מדחום Nixie שפופרת מבוקר Arduino: 14 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:14

לפני שנים קניתי חבורה של צינורות ניקסי IN-14 מאוקראינה והיו לי אותם שוכבים מאז. תמיד רציתי להשתמש בהם למכשיר מותאם אישית ולכן החלטתי סוף סוף להתמודד עם הפרויקט הזה ולבנות משהו שמנצל את הדרך כמעט עתיקה זו של הצגת ספרות, אבל כרגע לא רציתי לבנות שעון צינור של ניקסי (חשבתי ש היה קצת דבר קלישאי ולעת עתה די לי בפרויקטים מהודרים של שעון היפסטר), אז חשבתי: למה לא לבנות מדחום לחדר שלי שניתן להפעיל על ידי מחיאות כפיים? גרמתי לזה למחוא כפיים כך שזה לא יהיה מופעל כל הזמן, כי חשבתי שזה די בזבוז אנרגיה וגם לא רציתי שזה יאיר את החדר, במיוחד במהלך הלילה.

צינורות ה- Nixie נשלטים על ידי Arduino, שאחראי גם על קריאת הטמפרטורה מחיישן הטמפרטורה הידוע DHT-11.

זהו עותק מקוצר מהסדרה המקורית שלי שיצא לאתר שלי. תסתכל על זה, אם אתה מתעניין במאמרים טכניים ופרויקטים אחרים שעדיין לא ערכתי עבור Instructables.

שלב 1: צינורות ניסי ומתח גבוה

צינורות ניקסי הם צינורות קתודה קרים המתמלאים בגז ספציפי. יתר על כן, הם מכילים אנודה (או קתודה) משותפת וקתודות נפרדות (או אנודות) לכל ספרה או תו שהם יכולים להציג (ראה איור 1.1).

במקרה שלי, לצינורות יש אנודה משותפת והספרות הן קתודות נפרדות. בניגוד לצינורות אחרים מאותה תקופה (טרנזיסטורים, דיודות …

הדבר היחיד שהם דורשים הוא מתח די גבוה, בדרך כלל בין 150 ל 180V DC. זו בדרך כלל הבעיה העיקרית בעת טיפול בהתקני תצוגה אלה מכיוון שמשמעותה היא שתזדקק לאספקת חשמל מותאמת אישית או למעגל מוגבר ובקרים, המסוגלים להפעיל ולכבות את הקתודות מבלי להשתמש יותר מדי קווי GPIO.

שלב 2: ממיר שלב 12V עד 170V DC

נתחיל איכשהו ליצור את המתח הדרוש כדי שהצינורות יזהרו. למרבה המזל הצינור הטיפוסי של Nixie צריך מתח גבוה אך זרם נמוך מאוד, מה שאומר שזה די קל וזול לבנות ממיר כזה.

היזהר בעת שימוש במעגל זה ומתחים גבוהים באופן כללי. הם לא צעצוע וקיבול זאפ כואב מאוד במקרה הטוב ויכול להרוג אותך במקרה הגרוע ביותר! כבה תמיד את ספק הכוח לפני שינוי/טיפול במעגל והקפד להשתמש במארז מתאים, כך שאף אחד לא יגע בו בטעות כשהוא בשימוש!

השתמשתי במעגל המשולב הידוע MC34063 עבור ממיר ההעברה. ה- IC הקטן הזה משלב כל מה שאתה צריך לכל סוג של ממיר מיתוג. עם זאת, במקום להשתמש בטרנזיסטור המובנה של ה- IC, החלטתי ללכת עם טרנזיסטור חיצוני, שעזר לשמור על קריר ה- IC וגם איפשר לי לצייר זרם גבוה יותר ביציאה. יתר על כן, מכיוון שהיה קשה להפתיע למצוא את הערכים הנכונים עבור כל הרכיבים הללו כדי לקבל תפוקה של 170V, ויתרתי לאחר כמה ימים של חישובים ובדיקות (הגבוה ביותר שקיבלתי מ -12V היה 100V) והחלטתי לא להמציא מחדש הגלגל. במקום זאת, קניתי ערכה מאיביי, שעוקבת פחות או יותר את הסכימטיות של גליון הנתונים הזה עם כמה שינויים (ראה איור 2.1. הוספתי גם תיאורים לתמונה).

שלב 3: שליטה בצינורות בעזרת ארדואינו

אז, כפי שראית קודם לכן, הצינורות דורשים מתח גבוה להפעלה. "אז איך אתה יכול להדליק ולכבות את הצינורות בעזרת מיקרו -בקר, כמו ארדואינו?", אתה עשוי לשאול.

ישנם כמה מסלולים חלופיים שתוכל לנקוט כדי להשיג מטרה זו. לדוגמה, נהגי צינורות ייעודיים של Nixie. אתה עדיין יכול להשיג מניות ישנות חדשות ומשתמשים משומשים, אך יכול להיות שקשה למצוא אותם והם יכולים להיות יקרים ואני לא מצפה שיהיה קל יותר למצוא אותם בעתיד, כי אלה כבר לא מיוצרים.

אז אני לא אשתמש במנהל צינור כזה של ניקסי. במקום זאת, אשתמש בטרנזיסטורים ובמפענחים בינארי לעשרוני, כך שלא אצטרך להשתמש ב -10 קווי GPIO לכל צינור ניסי. עם מפענחים אלה, אצטרך 4 קווי GPIO לכל צינור וקו אחד כדי לבחור בין שני צינורות.

בנוסף, כדי שלא אצטרך לעבור בין הצינורות כל הזמן בתדירות גבוהה, אשתמש בכפכפים (אשר יזדקקו לקו GPIO נוסף לצורך איפוס) כדי לשמור על הקלט האחרון כל זמן שצריך (ראה איור 3.1, לחץ כאן למעגל הבקרה המלא ברזולוציה גבוהה).

שלב 4: שיקולי עיצוב

בעת תכנון המעגל הזה, מצאתי מפענחים עם כפכפי R/S מובנים, שעדיין מיוצרים (למשל CD4514BM96). אך למרבה הצער, לא הצלחתי להשיג זאת במהירות מכיוון שזמן האספקה היה שבועיים ולא רציתי לחכות כל כך הרבה זמן. אז אם המטרה שלך היא ליצור PCB קטן (או שאתה רוצה שיהיה לך מספר קטן של ICs שונים), אז אתה בהחלט צריך ללכת עם שבב כזה, במקום להשתמש בכפכפים חיצוניים.

ישנן גם גרסאות הפוכות של מפענחים אלה. לדוגמה, ה- CD4514BM965 הוא הגרסה ההפוכה ל- IC שהוזכר לעיל, כאשר המספר שנבחר יהיה נמוך במקום גבוה, וזה לא מה שאנחנו רוצים במקרה זה. אז שימו לב לפרט הזה בעת הזמנת החלקים שלכם. (אל דאגה: רשימת חלקים מלאה תיכלל מאוחר יותר במדריך זה!)

אתה יכול להשתמש בכל סוג של טרנזיסטור עבור המערך שלך, כל עוד הדירוג תואם את המתח והזרם של הצינורות שלך. יש גם ICs של מערכי טרנזיסטורים זמינים, אך שוב, לא הצלחתי למצוא כאלה שדורגו מעל 100V או שהיו זמינים במהירות.

שלב 5: מערך הטרנזיסטור

בשלב 3 לא הצגתי את מערך הטרנזיסטורים בכדי שהגרפיקה תהיה פשוטה ומובנת בקלות. איור 5.1 מציג את מערך הטרנזיסטור החסר בפירוט.

כפי שאתה יכול לראות, כל פלט דיגיטלי של המפענח מחובר לבסיס טרנזיסטור npn באמצעות נגד מגביל זרם. זה הכל, ממש פשוט.

רק וודא שהטרנזיסטורים שבהם אתה משתמש יכולים להתמודד עם מתח של 170V וזרם של 25mA. כדי להבין מה ערך הנגד-הבסיסי שלך צריך להיות, השתמש במחשבון המקושר בסוף מדריך זה תחת "קריאות נוספות".

שלב 6: קריאת הטמפרטורה

אולי שמעת כבר על חיישן הטמפרטורה והלחות המשולבים DHT-11 (או DHT-22) (ראה איור 6.1). ההבדל היחיד בין חיישן זה ל- DHT-22 הוא הדיוק וטווח המדידה. ל- 22 יש טווח גבוה יותר ודיוק טוב יותר, אך למדידת טמפרטורת החדר, ה- DHT-11 הוא יותר ממספיק וזול יותר, למרות שהוא יכול לספק רק תוצאות שלמות.

החיישן דורש שלושה חיבורים: VCC, GND ושורה אחת לתקשורת טורית. כל שעליך לעשות הוא לחבר אותו למקור המתח ולחבר את החוט היחיד לתקשורת לפין GPIO של הארדואינו. גליון הנתונים מציע להוסיף נגד משיכה בין קו ה- com ו- VCC, כך שקו התקשורת יהיה במצב גבוה כאשר הוא אינו בשימוש (ראה איור 6.2).

למרבה המזל יש כבר ספרייה ל- DHT-11 (וחבורה של ספריות מתועדות היטב ל- DHT-22), שתטפל בתקשורת בין הארדואינו לחיישן הטמפרטורה. אז יישום בדיקה לחלק זה הוא קצר למדי:

שלב 7: סקיצה של Arduino מלאה

אז לאחר שנעשו קריאות החיישנים, השלב האחרון היה לקחת את המידע מהחיישנים ולהציג את הטמפרטורה בעזרת צינורות ניקסי.

כדי להפעיל מספר מסוים על צינור, עליך להעביר קוד של 4 סיביות למפענח, שיפעיל את הטרנזיסטור הנכון. יתר על כן, עליך גם לשדר ביט אחד המציין, איזה משני הצינורות אתה רוצה להגדיר עכשיו.

החלטתי להוסיף R/S-Latch ממש מול כל קלט של המפענח. לאלו מכם, שאינם יודעים, כיצד פועל אחד התפסות הללו, הנה הסבר מהיר:

זה בעצם מאפשר לך לאחסן קצת מידע אחד. הבריח יכול להיות SET ו- RESET (מכאן השם R/S-Latch, הידוע גם בשם S/R-Latch או R/S-Flip-Flop). על ידי הפעלת קלט ה- SET של הבריח, הפלט Q מוגדר ל- 1. על ידי הפעלת קלט ה- RESET, Q הופך ל- 0. אם שתי הכניסות אינן פעילות, המצב הקודם של Q נשמר. אם שתי התשומות מופעלות במקביל יש לך בעיה, מכיוון שהתפס נאלץ למצב לא יציב, מה שאומר בעצם שהתנהגותו תהיה בלתי צפויה, אז הימנע ממצב זה בכל מחיר.

אז כדי להציג את המספר 5 בראשון (משמאל) ואת המספר 7 בצינור השני של ניקסי, עליך:

• אפס את כל הבריחים
• הפעל את הצינור השמאלי (שלח 0 על קו ה- EN)
• הגדר את כניסות המפענח (D, C, B ו- A): 0101
• הגדר את D, C, B ו- A ל -0, כך שהמצב האחרון יישמר (אין צורך לעשות זאת אם שתי הצינורות אמורים להציג את אותו מספר)
• הפעל את הצינור הימני
• הגדר את כניסות המפענח (D, C, B ו- A): 0111
• הגדר את D, C, B ו- A ל -0, כך שהמצב האחרון יישמר

כדי לכבות את הצינורות אתה יכול להעביר ערך לא חוקי (כמו 10 או 15). המפענח יכבה אז את כל היציאות ולכן אף אחד מהטרנזיסטורים הזמינים לא יופעל ושום זרם לא יזרום בצינור ניקסי.

אתה יכול להוריד את כל הקושחה כאן

שלב 8: הזמנת ה- PCB

רציתי לשלב הכל (למעט מעגל ההגברה) על לוח PCB אחד, שלדעתי יצא די טוב (ראה איור (8.1).

המטרה העיקרית שלי הייתה להשאיר את גודל ה- PCB קטן ככל האפשר, אך עדיין לספק קצת מקום שבו הוא יכול להיות מותקן למארז. רציתי גם להשתמש ברכיבי SMD, כדי שאוכל לשפר את טכניקת ההלחמה שלי והם גם יעזרו לשמור על ה- PCB דק, כך שהמקרה המותאם אישית לא חייב להיות גדול ומגושם (ראה איור 8.2).

בשל השימוש ברכיבי SMD, רוב החיבורים היו צריכים להתבצע בצד הרכיב. ניסיתי להשתמש בכמה שפחות ויאסות. לשכבה התחתונה יש רק קווי GND, VCC ו- +170V וכמה חיבורים שהיו צריכים להתבצע בין סיכות שונות של אותו IC. זו גם הסיבה לכך שהשתמשתי בשני מחשבי ה- DIP-16 במקום גרסאות ה- SMD שלהם.

אתה יכול להוריד את קבצי העיצוב PCB ואת סכמות EAGLE כאן.

מכיוון שמדובר בעיצוב זעיר עם סובלנות ועקבות קטנים מאוד היה חשוב למצוא יצרן טוב למחשבי הלוח המודרניים כדי שייצא יפה ויעבוד כראוי.

החלטתי להזמין אותם ב- PCBWay ואיני יכול להיות מרוצה יותר מהמוצר ששלחו לי (ראה איור 8.3).

אתה יכול לקבל הצעת מחיר מיידית לאב טיפוס שלך באינטרנט ללא צורך בהרשמה. אם תחליט להזמין: יש להם גם ממיר מקוון שימושי זה שימיר קבצי EAGLE לפורמט הנכון של גרבר. למרות של- EAGLE יש גם ממיר, אני מאוד אוהב ממירים מקוונים מיצרנים, כי כך אתה יכול להיות בטוח ב -100% שלא יהיו בעיות תאימות עם גרסת הגרבר.

שלב 9: פתרון בעיות

כשבדקתי לראשונה את ה- PCB שהומלחד טרי, שום דבר לא עבד. הצינורות לא יראו דבר כלל (מפענחים הגיעו לערך> 9) או שמספרים אקראיים יישארו דולקים כל הזמן או יהבהבו ויכבו, מה שנראה נחמד אך לא רצוי במקרה זה.

בהתחלה האשמתי את התוכנה. אז המצאתי את בודק הניקי הזה עבור Arduino (ראה איור 9.1).

סקריפט זה מאפשר לך להזין מספר פין GPIO (0-8) שברצונך לשנות את המצב. לאחר מכן היא מבקשת את המדינה. בעת הזנת סיכה מספר 9, הבריחים מתאפסים.

אז המשכתי בבדיקה ועשיתי טבלת אמת עם כל הקלטים האפשריים עבור A, B, C ו- D. שמתי לב, כי לא ניתן להציג את המספרים 4, 5, 6 ו -7 עם אף אחד משני הצינורות. בנוסף, הם היו מגיבים בצורה שונה לאותו שילוב של תשומות.

הבנתי שייתכן שיש גם בעיה בחשמל. לא הצלחתי למצוא בעיות טכניות בעיצוב, אבל אז חשבתי על משהו שלמדתי מזמן (אך מעולם לא הייתה לי בעיה איתו מאז): שטף יכול להיות מוליך. זה אולי לא מהווה בעיה ביישומים דיגיטליים ומתחים רגילים, אבל נראה שזו הייתה בעיה כאן. אז ניקיתי את הלוח עם אלכוהול ולאחר מכן הוא התנהג כראוי.

סוג של. דבר נוסף ששמתי לב אליו: החלק בו השתמשתי ב- EAGLE בעת יצירת פריסת ה- PCB שלי היה שגוי (לפחות עבור הצינורות שלי). נראה שלצינורות שלי יש pinout שונה.

רק כמה דברים שכדאי לזכור כאשר המעגל שלך אינו פועל מיד.

שלב 10: מארז מותאם אישית

אחרי שהכל מסודר, רציתי לבנות מארז נחמד שיאכלס את המעגל שלי. למרבה המזל נשאר לי הרבה עץ מפרויקט שעון המילים שלי, שרציתי להשתמש בו לבניית רשת מבפנים (ראה איור 10.1).

בניתי את המארז בעזרת המדידות הבאות:

כַּמוּת	מדידות [מ"מ]	תיאור
6	40 x 125 x 5	תחתון, עליון, צד קדמי ואחורי
2	40 x 70 x 5	חתיכות צד קטנות
2	10 x 70 x 10	חלקים מבניים מבפנים (ראה איור 8).
2	10 x 70 x 5	חלקים מבניים על המכסה (ראה איור 11).

לאחר שחתכתי את החלקים, הנחתי אותם יחד כדי ליצור את הקופסה המוצגת באיור. 10.2.

איור 10.3 מציג את המקרה מזווית אחרת.

החלק העליון של המארז זהה לחלוטין לתחתית, רק ללא הקירות ועם חלקים מבניים פחות גבוהים (ראו איור 10.4). הוא משמש כמכסה וניתן להסיר אותו לשירות הרכיבים מבפנים. הלוח המודפס יותקן על המכסה כאשר שני הצינורות יוצאים מחוץ למארז.

לאחר שהייתי מרוצה מאיך שהכל משתלב, הדבקתי את כל החלקים יחד ונתתי לזה להתייבש במשך כמה שעות.

יתכן שאתה תוהה כיצד תיקנתי את הלוח למכסה כאשר אין ברגים שנראים בחלקו העליון. פשוט קידחתי חור עבור הבורג לחלק המבני של המכסה ואז הכנסתי כיור ראש של הבורג (ראו איור 10.5).

שלב 11: סיום הבנייה

לאחר שהרכב הלוח הראשי הותקן על המכסה, פשוט היה צריך להניח את כל הרכיבים האחרים בתיק, שניתן לראות בתרשים. 11.1.

כפי שאתה יכול לראות, ניסיתי לארגן את הכבלים הכי טוב שיכולתי ואני חושב שזה יצא די טוב. הכל משתלב היטב בתיק, כפי שניתן לראות באיור. 11.2.

הוספתי גם DC-Jack למארז (והשתגעתי קצת עם הדבק החם שם). אך בדרך זו ניתן להפעיל את מד החום עם כל מטען טלפוני גנרי וכבל מתאים. עם זאת, תוכל גם להוסיף סוללת 5V, אם תרצה בכך.

שלב 12: חלקים המשמשים במבנה זה

לגבי האלקטרוניקה:

כַּמוּת	מוצר	מחיר	פרטים
1	DHT-11	4, 19€	קיבלתי אותו מחנות יקרה. אתה יכול להשיג אלה בפחות מ- $ 1 מסין.
2	CD4028BM	0, 81€	מפענח
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	ממיר מתח
1	פינדר	0, 21€	2x5 סיכות
1	מסוף בורג	0, 35€	2 חיבורים
20	SMBTA42	0, 06€	npn-טרנזיסטור
20	נגד SMD	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	כפכפי R/S-Flip
1	PCB	4, 80€	הזמן כאן
2	IN-14 ניקסים	2, 00€
1	ממיר צעדים	6, 79€

תזדקק גם למיקרו -בקר כלשהו. השתמשתי ב- Arduino Pro Micro.

למקרה:

כַּמוּת	מוצר	מחיר	פרטים
N. A.	עץ	~2€	ראה לעיל
4	ברגים M3x16	0, 05€
4	אגוזים M3	0, 07€
בקבוק אחד	דבק לעץ	1, 29€
1 פחית	צבע עץ	5, 79€

שלב 13: סיכום

אני ממש שמח עם התוצאה של הבנייה הזו. פעם אחת הצלחתי לחתוך את חתיכות העץ בצורה מדויקת וגם לא שכחתי מהרכבת חורים ל- PCB. וזה בעצם גם נראה מפואר (ראה איור 13.1).

חוץ מזה, זה היה מעניין לעבוד עם צינורות ומתחים גבוהים באופן כללי ויש כמה דברים שכדאי לקחת בחשבון כאשר עושים זאת.

לסיכום, הייתי אומר שזה טוב, שיש לנו דרכים נוחות יותר להציג מספרים היום אבל מצד שני אין דבר דומה לזוהר ולמראה הכללי של צינורות ניקסי, שאני מאוד נהנה להסתכל עליהם, במיוחד, כאשר חשוך (ראה איור 13.2).

מקווה שאהבתם את זה להדרכה. אם עשית זאת, הקפד להציץ באתר שלי למאמרים ופרויקטים מעניינים יותר!

שלב 14: ייחוסים, מקורות וקריאות נוספות

קריאות נוספות MC34063 פרטי יישום - ti.com MC4x063 גליון נתונים - ti.com Nixie tube driver IC - tubehobby.com DHT -11 ספריית Arduino - arduino.ccA טרנזיסטור כמתג - petervis.com תורת נגדי בסיס, נוסחאות ומחשבון מקוון - petervis.com

מקורות תמונה [איור. 1.1] IN-14 צינורות Nixie, coldwarcreations.com [איור. 2.1] מעגל הגבהה, מצויר בעצמו אך נלקח מאתר ebay.com [איור. 6.1] חיישן טמפרטורה DHT-11-tinytronics.nl