Arduino Nixie borulu termometr: 14 addım

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:45

İllər əvvəl Ukraynadan bir dəstə IN-14 Nixie borusu aldım və o vaxtdan bəri onları yatırdım. Həmişə xüsusi bir cihaz üçün istifadə etmək istəyirdim və buna görə də nəhayət bu layihəni həll etməyə və rəqəmləri göstərmək üçün bu qədim üsuldan istifadə edəcək bir şey qurmağa qərar verdim, amma indiyə qədər Nixie boru saatı qurmaq istəmirdim (düşündüm bir az klişe bir iş idi və indiyə qədər kifayət qədər fantastik hipster saat layihələrim var idi), buna görə düşündüm: Niyə otağıma alqışlayaraq işə salınacaq bir termometr qurmursunuz? Həmişə olmayacaq şəkildə çırpmağı aktivləşdirdim, çünki bunun çox enerji itkisi olduğunu düşünürdüm və xüsusən də gecəni otağı işıqlandırmasını istəmirdim.

Nixie boruları, eyni zamanda tanınmış DHT-11 temperatur sensöründən temperaturun oxunmasından məsul olan bir Arduino tərəfindən idarə olunur.

Bu veb saytımda yayımlanan orijinal seriyamın qısaldılmış bir nüsxəsidir. Hələ də Instructables üçün redaktə etmədiyim digər texniki məqalələr və layihələr ilə maraqlanırsınızsa, baxın.

Addım 1: Nixie Borular və Yüksək Gərginlik

Nixie borular xüsusi bir qazla doldurulmuş soyuq katot borulardır. Bundan əlavə, göstərə biləcəkləri hər bir rəqəm və ya xarakter üçün ümumi bir anod (və ya katod) və ayrı -ayrı katodlar (və ya anodlar) ehtiva edir (bax. Şəkil 1.1).

Mənim vəziyyətimdə, borularda ümumi bir anod var və rəqəmlər ayrı -ayrı katodlardır. O vaxtkı digər borulardan fərqli olaraq (tranzistorlar, diodlar, …) Nixie borularının düzgün işləməsi üçün ümumiyyətlə qızdırılmasına ehtiyac yoxdur (buna görə də adı: soyuq katot borusu).

İstədikləri tək şey olduqca yüksək bir gərginlikdir, adətən 150 ilə 180V DC arasında. Tipik olaraq, bu ekran cihazlarını idarə edərkən əsas problem budur, çünki çox GPIO xətləri istifadə etmədən katotları aça və söndürə bilən xüsusi bir enerji təchizatı və ya gücləndirici dövrə və nəzarətçilərə ehtiyacınız olacaq.

Addım 2: 12V-dən 170V-a qədər DC Step-Up Dönüştürücü

Boruların parlaması üçün lazım olan gərginliyi birtəhər yaratmağa başlayaq. Neyse ki, tipik Nixie borusunun yüksək gərginliyə, lakin çox aşağı cərəyana ehtiyacı var, yəni belə bir çeviricinin qurulması olduqca asan və ucuzdur.

Bu dövrəni və ümumiyyətlə yüksək gərginliyi istifadə edərkən diqqətli olun. Oyuncaq deyillər və zap almaq ən yaxşı halda çox ağrıyır və ən pis halda potensial olaraq sizi öldürə bilər! Dövrəni dəyişdirmədən/xidmət etməzdən əvvəl həmişə enerji təchizatını söndürün və istifadə edərkən heç kim təsadüfən ona toxunmaması üçün uyğun bir qutu istifadə etdiyinizə əmin olun!

Addım-addım çevirici üçün tanınmış MC34063 inteqral sxemindən istifadə etdim. Bu kiçik IC, hər hansı bir keçid çeviricisi üçün lazım olan hər şeyi birləşdirir. Bununla birlikdə, IC-nin quraşdırılmış tranzistorunu istifadə etmək əvəzinə, IC-nin sərin olmasına kömək edən və eyni zamanda çıxışda daha yüksək cərəyan çəkməyimə imkan verən xarici bir tranzistorla getməyə qərar verdim. Bundan əlavə, bütün bu komponentlər üçün 170V-lik bir çıxış əldə etmək üçün doğru dəyərləri tapmaq təəccüblü dərəcədə çətin olduğu üçün bir neçə gün davam edən hesablamalar və testlərdən sonra imtina etdim (12V-dan aldığım ən yüksək nəticə 100V idi) və yenidən ixtira etməmək qərarına gəldim. Təkər. Bunun əvəzinə, eBay -dən bir dəst aldım ki, bu məlumat cədvəlinin sxemini bir neçə düzəlişlə çox təqib edir (bax. Şəkil 2.1. Mən də təsvirə təsvirlər əlavə etdim).

Addım 3: Bir Arduino ilə Borulara Nəzarət

Beləliklə, əvvəllər gördüyünüz kimi, borular açmaq üçün yüksək gərginlik tələb edir. "Bəs boruları bir Arduino kimi bir mikro nəzarətçi ilə necə açmaq və söndürmək olar?" Deyə soruşa bilərsiniz.

Bu məqsədə çatmaq üçün bir neçə alternativ yol seçə bilərsiniz. Məsələn, xüsusi Nixie boru sürücüləri. Hələ də yeni köhnə ehtiyatlar və istifadə olunan IC -lər əldə edə bilərsiniz, lakin onları tapmaq çətin ola bilər və bahalı ola bilər və gələcəkdə daha asan tapılacağını gözləmirəm, çünki bunlar artıq istehsal olunmur.

Buna görə belə bir Nixie boru sürücüsündən istifadə etməyəcəyəm. Bunun əvəzinə, nixie borusu üçün 10 GPIO xətti istifadə etməmək üçün tranzistorlardan və ikilikdən ondalık dekoderlərdən istifadə edəcəyəm. Bu dekoderlərlə, hər boruda 4 GPIO xəttinə və iki boru arasında seçim etmək üçün bir xəttə ehtiyacım olacaq.

Əlavə olaraq, hər zaman yüksək tezliklə borular arasında keçid etməməyim üçün son girişi lazım olduğu qədər saxlamaq üçün flip-floplardan (sıfırlama üçün əlavə bir GPIO xəttinə ehtiyac olacaq) istifadə edəcəyəm (Şəkil 3.1-ə baxın, yüksək qətnamə ilə tam nəzarət dövrəsi üçün buraya vurun).

Addım 4: Dizayn mülahizələri

Bu dövrəni tərtib edərkən, hələ də istehsal olunan (məsələn, CD4514BM96) quraşdırılmış R/S-Flip-Flops ilə dekoderlər tapdım. Təəssüf ki, çatdırılma müddəti iki həftə olduğu üçün bunları tez əldə edə bilmədim və bu qədər gözləmək istəmədim. Beləliklə, məqsədiniz kiçik bir PCB etməkdirsə (və ya az sayda fərqli IC-lərə sahib olmaq istəyirsinizsə), xarici Flip-Floplardan istifadə etmək əvəzinə mütləq belə bir çiplə getməlisiniz.

Bu dekoderlərin ters çevrilmiş variantları da var. Məsələn, CD4514BM965, yuxarıda göstərilən IC -nin ters çevrilmiş variantıdır, burada seçilmiş rəqəm yüksək deyil, aşağı olacaq, bu halda istədiyimiz şey deyil. Parçalarınızı sifariş edərkən bu detala diqqət yetirin. (Narahat olmayın: Tam hissələr siyahısı bu Təlimata daha sonra daxil ediləcək!)

Reytinqlər borularınızın gərginliyi və cərəyanı ilə uyğun olduğu müddətcə diziniz üçün hər cür tranzistordan istifadə edə bilərsiniz. Həm də tranzistor sıralı IC-lər var, amma yenə də 100V-dən yuxarı və ya tez əldə edilə bilənləri tapa bilmədim.

Addım 5: Transistor Dizisi

3 -cü addımda qrafikləri sadə və asan başa düşülən saxlamaq üçün tranzistor massivini göstərmədim. Şəkil 5.1 -də itkin tranzistor silsiləsi ətraflı şəkildə göstərilir.

Gördüyünüz kimi, dekoderin hər bir rəqəmsal çıxışı cərəyan məhdudlaşdıran bir rezistor vasitəsilə npn-tranzistorun bazasına bağlanır. Hamısı budur, həqiqətən sadədir.

İstifadə etdiyiniz tranzistorların 170V gərginliyi və 25mA cərəyanı idarə edə biləcəyinə əmin olun. Əsas müqavimət dəyərinizin nə olduğunu başa düşmək üçün bu Təlimatın sonunda "Əlavə oxunuşlar" altında əlaqəli olan kalkulyatordan istifadə edin.

Addım 6: Temperaturun oxunması

DHT-11 (və ya DHT-22) birləşdirilmiş temperatur və rütubət sensoru haqqında artıq eşitmiş ola bilərsiniz (Şəkil 6.1). Bu sensorla DHT-22 arasındakı yeganə fərq dəqiqlik və ölçü aralığında. 22-nin daha yüksək diapazonu və daha yaxşı dəqiqliyi var, ancaq otaq istiliyini ölçmək üçün DHT-11 yalnız tam ədəd nəticələr verə bilsə də, kifayət qədər ucuzdur.

Sensor üç əlaqə tələb edir: VCC, GND və serial rabitə üçün tək xətt. Sadəcə onu gərginlik mənbəyinə və əlaqə üçün tək teli Arduinonun GPIO pininə bağlayın. Məlumat cədvəli, kommunikasiya xəttinin istifadə edilmədikdə yüksək vəziyyətdə olması üçün com-line və VCC arasına bir çəkmə rezistoru əlavə etməyi təklif edir (bax. Şəkil 6.2).

Xoşbəxtlikdən, artıq Arduino ilə temperatur sensoru arasındakı əlaqəni idarə edəcək DHT-11 (və DHT-22 üçün çox yaxşı sənədləşdirilmiş kitabxanalar) üçün bir kitabxana var. Bu hissə üçün bir test tətbiqi olduqca qısadır:

Addım 7: Arduino eskizini tamamlayın

Sensor oxunuşları edildikdən sonra, son addım sensorlardan məlumat almaq və temperaturu Nixie boruları ilə göstərmək idi.

Bir boruda müəyyən bir nömrəni açmaq üçün, düzgün tranzistoru işə salacaq 4-bit kodunu dekoderə ötürməlisiniz. Bundan əlavə, hazırda iki borudan hansını təyin etmək istədiyinizi göstərən bir bit ötürməlisiniz.

Dekoderin hər girişinin önünə R/S-Mandalı əlavə etmək qərarına gəldim. Bu mandallardan birinin necə işlədiyini bilməyənlər üçün burada qısa bir izahat var:

Əsasən bir az məlumat saxlamağa imkan verir. Mandal SET və RESET ola bilər (buna görə də S/R-Latch və ya R/S-Flip-Flop olaraq da bilinən R/S-Latch adı). Mandalın SET girişini aktivləşdirməklə Q çıxışı 1 olaraq təyin olunur. RESET girişini aktivləşdirməklə Q 0 olur. Hər iki giriş də aktiv deyilsə, əvvəlki Q vəziyyəti saxlanılır. Hər iki giriş eyni anda aktivləşərsə, probleminiz var, çünki mandal qeyri -sabit vəziyyətə düşür, bu da davranışının gözlənilməz olacağını bildirir, buna görə də bu vəziyyətdən nəyin bahasına olursa olsun çəkinin.

Beləliklə, birinci (solda) 5 və ikinci Nixie borusunda 7 rəqəmini göstərmək üçün aşağıdakıları etməlisiniz:

• Bütün kilidləri yenidən qurun
• Sol borunu aktivləşdirin (EN-xətti üzərində 0 göndərin)
• Dekoderin girişlərini təyin edin (D, C, B və A): 0101
• D, C, B və A -nın hamısını 0 -a qoyun ki, son vəziyyət saxlanılsın (Hər iki boruda eyni rəqəm göstərilməlidirsə bunu etmək lazım deyil)
• Doğru boruyu işə salın
• Dekoderin girişlərini təyin edin (D, C, B və A): 0111
• Son vəziyyəti qorumaq üçün D, C, B və A hamısını 0 olaraq təyin edin

Boruları söndürmək üçün etibarsız bir dəyər ötürə bilərsiniz (10 və ya 15 kimi). Dekoder daha sonra bütün çıxışları söndürəcək və buna görə də mövcud tranzistorlardan heç biri işə salınmayacaq və Nixie borusundan heç bir cərəyan keçməyəcək.

Bütün firmware proqramını buradan yükləyə bilərsiniz

Addım 8: PCB -nin sifarişi

Hər şeyi (addım-addım dövrəsi istisna olmaqla) bir PCB üzərində birləşdirmək istədim ki, bu da olduqca yaxşı çıxdı (Bax. Şəkil (8.1).

Mənim əsas məqsədim, PCB ölçüsünü mümkün qədər kiçik tutmaq, lakin hələ də qutuya quraşdırıla biləcəyi bir yer təmin etmək idi. SMD komponentlərindən istifadə etmək istədim ki, lehimləmə texnikamı inkişaf etdirim və onlar da PCB-ni incə saxlamağa kömək etsinlər ki, xüsusi qutu böyük və həcmli olmasın (bax. Şəkil 8.2).

SMD komponentlərinin istifadəsi səbəbindən əlaqələrin çoxu komponent tərəfində edilməli idi. Mümkün olduğunca az vias istifadə etməyə çalışdım. Alt təbəqədə həqiqətən yalnız GND, VCC və +170V xətləri və eyni IC-nin fərqli pinləri arasında edilməli olan bəzi bağlantılar var. SMD variantları yerinə iki DIP-16 IC istifadə etməyimin səbəbi də budur.

PCB dizayn sənədlərini və EAGLE sxemlərini buradan yükləyə bilərsiniz.

Çox kiçik tolerantlıq və izləri olan kiçik bir dizayn olduğundan, PCB -lər üçün yaxşı bir istehsalçı tapmaq vacib idi ki, gözəl olsun və düzgün işləsin.

Onları PCBWay -da sifariş etmək qərarına gəldim və mənə göndərdikləri məhsuldan daha çox razı qala bilmərəm (bax. Şəkil 8.3).

Qeydiyyatdan keçmədən onlayn olaraq prototipləriniz üçün ani qiymət əldə edə bilərsiniz. Sifariş vermək qərarına gəlsəniz: EAGLE fayllarını doğru gerber formatına çevirəcək bu lazımlı onlayn çeviriciyə də sahibdirlər. EAGLE -in bir çeviricisi olsa da, istehsalçıların onlayn çeviricilərini çox sevirəm, çünki bu şəkildə gerber versiyası ilə heç bir uyğunluq problemi olmayacağına 100% əmin ola bilərsiniz.

Addım 9: Problemlərin aradan qaldırılması

Təzə lehimli PCB -ni ilk dəfə sınayanda heç bir şey işləmədi. Borular ya heç bir şey göstərməzdi (dekoderlər> 9 -a çatırdı) və ya təsadüfi ədədlər ya daim yanar, ya da yanıb sönərdi, bu da gözəl görünürdü, amma bu halda arzuolunmazdı.

Əvvəlcə proqramı günahlandırdım. Beləliklə, Arduino üçün bu Nixie test cihazını hazırladım (bax. Şəkil 9.1).

Bu skript, vəziyyətini dəyişdirmək istədiyiniz bir neçə GPIO pin (0-8) daxil etməyə imkan verir. Daha sonra dövlətdən soruşur. 9 nömrəli pin daxil edərkən kilidlər sıfırlanır.

Buna görə testlərimi davam etdirdim və A, B, C və D üçün mümkün olan bütün girişləri olan bir həqiqət cədvəli hazırladım, 4, 5, 6 və 7 rəqəmlərinin iki borudan heç biri ilə göstərilə bilməyəcəyini gördüm. Əlavə olaraq, eyni giriş birləşməsinə fərqli reaksiya verərdilər.

Düşündüm ki, elektrik problemi də olmalıdır. Dizaynda heç bir texniki problem tapa bilmədim, amma sonra çoxdan öyrəndiyim bir şey haqqında düşündüm (amma o vaxtdan bəri heç bir problemim olmadı): Flux keçirici ola bilər. Adi rəqəmsal və aşağı gərginlikli tətbiqlər üçün bu problem ola bilməz, amma burada bir problem olduğu görünür. Lövhəni spirtlə təmizlədim və sonra düzgün davrandım.

Kimi. Diqqət yetirdiyim başqa bir şey: PCB planımı yaratarkən EAGLE -də istifadə etdiyim hissə səhv idi (heç olmasa borular üçün). Borularımın fərqli bir ucu var.

Dövrəniz dərhal işləmədikdə yalnız bəzi şeyləri yadda saxlamalısınız.

Addım 10: Xüsusi Dava

Qalan hər şey həll edildikdən sonra, dövrəmi yerləşdirmək üçün gözəl bir qutu qurmaq istədim. Xoşbəxtlikdən içərimdə bir ızgara qurmaq üçün istifadə etmək istədiyim söz saatı layihəmdən çoxlu ağac qaldı (bax. Şəkil 10.1).

Davanı aşağıdakı ölçülərdən istifadə edərək qurdum:

Kəmiyyət	Ölçmələr [mm]	Təsvir
6	40 x 125 x 5	Alt, üst, ön və arxa tərəf
2	40 x 70 x 5	Kiçik yan parçalar
2	10 x 70 x 10	İçəridəki struktur hissələr (Şəkil 8 -ə baxın).
2	10 x 70 x 5	Qapağın üzərindəki struktur hissələr (Şəkil 11 -ə baxın).

Parçaları kəsdikdən sonra əncirdə göstərilən qutunu yaratmaq üçün bir yerə qoydum. 10.2.

Şəkil 10.3, işi fərqli bir açıdan göstərir.

Korpusun üstü, divarları olmayan və daha az yüksək struktur hissələri olan alt ilə tam eynidir (bax. Şəkil 10.4). Bir qapaq rolunu oynayır və içindəki komponentlərə xidmət etmək üçün çıxarıla bilər. PCB, korpusdan çıxarılan iki boru ilə qapağa quraşdırılacaq.

Hər şeyin bir -birinə necə uyğun gəldiyindən razı qaldıqdan sonra, bütün hissələri bir -birinə yapışdırıb bir neçə saat qurudum.

Üst hissədə vintlər olmadıqda PCB -ni qapağa necə bağladığımı maraqlandıra bilərsiniz. Qapağın struktur hissəsinə vida üçün bir çuxur qazdım və sonra vidanın başının içəri girməsi üçün bir lavabo düzəltdim (bax. Şəkil 10.5).

Addım 11: Quruluşu bitirin

Əsas PCB qapağa monte edildikdən sonra, digər bütün komponentlər, əncirdə göründüyü kimi qutuya yerləşdirilməli idi. 11.1.

Gördüyünüz kimi, kabelləri bacardığım qədər yaxşı təşkil etməyə çalışdım və düşünürəm ki, olduqca yaxşı oldu. İncirdə gördüyünüz kimi hər şey kassaya çox uyğun gəlir. 11.2.

Davaya DC-Jack da əlavə etdim (və oradakı isti yapışqanla bir az dəli oldum). Ancaq bu yolla termometrə hər hansı bir ümumi telefon şarj cihazı və uyğun bir kabel ilə güc vermək mümkündür. İstəyirsinizsə 5V batareya da əlavə edə bilərsiniz.

Addım 12: Bu quruluşda istifadə olunan hissələr

Elektronika üçün:

Kəmiyyət	Məhsul	Qiymət	Detallar
1	DHT-11	4, 19€	Bahalı bir mağazadan almışam. Bunları Çindən 1 dollardan aşağı əldə edə bilərsiniz.
2	CD4028BM	0, 81€	Dekoder
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	İnverter
1	Pinheader	0, 21€	2x5 sancaqlar
1	Vida-terminal	0, 35€	2 əlaqə
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistor
20	SMD müqaviməti	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R/S-Flip floplar
1	PCB	4, 80€	Burada sifariş verin
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Addım-addım çevirici	6, 79€

Ayrıca bir növ mikro nəzarətçiyə ehtiyacınız olacaq. Arduino Pro Micro istifadə etdim.

Dava üçün:

Kəmiyyət	Məhsul	Qiymət	Detallar
N. A.	Ağac	~2€	Yuxarıya baxın
4	M3x16 vintlər	0, 05€
4	M3 qoz -fındıq	0, 07€
1 şüşə	Taxta yapışqan	1, 29€
1 bilər	Ağac boyası	5, 79€

Addım 13: Nəticə

Bu quruluşun nəticəsindən çox məmnunam. Bir dəfə taxta parçaları dəqiq bir şəkildə kəsməyi bacardım və eyni zamanda PCB üçün deliklər quraşdırmağı da unutmadım. Və həqiqətən də möhtəşəm görünür (Şəkil 13.1 -ə baxın).

Bundan əlavə, ümumiyyətlə borular və yüksək gərginliklər ilə işləmək maraqlı idi və bunu edərkən bir neçə şeyi nəzərə almaq lazımdır.

Sonda deyərdim ki, bu gün rəqəmləri göstərməyin daha əlverişli yolları var, amma digər tərəfdən nixie borularının parıltısı və ümumi görünüşü ilə müqayisə oluna biləcək heç bir şey yoxdur. qaranlıq olduqda (bax. şəkil 13.2).

Ümid edirəm bu təlimatı bəyəndiniz. Etmisinizsə, daha maraqlı məqalələr və layihələr üçün veb saytımı nəzərdən keçirin!

Addım 14: Atributlar, Mənbələr və Əlavə Oxumalar

Əlavə oxunuşlarMC34063 Tətbiq məlumatları - ti.comMC4x063 Məlumat Cədvəli - ti.comNixie boru sürücüsü IC - tubehobby.comDHT -11 Arduino kitabxanası - arduino.ccA Transistor bir keçid olaraq - petervis.com Əsas müqavimət nəzəriyyəsi, düsturlar və onlayn kalkulyator - petervis.com

Şəkil mənbələri [Şəkil. 1.1] IN-14 Nixie borular, coldwarcreations.com [Şəkil. 2.1] Öz-özünə çəkilmiş, lakin ebay.com saytından götürülmüş addım-addım dövrə [Şəkil. 6.1] DHT-11 temperatur sensoru-tinytronics.nl