дифференциальный). Кнопками "Влево", "ОК", "Вправо" можно перемещать указатель "<" в верхней строке. Кнопки "Вверх" и "Вниз" меняют выбранный коэффициент. Методика подбора - здесь. Коэффициенты нужно подобрать так, чтобы при изменении питающего напряжения от 7,2 до 13В напряжение на выходе преобразователя стабилизировалось на уровне 167-173В. Записываем куда-нибудь получившиеся коэффициенты.

Теперь подключаем нагрузку в виде резистора 68-75кОм последовательно с миллиамперметром и загружаем файл "ток.hex". Аналогичным образом подбираем коэффициенты для стабилизации тока. При проверке правильности подбора меняем не только питающее напряжение, но и нагрузку. Ток должен стабилизироваться на уровне 2мА. Коэффициенты так же записываем.

Теперь любым HEX-редактором открываем файл "программа.eep" и вносим в него полученные коэффициенты (в шестнадцатеричном виде) согласно рисунку ниже:

 Теперь загружаем этот файл и основную прошивку - "программа.hex". Включаем устройство, выставив на БП напряжение 8,4В. Появится такое сообщение:

Далее отобразится главное меню. Перемещение по нему - кнопками "Вправо" и "Влево". Выбор пункта - "ОК". Запоминаем напряжение из нижней строки ЖКИ. Выбираем пункт "Settings".

На ЖКИ отобразится первый пункт подменю.

Здесь кнопками "Вверх", "Вниз" можно изменять параметр, а кнопками "Вправо", "Влево" - перемещаться по пунктам. Первый пункт - напряжение отключения устройства. Если напряжение на аккумуляторе будет ниже установленного, преобразователь отключится, а на ЖКИ отобразится "Battery discharged". Работа прибора заблокируется. Сброс блокировки - отключением питания. Следующий пункт - поправочный коэффициент для измерения напряжения аккумулятора.

Нужно поделить 8,4 на ранее запомненное число из главного меню и полученное число выставить в этом пункте (округленное).

Последний пункт - "Назад". Тут всё понятно.

На этом настройка закончена.

Теперь вернёмся к первому пункту главного меню.

Это режим тестирования индикаторов. Нажимаем "ОК":

Здесь Is - установленный ток, он изменяется кнопками "Вверх" и "Вниз" от 0,8 до 5мА. Надпись "no lamp" означает, что индикатор не подключен. "Auto" в правом верхнем углу - режим автоматического перебора катодов по циклу. Кнопками "Влево" и "Вправо" можно выбрать катод от 0 до 9 или режим "Auto". Также в правом верхнем углу отображается уровень заряда аккумулятора в виде значка батарейки. "Полная" батарейка - 8,4В, а "пустая" - немного выше напряжения отключения, заданного ранее. Теперь подключим индикатор:

Изменилась нижняя строка. Теперь тут I - ток через индикатор, а U - напряжения горения при данном токе. Ток также можно менять кнопками "Вверх" и "Вниз".

Выход из режима - кнопка "ОК".

Теперь режим тестирования дешифраторов К155ИД1.

Нажимаем "ОК".

Здесь "Auto" опять означает автоматический перебор цифр. Число в скобках - двоичный код, реально поданный на ИД1. Подключение ИН-17 к ИД1 сделано вразнобой для удобства разводки, поэтому этот код не совпадает со включенной цифрой (число вне скобок). Есть так же надпись "OFF". Это соответствует выключенным выходам дешифратора (код 1111).

По тому, что отображается на индикаторе, легко можно обнаружить неисправность дешифратора. Сравните:

Хороший дешифратор:

Плохой дешифратор:

Выход из режима - кнопка "ОК".

Наконец, в главном меню нажатием кнопки "Вверх" можно включать и выключать подсветку ЖКИ.

На этом всё. Удачи в сборке!

Внимание!

В устройстве присутствует высокое напряжение. Вносить любые изменения в схему следует только после выключения питания и разрядки высоковольтного конденсатора!

Файлы:
Прошивки и исходники (CVAVR)
Печатнае платы в формате SpintLayout 6.0

Все вопросы в Форум.