Termometër Nixie-tub i kontrolluar nga Arduino: 14 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:17

Vite më parë bleva një tufë tubash IN-14 Nixie nga Ukraina dhe i kisha të shtrirë që atëherë. Unë gjithmonë kam dashur t'i përdor ato për një pajisje të personalizuar dhe kështu vendosa që më në fund të merrem me këtë projekt dhe të ndërtoj diçka që përdor këtë mënyrë pothuajse të lashtë të shfaqjes së shifrave, por tani për tani nuk doja të ndërtoja një orë tubi Nixie (mendova se ishte pak gjë klishe për të bërë dhe tani për tani kam pasur mjaft projekte të zbukuruara të orës hipster), kështu që mendova: Pse të mos ndërtoj një termometër për dhomën time që mund të aktivizohet duke duartrokitur? E bëra që duartrokitja të aktivizohet në mënyrë që të mos jetë gjatë gjithë kohës, sepse mendova se ishte një humbje e madhe e energjisë dhe gjithashtu nuk doja që ajo të ndriçonte dhomën, veçanërisht gjatë natës.

Tubat Nixie kontrollohen nga një Arduino, i cili është gjithashtu përgjegjës për leximin e temperaturës nga sensori i mirënjohur i temperaturës DHT-11.

Kjo është një kopje e shkurtuar nga seria ime origjinale e publikuar në faqen time në internet. Hidhini një sy asaj, nëse jeni të interesuar për artikuj dhe projekte të tjera teknike që nuk i kam redaktuar ende për Instructables.

Hapi 1: Tubat Nixie dhe Tensioni i Lartë

Tubat Nixie janë tuba katodë të ftohtë që janë të mbushur me një gaz specifik. Për më tepër, ato përmbajnë një anodë të zakonshme (ose katodë) dhe katoda të veçanta (ose anoda) për çdo shifër ose karakter që mund të shfaqin (Shih fig. 1.1).

Në rastin tim, tubat kanë një anodë të përbashkët dhe shifrat janë katoda të veçanta. Ndryshe nga tubat e tjerë të asaj kohe (transistorë, dioda,…) Tubat Nixie zakonisht nuk kanë nevojë të nxehen për të punuar siç duhet (prandaj emri: tub katodë i ftohtë).

E vetmja gjë që ata kërkojnë është një tension mjaft i lartë, zakonisht midis 150 dhe 180V DC. Ky është zakonisht problemi kryesor gjatë trajtimit të këtyre pajisjeve të ekranit, sepse kjo do të thotë që do t'ju duhet një furnizim me energji elektrike ose qark shtesë dhe kontrollues, të cilët janë të aftë të ndezin dhe fikin katodat pa përdorur shumë linja GPIO.

Hapi 2: Konvertues i hapjes 12V në 170V DC

Le të fillojmë me krijimin disi të tensionit të nevojshëm për t'i bërë tubat të shkëlqejnë. Për fat të mirë, tubi tipik Nixie ka nevojë për një tension të lartë, por shumë të ulët, që do të thotë se është mjaft e lehtë dhe e lirë të ndërtosh një konvertues të tillë.

Kini kujdes kur përdorni këtë qark dhe tensione të larta në përgjithësi. Ata nuk janë një lodër dhe marrja e një zapi dhemb shumë në rastin më të mirë dhe potencialisht mund t'ju vrasë në rastin më të keq! Gjithmonë fikni furnizimin me energji elektrike para se të ndryshoni/servisoni qarkun dhe sigurohuni që të përdorni një kuti të duhur, në mënyrë që askush të mos e prekë rastësisht kur është në përdorim!

Kam përdorur qarkun e integruar të mirënjohur MC34063 për konvertuesin e rritjes. Ky IC i vogël kombinon gjithçka që ju nevojitet për çdo lloj konvertuesi kalimi. Sidoqoftë, në vend që të përdorja transistorin e integruar të IC, vendosa të shkoj me një transistor të jashtëm, i cili ndihmoi në mbajtjen e IC të ftohtë dhe gjithashtu më lejoi të kem një tërheqje më të lartë të rrymës në dalje. Për më tepër, sepse ishte çuditërisht e vështirë për të gjetur vlerat e duhura për të gjithë këta përbërës për të marrë një dalje prej 170V, unë hoqa dorë pas disa ditësh llogaritjesh dhe testesh (më e larta që mora nga 12V ishte 100V) dhe vendosa të mos shpikja përsëri rrota. Në vend të kësaj, unë bleva një çantë nga eBay, e cila më së shumti ndjek skemën nga kjo fletë e të dhënave me disa ndryshime (Shih fig. 2.1. Unë gjithashtu shtova përshkrimet në imazh).

Hapi 3: Kontrolli i tubave me një Arduino

Pra, siç e keni parë më herët, tubat kërkojnë një tension të lartë për t'u ndezur. "Pra, si mund t'i ndizni dhe fikni tubat me një mikrokontrollues, si një Arduino?", Mund të pyesni.

Ka disa rrugë alternative që mund të merrni për të arritur këtë qëllim. Për shembull, drejtuesit e tubave Nixie të dedikuar. Ende mund të merrni aksione të reja të vjetra dhe IC të përdorura, por ato mund të jenë të vështira për t'u gjetur dhe mund të jenë të shtrenjta dhe nuk pres që ato të jenë më të lehta për t'u gjetur në të ardhmen, sepse këto nuk prodhohen më.

Kështu që unë nuk do të përdor një drejtues të tillë tubi Nixie. Në vend të kësaj, unë do të përdor transistorë dhe dekodues binarë në dhjetorë, në mënyrë që të mos më duhet të përdor 10 linja GPIO për tub nixie. Me këta deshifrues, do të më duhen 4 linja GPIO për tub dhe një linjë për të zgjedhur midis dy tubave.

Për më tepër, në mënyrë që të mos kem nevojë të kaloj midis tubave gjatë gjithë kohës me një frekuencë të lartë, unë do të përdor flip-flops (të cilat do të kenë nevojë për një linjë shtesë GPIO për të rivendosur) për të mbajtur hyrjen e fundit për aq kohë sa është e nevojshme (Shih Fig. 3.1, kliko këtu për qarkun e plotë të kontrollit në një rezolucion të lartë).

Hapi 4: Konsideratat e Dizajnit

Gjatë hartimit të këtij qarku, gjeta dekoderë me R/S-Flip-Flops të integruar, të cilët ende po prodhohen (për shembull CD4514BM96). Por për fat të keq, unë nuk mund t'i merrja këto shpejt pasi koha e dorëzimit ishte dy javë dhe nuk doja të prisja kaq gjatë. Pra, nëse qëllimi juaj është të bëni një PCB të vogël (ose dëshironi të keni një numër të vogël të IC-ve të ndryshme), atëherë patjetër që duhet të shkoni me një çip të tillë, në vend që të përdorni Flip-Flops të jashtëm.

Ekzistojnë gjithashtu variante të përmbysura të këtyre deshifruesve. Për shembull, CD4514BM965 është varianti i përmbysur në IC të sipërpërmendur, ku numri i zgjedhur do të jetë i ulët në vend i lartë, që nuk është, ajo që duam në këtë rast. Pra, kushtojini vëmendje këtij detaji kur porositni pjesët tuaja. (Mos u shqetësoni: Një listë e plotë e pjesëve do të përfshihet më vonë në këtë Udhëzues!)

Ju mund të përdorni çdo lloj transistori për grupin tuaj, përderisa vlerësimet përputhen me tensionin dhe tërheqjen aktuale të tubave tuaj. Ekzistojnë gjithashtu IC të grupit transistor, por përsëri, nuk gjeta ndonjë që ishte vlerësuar mbi 100V ose që ishte në dispozicion shpejt.

Hapi 5: Grupi i Transistorit

Në hapin 3 unë nuk e tregova grupin e tranzistorit për t'i mbajtur grafikat të thjeshta dhe lehtësisht të kuptueshme. Figura 5.1 tregon grupin e transistorit që mungon në detaje.

Siç mund ta shihni, çdo dalje dixhitale e deshifruesit është e lidhur me bazën e një npn-tranzistori përmes një rezistence kufizuese aktuale. Kjo është e gjitha, me të vërtetë e thjeshtë.

Vetëm sigurohuni që transistorët që përdorni mund të trajtojnë një tension prej 170V dhe një rrymë prej 25mA. Për të kuptuar se cila duhet të jetë vlera juaj e rezistencës bazë, përdorni kalkulatorin e lidhur në fund të këtij Udhëzuesi nën "Lexime të mëtejshme".

Hapi 6: Leximi i Temperaturës

Ju mund të keni dëgjuar tashmë për sensorin e kombinuar të temperaturës dhe lagështisë DHT-11 (ose DHT-22) (Shih fig. 6.1). Dallimi i vetëm midis këtij sensori dhe DHT-22 është saktësia dhe diapazoni i matjes. 22 ka një gamë më të lartë dhe saktësi më të mirë, por për matjen e temperaturës së dhomës, DHT-11 është më se e mjaftueshme dhe më e lirë, edhe pse mund të japë vetëm rezultate të plota.

Sensori kërkon tre lidhje: VCC, GND dhe një linjë të vetme për komunikim serik. Thjesht lidheni atë me burimin e tensionit dhe lidhni tela të vetme për komunikim me një kunj GPIO të Arduino. Fleta e të dhënave sugjeron shtimin e një rezistence tërheqëse midis linjës com dhe VCC, në mënyrë që linja e komunikimit të jetë në një gjendje të lartë, kur nuk përdoret (Shih fig. 6.2).

Për fat ka tashmë një bibliotekë për DHT-11 (dhe një bandë bibliotekash të dokumentuara mirë për DHT-22), e cila do të trajtojë komunikimin midis Arduino dhe sensorit të temperaturës. Pra, një aplikim testimi për këtë pjesë është mjaft i shkurtër:

Hapi 7: Plotësoni Skicën Arduino

Pra, pasi u bënë leximet e sensorëve, hapi i fundit ishte marrja e informacionit nga sensorët dhe shfaqja e temperaturës me tubat Nixie.

Për të ndezur një numër të caktuar në një tub, duhet të transmetoni një kod 4-bit në deshifrues, i cili do të ndezë transistorin e duhur. Për më tepër, ju gjithashtu duhet të transmetoni një bit që tregon, cilën nga dy tubat doni të vendosni tani.

Vendosa të shtoj një R/S-Latch menjëherë përpara secilës hyrje të deshifruesit. Për ata prej jush, që nuk e dinë, se si funksionon njëra prej këtyre shulave, këtu është një shpjegim i shpejtë:

Në thelb ju lejon të ruani një grimë informacioni. Shulja mund të jetë SET dhe RESET (pra emri R/S-Latch, i njohur edhe si S/R-Latch ose R/S-Flip-Flop). Duke aktivizuar hyrjen SET të shulit, dalja Q vendoset në 1. Duke aktivizuar hyrjen RESET, Q bëhet 0. Nëse të dy hyrjet nuk janë aktive, gjendja e mëparshme e Q ruhet. Nëse të dy hyrjet aktivizohen në të njëjtën kohë ju keni një problem, sepse shulja detyrohet në një gjendje të paqëndrueshme, që në thelb do të thotë që sjellja e saj do të jetë e paparashikueshme, kështu që shmangeni këtë gjendje me çdo kusht.

Pra, për të shfaqur numrin 5 në të parën (majtas) dhe numrin 7 në tubin e dytë Nixie, duhet të:

• Rivendosni të gjitha shulat
• Aktivizoni tubin e majtë (Dërgo 0 në linjën EN)
• Vendosni hyrjet e dekoduesit (D, C, B dhe A): 0101
• Vendosni D, C, B dhe A të gjithë në 0, në mënyrë që gjendja e fundit të ruhet (Kjo nuk ka nevojë të bëhet nëse të dy tubat duhet të shfaqin të njëjtin numër)
• Aktivizoni tubin e duhur
• Vendosni hyrjet e dekoduesit (D, C, B dhe A): 0111
• Vendosni D, C, B dhe A të gjithë në 0, në mënyrë që gjendja e fundit të ruhet

Për të fikur tubat mund të transmetoni një vlerë të pavlefshme (si 10 ose 15). Dekoduesi pastaj do të fikë të gjitha daljet dhe për këtë arsye asnjë nga transistorët në dispozicion nuk do të aktivizohet dhe asnjë rrymë nuk do të rrjedhë nëpër tubin Nixie.

Këtu mund të shkarkoni të gjithë firmware -in

Hapi 8: Oderimi i PCB

Doja të kombinoja gjithçka (përveç qarkut të rritjes) në një PCB, e cila mendoj se doli mjaft mirë (Shih fig. (8.1).

Qëllimi im kryesor ishte të mbaja madhësinë e PCB sa më të vogël që të ishte e mundur, por prapëseprapë të siguroja pak hapësirë, ku mund të montohej në kasë. Unë gjithashtu doja të përdorja përbërës SMD, në mënyrë që të mund të përmirësoja teknikën time të saldimit dhe ato gjithashtu do të ndihmonin në mbajtjen e hollë të PCB në mënyrë që kutia e personalizuar të mos jetë e madhe dhe e rëndë (Shih fig. 8.2).

Për shkak të përdorimit të përbërësve SMD, shumica e lidhjeve duhej të bëheshin nga ana e komponentit. Unë u përpoqa të përdor sa më pak vias të jetë e mundur. Shtresa e poshtme me të vërtetë ka vetëm linjat GND, VCC dhe +170V dhe disa lidhje që duhej të bëheshin midis kunjave të ndryshëm të të njëjtit IC. Kjo është gjithashtu arsyeja pse kam përdorur dy IC-të DIP-16 në vend të varianteve të tyre SMD.

Ju mund të shkarkoni skedarët e dizajnit të PCB dhe skemat EAGLE këtu.

Meqenëse ky është një dizajn i vogël me toleranca dhe gjurmë shumë të vogla, ishte e rëndësishme të gjesh një prodhues të mirë për PCB -të në mënyrë që ato të dalin mirë dhe të funksionojnë siç duhet.

Vendosa t'i porosis ato në PCBWay dhe nuk mund të jem më i kënaqur me produktin që më dërguan (Shih fig. 8.3).

Ju mund të merrni një kuotë të menjëhershme për prototipet tuaj në internet pa pasur nevojë të regjistroheni. Nëse vendosni të porosisni: Ata gjithashtu kanë këtë konvertues të dobishëm në internet, i cili do të konvertojë skedarët EAGLE në formatin e duhur gerber. Edhe pse EAGLE ka një konvertues, mua më pëlqejnë shumë konvertuesit online nga prodhuesit, sepse në këtë mënyrë mund të jeni 100% të sigurt, se nuk do të ketë ndonjë çështje të përputhshmërisë me versionin gerber.

Hapi 9: Zgjidhja e problemeve

Kur testova për herë të parë PCB -në time të bashkuar, asgjë nuk funksionoi. Tubat ose nuk do të shfaqnin asgjë fare (dekoduesit arritën një vlerë> 9) ose numrat e rastësishëm ose do të qëndronin vazhdimisht ose do të ndizeshin dhe fikeshin, gjë që dukej bukur, por ishte e padëshirueshme në këtë rast.

Në fillim, fajësova softuerin. Kështu që unë erdha me këtë testues Nixie për Arduino (Shih fig. 9.1).

Ky skript ju lejon të futni një numër të një pin GPIO (0-8) në të cilin dëshironi të ndryshoni gjendjen. Më pas kërkon shtetin. Kur futni numrin pin 9, shulat rivendosen.

Kështu që unë vazhdova testimin tim dhe bëra një tabelë të së vërtetës me të gjitha hyrjet e mundshme për A, B, C dhe D. Unë vura re, se numrat 4, 5, 6 dhe 7 nuk mund të shfaqen me asnjë nga dy tubat. Për më tepër, ata do të reagonin ndryshe ndaj të njëjtit kombinim të inputeve.

Kuptova, se duhet të ketë gjithashtu një problem elektrik. Unë nuk mund të gjej ndonjë problem teknik në dizajn, por pastaj mendova për diçka që kam mësuar shumë kohë më parë (por kurrë nuk kam pasur problem me të që atëherë): Fluksi mund të jetë përçues. Kjo mund të mos jetë një çështje për aplikimet e zakonshme dixhitale dhe të tensionit të ulët, por duket se ishte një çështje këtu. Kështu që e pastrova tabelën me alkool dhe më pas ajo u soll siç duhet.

Lloji i. Një gjë tjetër që vura re: Pjesa që kam përdorur në EAGLE kur krijova paraqitjen time të PCB ishte e pasaktë (të paktën për tubat e mi). Tubat e mi duket se kanë një grykë të ndryshme.

Vetëm disa gjëra që duhet të keni parasysh kur qarku juaj nuk funksionon menjëherë.

Hapi 10: Një rast i personalizuar

Pasi gjithçka tjetër u zgjidh, doja të ndërtoja një kasë të bukur për të vendosur qarkun tim. Fatmirësisht më kishte mbetur shumë dru nga projekti im i orës së fjalës, të cilin doja ta përdorja për ndërtimin e një rrjeti nga brenda (Shih fig. 10.1).

Kam ndërtuar rastin duke përdorur matjet e mëposhtme:

sasi	Matjet [mm]	Përshkrim
6	40 x 125 x 5	Pjesa e poshtme, e sipërme, e përparme dhe e pasme
2	40 x 70 x 5	Pjesë të vogla anësore
2	10 x 70 x 10	Pjesë strukturore brenda (Shih fig. 8).
2	10 x 70 x 5	Pjesë strukturore në kapak (Shih fig. 11).

Pas prerjes së pjesëve, i shtrova së bashku për të krijuar kutinë e treguar në fig. 10.2.

Figura 10.3 tregon rastin nga një kënd tjetër.

Pjesa e sipërme e kutisë është saktësisht e njëjtë me pjesën e poshtme, vetëm pa mure dhe me pjesë strukturore më pak të larta (shiko fig. 10.4). Ajo vepron si kapak dhe mund të hiqet për të shërbyer përbërësit në brendësi. PCB do të montohet në kapak me dy tubat që dalin jashtë kutisë.

Pasi u kënaqa me mënyrën se si gjithçka përshtatet së bashku, thjesht i ngjita të gjitha pjesët së bashku dhe e lash të thahet për disa orë.

Ju mund të pyesni veten, si e fiksova PCB -në në kapak kur nuk ka vida të dukshme në pjesën e sipërme. Unë thjesht shpova një vrimë për vidën në pjesën strukturore të kapakut dhe më pas bëra një kundër -lavaman për të futur kokën e vidës (shih fig. 10.5).

Hapi 11: Përfundimi i Ndërtimit

Pasi PCB kryesore ishte montuar në kapak, të gjithë përbërësit e tjerë thjesht duhej të vendoseshin në kuti, gjë që mund të shihet në fig. 11.1

Siç mund ta shihni, unë u përpoqa t'i organizoja kabllot sa më mirë që të mundja dhe mendoj se doli mjaft mirë. Gjithçka përshtatet bukur në rast, siç mund ta shihni në fig. 11.2.

Unë gjithashtu shtova një DC-Jack në kasë (dhe u çmenda pak me ngjitësin e nxehtë atje). Por në këtë mënyrë është e mundur të fuqizoni termometrin me çdo ngarkues të përgjithshëm të telefonit dhe një kabllo të përshtatshëm. Sidoqoftë, mund të shtoni edhe një bateri 5V, nëse dëshironi.

Hapi 12: Pjesët e përdorura në këtë Ndërtim

Për pajisjet elektronike:

sasi	Produkt	Çmimi	Detajet
1	DHT-11	4, 19€	E mora nga një dyqan i shtrenjtë. Ju mund t'i merrni këto për më pak se 1 $ nga Kina.
2	CD4028BM	0, 81€	Deshifrues
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Kokë me kokë	0, 21€	2x5 kunja
1	Terminal vidë	0, 35€	2 lidhje
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistor
20	SMD-Rezistencë	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R/S-rrokullisje
1	PCB	4, 80€	Porosit këtu
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Konvertuesi i hapave	6, 79€

Ju gjithashtu do të keni nevojë për një lloj mikrokontrolluesi. Kam përdorur një Arduino Pro Micro.

Për rastin:

sasi	Produkt	Çmimi	Detajet
N. A.	Dru	~2€	Shiko lart
4	Vida M3x16	0, 05€
4	Arra M3	0, 07€
1 shishe	Ngjitës druri	1, 29€
1 kanaçe	Bojë druri	5, 79€

Hapi 13: Përfundim

Jam vërtet i kënaqur me rezultatin e këtij ndërtimi. Për një herë arrita të pres copat e drurit saktësisht dhe gjithashtu nuk harrova për vrimat e montimit për PCB. Dhe në fakt duket gjithashtu madhështore (Shih fig. 13.1).

Përveç kësaj, ishte interesante të punoje me tuba dhe tensione të larta në përgjithësi dhe ka disa gjëra që duhen marrë parasysh kur e bëni këtë.

Si përfundim, unë do të thoja që është mirë, që ne kemi mënyra më të përshtatshme për të shfaqur numrat sot, por nga ana tjetër nuk ka asgjë të krahasueshme me shkëlqimin dhe pamjen e përgjithshme të tubave nixie, të cilat me të vërtetë më pëlqen të shikoj, veçanërisht, kur është errësirë (Shih fig. 13.2).

Shpresoj se ju ka pëlqyer kjo udhëzues. Nëse e keni bërë, sigurohuni që të hidhni një sy në faqen time për artikuj dhe projekte më interesante!

Hapi 14: Atributet, Burimet dhe Lexime të Mëtejshme

Lexime të mëtejshme MC34063 Detajet e aplikimit - ti.comMC4x063 Datasheet - ti.comNixie tubi IC - tubehobby.comDHT -11 Biblioteka Arduino - arduino.ccA Transistor si një ndërprerës - petervis.com Teoria e rezistencës bazë, formulat dhe llogaritësi online - petervis.com

Burimet e imazheve [Fig. 1.1] Tubat Nixie të IN-14, coldwarcreations.com [Fig. 2.1] Qarku i ngritjes, i tërhequr vetë, por i marrë nga ebay.com [Fig. 6.1] Sensori i temperaturës DHT-11-tinytronics.nl