Arduino juhitav Nixie-toru termomeeter: 14 sammu

2024 Autor: John Day | [email protected]. Viimati modifitseeritud: 2024-01-30 08:47

Aastaid tagasi ostsin Ukrainast hunniku IN-14 Nixie torusid ja sellest ajast saadik lamasin neid. Ma tahtsin neid alati kohandatud seadme jaoks kasutada ja seetõttu otsustasin lõpuks selle projektiga tegeleda ja luua midagi, mis kasutab seda peaaegu iidset numbrite kuvamise viisi, kuid praegu ei tahtnud ma ehitada Nixie torukella (arvasin, et oli natuke klišee ja nüüdseks on mul küllalt hipsterlikest kellaprojektidest küllalt), nii et mõtlesin: miks mitte ehitada oma tuppa termomeeter, mida saab plaksutades aktiveerida? Panin plaksutamise aktiveerima, et see ei oleks kogu aeg sisse lülitatud, sest arvasin, et see on üsna energia raiskamine ja ma ei tahtnud, et see ruumi valgustaks, eriti öösel.

Nixie torusid juhib Arduino, mis vastutab ka tuntud DHT-11 temperatuurianduri temperatuuri lugemise eest.

See on lühendatud koopia minu veebisaidil avaldatud algsest seeriast. Vaadake seda, kui olete huvitatud muudest tehnilistest artiklitest ja projektidest, mida ma Instructabeli jaoks veel ei muutnud.

Samm: Nixie torud ja kõrgepinge

Nixie torud on külma katoodiga torud, mis on täidetud spetsiifilise gaasiga. Lisaks sisaldavad need ühist anoodi (või katoodi) ja eraldi katoode (või anoodi) iga kuvatava numbri või märgi jaoks (vt joonis 1.1).

Minu puhul on torudel ühine anood ja numbrid on eraldi katoodid. Erinevalt teistest tolleaegsetest torudest (transistorid, dioodid jne) ei pea Nixie torusid korralikult töötamiseks tavaliselt soojendama (siit ka nimi: külmkatoodtoru).

Ainus asi, mida nad vajavad, on üsna kõrge pinge, tavaliselt vahemikus 150 kuni 180 V alalisvoolu. See on tavaliselt nende ekraaniseadmete käsitsemisel peamine probleem, kuna see tähendab, et vajate kohandatud toiteallikat või võimendusahelat ja kontrollereid, mis suudavad katoodid sisse ja välja lülitada ilma liiga palju GPIO-liine kasutamata.

2. etapp: 12V kuni 170V DC astmemuundur

Alustame sellest, et tekitame kuidagi vajaliku pinge, et torud helendada. Õnneks vajab tüüpiline Nixie toru kõrgepinget, kuid väga madalat voolu, mis tähendab, et sellise muunduri ehitamine on üsna lihtne ja odav.

Olge selle vooluahela ja kõrgepinge kasutamisel üldiselt ettevaatlik. Nad ei ole mänguasi ja zapi saamine teeb parimal juhul palju haiget ja halvimal juhul võib teid tappa! Enne vooluahela vahetamist/hooldamist lülitage alati toide välja ja veenduge, et kasutate korralikku ümbrist, et keegi seda kogemata ei puudutaks!

Astmemuunduri jaoks kasutasin tuntud MC34063 integraallülitust. See väike IC ühendab kõik, mida vajate mis tahes lülitusmuunduri jaoks. Kuid selle asemel, et kasutada IC-i sisseehitatud transistorit, otsustasin minna välise transistoriga, mis aitas IC-d jahedana hoida ja võimaldas mul ka väljundis suuremat voolutarbimist. Lisaks sellele, kuna oli üllatavalt raske leida kõigi nende komponentide jaoks õigeid väärtusi 170 V väljundi saamiseks, loobusin ma pärast mõnepäevast arvutamist ja katsetamist (kõrgeim väärtus, mille sain 12 V-st, oli 100 V) ja otsustasin mitte leiutada Ratas. Selle asemel ostsin eBayst komplekti, mis järgib üsna palju selle andmelehe skemaatikat mõne muudatusega (vt joonis 2.1. Lisasin pildile ka kirjeldused).

Samm: torude juhtimine Arduino abil

Niisiis, nagu varem nägite, vajavad torud sisselülitamiseks kõrget pinget. "Nii et kuidas saate torusid sisse ja välja lülitada mikrokontrolleriga, nagu Arduino?", Võite küsida.

Selle eesmärgi saavutamiseks on mõned alternatiivsed marsruudid. Näiteks pühendatud Nixie torujuhid. Saate endiselt hankida uut vana varu ja kasutatud IC -sid, kuid neid võib olla raske leida ja need võivad olla kallid ning ma ei eelda, et neid on tulevikus lihtsam leida, sest neid ei toodeta enam.

Nii et ma ei kasuta sellist Nixie toru draiverit. Selle asemel kasutan kümnendkoha dekoodrite jaoks transistore ja binaarset, nii et ma ei peaks nixie -toru kohta kasutama 10 GPIO -liini. Nende dekoodritega on mul vaja 4 GPIO liini toru kohta ja ühte rida kahe toru vahel valimiseks.

Lisaks, et ma ei peaks pidevalt sageduste vahel torusid vahetama, kasutan viimaseid sisendeid nii kaua kui vaja (plätusid (mis vajavad lähtestamiseks veel ühte GPIO rida)) (Vt joonis 3.1, täieliku juhtimisahela ja kõrge eraldusvõimega klõpsake siin).

4. samm: disaini kaalutlused

Selle vooluringi kavandamisel leidsin sisseehitatud R/S-Flip-Flopsiga dekoodreid, mida veel toodetakse (näiteks CD4514BM96). Kuid kahjuks ei saanud ma neid kiiresti kätte, kuna tarneaeg oli kaks nädalat ja ma ei tahtnud nii kaua oodata. Nii et kui teie eesmärk on teha väike trükkplaat (või soovite, et teil oleks vähe erinevaid IC-sid), siis peaksite kindlasti minema sellise kiibiga, mitte kasutama väliseid flip-floppe.

Samuti on nende dekoodrite ümberpööratud variante. Näiteks on CD4514BM965 ülalnimetatud IC -i ümberpööratud variant, kus valitud number on kõrge asemel madal, mis ei ole, mida me sel juhul soovime. Seetõttu pöörake oma detailide tellimisel tähelepanu sellele detailile. (Ärge muretsege: täielik osade loend lisatakse sellesse juhendisse hiljem!)

Massiivi jaoks võite kasutada mis tahes tüüpi transistore, kui nimiväärtused vastavad teie torude pingele ja voolutugevusele. Saadaval on ka transistor-massiivi IC-sid, kuid jällegi ei suutnud ma leida ühtegi, mis oleks hinnatud üle 100 V või oleks kiiresti saadaval.

Samm: transistori massiiv

3. sammus ei näidanud ma transistorimassiivi, et graafika oleks lihtne ja kergesti arusaadav. Joonis 5.1 näitab üksikasjalikult puuduvat transistorimassiivi.

Nagu näete, on dekoodri iga digitaalne väljund ühendatud voolu piirava takisti kaudu npn-transistori alusega. See on kõik, tõesti lihtne.

Lihtsalt veenduge, et teie kasutatavad transistorid suudavad taluda pinget 170 V ja voolu 25 mA. Et teada saada, milline peab olema teie baastakisti väärtus, kasutage selle juhendi lõpus lingitud kalkulaatorit jaotises "Lisalugemised".

6. samm: temperatuuri lugemine

Võib-olla olete juba kuulnud kombineeritud temperatuuri ja niiskuse andurist DHT-11 (või DHT-22) (vt joonis 6.1). Ainus erinevus selle anduri ja DHT-22 vahel on täpsus ja mõõtepiirkond. 22-l on suurem vahemik ja parem täpsus, kuid toatemperatuuri mõõtmiseks on DHT-11 enam kui piisav ja odavam, kuigi see võib anda ainult täisarvu.

Andur vajab kolme ühendust: VCC, GND ja ühte liini jadaühenduseks. Lihtsalt ühendage see pingeallikaga ja ühendage ühendamiseks üks traat Arduino GPIO -pistikuga. Andmeleht soovitab lisada tõmbetakistuse kom-line ja VCC vahele, nii et kommunikatsiooniliin oleks heas olekus, kui seda ei kasutata (vt joonis 6.2).

Õnneks on DHT-11 jaoks juba raamatukogu (ja hunnik hästi dokumenteeritud raamatukogusid DHT-22 jaoks), mis hakkab suhtlema Arduino ja temperatuurianduri vahel. Seega on selle osa testirakendus üsna lühike:

Samm: viige lõpule Arduino visand

Nii et pärast andurite näitude tegemist oli viimane samm anduritelt teabe võtmine ja temperatuuri kuvamine Nixie torudega.

Toru teatud numbri sisselülitamiseks peate dekoodrile edastama 4-bitise koodi, mis lülitab sisse õige transistori. Lisaks peate edastama ka ühe bitti, mis näitab, millist kahest torust soovite praegu seadistada.

Otsustasin lisada dekoodri iga sisendi ette R/S-riivi. Neile, kes ei tea, kuidas üks neist riividest töötab, on siin kiire selgitus:

Põhimõtteliselt võimaldab see salvestada ühe teabe. Riiv võib olla SET ja RESET (seega nimi R/S-Latch, tuntud ka kui S/R-Latch või R/S-Flip-Flop). Aktiveerides riivi SET sisendi, seatakse väljund Q väärtusele 1. RESET sisendi aktiveerimisel muutub Q väärtuseks 0. Kui mõlemad sisendid ei ole aktiivsed, säilitatakse Q eelmine olek. Kui mõlemad sisendid aktiveeritakse samal ajal, on teil probleem, kuna riiv on sunnitud ebastabiilsesse olekusse, mis tähendab põhimõtteliselt, et selle käitumine on ettearvamatu, seega vältige seda olekut iga hinna eest.

Seega, et kuvada number 5 esimesel (vasakul) ja number 7 teisel Nixie torul, peate:

• LÄHTESTAGE kõik riivid
• Aktiveerige vasak toru (saatke 0 üle EN-rea)
• Määrake dekoodri sisendid (D, C, B ja A): 0101
• Määrake D, C, B ja A väärtuseks 0, et viimane olek säiliks (seda pole vaja teha, kui mõlemal torul peaks olema sama number)
• Aktiveerige parem toru
• Määrake dekoodri sisendid (D, C, B ja A): 0111
• Määrake D, C, B ja A kõik väärtuseks 0, et viimane olek säiliks

Torude väljalülitamiseks saate edastada kehtetu väärtuse (näiteks 10 või 15). Dekooder lülitab seejärel kõik väljundid välja ja seetõttu ei aktiveerita ükski saadaolevatest transistoridest ega voola läbi Nixie toru.

Siit saate alla laadida kogu püsivara

8. samm: trükkplaadi värvimine

Tahtsin ühendada kõik (välja arvatud kiirendusahel) ühel PCB-l, mis minu arvates osutus päris hästi (vt joonis (8.1)).

Minu põhieesmärk oli hoida trükkplaadi suurus võimalikult väike, kuid anda siiski ruumi, kus seda saaks korpusele kinnitada. Tahtsin kasutada ka SMD-komponente, et saaksin oma jootmistehnikat täiustada ja need aitaksid ka PCB-d õhukesena hoida, nii et kohandatud ümbris ei peaks olema suur ja mahukas (vt joonis 8.2).

SMD komponentide kasutamise tõttu tuli enamik ühendusi teha komponendi poolel. Püüdsin kasutada võimalikult vähe viasid. Alumisel kihil on tõesti ainult GND, VCC ja +170V liinid ja mõned ühendused, mis tuli teha sama IC erinevate tihvtide vahel. See on ka põhjus, miks ma kasutasin kahte DIP-16 IC-d nende SMD variantide asemel.

PCB disainifailid ja EAGLE skeemid saate alla laadida siit.

Kuna see on pisike disain, millel on väga väikesed tolerantsid ja jäljed, oli oluline leida PCB -dele hea tootja, et need saaksid kenasti välja ja töötaksid korralikult.

Otsustasin need PCBWaylt tellida ja ma ei saa nende saadetud tootega rohkem rahule jääda (vt joonis 8.3).

Internetis saate oma prototüüpide kohta hinnapakkumise ilma registreerimiseta. Kui otsustate tellida: neil on ka see mugav veebimuundur, mis teisendab EAGLE-failid õigesse Gerber-vormingusse. Kuigi EAGLE -l on ka muundur, meeldivad mulle väga tootjate veebimuundurid, sest nii võite olla 100% kindel, et gerberi versiooniga ei teki ühilduvusprobleeme.

9. samm: tõrkeotsing

Minu värskelt joodetud trükkplaadi esmakordsel testimisel ei töötanud midagi. Torud ei näita üldse midagi (dekoodrite väärtus on> 9) või juhuslikud numbrid jäävad pidevalt põlema või vilguvad sisse ja välja, mis nägi kena välja, kuid oli antud juhul ebasoovitav.

Alguses süüdistasin tarkvara. Nii ma mõtlesin välja selle Nixie testeri Arduino jaoks (vt joonis 9.1).

See skript võimaldab teil sisestada hulga GPIO-pin (0–8), mille olekut soovite muuta. Seejärel küsib riik. Tihvti numbri 9 sisestamisel lähtestatakse riivid.

Niisiis jätkasin katsetamist ja koostasin tõetabeli kõigi võimalike sisenditega A, B, C ja D. Märkasin, et numbreid 4, 5, 6 ja 7 ei saa kuvada kummagi toruga. Lisaks reageeriksid nad samale sisendite kombinatsioonile erinevalt.

Ma arvasin, et ka elektriprobleem peab olema. Ma ei leidnud disainist tehnilisi probleeme, kuid siis mõtlesin millelegi, mida olen juba ammu õppinud (kuid pärast seda pole mul kunagi probleeme olnud): Flux võib olla juhtiv. See ei pruugi tavaliste digitaalsete ja madalpingerakenduste jaoks probleem olla, kuid tundub, et see oli siin probleem. Niisiis puhastasin tahvli alkoholiga ja hiljem käitus see korralikult.

Midagi sarnast. Veel üks asi, mida märkasin: osa, mida kasutasin EAGLE -is oma PCB -paigutuse loomisel, oli vale (vähemalt minu torude puhul). Minu torudel näib olevat teistsugune pistik.

Lihtsalt mõned asjad, mida meeles pidada, kui teie vooluring ei tööta kohe.

10. samm: kohandatud juhtum

Pärast seda, kui kõik muu oli klaaritud, tahtsin ehitada kena ümbrise oma ringraja majutamiseks. Õnneks jäi minu sõnakella projektist palju puitu, mida tahtsin kasutada seestpoolt võre ehitamiseks (vt joonis 10.1).

Ma ehitasin korpuse, kasutades järgmisi mõõtmisi:

Kogus	Mõõdud [mm]	Kirjeldus
6	40 x 125 x 5	Alumine, ülemine, esi- ja tagakülg
2	40 x 70 x 5	Väikesed küljetükid
2	10 x 70 x 10	Konstruktsiooniosad seestpoolt (vt joonis 8).
2	10 x 70 x 5	Konstruktsioonitükid kaanel (vt joonis 11).

Pärast tükkide lõikamist panin need kokku, et luua joonisel fig. 10.2.

Joonis 10.3 näitab juhtumit erineva nurga alt.

Korpuse ülaosa on täpselt sama kui alumine, lihtsalt ilma seinteta ja vähem kõrgete konstruktsiooniosadega (vt joonis 10.4). See toimib kaanena ja selle saab eemaldada, et hooldada sisemisi komponente. PCB paigaldatakse kaane külge nii, et kaks toru jäävad korpusest välja.

Kui olin rahul sellega, kuidas kõik kokku sobib, liimisin kõik osad lihtsalt kokku ja lasin mõned tunnid kuivada.

Teil võib tekkida küsimus, kuidas ma PCB kaane külge kinnitasin, kui ülaosas pole kruvisid näha. Puurisin lihtsalt kruvi jaoks kaane konstruktsiooniosasse augu ja tegin seejärel kruvipea sisselaskmiseks süvendi (vt joonis 10.5).

11. samm: ehituse viimistlemine

Pärast seda, kui peamine trükkplaat oli kaane külge kinnitatud, tuli kõik muud komponendid lihtsalt korpusesse paigutada, mida on näha jooniselt fig. 11.1.

Nagu näete, proovisin kaableid võimalikult hästi korraldada ja minu arvates osutus see üsna heaks. Kõik mahub ilusti korpusesse, nagu näete jooniselt fig. 11.2.

Lisasin korpusele ka DC-Jacki (ja läksin sealse kuuma liimiga natuke hulluks). Kuid sel viisil on võimalik termomeetrit toita mis tahes üldise telefonilaadija ja paigalduskaabliga. Soovi korral võite siiski lisada ka 5V aku.

12. samm: selles koostises kasutatavad osad

Elektroonika jaoks:

Kogus	Toode	Hind	Üksikasjad
1	DHT-11	4, 19€	Sain kallist poest. Neid saate Hiinast alla 1 dollari eest.
2	CD4028BM	0, 81€	Dekooder
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Pinheader	0, 21€	2x5 tihvti
1	Kruviklemm	0, 35€	2 ühendust
20	SMBTA42	0, 06€	npn-transistor
20	SMD takisti	0, 10€	120 tuhat
2	74LS279N	1, 39€	R/S-flip papud
1	PCB	4, 80€	Telli siit
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Astmeline muundur	6, 79€

Teil on vaja ka mingit mikrokontrollerit. Kasutasin Arduino Pro Micro.

Juhtumi puhul:

Kogus	Toode	Hind	Üksikasjad
N. A.	Puit	~2€	Vt eespool
4	M3x16 kruvid	0, 05€
4	M3 pähklid	0, 07€
1 pudel	Puiduliim	1, 29€
1 purk	Puitvärv	5, 79€

13. samm: järeldus

Olen selle ehituse tulemusega tõesti rahul. Üks kord õnnestus mul puidutükid täpselt lõigata ja ei unustatud ka trükkplaadi kinnitusavasid. Ja see näeb tegelikult ka suurepärane välja (vt joonis 13.1).

Peale selle oli huvitav töötada torude ja kõrgepingega üldiselt ning seda tehes tuleb arvestada mõne asjaga.

Kokkuvõtteks ütleksin, et on hea, et meil on tänapäeval mugavamad numbrite kuvamise viisid, kuid teisest küljest pole midagi võrreldavat nixie -torude sära ja üldise väljanägemisega, mida mulle väga meeldib vaadata, eriti kui on pime (vt joonis 13.2).

Loodan, et teile meeldis see juhend. Kui tegite, vaadake kindlasti minu veebisaiti, et leida rohkem huvitavaid artikleid ja projekte!

14. samm: atribuudid, allikad ja täiendavad lugemised

Lisateavet MC34063 Rakenduse üksikasjad - ti.com MC4x063 andmeleht - ti.com Nixie toru draiveri IC - tubehobby.com DHT -11 Arduino raamatukogu - arduino.ccA Transistor lülitina - petervis.com Baastakisti teooria, valemid ja veebikalkulaator - petervis.com

Pildiallikad [joonis. 1.1] IN-14 Nixie tuubid, coldwarcreations.com [joonis 2a]. 2.1] Tõsteahel, ise tõmmatud, kuid võetud saidilt ebay.com [joonis. 6.1] DHT-11 temperatuuriandur-tinytronics.nl