[Перевод] Газоразрядный таймер приготовления эспрессо
Винтажные электронные изделия привлекают взгляд и вызывают приятные эстетические ощущения. Это не массовый продукт, что делает их объектами редкого, но искушенного спроса, привносящими уникальность в окружающее нас пространство. Сегодня речь пойдет о газоразрядных лампах, которые до сих пор находят свое применение в причудливых и самых неожиданных ролях.
Я недавно познакомился с ресурсом Далибора Фарни, который самостоятельно освоил технологию создания газоразрядных ламп. И насколько мне известно, он единственный, кто до сих пор такие лампы собирает. Если вам интересно, то Далибор также загрузил интересное видео их сборки.
Посмотрев его изделия, я захотел собрать таймер для эспрессо-машины. Это может звучать несколько эзотерично, но продолжительность приготовления шота играет важную роль, и разница между 20, 25 и 30 секундами оказывается значительна. А поскольку обычно на этот процесс уходит около 25, мне хватит двух газоразрядных ламп, которые смогут отображать до 99 сек.
Результат
Вот, что в итоге получилось:
Сборка
При реализации проекта я столкнулся с двумя основными трудностями:
- Как определить, работает ли помпа, чтобы знать, когда начинать и заканчивать отсчет.
- Как коммутировать 170В на 20 анодов (по 10 на каждую лампу).
Так как делал я все это ради удовольствия, то решил дать волю инженерной мысли. Мне захотелось выяснить, удастся ли обнаружить магнитное поле помпы, чтобы определять момент готовности шота. Это бы также позволило обойтись без лишних вмешательств в машину — эдакий своеобразный малоинвазивный подход.
В довершение ко всему, один близкий друг предоставил свою мастерскую и дал некоторые дельные советы, посодействовав в сборке удачного корпуса. Еще раз спасибо, Нилс!
Обнаружение магнитного поля
Моей первой мыслью было использовать магнитометр, применяемый в смартфонах в качестве датчика компаса. Я попробовал две микросхемы: MAG3110 и QMC5883. К сожалению, обе они работают с передискретизацией и не дают возможности получить необработанный сигнал. Я мог видеть изменение величины, но дальнейшая обработка сигнала представлялась невозможной. В итоге единственный вариант применения одной из этих микросхем предполагал определение порогового значения. Я же чувствовал, что можно придумать решение получше.
Поэтому, вооружившись электрической отверткой, решил самостоятельно собрать антенну/катушку, толком не понимая, что вообще делаю. Тем не менее подключение получившейся детали к усилителю и осциллографу дало обнадеживающие результаты. Пик сигнала наблюдался на 50Гц, что выглядело вполне правдоподобно.
Порадовавшись успеху, я сделал выборку значений, выполнил преобразование Фурье и отразил результаты на графике.
Помпа активна между 15 и 5 (время в неизвестных единицах). Очевидно, что на графике присутствует погрешность, так как пик фактически приходится на 50Гц, а не 53.125Гц. Также наблюдаются небольшие всплески кратные этой частоте.
Чтобы конкретно определить, когда вести отчет, а когда нет, я решил подогнать известный частотный спектр к измеряемому, вычислить квадратичную ошибку и все такое. Но на деле получилось все это весьма скверно. Вышло, что самый надежный способ, наоборот, предполагает простое определение порога в 50Гц. Теперь я использую Arduino nano, который постоянно делает выборку, выполняет быстрое преобразование Фурье и проверяет порог 50Гц, определяя, когда начинать и заканчивать отсчет.
Управление двумя лампами
Чтобы не раздувать размер устройства и сохранить элегантность, я решил использовать для переключения ламп не 20 транзисторов, а микросхему. В итоге я нашел последовательно-параллельный преобразователь HV5623, в котором используется 32-разрядный регистр, способный коммутировать 220В по 32-м каналам. Для моего устройства этого вполне достаточно, так как всего в нем используется 2×10 катодов, получающие по 170В каждый. Поскольку эта микросхема доступна только в очень мелком корпусе, и припаять ее вручную мне показалось нереальным, я сконфигурировал и заказал готовую коммутационную плату.
Вот видео первой попытки управления одной лампой с помощью этой коммутационной платы. В разъеме лампы была допущена оплошность — я слишком близко расположил дорожки, что привело к замыканию цифр 8 и 9, которые в итоге загорались вместе.
Электроника
Плата и разъемы под лампы:
А так как таможня «обрадовала» меня дополнительной пошлиной на коммутационную плату, повторный заказ из Китая я делать не захотел. Собрать же печатную плату в Европе стоит очень дорого, поэтому я решил не комплектовать ее конечный вариант со всеми элементами, а просто задействовать коммутационную плату и все, что у меня уже было подключено на макетной. В итоге у меня получилась печатная плата, более-менее напоминающая схему макетной сборки.
На ней разместились:
- Arduino nano;
- повышающий преобразователь из 5В в 170В (куплен на eBay);
- коммутационная плата под HV5623 для управления лампами;
- операционный усилитель на основе LM358 для усиления тока, индуцируемого магнитным полем.
Итоговый тест всей электроники:
