Сегодня я расскажу наверно о самом известном и популярном советском радиоприемнике - это ВЭФ 12. Он является продолжением не менее известной линейки радиоприемников под общим именем "Спидола".
Радиоприемник выпускался с 1967 года на Рижском электротехническом заводе ВЭФ. Он, как и его предшественники собран на 10 транзисторах, но внешний вид, схема, компоновка узлов и деталей значительно отличаются.
Для улучшения звуковых характеристик в приемнике установлен громкоговоритель 1ГД-4 эллиптической формы. Шкала настройки стала более растянутой и получила подсветку, которая включалась кнопкой на передней панели.
В нижней части боковой панели появился регулятор тембра по высоким частотам, чего не было на предыдущих моделях. Приемник получил более надежный барабанный переключатель диапазонов.
Во внешнем оформлении стало больше металлических деталей и молдингов, что в сочетании с глянцевой поверхностью пластикового корпуса сделало его внешне более эффектным.
На задней панели приемника появилось гнездо для подключения магнитофона или внешней активной акустической системы и гнездо для подключения наушников. Питание приемника осуществлялось от 6 элементов 373, которого хватало до 200 часов работы. Одним из недостатков приемника являлась задняя крышка, она изготавливалась из белой пластмассы и практически на всех приемниках со временем ее поверхность деформировалась, небольшая деформация есть и на моем экземпляре. На следующей модели приемника ВЭФ-201 эта проблема была решена.
В радиоприемнике две встроенные антенны: магнитная антенна для приема ДВ и СВ, а также внешняя телескопическая антенна для приема Кв диапазона. Также имеется гнездо для подключения внешней антенны.
Стоил радиоприемник 93 рубля 02 копейки, но не смотря на это пользовался огромной популярностью у радиолюбителей. Выпускался и экспортный вариант приемника с диапазоном 13 метров.
Популярностью можно объяснить и огромный тираж этого радиоприемника, уже в 1970 году был выпущен миллионный экземпляр ВЭФ 12!
Радиоприемник ВЭФ и сегодня пользуется популярностью у коллекционеров, хоть и слушать в эфире сейчас особо нечего.
Но если у вас есть желание послушать эфир, радиолюбителей, то советую обратить внимание на действительно народный и популярный приемник Degen DE-1103, он уже много лет пользуется заслуженной популярностью у радиолюбителей. Китайские производители достаточно часто радую радиолюбителей хорошими приемниками, чего не скажешь об отечественных производителях. А ВЭФ 12 лучше поставить на полку как исторический экспонат.
В наше время большинство портативных устройств работает на базе достаточно мощных микроконтроллеров, которые способны запускать даже интерпретируемый код на Lua/Python. Чего уж там говорить — даже современная кофеварка или умный электрочайник может быть в разы мощнее оригинального IBM-PC, не говоря уже о автомобильных бортовых компьютерах, которые зачастую мощнее топовых ПК из начала нулевых. Но давайте вспомним конец 90-х и начало 2000-х, когда разработка собственной электроники была практически недоступна рядовому пользователю, а микроконтроллеры программировались в основном только на ассемблере. Недавно я нашёл некоторую информацию о том, какой процессор вероятно использовался в таких знакомых нам приставках Brick Game, которые мы называли «Тетрисами»! Более того, мне удалось найти полный даташит с описанием всех модулей этого процессора, который гордо можно назвать «система на кристалле». Какой была разработка микроэлектроники в 90-х? Читайте в статье!
❯ Немного о «Тетрисе»
Пожалуй, Тетрис или Brick Game был одной из самых популярных портативных игровых консолей в странах СНГ. Появившись где-то в конце 90-х, этот гаджет быстро стал бестселлером среди детишек благодаря наличию сразу нескольких игр, полноценного ЖК-экрана, звука и невероятной дешевизны. Не знаю, сколько Тетрис стоил в момент выхода, но в нулевых цена на него была крайне низкой — около 100-200 рублей в зависимости от корпуса. Типичный школяр мог накопить на собственный Тетрис за несколько недель, что делало его самым доступным игровым девайсом на рынке.
Конечно же, на рынке уже были различные консоли с гораздо более богатым функционалом — например GameBoy и даже GameBoy Color с цветным дисплеем, а люди, родившиеся в конце 90-х или начале 2000-х уже застали PlayStation Portable с реально крутой 3D-графикой и телефоны с хорошим игровым потенциалом — как, например, SE K500i. Однако цена на них была непозволительной роскошью для небогатых семей: PSP стоила 250$ (около 7-8 тысяч рублей по тому курсу), плюс каждый UMD-диск с игрой стоил около 1.000 рублей, GameBoy были относительно редкими в России, а телефоны — это всё же прерогатива более юных ребят, да и в нулевых далеко не всем перепадал крутой K500i — чаще всего покупали телефон попроще типа Siemens A55 (грузчика помним?) или Motorola C350 (а мотоциклиста?). Поэтому тетрисы оставались чуть ли не единственным средством развлечения у небогатых ребят.
Ощутимым плюсом было и то, что Тетрис работал от батареек: они были не слишком дорогими в то время, а если носить с собой в кармане парочку, то можно не бояться, что консоль сядет в долгой дороге и продолжать себя забавлять, да и сам Тетрис работал довольно долго, мне хватало на неделю игры (может и меньше). Несмотря на низкое разрешением всего в 10x20 пикселей, Тетрис обладал достаточно большим монохромным дисплеем без подсветки, на котором было комфортно играть. Ещё одним немаловажным плюсом консоли была возможность «кооперативной» игры и эдакого азарта: будучи неискушенными детьми, многие из нас пытались поставить рекорды и выбить как можно больший счёт в каждой из доступных игр. Чем больше счёт, тем ты круче среди друзей!
Но что же у Тетриса «под капотом»? На чём он работал внутри? Недавно я нашёл информацию о том, что потенциально в Тетрисе могла использоваться 4х-битная система на чипеHoltek HT1130, которая использовалась в самой разной носимой электроники: от часов на батарейках, до полноценных игровых консолей. Причём я ничуть не преувеличиваю, это действительно SoC: уже в 90-х, тайваньская компания смогла объединить звуковой модуль, контроллер ЖК-дисплея, ввод/вывод и таймер в один чип! Однако тут важно понять, что 100% сказать, на чём работал Тетрис, нельзя — процессор спрятан под компаундом и у него нет корпуса с маркировкой, лишь «голый» кристалл. Тем не менее, мы можем предположить, что это был один из чипов Holtek и посмотреть, на чём же работала портативная электроника тех лет поближе!
Заранее прошу прощения за отсутствие нормальных фотографий. Под рукой у меня не оказалось «старого» Тетриса, а на новодельных показывать как-то не очень.
На данный чипсет есть «утёкший» в сеть даташит с полным описанием регистров микроконтроллера и его ТТХ. Чип был спроектирован так, чтобы не требовать практически никакой обвязки в виде конденсаторов/резисторов и других SMD-элементов — он работал фактически напрямую от пальчиковых батареек и его легко было развести на плате даже начинающему инженеру. Микроконтроллер стабильно оперировал при напряжении от 2.4в до 3.3в, что позволяло просто вставить две последовательно соединенные AA или AAA батарейки с напряжением 1.5-1.6в и получить необходимое питание для работы всей «приставки».
❯ Вычислительное ядро
Саму систему на кристалле можно разделить на несколько соединенных модулей в один чип. Основным, конечно же, является 4х-битное вычислительное ядро неизвестной архитектуры, которое компания Holtek разработала сама или лицензировала как IP-ядро у другой компании для использования в собственном чипе (как, например, MediaTek лицензирует у ARM ядра Cortex). Система команд, по крайней мере, описание мнемоник ассемблера в даташите наводят на мысли о некоторой схожести с микроконтроллером Intel 8051 (однако 8051 был 8-битным) и в целом, напоминают типичную интеловскую архитектуру из 80х. Однако только по мнемоникам точно определить архитектуру невозможно: здесь есть «проприетарные» команды типа SOUND и TIMER.
Чип работает на частоте 1мгц от встроенного тактового генератора, большинство команд выполняется за один такт, максимум — два. Если говорить совсем грубо, то даже ATMega328 в Arduino условно в 16-раз мощнее HT1130, хотя это совсем некорректное сравнение.
Длина машинного слова HT1130 — 4 бита, что отсылает нас в начало 70х годов, если мы говорим о компьютерах. Это означает, что процессор «аппаратно» мог выполнять операции только с числами от 0 до 16, хотя при программной реализации мог пересчитывать хоть 32х-битные числа. Ширина шины данных — 12 бит, что позволяло адресовать вплоть до 4Кб встроенной ROM-памяти. Кроме того, в МК было встроено 128 ячеек оперативной памяти (или 64 байта), где в00H..7FHхранились временные данные программы (например, позиция танчиков на экране) и сE0H..FFHхранился «буфер» кадра, который определял текущую на экране. Также у микроконтроллера были следующие регистры:
R0-R4 — регистры общего назначения. Пары из регистров используются для адресации памяти.
ACC — регистр-аккумулятор, который хранит результаты текущей операции.
PC — указатель на текущую инструкцию в ROM, которую выполняет процессор.
Стековый регистр — судя по всему, «невидимая» связка регистров, которую процессор использует для хранения PC при вызове функций. Ограничен максимум двумя адресами, что не даёт возможность писать программы с вложенностью более двух функций.
С стековым регистром всё интересно получается. В отличии от привычных нам архитектур, HT1130 не хранит в этом регистре указатель на память, он сам по себе как-бы является стеком. Пример допустимого и недопустимого кода:
Выбор 4х-битного процессора очевиден — они очень недорогие в производстве и достаточно простые. Примеры использования 4х-битных архитектур можно найти даже в советских играх: например, в игре «Волк и яйца» (клоне Nintendo Game & Watch) использовалась «микроЭВМ» КБ1013ВК1-2. В встраиваемой и переносной электронике, 4х-битные вычислительные ядра продолжают использоваться и сейчас: в калькуляторах, в пультах для управления техникой, в часах. Связано это с простой и дешевизной подобных решений, да и если честно, реализация этих устройств была готова ещё в прошлом веке. Зачем дополнительно тратить деньги на R&D существующих решений? :)
❯ Графика
HT1130 специально разрабатывался для переносимых устройств с новомодными LCD-дисплеями. В те годы было нормой, когда на дисплейной матрице не было собственного контроллера с распространенным интерфейсом по типу 8080 или MIPI: частенько, драйвер дисплея либо выделялся в отдельный чип, либо реализовывался прямо в системе на кристалле. У Brick Game был дисплей разрешением в 10x20 пикселей, причём кастомизированный — с «захардкоженными» значками и сегментными индикаторами:
Работа с дисплеем была не особо сложной: один сегмент памяти был отведен специально под эдакий «фреймбуфер» — всё, что мы записывали туда, контроллер дисплея моментально отображал на нашу ЖК-матрицу. Поскольку дисплей был одноцветным, без градаций цвета, память была организована 1 бит — 1 пиксель. Работать со всем этим было как-то так:
MOV A, 0 ; Первая часть адреса (если я не напутал endianness)
MOV R1, A
MOV A, 0b0111 ; Вторая часть адреса. Не удивляйтесь, что по факту получается 224 при 128 байт ОЗУ - часть адресного пространства была как-бы зарезервирована
MOV R0, A
MOV A, 1 ; Закрасим первый пиксель в строке
MOV [R1R0], A ; И запишем это значение в ОЗУ
Частичным доказательством того, что этот чип мог использоваться в Brick Game — это то, что компания Holtek производила готовые «игры на кристалле» — вероятно, уже запрограммированные с завода HT1130 с определенными играми:
Примечательно, что даташит на готовые игры датируются ноябрём 1998 года, в то время как даташит на HT1130 — 1999. Если у вас появился Тетрис раньше этого времени — напишите пожалуйста в комментариях!
❯ Звук
Помимо этого, чипсет имел собственный генератор звука, или как вы вероятно подумаете — «пищалку». В чип (или SDK, если честно, не особо понятно из даташита) была уже встроена звуковая библиотека — причём половину из них как раз таки для игр, что ещё раз косвенно подтверждает догадки об использовании этого чипа в «Тетрисе». Всего поддерживалось до 16 «каналов», в которых было по 3 тональности. В звуковой библиотеке содержались следующие звуки:
Шумы
Мелодии
Выстрелы
Будильники
Управлять звуковым трактом было очень просто — буквально несколькими командами на ассемблере. Команда SOUND <номер канала> выбирала один из предопределенных звуков (причем не совсем ясно, где они хранились — возможно в ROM), а команда SOUND ONE/LOOP воспроизводила его в одном из режимов — один раз или повторяющийся. SOUND OFF же выключала звук совсем. Как-то так:
play:
SOUND A
SOUND ONE
SOUND OFF
CLC ; А если нет, то снова выполняем, пока не переполнится, эта операция очищает флаг переноса
loop:
INC A ; Увеличиваем значение в аккумуляторе
JC play ; Если флаг переноса установлен, то наш "таймер" как-бы переполнился и пора снова проиграть звук
JMP loop;
Совсем немудрено, согласитесь? :)
❯ Порты ввода/вывода и кнопки
Кроме этого, HT1130 имел несколько портов ввода-вывода, которые, однако, назвать GPIO нельзя — было 12 портов для вывода, которые могли читать логический уровень (для кнопок), и 4 пина, который мог задавать логический уровень (например, управлять вибромотором или светодиодом). Настройки портов задавались с помощью флагов: можно было настроить встроенные pull-up резисторы и они могли вызывать прерывания при переходе из высокого уровня в низкий.
Выходной порт мог быть сконфигурирован под тип выхода — CMOS или NMOS. Работа с портами шла с помощью команд IN и OUT — как в x86, а обрабатывать их можно было как-то так:
loop: IN A,0b00110010 ; Загрузить в аккумулятор значение порта PM
AND A,0b0001 ; Отсекаем биты состояний других кнопок и проверяем, нажата ли первая кнопка?
JNZ A, btn_pressed ; Если в аккумуляторе не 0 (а значит кнопка нажата) - то переходим на другую метку
JMP loop ; Если нет - то проверяем по новой
btn_pressed:
SOUND 0
SOUND ONE ; Воспроизвести звук при нажатии
❯ Таймер
В чипсете есть встроенный таймер — ну его ж не просто так для часов использовали. :) Основная суть работы аппаратных таймеров заключается в том, что его тактирует какой-либо внешний тактовый генератор с определенным делителем, в нашем случае — от 1 до 6 относительно системного генератора частоты (т.е 1мгц) и с определенной частотой он делает инкремент внутреннего регистра. Как только регистр переполняется — он очищается и вызывается соответствующее прерывание в основном процессоре.
Это позволяет регулировать скорость работы таймера, а посчитать количество тиков в таком случае не особо сложно. Однако учтите, что чем выше делитель таймера (а значит и обратно-пропорционально снижается точность таймера) — тем реже вызываются прерывания и меньше «кушают» наше процессорное время!
❯ Можно ли написать свою программу для Тетриса?
К сожалению, написать какую-нибудь свою игру для этой консоли в домашних условиях невозможно — таких удобных инструментов для прошивки, как у AVR ещё не было. Holtek предлагала собственный SDK, в которое входила IDE, ассемблер и симулятор отладки финальной программы. Однако дабы получить настоящее «хардварное» устройство, необходимо было заказывать у компании Holtek производство кастомизированного чипа с вашей программой на борту.
Чипсет использовал настоящую масочную Read-Only Memory, которая прожигалась один раз и навсегда на заводе. Производитель электроники отсылал скомпилированную программу Holtek, а они в свою очередь производили кастомный чип с прошитой программой. Несмотря на всю простоту ассемблера и устройства в целом, самому под него ничего написать не получится — внешних шин то у него нет. :(
Однако, в наше время можно разработать и собрать «Тетрис» самому: в том числе, с цветным дисплеем и на базе гораздо более мощного железа! Тут тебе и готовые мощные микроконтроллеры, и возможность собрать приставку на базе легендарного процессора Z80, да при желании можно симулировать почти настоящий HT1130 на FPGA!
❯ Заключение
Разработка вычислительной и при этом недорогой электроники в 90-х было весьма веселым занятием. Несмотря на то, что устройства были на первый взгляд достаточно примитивными, в них всё равно крылось много разных нюансов, которые ограничивали программистов во многом.
Однако embedded-разработка тех лет была весьма интересной: когда полноценные игры вмещали в ПЗУ размером пару килобайт, на ремейки Space Invaders на современных движках весом в под сотню мегабайт смотришь с некоторой улыбкой. :)
Фото 1. Одна из первых "наколенных" советских (?) радиоламп, знаменитая "Бабушка".
Эти, сугубо умозрительные, выводы-размышления здесь исключительно как некое «доброе дело» и надеюсь, что они могут стать дополнительным маленьким толчком в нужном направлении для увлеченного техническим творчеством человека.
Почему именно радиолампы? С ними я познакомился в ранние школьные годы. И в натуре – нашлась отцовская коробка с пригоршней, черт знает откуда взявшихся, стержневых лампочек с выводами-проволочками, и в литературе – пара старых потрепанных книг с вдумчивым описанием и рисунками батарейных и сетевых радиоприемников, да и в быту встречались еще ламповые фабричные приборы – дедовская радиола, черно-белый телевизор, где оранжево тлеющие накалы можно было разглядеть через решетку.
Фото 2. Страница из той самой, чудом сохранившейся после всех моих скитаний, книги – О. Л. Бартновский. «Первые шаги радиолюбителя». Изд. «Советская школа», 1962 г. – двухламповый батарейный радиоприемник.
Фото 3. Из той же книги – монтажная схема радиоприемника.
Впечатляли самодельные конструкции из книжек – все самое интересное, снаружи корпуса, на виду! Ах как мечталось сделать нечто подобное, но были и изрядные опасения прослыть, как минимум, странным и несовременным (ко времени моей активной возни с паяльником, уже во всю применялись микросхемы), а для юношества, это смерти подобно. Уже в 90-х появилось несколько публикаций в журналах об усилителях для музыки, построенных на радиолампах и в таком же конструктиве – красивыми деталями наружу. К сожалению, это энтузиастическое поначалу движение, почти что целиком выродилось в сверхдорогие и/или снобизские околомеломанские понты.
Словом, удалось и с готовыми фабричными радиолампами немного поработать, проникнуться к ним уважением и любовью. Такого бывало наворотишь, что хоть святых выноси! Примечательно, что при этом, всегда и везде, самые выдающиеся конструкторы не могли преодолеть границы стеклянного баллона. Работа только снаружи, как в «горячей» камере. Любое нарушение внутренних элементов – перегоревшее ли соединение, потерявший ли эмиссию катод, межэлектродное замыкание – пытались преодолеть только снаружи, порой, весьма экзотическими и громоздкими способами, но внутрь, за флажки – ни-ни! Строгое табу, ни шагу на эту запретную волшебную территорию.
«Изготовление радиолампы – это же очень сложно!» - в ужасе воскликнут, воздев руки гору. Кто бы спорил – более- менее современное электровакуумное производство – сложный и весьма дорогостоящий процесс. Даже для обыкновенной лампы накаливания он насчитывает десятки операций где фигурируют высокие температуры, редкие и дорогие металлы, опасные реактивы и много-много специфической оснастки. Однако, однако. Вспоминая производство, мы говорим о современной конструкции радиолампы, обязанной быть миниатюрной, экономной, дешевой, долговечной, с высокими электрическими характеристиками, технологичной и повторяемой в массовом производстве. Время изготовления одного экземпляра должно быть минимально. Если мы попытаемся сделать прибор коммерческий, соперничающий с известными современными конструкциями, большую часть требований придется выполнять и познать всю тяжесть сопутствующих им проблем. Если же речь идет о конструкциях лабораторных, для развлечения и исследований, все перечисленное не имеют существенного значения. При этом, при этом, могут быть применены самые простецкие материалы и способы изготовления, в затылок, тоже никто особенно не дышит.
Представив себе такую работу, легко узнать в ней забавы энтузиастов на заре радио, а ознакомившись с их опытом, обнаруживается, что любой школьник сегодня может быть без особенного труда вооружен много лучше тогдашнего профессора – стекло-заготовки, способы и контроль нагрева, доступные материалы, относительно легкодоступный средний и даже высокий вакуум, отжиг, контроль, геттеры… И главное – изрядное количество литературы подробнейше освещающее все тонкости. Погрузившись в этот мир, невольно заражаешься и энтузиазмом предков-мастеров, готовых радиоволны, только что в ручную поштучно не переносить. И чем приходится заниматься - физика, химия, электроника, столярное, слесарное, стеклодувное дело – о-о! …а по ночам, как этакий Леонардо, смотреть в телескоп, сочинять стихи и размышлять о главном.
Рис. 4 Французский универсальный триод ТМ, выпускавшийся серийно в изрядных объемах с 1915 г.
Горизонтальная компоновка триода оказалась проще и при этом более вибростойкой. Круглая колба досталась, скорее всего, от заимствования оборудования для производства осветительных ламп. Накал прямой, вольфрамовая нить - 0,7 А, 4 В. При типичных 40 В анодного напряжения и нагрузке 25 кОм - ток анода 2 мА, крутизна характеристики – 0,4 мА/В и коэффициент усиления – 10. Советские варианты ТМ были названы Р-5 и П7.
Наконец скажут – «Зачем эта бессмысленная пещерная архаика во время существования нейронных сетей и частных полетов в космос? Регресс и деградация!» Отвечу так – сегодня, особенно отчетливо видно, что счастье или хотя бы удобная и беззаботная жизнь отдельного среднего индивидуума в обществе, от общего прогресса никоим образом не зависит, напротив, чем он от него дальше, тем для него же лучше. Пусть сомневающийся попытается трезво и более-менее честно вспомнить основные события-вехи за последние, хотя бы несколько десятилетий и вспомнить – стало ли его существование легче, увереннее, появилось ли больше времени для интересного досуга, видны ли контуры светлого будущего? Ну то-то. И потом, при всей архаичности работ и результата, есть здесь и место для новых исследований – пленочные электродные системы, новые или комбинированные конструкции ионных вакуумных насосов, да мало ли! Опять же – существует движение и громадные клубы реконструкторов, отстреливающих из луков эльфов по загородным лесам. И никаких вопросов к ним нет – отдыхают люди душой от серых городских будней. Так и здесь.
Визуальные примеры для воодушевления. Современники - всем известный французский энтузиаст-коротковолновик и чешский юноша организовавший мини-производство газоразрядных индикаторов, есть и иные известные меньше.
Фото 5. Та самая «Бабушка» квартирной выделки, средствами кабинета физики и аптеки.
На фото - вариант с двумя цоколями – в «мягких» лампах с невысоким вакуумом нити накала перегорали довольно быстро. Здесь, в одном баллоне две таких независимых нити. Перегорела одна – перевернул лампу и она отработает еще один срок.
Фото 6. М. А. Бонч-Бруевич возле 25-кВт лампы собственной конструкции.
P. S. Интересующихся и сочувствующих располагающих литературой (книги, статьи, заметки) 1920-30-х годов касательно изготовления первых радиоламп, прошу поделиться.
Я вполне могу допустить (особенно хорошо зная эту кухню т.с. "изнутри"), что ВЕ92 туда был воткнут "чисто для галочки" . Но есть некторые соображения, на которые исходный скандальный материал ответов не дает.
Прежде всего, мы знаем что удаление чипа привело только к сохранению функции монитора. "картинку показывает".
Вполне логично, что ВЕ92 не сможет в реальном времени обрабатывать картинку (у него нету и соответсвующих LVDS интерфейсов для работы с матрицей и цифровыми видеовходами, и сам проц достаточно "дохлый" и памяти там даже на 1/10 полного кадра - близко не хватит и т.п.). Если он и выполняет какието функции то чисто сервисные. А вот сохранения сервисных функций - на как раз и не продемонстрировали. Судя по фотографии платы - к нему подведено подозрительно много дорожек, для "пустышки ". Теоретически он может обслуживать кнопочки (о нормальном фунциклировании OSD, после его замены перемычкой - я инфы не видел, более того на видео монитор подключают лежащим на столе экраном вниз, потом поднимают и показывают нам картинку, функиция ухода в спячку при отсутствии видео сигнала - скорее всего тоже не работала). Может обслуживать тот самый кардридер. Может просто обслуживать память параметров (при его отсутствии - например жестко загружаются умолчания).
Это все требует гораздо более внимательной проверки.
Пока что я наблюдаю исключительно разгон волны хайпа.
Собственно почему поставлен именно ВЕ92 - могу сказать: это единственный приличный отечественный контроллер "в плаcтике", а не в керамике, с ценой как у чугунного моста. Так то есть и аналоги например "атмеги" (которой дла подобной ерунды - более чем хватило бы) но в металлокерамических корпусах - они стоят в разы дороже чем ВЕ92. Ваш покорный слуга, в свое время сам его применял именно из этих соображений (приличный отечественный контроллер, не за овердохрена денег. Он такой один :D ).
Блок управления предназначен для управления самодельной печью для фьюзинга (декоративное спекание цветных стекол) и сконструирован как часть печи – на боковой ее стенке. Это позволило ввести внутрь блока управления все выводы (нагревателей и термопары) через стенку, выводы при этом максимально короткие, переходные межблочные кабели, провода, разъемы или клеммы отсутствуют. Высокоэффективная теплоизоляция и воздушный зазор не позволяют блоку управления перегреваться во время работы.
Нагреватели печи – 12 шт, объединены в три группы (3 фазы) по 4 последовательно включенных нагревателя 2 кВт. Получилось 3 группы по 500 Вт, общая мощность печи соответственно – 1.5 кВт. Для коммутации нагревателей применены самодельные электронные ключи на симисторах, аналоги твердотельных реле. Конструктивно, каждый ключ-модуль собран на алюминиевом основании (используется как теплоотвод) от старого жесткого диска ПК.
Все промежуточные соединения проволочных нагревателей внутри рабочей камеры (сварены), наружу выходят только выводы групп, контролировать целостность всех этих соединений и самих нагревателей позволяют самодельные трансформаторные датчики тока с индикаторами на передней панели блока.
Здесь, применен программируемый термоконтроллер от паяльной станции для микросхем в BGA (выводы-контактные площадки на дне микросхемы) корпусах. Конструкция корпуса не позволяет монтировать такую микросхему паяльником, ее прогревают насквозь. При этом очевидны также высокие требования к точности поддержания термопрофиля и возможность регулировать скорости нарастания и спада температур. Это роднит обе задачи, практика также показала полную пригодность такого контроллера для спекания стекол. Контроллер китайского производства прекрасно работает и много дешевле специализированных приборов.
Что было использовано для работы.
Набор инструментов для некрупной слесарной работы, набор инструментов для электромонтажа.
Материалы – кроме радиоэлементов понадобилась листовая сталь для корпуса прибора, кусочек оргстекла для лицевой панели, крепеж, мелочи, ЛКМ.
К делу.
На одну из боковых сторон (правую, под рабочую руку) верхней части печи (откидывающейся крышки) выведены все электрические выводы – 6 выводов от 3 групп нагревателей (3 фазы), выводы термопары. Заранее, до монтажа огнеупорной футеровки печи в раму с этой стороны вварены ряд винтов М5 для крепления блока управления.
Между металлической платой-основанием БУ и рамой печи оставил воздушный зазор для вентиляции. 12…15 мм. Для этого под плату, на каждый винт накрутил по нескольку гаек с шайбами.
Первым делом вырезал пластину-основание для монтажа элементов блока управления (далее БУ). Листовая сталь 1.5 мм, болгарка. Просверлил и волшебным надфилем подогнал отверстия так, чтобы плата точно садилась на торчащий крепеж, керамические изоляторы легко проходили через соответствующие отверстия.
Подобрал по месту удобное расположение трех модулей-электронных ключей, просверлил отверстия для их крепления, вырезал детали для передней и задней стенок БУ. На передней стенке блока вырезал проемы для установки элементов управления и индикации.
В местах предполагаемой прокладки жгутов проводов просверлил отверстия для их крепления.
Монтаж передней и задней стенок с треугольниками-подкосами сделал пайкой.
Использовал обычный ПОС-60 и кислотный витражный флюс, но по стали хорошо работают и «паяльная кислота» (хлористый цинк) и кислота ортофосфорная. Железки массивные, кроме мощного паяльника лучше применить и дополнительный подогрев. Здесь применена лабораторная электрическая плитка. Вместе с паяльником 150 Вт они прекрасно справились с задачей. Подогрев газовой горелкой или строительным феном менее удобен и может привести к короблению тонкого металла. После пайки не откладывая, следует отмыть остатки флюса. Теплой водой со щеткой, а лучше слабым раствором соды.
Индикация целостности нагревателей (трансформаторы тока) собрана на миниатюрных неоновых лампочках.
Расценил эту информацию как справочную и вспомогательную и чтобы не уподоблять БУ новогодней елке, индикаторы сделал не слишком яркими, малого диаметра и около края лицевой панели. Яркость подобрал токоограничивающими сопротивлениями, «точечности» добился, выпустив наружу блока только маленькие стеклянные шарики на конце, торце баллона лампочек. Получилось чудо как хорошо, индикацию хорошо видно, но глаза не режет. Для установки лампочки впаял в простую печатную платку, она крепится к панели двумя отрезками толстого медного провода. Пайкой. Снаружи индикаторы прикрыты слоем оргстекла.
Трехфазный «автомат» на 10 А установлен на отрезке DIN рейки припаянном к основанию. По краю квадратика «раскоса» насверлил отверстий для крепления проводов, жгутов.
Подготовленное основание с передней-задней панелью зачистил-обезжирил-покрасил. Поработал наждачной бумагой, протер тряпочкой смоченной бензином, покрасил грунтом-эмалью по ржавчине в два слоя.
После полного высыхания основания установил (впаял) платку с неоновыми лампочками, привинтил модули-симисторные ключи.
Из пластинки оргстекла выпилил прозрачную накладку для передней панели, вычертил и распечатал пояснительные надписи для нее. Прозрачная панель не имеет собственного крепления и удерживается крепежом установочных элементов – кнопок и термоконтроллера.
Панель в сборе установил на печь. Гайки-шайбы стопорные шайбы. Выступающие части винтов спилил тонким абразивным диском УШМ.
Электромонтаж.
Вид на монтаж готового блока.
Проволочные выводы групп нагревателей соединены с нетонким медным проводом через металлическую деталь – элемент мощной винтовой клеммы. Печь управляется программируемым контроллером Altec-410 (поз.1); для сопряжения с симисторными ключами применен промежуточный модуль (поз.2) жесткие проволочные выводы которого зажаты в винтовых клеммах контроллера. Управляющий сигнал поступает на три симисторных модуля (поз.3); целостность цепей (нагревателей) контролируется трансформаторами тока (поз.4) с индикаторами на передней панели (поз.5). Для пуска и остановки программы, к контроллеру подключены внешние кнопки (поз.6) кнопка «пуск» должна при работе удерживаться в замкнутом состоянии. Трехфазное напряжение подается через автоматические выключатели (поз.7).
Кабель питания – пятипроводный («ноль», 3 фазы, заземление) и составлен из двух мягких проводов в двойной изоляции (2-х и 3-х жильный), соответствующего сечения.
Печь стоит отдельно, розетка питания расположена на потолке.
После опробования БУ в работе, из оцинкованной стали 0,45 мм гнутьем был изготовлен П-образный кожух. Верхняя передняя его сторона несколько удлинена и образует небольшой козырек над передней панелью блока. Это уменьшает скапливание пыли и мусора на выступающих частях, уменьшает боковую засветку. Для циркуляции воздуха внутри блока на верхней и нижней стенках кожуха размечены и просверлены поля отверстий в соответствии с расположением радиаторов ключей. Крепится кожух четырьмя саморезами.
Блок управления на крышке открытой печи для фьюзинга.
Блогер Максим Горшенин купил «полностью российский» монитор LightCom, разобрал его и просто выпаял с платы отечественный процессор «Миландра», заменив его проволочкой, чтобы замкнуть цепь. Произошла магия: дисплей включился и продолжил функционировать.
Оказалось, что в импотрозамещенном мониторе всю нагрузку выполняет тайванский чип RTD2525AR от Realtek, а отечественный контроллер был припаян только для того, чтобы Минпромторг мог признать монитор отечественным.
Фьюзинг - сплавление цветных стекол в печи - одна из самых интересных областей при работе с декоративным стеклом. Занятие относительно новое, получило развитие и распространение с разработкой цветных стекол с одинаковым КТР (коэффициентом температурного расширения). Главное препятствие для занятий такого рода творчеством – дорогая печь, особенно, если речь идет о сколь ни будь существенных размерах. Здесь описана самодельная печь для фьюзинга с рабочей камерой 300х400 мм и полезной высотой 120 мм. Это позволит кроме спекания плоских заготовок, еще и формовать (моллировать) стекло на невысоких моделях, отжигать довольно крупные стекляшки, например, выполненные стеклодувным способом. Печь проста, не содержит дорогих и дефицитных материалов, потребляет немного электричества. Общая мощность печи 1.5 кВт, ее можно включать, в том числе и в квартирную, гаражную сеть. Футеровка печи выполнена на основе рулонных огнеупорных материалов. В числе прочего, это дало и невысокую массу печи – ее без труда могут переносить два человека. Разъединив печь (верх-низ), она помещается в легковой автомобиль для перевозки. Это дает возможность использовать печь на выездных семинарах и мастер-классах. В стационарных условиях печь установлена на специальном столике, ее проволочные нагреватели объединены в три группы и подключены к разным фазам трехфазной сети.
Столик. Рама печи. Сварены из стандартной квадратной трубы 20х20х1 мм.
Первым делом сварил столик, на нем, как на шаблоне собрал еще четыре одинаковых прямоугольника. Это были основания (верх-низ) для двух частей печи.
Получив основания, собрал их с вертикальными стойками, на дне и крыше печи установил по две дополнительные перекладины, отрезал и установил две коротких стойки и длинную горизонтальную ручку для откидывания крышки печи с нагревателями и контроллером.
Из нетолстого стального листа нарезал и вварил небольшие косынки. Тщательно проварил все швы, сбил шлак, зачистил неровности.
Металлическое ограждение каркаса печи выполнено из мелкоячеистой стальной оцинкованной сварной сетки. Сетка крепится изнутри каркаса. К ней и трубам каркаса прикрепляется мягкая футеровка.
Куски сетки по размеру стенок вырезал и подгонял. Крепил сетку короткими саморезами с большой плоской шляпкой («для плоских листов»).
Предварительно для саморезов сверлил отверстия. В некоторых местах удобным оказалось применение больших «кузовных» шайб (М6) подложенных под саморез. Один из краев шайбы предварительно отгибал плоскогубцами.
Соседние сеточные стенки несколько смещены друг относительно друга, при этом их вертикальные прОволочины проходят друг сквозь друга.
Спроектировал петли крышки печи. Их несколько необычная форма нужна для более вертикального откидывания крышки в начальный момент. Это не позволяет приминаться и истираться краям огнеупорной футеровки, позволяет более полно задействовать внутренний объем рабочей камеры.
Вычерченные в Автокаде детали петель распечатаны в масштабе 1:1 и перенесены на стальной лист, вырезаны.
Дополнительные треугольные детали – подкладки для верхних частей петель. Для меньшего износа тонкого металла под нагрузкой, отверстия для осей усилил накладками.
Установил на живую нитку нижние части петель, прокладки. Поверх прокладок прихватил верхние части петель. Предварительно верхние части скреплены шарнирами (короткие болтики) с нижними.
После опробования, детали тщательно проварены, швы зачищены.
Стопор для открытой крышки печи выполнил из нетонкой стальной полосы и двух упоров. Упоры сделал из ввареных в раму обрезков болтиков. Фигурный паз сверху стопора выпилил ручной ножовкой по металлу, просверлив в конце пропила отверстие.
Вариант повышающий удобство эксплуатации печи – газовый лифт (два). Его (их) усилие, длину и расположение придется подобрать по месту.
Готовый металлический каркас печи и столик покрасил. Столик с деревянными полками - остатками эмалей ПФ-115 нескольких цветов (что удалось наскрести), каркас печи – черной термостойкой эмалью КО. Железки предварительно зачистил и обезжирил тряпочкой смоченной бензином. Эмали немного разбавлял нужными растворителями до удовлетворительной текучести (меньше подтеков) и покрывал в три слоя с полным высыханием предыдущего. Оцинкованные детали (сетку) не красил.
Нагреватели печи проволочные в кварцевых трубках. Кварцевые трубки позволяют удобно крепить нагреватели к металлическому каркасу печи (изоляторы), не позволяют осыпаться окалине на расплавленную заготовку. Проволочные нагреватели применил готовые – запасные спирали для электроплиток. Три группы по четыре нагревателя позволяют вывести наружу выводы групп только с одной боковой стороны, внутрь корпуса контроллера. Внутренние промежуточные соединения из относительно тонкой проволоки сделал сваркой, подобно изготовлению термопар.
Мои кварцевые трубки уже были нарезаны в размер. При необходимости длинные заготовки режутся механизировано, алмазным инструментом, например, бормашиной со специальными насадками-дисками, или обычным приемом, принятым в стеклодувном деле. Внутренний диаметр моих трубок – 11…12 мм. Стандартные плиточные спирали мощностью 1.5 кВт выровнял и перемотал на диаметр близкий к 11 мм, кроме того слегка укоротил до мощности 2 кВт (последовательное соединение – 500 Вт в секции). Они лучше помещались в трубках, витки слегка растянуты для предотвращения межвитковых замыканий, остались длинные выводы.
Намотку спиралей другого диаметра делал на подходящем железном шкворне снабженном удобной ручной. Спираль навивал между двух сжатых в тисках дощечках из мягкой древесины, подобно навивке пружин.
Сваривал внутренние выводы нагревателей инвертором настроенным на малый ток ~10А, флюс – кашица из буры с борной кислотой. Лучше всего у меня получались аккуратные оплавленные шарики, если хорошо скрученными проводами чиркнуть подобно спичке о кусочек листовой нержавейки. Полярность обратная. Угольный (графитовый) электрод или порошок графита смешанный с бурой давал худшие результаты.
Наружные выводы нагревателей (под винт) приваривал из такой же проволоки сложенной вдвое – сопротивление этого участка (вывода) будет меньше, греться он будет незначительно, соединение (снаружи, зажатое между шайб) не будет слишком сильно окисляться и проработает дольше. Приварить более толстую проволоку или проволоку медную, менее удобно – сварочное соединение получается хуже, чем, если сваривать три одинаковых проволоки.
Футеровка печи выполнена из мягкого рулонного материала – «керамического одеяла» Сerablanket толщиной 25 мм. Толщина футеровки 100 мм. Одеяло легко режется строительным ножом с новым острым лезвием, работать следует в респираторе – вредная пыль.
Прямоугольные куски отрезал под линейку, с небольшим запасом. На место они становились враспор.
Верхняя часть печи, ее крышка имеет чашеобразную конструкцию, нижняя часть печи заполнена огнеупором полностью, всклень. Порядок укладки был такой – два слоя по периметру крышки (по боковым стенкам), два слоя дна, еще два слоя по боковым сторонам, еще два слоя дна.
Большое число слоев позволило сформовать на углах этакие замки, аналогичным образом уложено и дно верхней части печи.
Нижняя часть печи заполнялась прямоугольниками одеяла без затей, слоями.
На верх (дно рабочей камеры печи - под) положил имеющуюся огнеупорную волокнистую плиту (более твердую), но можно обойтись и одним одеялом.
Монтаж нагревателей в крышке печи. Кварцевые трубки со спиралями привязывал нетолстой нихромовой проволокой (ø0,6 мм) к внешнему металлическому каркасу печи. Сквозь керамическое одеяло. Для работы сделал из 2.5 мм латунной проволоки длинное шило с зубом на конце, подобное «крючку» для прошивки обуви. Зуб выпилил ювелирным лобзиком.
Каждая трубка закреплялась проволокой в двух местах. Шило легко прокалывает мягкую футеровку, при некотором навыке можно довольно точно попасть и в нужную точку с обратной стороны.
Наружное крепление нихромой проволокой нагревателей в кварцевых трубках.
Трубки с нагревателями слегка утапливал в одеяле. Кроме механического крепления нагревателей, шилом продергивал и выводы спиралей наружу (на одну из боковых стенок печи, где будет расположена коробка контроллера). Проволочные ячейки сетки вокруг выводов удалены (выкушены мощными кусачками).
Керамические пуговицы для крепления оставшихся без нагревателей боковых сторон футеровки. Существуют специальные, здесь применил имеющиеся керамические прокладки для транзисторов (при установке их на радиаторы) в больших металлических корпусах. Они применялись в старой специальной и промышленной электронике. Промыл растворителем от остатков теплопроводной пасты и уретанового лака, распределил немногое имеющееся. Хватило как раз.
Наружные выводы нагревателей заделал в подобранные керамические бусы от старой нагревательной техники.
Получилось по несколько конусообразных, вставляющихся друг в друга и по термопарному «биноклю». Две проволочины продевались через отдельные отверстия и скручивались снаружи, бусы несколько утапливались в мягкую футеровку. Здесь же, аналогичным образом заделывалась и термопара (К-типа, хромель-алюмелевая).
Блок управления является неотъемной частью печи смонтированной на боковой стенке верхней ее части. Все выводы (нагревателей, термопары) выходят внутрь блока управления (будет описан отдельно).
Прогон печи, лучше назвать прожогом – первоначальные несколько включений лучше делать на улице или под очень хорошей вытяжкой. Выжигаются некие необязательные частицы огнеупорного одеяла, об этом, собственно, есть предупреждающая надпись и на упаковочной коробке. Прожог делал на улице, пропустив через приоткрытую дверь трехфазный кабель. При рабочей температуре до 750 °С (max четверть часа за цикл обработки), держал печь 6 часов при 800 °С. При этом выжглась основная часть, первые 5…7 циклов внутри (помещения) немного попахивало, приходилось приоткрывать дверь. В принципе, нагревательные печи следует оснащать индивидуальной вытяжкой (зонтом).
Внешняя отделка печи ограничилась обшивкой верхней части (пыль, мусор). Обшил оцинкованной кровельной сталью 0,45 мм, закрепил вытяжными заклепками.
