新年Geek手工:廢棄的電視不要扔!拆掉映像管,改造一隻炫酷向量時鐘

新年Geek手工:廢棄的電視不要扔!拆掉映像管,改造一隻炫酷向量時鐘

春節馬上就要到了,如果不想走親訪友,只想在家安安靜靜做一隻技術宅,那麼這篇文章或許可以給你一些啟發,陰極射線管也可以改造成炫酷時鐘!近日,國外一位小哥Stephen Cass用PIC微控製器將舊的陰極射線管做成了時鐘,並將製作過程發佈在IEEE Spectrum,他究竟是怎麼做到的呢,一起來看下吧~

新年Geek手工:廢棄的電視不要扔!拆掉顯像管,改造一隻炫酷矢量時鐘

還記得曾經有一種非常流行的粒子加速器嗎?成千上萬人投入到它的大規模生產中。工作中的工程師和科學家們,以及在家中客廳的人們,都會全神貫注地觀看一束次原子粒子撞擊入螢光屏而形成的舞動光芒。這個引人注目的加速器當然就是陰極射線管(CRT)了,曾經在電子顯示技術領域獨霸鰲頭幾十年,直到被平板技術毫不客氣地拖入進了表裡兼有的歷史垃圾堆中。

但是我們仍然可以找到些CRT,結合Howard Constantine的100美元示波器時鐘套件你可以充分利用這些CRT。該套件可與許多CRT配合使用,這些CRT被設計用於示波器類型的顯示器,並以相對較低的電壓(數百伏而不是數千伏)工作。

就像熟悉電晶體的工程師不知道放大器為何物一樣,如今的工程師對於CRT已然毫不熟悉,在此我們可能需要快速回顧幾個要點。示波器類的CRT與電視和大多數電腦顯示器中的CRT不同。電視類的CRT使用位於真空管外部的線圈產生的磁場來偏轉電子束,該電子束在整個螢幕上逐行掃瞄以形成所謂的光柵圖像。

示波器類型的CRT使用位於管內的兩對水平和垂直方向的板來使光束靜電偏轉:這種方法對於示波器很方便,因為模擬輸入電壓可以直接控制光束的垂直位置(儘管已經通過某些訊號調節電路進行了濾波),而內部定時電路控制水平偏轉,這讓工程師可以看到隨時間變化的訊號。

時鐘組件(從左到右)

這個套件不附帶CRT,但你可以從eBay等網站購買。這個套件可與許多不同的CRT一起使用:你會需要一個專用於示波器的低電壓的CRT。我就使用DG7-6組裝了整個套件。

一個變壓器加整流器會產生CRT所需的大約300伏直流電。時鐘本身可以透過跳線選擇工作在110V和220V電源上,並且可以自動檢測用作時基的交流電源的頻率。

時鐘由PIC微控制器驅動,所有組件均為通孔。

印製電路板上有用於存放其他可選配件的空間,例如備用電池,用於設置時間的Wi-Fi和GPS模組。

光束的水平偏轉也可以通過第二個輸入電壓(稱為X-Y或向量模式)進行控制。這使得示波器CRT吸引了早期的電腦圖形學先驅,他們將它作為雷達防禦網路之類的顯示器投入使用。一些具有開創性的電腦遊戲是使用向量顯示方式製作的,這包括具有爭議性的第一個電子遊戲,即1958年的《兩人網球》,以及1979年的大型街機遊戲《小行星》。但是向量顯示在顯示位圖或只是簡單的填充大面積純色區域時都遇到了困難,因此最終輸給了光柵顯示。

但是CRT向量顯示器具有的一種獨特的外觀卻很難複製-尤其是當螢幕為圓形時,這是當年最容易製作的形狀。(讓我覺得有那麼點諷刺意味的是,在工程師們花費數十年的努力創造了盡可能最完美的平面和矩形顯示器之後,智慧型手機製造商已經開始大肆宣傳那些能夠提供具有圓角的部分彎曲的螢幕。)

次原子束:在CRT中,電子從陰極沸騰並加速並聚焦,然後再由電極操縱。

示波器時鐘套件讓你可以重現那種圓形外觀。該套件本身包括印製電路板和所有附帶的組件,其中包括兩個PIC微控制器,一個控制時鐘並生成圖形和文本,而另一個專用於定期在螢幕周圍移動時鐘以避免螢光體老化。

正常情況你需要自己購買封裝外殼和CRT(eBay通常有這些的東西的清單),因為Constantine的有限的庫存面積,只夠他用來出售完全組裝的鐘錶,但他好心賣給我一個7公分寬的DG7-6,售價是75美元,以及一個丙烯酸封裝殼,售價是40美元。

擁有一個敞亮的外殼對我來說很重要,因為我希望能夠既展示陰極射線管的最佳效果,同時又能保障手指的相對安全。這很重要,因為即使CRT被認為是「低電壓」,整個電路的某些部分仍然有著300伏電壓呢。

或許是因為兒時的記憶,我在這件事上顯得格外膽小:當我開始對於用螺絲起子拆東西表現出極大興致時,我的父親,一名廣播工程師,常常講一些譬如在拔下電視機插頭後仍有人被電視機高壓電容器中存儲的電壓所傷,這類充滿真實色彩描述的故事,掐斷了我所有想對電視機進行的任何拆卸構想。

幸運的是,時鐘套件的相對較小的電容器對人體的危害更是小得多。儘管如此,如今甚至連5V電壓都會被作為電路熔點而避開,我還是建議大家在工作時要比以往更加謹慎,尤其是當組裝階段的板子插電後,確實需要用萬用表對其進行電壓測量。

銲接通孔元件非常直接簡單,由於最高的元件(一個變壓器)是首要元件之一,因此你可能需要使用某種電路板支架,而不是在工作時嘗試將電路板平放。但是最大的障礙來自於當我需要連接DG7-6 CRT時,時鐘套件提供10條用於CRT連接的引線,其中有兩條引線用於為加熱器燈絲提供幾伏交流電,使得陰極溫度升高到足以發揮熱電發射效應的程度,有一條引線具有約295V的恆定負電壓以提供陰極電流。有三條引線連接到CRT頸部的一系列加速和聚焦電極上面,剩下的四條引線連接到水平和垂直兩對偏轉板上。但是我的DG7-6只有9針PIN腳!

檢查DG7-6的資料表(我在Frank Philipse的精彩檔案中找到),表明陰極和加熱器燈絲的一側共用一個PIN腳。與Constantine進行了快速電子郵件溝通後,有了一種快速解決方案:我所要做的就是將陰極連接飛線到一根燈絲引線上。接著按照說明書的引導,我逐步完成了所需的校準步驟,在螢幕中心產生清晰明亮的測試點,而不是在側面產生模糊的暗色橢圓形斑點。

在組裝套件時,有兩個可選的40美元附加電路,Wi-Fi模組和GPS模組,你可以選擇增加任何一個,這樣你就無需手動設置時鐘。如果沒有這些模組,時鐘會自動檢測它是否被插入了50或60赫茲的壁式插座,並使用該頻率作為參考時基。手動設置時鐘僅需按壓「快速設置」和「慢速設置」按鈕,直到時鐘顯示正確的時間即可。

最終的結果是一款引人注目的鐘錶,它將CRT恢復到應有的位置:關注的中心。

 

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