Kinokontrol ng Arduino na Nixie-tube Thermometer: 14 na Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:12

Taon na ang nakakaraan bumili ako ng isang bungkos ng IN-14 Nixie tubes mula sa Ukraine at pinahiga ko sila mula noon. Palagi kong nais na gamitin ang mga ito para sa isang pasadyang aparato at sa gayon nagpasya akong sa wakas ay talakayin ang proyektong ito at bumuo ng isang bagay na gumagamit ng halos sinaunang paraan ng pagpapakita ng mga digit, ngunit sa ngayon ay hindi ko nais na bumuo ng isang Nixie tube clock (naisip ko na ay isang kaunting bagay na dapat gawin at sa ngayon ay mayroon akong sapat na magagarang mga proyekto ng orasan ng hipster), kaya naisip ko: Bakit hindi magtayo ng isang thermometer para sa aking silid na maaaring i-aktibo sa pamamagitan ng pagpalakpak? Ginawa ko itong palakpak na aktibo upang hindi ito maging sa lahat ng oras, sapagkat naisip ko na iyon ay isang pag-aaksayahan ng enerhiya at hindi ko rin nais na ito ay mag-iilaw sa silid, lalo na sa gabi.

Ang Nixie tubes ay kinokontrol ng isang Arduino, na responsable din sa pagbabasa ng temperatura mula sa kilalang sensor ng temperatura ng DHT-11.

Ito ay isang pinaikling kopya mula sa aking orihinal na serye na inilabas sa aking website. Tingnan ito, kung interesado ka sa iba pang mga teknikal na artikulo at proyekto na hindi ko pa na-edit para sa Mga Instructable.

Hakbang 1: Nixie Tubes at Mataas na Boltahe

Ang Nixie tubes ay mga malamig na tubo ng cathode na puno ng isang tukoy na gas. Bukod dito, naglalaman ang mga ito ng isang karaniwang anode (o cathode) at magkakahiwalay na mga cathode (o anode) para sa bawat digit o character na maaari nilang ipakita (Tingnan ang fig. 1.1).

Sa aking kaso, ang mga tubo ay may isang karaniwang anode at ang mga digit ay magkakahiwalay na mga cathode. Hindi tulad ng iba pang mga tubo mula sa oras na iyon (transistors, diode, …) Ang mga Nixie tubes ay karaniwang hindi kailangang painitin upang gumana nang maayos (samakatuwid ang pangalan: cold cathode tube).

Ang tanging bagay na kailangan nila ay isang medyo mataas na boltahe, karaniwang sa pagitan ng 150 at 180V DC. Karaniwan ito ang pangunahing problema kapag hawakan ang mga aparatong ito sa display dahil nangangahulugan ito, kakailanganin mo ng isang pasadyang supply ng kuryente o step-up circuit at mga Controller, na may kakayahang ilipat at isara ang mga cathode nang hindi gumagamit ng masyadong maraming mga linya ng GPIO.

Hakbang 2: 12V hanggang 170V DC Step-up Converter

Magsimula tayo sa kahit papaano na paglikha ng kinakailangang boltahe upang makinang ang mga tubo. Sa kabutihang palad ang karaniwang tubo ng Nixie ay nangangailangan ng isang mataas na boltahe ngunit napakababang kasalukuyang, na nangangahulugang medyo madali at murang magtayo ng naturang converter.

Mag-ingat kapag ginagamit ang circuit at mga mataas na boltahe na ito sa pangkalahatan. Ang mga ito ay hindi isang laruan at nakakakuha ng isang zap ay masakit sa pinakamainam na kaso at maaaring potensyal na patayin ka sa pinakamasamang kaso! Palaging patayin ang suplay ng kuryente bago baguhin / paglilingkod sa circuit at siguraduhing gumamit ng tamang kaso, nang sa gayon ay walang sinadyang hawakan ito nang ginagamit ito!

Ginamit ko ang kilalang MC34063 integrated circuit para sa step-up converter. Pinagsasama ng maliit na IC na ito ang lahat ng kailangan mo para sa anumang uri ng switching converter. Gayunpaman, sa halip na gamitin ang built-in na transistor ng IC, nagpasya akong pumunta sa isang panlabas na transistor, na makakatulong na mapanatili ang cool na IC at pinayagan din akong magkaroon ng isang mas mataas na kasalukuyang gumuhit sa output. Bukod dito, dahil nakakagulat na mahirap makahanap ng tamang mga halaga para sa lahat ng mga sangkap na ito upang makakuha ng isang output ng 170V, sumuko ako pagkatapos ng ilang araw na mga kalkulasyon at pagsubok (Ang pinakamataas na nakuha ko mula sa 12V ay 100V) at nagpasyang huwag muling likhain ang gulong. Sa halip, bumili ako ng isang kit mula sa eBay, na sumusunod sa iskema mula sa datasheet na ito na may ilang mga pag-aayos (Tingnan ang fig. 2.1. Nagdagdag din ako ng mga paglalarawan sa imahe).

Hakbang 3: Pagkontrol sa Mga Tubo Sa Isang Arduino

Kaya, tulad ng nakita mo nang mas maaga, ang mga tubo ay nangangailangan ng isang mataas na boltahe upang ma-on. "Kaya paano mo mapapalitan at mai-off ang mga tubo gamit ang isang microcontroller, tulad ng isang Arduino?", Maaari mong tanungin.

Mayroong ilang mga alternatibong ruta na maaari mong gawin upang makamit ang layuning ito. Halimbawa, nakatuon na mga driver ng tubo ng Nixie. Maaari ka pa ring makakuha ng mga bagong lumang stock at mga ginamit na IC, ngunit maaaring mahirap hanapin at maaari silang maging mahal at hindi ko inaasahan na mas madaling hanapin ang mga ito sa hinaharap, sapagkat ang mga ito ay hindi na ginawa.

Kaya't hindi ako gagamit ng tulad ng isang driver ng tubo ng Nixie. Sa halip, gagamit ako ng mga transistor at binary sa decimal decoder, upang hindi ko na gamitin ang 10 mga linya ng GPIO bawat nixie tube. Sa mga decoder na ito, kakailanganin ko ng 4 na linya ng GPIO bawat tubo at isang linya upang pumili sa pagitan ng dalawang tubo.

Bilang karagdagan, upang hindi ko kailangang lumipat sa pagitan ng mga tubo sa lahat ng oras na may mataas na dalas, gagamit ako ng mga flip-flop (na mangangailangan ng isang karagdagang linya ng GPIO para sa pag-reset) upang mapanatili ang huling input hangga't kinakailangan (Tingnan ang Larawan 3.1, mag-click dito para sa buong control-circuit sa isang mataas na resolusyon).

Hakbang 4: Mga Pagsasaalang-alang sa Disenyo

Habang dinidisenyo ang circuit na ito, nakakita ako ng mga decoder na may built-in na R / S-Flip-Flops, na ginagawa pa rin (halimbawa ang CD4514BM96). Ngunit sa kasamaang palad, hindi ko mabilis makuha ang mga ito dahil ang oras ng paghahatid ay dalawang linggo at hindi ko nais na maghintay ng ganito katagal. Kaya't kung ang iyong layunin ay upang makagawa ng isang maliit na PCB (o nais mong magkaroon ng isang maliit na bilang ng iba't ibang mga IC), pagkatapos ay talagang dapat kang pumunta sa isang maliit na maliit na tilad, sa halip na gumamit ng panlabas na Flip-Flops.

Mayroon ding mga baligtad na pagkakaiba-iba ng mga decoder na ito. Halimbawa, ang CD4514BM965 ay ang inverted variant sa nabanggit sa itaas na IC, kung saan ang napiling numero ay mababa sa halip na mataas, na hindi, kung ano ang gusto namin sa kasong ito. Kaya't bigyang pansin ang detalyeng ito kapag nag-order ng iyong mga bahagi. (Huwag magalala: Ang isang buong listahan ng mga bahagi ay isasama sa paglaon sa Instructable na ito!)

Maaari kang gumamit ng anumang uri ng transistor para sa iyong array, hangga't tumutugma ang mga rating sa boltahe at kasalukuyang pagguhit ng iyong mga tubo. Mayroon ding mga magagamit na transistor-array ICs, ngunit muli, wala akong makitang anumang na-rate sa itaas ng 100V o na mabilis na magagamit.

Hakbang 5: Ang Transistor Array

Sa hakbang 3 hindi ko ipinakita ang transistor array upang mapanatili ang mga graphic na simple at madaling maunawaan. Ipinapakita ng Figure 5.1 ang detalyeng nawawalang transistor.

Tulad ng nakikita mo, ang bawat digital na output ng decoder ay konektado sa base ng isang npn-transistor sa pamamagitan ng isang kasalukuyang nililimitahan na risistor. Iyon lang, talagang simple.

Siguraduhin lamang, na ang mga transistors na ginagamit mo ay maaaring hawakan ang isang boltahe ng 170V at isang kasalukuyang 25mA. Upang malaman, kung ano ang dapat na halaga ng base-resistor, gamitin ang calculator na naka-link sa dulo ng Instructable na ito sa ilalim ng "Karagdagang mga pagbabasa".

Hakbang 6: Pagbasa ng Temperatura

Maaaring narinig mo na ang tungkol sa DHT-11 (o sa DHT-22) na pinagsamang temperatura at halumigmig na sensor (Tingnan ang fig 6.1). Ang pagkakaiba lamang sa pagitan ng sensor na ito at ng DHT-22 ay ang kawastuhan at saklaw ng pagsukat. Ang 22 ay may mas mataas na saklaw at mas mahusay na kawastuhan, ngunit para sa pagsukat ng temperatura sa silid, ang DHT-11 ay higit sa sapat at mas mura, kahit na naghahatid lamang ito ng mga resulta sa integer.

Nangangailangan ang sensor ng tatlong koneksyon: VCC, GND at isang solong linya para sa serial na komunikasyon. Ikonekta lamang ito sa pinagmulan ng boltahe at ikonekta ang solong kawad para sa komunikasyon sa isang GPIO pin ng Arduino. Ang datasheet ay nagmumungkahi ng pagdaragdag ng isang pull-up risistor sa pagitan ng com-line at VCC, upang ang linya ng komunikasyon ay nasa isang mataas na estado, kapag hindi ginamit (Tingnan ang fig 6.2).

Sa kabutihang palad mayroon nang isang silid-aklatan para sa DHT-11 (at isang grupo ng mga maayos na dokumentadong aklatan para sa DHT-22), na hahawak sa komunikasyon sa pagitan ng Arduino at ng sensor ng temperatura. Kaya't ang isang pagsubok na aplikasyon para sa bahaging ito ay medyo maikli:

Hakbang 7: Kumpletuhin ang Arduino Sketch

Kaya pagkatapos matapos ang pagbasa ng sensor, ang huling hakbang ay kunin ang impormasyon mula sa mga sensor at ipakita ang temperatura sa mga Nixie tubes.

Upang buksan ang isang tiyak na numero sa isang tubo, kailangan mong magpadala ng isang 4-bit na code sa decoder, na magbubukas sa tamang transistor. Bukod dito, kailangan mo ring magpadala ng isang piraso na nagpapahiwatig, alin sa dalawang tubo ang nais mong itakda ngayon.

Napagpasyahan kong magdagdag ng isang R / S-Latch sa harap mismo ng bawat input ng decoder. Para sa iyo, hindi mo alam, kung paano gumagana ang isa sa mga latches na ito, narito ang isang mabilis na paliwanag:

Karaniwan nitong pinapayagan kang mag-imbak ng kaunting impormasyon. Ang aldaba ay maaaring itakda at I-RESET (kaya't ang pangalang R / S-Latch, na kilala rin bilang S / R-Latch o R / S-Flip-Flop). Sa pamamagitan ng pag-aktibo ng SET input ng latch, ang output Q ay nakatakda sa 1. Sa pamamagitan ng pag-aktibo ng input ng RESET, Q ay magiging 0. Kung ang parehong mga input ay hindi aktibo, ang dating estado ng Q ay mananatili. Kung ang parehong mga input ay naaktibo sa parehong oras mayroon kang isang problema, dahil ang aldaba ay pinilit sa isang hindi matatag na estado, na karaniwang nangangahulugang ang pag-uugali nito ay hindi mahuhulaan, kaya iwasan ang estado na ito sa lahat ng gastos.

Kaya upang maipakita ang numero 5 sa una (kaliwa) at ang bilang 7 sa pangalawang Nixie tube, kailangan mong:

• I-reset ang lahat ng mga latches
• Paganahin ang kaliwang tubo (Magpadala ng 0 sa linya ng EN)
• Itakda ang mga input ng decoder (D, C, B at A): 0101
• Itakda ang D, C, B at A lahat sa 0, upang ang huling estado ay mapanatili (Hindi ito kailangang gawin kung ang parehong mga tubo ay dapat ipakita ang parehong numero)
• Buhayin ang tamang tubo
• Itakda ang mga input ng decoder (D, C, B at A): 0111
• Itakda ang D, C, B at A lahat sa 0, upang ang huling estado ay mapanatili

Upang patayin ang mga tubo maaari kang magpadala ng isang hindi wastong halaga (tulad ng 10 o 15). Pagkatapos ay i-o-decoder ng decoder ang lahat ng mga output at samakatuwid wala sa mga magagamit na transistors ang isasaaktibo at walang kasalukuyang dumadaloy sa pamamagitan ng Nixie tube.

Maaari mong i-download ang buong firmware dito

Hakbang 8: Odering ang PCB

Nais kong pagsamahin ang lahat (maliban sa step-up circuit) sa isang PCB, na sa palagay ko naging maayos (Tingnan ang fig. (8.1).

Ang isang pangunahing layunin ko ay panatilihin ang laki ng PCB nang maliit hangga't maaari, ngunit magbigay pa rin ng ilang puwang, kung saan maaari itong mai-mount sa kaso. Nais ko ring gamitin ang mga bahagi ng SMD, upang mapabuti ko ang aking diskarteng panghinang at makakatulong din silang panatilihing payat ang PCB upang ang pasadyang kaso ay hindi dapat malaki at malaki (Tingnan ang fig. 8.2).

Dahil sa paggamit ng mga bahagi ng SMD, karamihan sa mga koneksyon ay kailangang gawin sa bahagi ng bahagi. Sinubukan kong gumamit ng ilang vias hangga't maaari. Ang ilalim na layer ay mayroon lamang mga linya ng GND, VCC at + 170V at ilang mga koneksyon na kailangang gawin sa pagitan ng iba't ibang mga pin ng parehong IC. Iyon din ang dahilan kung bakit ginamit ko ang dalawang DIP-16 ICs sa halip na ang mga pagkakaiba-iba ng SMD.

Maaari mong i-download ang mga file ng disenyo ng PCB at mga iskolar ng EAGLE dito.

Sapagkat ito ay isang maliit na disenyo na may napakaliit na pagpapahintulot at mga bakas na mahalaga na makahanap ng isang mahusay na tagagawa para sa mga PCB upang sila ay maging maganda at gumana nang maayos.

Nagpasiya akong mag-order sa kanila sa PCBWay at hindi ako mas nasiyahan sa produktong ipinadala nila sa akin (Tingnan ang fig. 8.3).

Maaari kang makakuha ng isang instant na quote para sa iyong mga prototype sa online nang hindi na kailangang magrehistro. Kung magpasya kang mag-order: Mayroon din silang madaling gamiting online-converter na magko-convert sa mga EAGLE file sa tamang gerber format. Kahit na ang EAGLE ay may converter din, gusto ko ng mga online converter mula sa mga tagagawa, dahil sa ganitong paraan maaari kang maging 100% sigurado, na hindi magkakaroon ng anumang mga isyu sa pagiging tugma sa bersyon ng gerber.

Hakbang 9: Pag-troubleshoot

Noong unang pagsubok sa aking bagong solder na PCB, walang gumana. Ang mga tubo ay hindi magpapakita ng anuman (ang mga decoder umabot sa isang halaga> 9) o ang mga random na numero ay maaaring manatili sa tuloy-tuloy o flash on at off, na mukhang maganda ngunit hindi kanais-nais sa kasong ito.

Noong una, sinisi ko ang software. Kaya nakarating ako sa tester ng Nixie na ito para sa Arduino (Tingnan ang fig. 9.1).

Pinapayagan ka ng script na ito na maglagay ng bilang ng isang GPIO pin (0-8) na nais mong baguhin ang estado ng. Humihiling ito pagkatapos para sa estado. Kapag pumapasok sa pin number 9, ang mga latches ay na-reset.

Kaya't nagpatuloy ako sa aking pagsubok at gumawa ng isang table ng katotohanan kasama ang lahat ng mga posibleng input para sa A, B, C at D. Napansin ko, na ang mga bilang na 4, 5, 6 at 7 ay hindi maipakita sa alinman sa dalawang tubo. Bilang karagdagan, magkakaiba ang reaksyon nila sa parehong kumbinasyon ng mga input.

Naisip ko, na dapat may problema ding elektrikal. Hindi ako nakakita ng anumang mga problemang panteknikal sa disenyo, ngunit pagkatapos ay naisip ko ang isang bagay na natutunan ko matagal na ang nakalipas (ngunit hindi talaga nagkaroon ng problema mula noon): Ang pagkilos ng bagay ay maaaring maging kondaktibo. Maaaring hindi ito isang isyu para sa karaniwang mga aplikasyon ng digital at mababang boltahe, ngunit tila ito ay isang isyu dito. Kaya't nilinis ko ang board ng alak at pagkatapos ay kumilos ito nang maayos.

Medyo. Isa pang bagay na napansin ko: Ang bahagi na ginamit ko sa EAGLE noong lumilikha ng aking layout ng PCB ay hindi wasto (hindi bababa sa para sa aking mga tubo). Ang aking mga tubo ay tila may ibang pinout.

Ang ilan lamang sa mga bagay na dapat tandaan kapag hindi gumana kaagad ang iyong circuit.

Hakbang 10: Isang Pasadyang Kaso

Matapos ang lahat ay naayos, nais kong bumuo ng isang magandang kaso upang mapaloob ang aking circuit. Sa kabutihang palad mayroon akong maraming natitirang kahoy mula sa aking proyekto sa orasan na salita, na nais kong gamitin para sa pagbuo ng isang grid sa loob (Tingnan ang fig 10.1).

Itinayo ko ang kaso gamit ang mga sumusunod na sukat:

Dami	Mga Sukat [mm]	Paglalarawan
6	40 x 125 x 5	Ibabang, tuktok, harap at likod na bahagi
2	40 x 70 x 5	Maliit na piraso ng gilid
2	10 x 70 x 10	Mga istrukturang piraso sa loob (Tingnan ang fig. 8).
2	10 x 70 x 5	Mga piraso ng istruktura sa takip (Tingnan ang fig. 11).

Matapos i-cut ang mga piraso, inilatag ko silang magkasama upang likhain ang kahon na ipinakita sa igos. 10.2.

Ipinapakita ng Larawan 10.3 ang kaso mula sa ibang anggulo.

Ang tuktok ng kaso ay eksaktong kapareho ng ilalim, nang wala ang mga dingding at may mas kaunting mga istrukturang bahagi (tingnan ang fig 10.4). Gumaganap ito bilang isang takip at maaaring alisin upang maihatid ang mga sangkap sa loob. Ang PCB ay mai-mount sa takip na may dalawang tubo na dumidikit sa kaso.

Matapos akong nasiyahan sa kung paano magkakasama ang lahat, simpleng idinikit ko ang lahat ng mga bahagi at hinayaan itong matuyo nang ilang oras.

Maaaring nagtataka ka, kung paano ko naayos ang PCB sa takip kung walang mga tornilyo na nakikita sa itaas. Ginawa ko lang ang isang butas para sa turnilyo sa istrukturang bahagi ng takip at pagkatapos ay gumawa ng isang countersink para makapasok ang ulo ng tornilyo (tingnan ang fig 10.5).

Hakbang 11: Tinatapos ang Build

Matapos ang pangunahing PCB ay naka-mount sa talukap ng mata, ang lahat ng iba pang mga sangkap ay kailangang ilagay lamang sa kaso, na makikita sa fig. 11.1.

Tulad ng nakikita mo, sinubukan kong ayusin ang mga kable nang mabuti hangga't maaari at sa palagay ko naging mabuti ito. Ang lahat ay umaangkop sa kaso nang maayos, tulad ng nakikita mo sa fig. 11.2.

Nagdagdag din ako ng isang DC-Jack sa kaso (at medyo nabaliw sa mainit na pandikit doon). Ngunit sa ganitong paraan posible na paganahin ang thermometer sa anumang generic na charger ng telepono at isang angkop na cable. Gayunpaman, maaari ka ring magdagdag ng isang 5V na baterya, kung nais mo.

Hakbang 12: Mga Bahaging Ginamit sa Build na Ito

Para sa electronics:

Dami	Produkto	Presyo	Mga Detalye
1	DHT-11	4, 19€	Nakuha ito mula sa isang mamahaling tindahan. Maaari mong makuha ang mga ito nang mas mababa sa 1 $ mula sa China.
2	CD4028BM	0, 81€	Decoder
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Pinheader	0, 21€	2x5 na mga pin
1	Terminal ng tornilyo	0, 35€	2 koneksyon
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistor
20	SMD-Resistor	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R / S-Flip flops
1	PCB	4, 80€	Order na dito
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Step-up converter	6, 79€

Kakailanganin mo rin ang ilang uri ng microcontroller. Gumamit ako ng isang Arduino Pro Micro.

Para sa kaso:

Dami	Produkto	Presyo	Mga Detalye
N. A.	Kahoy	~2€	Tingnan sa itaas
4	M3x16 turnilyo	0, 05€
4	M3 na mani	0, 07€
1 bote	Pandikit ng kahoy	1, 29€
1 maaari	Pinta ng kahoy	5, 79€

Hakbang 13: Konklusyon

Talagang masaya ako sa kinalabasan ng build na ito. Para sa isang beses nagawa kong gupitin nang tumpak ang mga piraso ng kahoy at hindi rin nakalimutan ang tungkol sa mga tumataas na butas para sa PCB. At talagang kamangha-mangha rin ito (Tingnan ang fig. 13.1).

Bukod doon, kagiliw-giliw na gumana sa mga tubo at mataas na boltahe sa pangkalahatan at may ilang mga bagay na dapat isaalang-alang kapag ginagawa ito.

Sa konklusyon, sasabihin ko na ito ay mabuti, na mayroon kaming mas maginhawang paraan ng pagpapakita ng mga numero ngayon ngunit sa kabilang banda ay walang maihahambing sa glow at pangkalahatang hitsura ng mga nixie tubes, na talagang nasisiyahan akong tingnan, lalo na, kapag madilim (Tingnan ang fig. 13.2).

Inaasahan kong nagustuhan mo ito sa pagtuturo. Kung ginawa mo ito, siguraduhing tingnan ang aking website para sa mas kawili-wiling mga artikulo at proyekto!

Hakbang 14: Mga Katangian, Pinagmulan at Karagdagang Pagbasa

Karagdagang pagbabasaMC34063 Mga detalye ng application - ti.comMC4x063 Datasheet - ti.comNixie tube driver IC - tubehobby.com DHT-11 Arduino library - arduino.ccA Transistor bilang isang switch - petervis.comBase resistor theory, formula at online calculator - petervis.com

Mga mapagkukunan ng imahe [Fig. 1.1] IN-14 Nixie tubes, coldwarcreations.com [Fig. 2.1] Step-up circuit, iginuhit ng sarili ngunit kinuha mula sa ebay.com [Fig. 6.1] sensor ng temperatura ng DHT-11 - tinytronics.nl