Arduino Kontrollü Nixie Tüplü Termometre: 14 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Yıllar önce Ukrayna'dan bir grup IN-14 Nixie tüpü aldım ve o zamandan beri onları ortalıkta dolaştırdım. Onları her zaman özel bir cihaz için kullanmak istedim ve sonunda bu projeyi ele almaya ve bu neredeyse eski rakamları görüntüleme yöntemini kullanan bir şey yapmaya karar verdim, ancak şimdilik bir Nixie tüp saati inşa etmek istemedim (bunu düşündüm). biraz klişe bir şeydi ve şimdilik yeterince süslü yenilikçi saat projem oldu), bu yüzden düşündüm: Neden odam için alkışlayarak etkinleştirilebilen bir termometre yapmıyorum? Sürekli açık kalmasın diye alkışı aktif hale getirdim çünkü bunun bir enerji kaybı olduğunu düşündüm ve ayrıca özellikle gece boyunca odayı aydınlatmasını istemedim.

Nixie tüpleri, iyi bilinen DHT-11 sıcaklık sensöründen sıcaklığı okumaktan da sorumlu olan bir Arduino tarafından kontrol edilir.

Bu, web sitemde yayınlanan orijinal serimin kısaltılmış bir kopyasıdır. Henüz Instructables için düzenlemediğim diğer teknik makaleler ve projelerle ilgileniyorsanız, bir göz atın.

Adım 1: Nixie Tüpleri ve Yüksek Voltaj

Nixie tüpleri, belirli bir gazla doldurulmuş soğuk katot tüpleridir. Ayrıca, gösterebildikleri her rakam veya karakter için ortak bir anot (veya katot) ve ayrı katotlar (veya anotlar) içerirler (Bkz. şekil 1.1).

Benim durumumda, tüplerin ortak bir anotları var ve rakamlar ayrı katotlardır. O zamanın diğer tüplerinden farklı olarak (transistörler, diyotlar,…) Nixie tüplerinin düzgün çalışması için genellikle ısıtılması gerekmez (bu nedenle adı: soğuk katot tüpü).

İhtiyaç duydukları tek şey, tipik olarak 150 ile 180V DC arasında oldukça yüksek bir voltajdır. Bu genellikle bu görüntüleme cihazlarını kullanırken ana sorundur, çünkü bu, çok fazla GPIO hattı kullanmadan katotları açıp kapatabilen özel bir güç kaynağına veya yükseltme devresine ve denetleyicilere ihtiyacınız olacağı anlamına gelir.

Adım 2: 12V - 170V DC Yükseltici Dönüştürücü

Tüplerin parlaması için gerekli voltajı bir şekilde oluşturarak başlayalım. Neyse ki, tipik Nixie tüpünün yüksek voltaja ihtiyacı var ama çok düşük akım, bu da böyle bir dönüştürücü inşa etmenin oldukça kolay ve ucuz olduğu anlamına geliyor.

Bu devreyi ve genel olarak yüksek voltajları kullanırken dikkatli olun. Onlar oyuncak değiller ve zap almak en iyi durumda çok acı veriyor ve en kötü durumda potansiyel olarak sizi öldürebilir! Devreyi değiştirmeden/servis etmeden önce daima güç kaynağını kapatın ve kullanımdayken kimsenin yanlışlıkla dokunmaması için uygun bir kasa kullandığınızdan emin olun!

Yükseltici dönüştürücü için iyi bilinen MC34063 entegre devresini kullandım. Bu küçük IC, herhangi bir anahtarlama dönüştürücüsü için ihtiyacınız olan her şeyi birleştirir. Ancak, IC'nin yerleşik transistörünü kullanmak yerine, IC'yi serin tutmaya yardımcı olan ve ayrıca çıkışta daha yüksek akım çekmeme izin veren harici bir transistör kullanmaya karar verdim. Ayrıca, 170V çıkış elde etmek için tüm bu bileşenler için doğru değerleri bulmak şaşırtıcı derecede zor olduğu için, birkaç gün hesaplama ve testten sonra vazgeçtim (12V'dan aldığım en yüksek değer 100V idi) ve yeniden icat etmemeye karar verdim. tekerlek. Bunun yerine, eBay'den, bu veri sayfasındaki şemayı birkaç ince ayar ile hemen hemen izleyen bir kit satın aldım (Bkz. şekil 2.1. Ayrıca resme açıklamalar da ekledim).

Adım 3: Arduino ile Tüpleri Kontrol Etme

Bu nedenle, daha önce gördüğünüz gibi, tüplerin açılması için yüksek voltaj gerekir. “Peki, Arduino gibi bir mikrodenetleyici ile tüpleri nasıl açıp kapatabilirsiniz?” Diye sorabilirsiniz.

Bu hedefe ulaşmak için izleyebileceğiniz birkaç alternatif yol var. Örneğin, özel Nixie tüp sürücüleri. Hala yeni eski stok ve kullanılmış IC'ler alabilirsiniz, ancak bunları bulmak zor olabilir ve pahalı olabilirler ve gelecekte daha kolay bulunmalarını beklemiyorum çünkü bunlar artık üretilmiyor.

Bu yüzden böyle bir Nixie tüp sürücüsü kullanmayacağım. Bunun yerine, nixie tüpü başına 10 GPIO hattı kullanmak zorunda kalmamak için transistörleri ve ikiliden ondalık kod çözücülere kullanacağım. Bu kod çözücülerle, tüp başına 4 GPIO hattına ve iki tüp arasında seçim yapmak için bir satıra ihtiyacım olacak.

Ek olarak, tüpler arasında her zaman yüksek frekansta geçiş yapmama gerek kalmaması için, son girişi gerektiği kadar tutmak için parmak arası terlikler (sıfırlama için ek bir GPIO hattına ihtiyaç duyacaktır) kullanacağım (Bkz. Şekil 3.1, yüksek çözünürlüklü tam kontrol devresi için buraya tıklayın).

Adım 4: Tasarım Konuları

Bu devreyi tasarlarken, halen üretilmekte olan yerleşik R/S-Flip-Flop'lara sahip kod çözücüler buldum (örneğin CD4514BM96). Ama ne yazık ki teslim süresi iki hafta olduğu için bu kadar çabuk alamadım ve o kadar da beklemek istemedim. Yani amacınız küçük bir PCB yapmaksa (veya az sayıda farklı IC'ye sahip olmak istiyorsanız), o zaman harici Flip-Flop kullanmak yerine kesinlikle böyle bir çip ile gitmelisiniz.

Bu kod çözücülerin ters çevrilmiş çeşitleri de vardır. Örneğin, CD4514BM965, seçilen sayının yüksek yerine düşük olacağı, yukarıda belirtilen IC'nin tersine çevrilmiş çeşididir, bu durumda istediğimiz şey değildir. Bu yüzden parçalarınızı sipariş ederken bu ayrıntıya dikkat edin. (Endişelenmeyin: Bu Eğitilebilir Tabloya daha sonra tam bir parça listesi eklenecektir!)

Değerler tüplerinizin gerilimi ve akımıyla eşleştiği sürece diziniz için herhangi bir transistör tipi kullanabilirsiniz. Ayrıca transistör dizili IC'ler de mevcut, ancak yine de 100V'un üzerinde derecelendirilen veya hızlı bir şekilde kullanılabilen hiçbirini bulamadım.

Adım 5: Transistör Dizisi

3. adımda, grafikleri basit ve kolay anlaşılır kılmak için transistör dizisini göstermedim. Şekil 5.1 eksik transistör dizisini ayrıntılı olarak göstermektedir.

Gördüğünüz gibi, kod çözücünün her bir dijital çıkışı, bir akım sınırlayıcı direnç aracılığıyla bir npn-transistörünün tabanına bağlanır. Hepsi bu, gerçekten basit.

Kullandığınız transistörlerin 170V voltaj ve 25mA akımı kaldırabileceğinden emin olun. Temel direnç değerinizin ne olması gerektiğini anlamak için, bu Talimatın sonunda "İleri okumalar" altında bağlantılı hesap makinesini kullanın.

Adım 6: Sıcaklığı Okuma

DHT-11 (veya DHT-22) birleşik sıcaklık ve nem sensörünü zaten duymuş olabilirsiniz (Bkz. şekil 6.1). Bu sensör ile DHT-22 arasındaki tek fark, doğruluk ve ölçüm aralığıdır. 22 daha yüksek bir aralığa ve daha iyi bir doğruluğa sahiptir, ancak oda sıcaklığını ölçmek için DHT-11, yalnızca tamsayı sonuçları sunabilmesine rağmen fazlasıyla yeterli ve daha ucuzdur.

Sensör üç bağlantı gerektirir: VCC, GND ve seri iletişim için tek bir hat. Sadece voltaj kaynağına bağlayın ve iletişim için tek kabloyu Arduino'nun bir GPIO pinine bağlayın. Veri sayfası, iletişim hattının kullanılmadığında yüksek durumda olması için com-line ile VCC arasına bir çekme direnci eklenmesini önerir (Bkz. şekil 6.2).

Neyse ki, Arduino ile sıcaklık sensörü arasındaki iletişimi idare edecek olan DHT-11 için zaten bir kütüphane (ve DHT-22 için bir dizi iyi belgelenmiş kütüphane) var. Yani bu kısım için bir test uygulaması oldukça kısa:

Adım 7: Arduino Sketch'i Tamamlayın

Yani sensör okumaları yapıldıktan sonra son adım sensörlerden bilgi almak ve Nixie tüpleri ile sıcaklığı görüntülemek oldu.

Bir tüp üzerinde belirli bir sayıyı açmak için, doğru transistörü açacak olan kod çözücüye 4 bitlik bir kod iletmeniz gerekir. Ayrıca, şu anda iki tüpten hangisini ayarlamak istediğinizi belirten bir bit iletmeniz gerekir.

Dekoderin her girişinin hemen önüne bir R/S-Latch eklemeye karar verdim. Bu mandallardan birinin nasıl çalıştığını bilmeyenler için işte size kısa bir açıklama:

Temel olarak bir bit bilgi saklamanıza izin verir. Mandal SET ve RESET olabilir (bu nedenle R/S-Latch adı, S/R-Latch veya R/S-Flip-Flop olarak da bilinir). Mandalın SET girişi etkinleştirildiğinde, Q çıkışı 1'e ayarlanır. RESET girişi etkinleştirildiğinde, Q 0 olur. Her iki giriş de aktif değilse, önceki Q durumu korunur. Her iki giriş de aynı anda etkinleştirilirse, bir sorununuz olur, çünkü mandal kararsız bir duruma zorlanır, bu da temelde davranışının tahmin edilemez olacağı anlamına gelir, bu nedenle ne pahasına olursa olsun bu durumdan kaçının.

Bu nedenle, ilk (solda) 5 sayısını ve ikinci Nixie tüpünde 7 sayısını görüntülemek için şunları yapmanız gerekir:

• Tüm mandalları SIFIRLA
• Sol tüpü etkinleştirin (EN hattı üzerinden 0 gönderin)
• Kod çözücünün girişlerini ayarlayın (D, C, B ve A): 0101
• D, C, B ve A'yı 0'a ayarlayın, böylece son durum korunur (Her iki tüpün de aynı sayıyı göstermesi gerekiyorsa bunun yapılması gerekmez)
• Sağ tüpü etkinleştir
• Kod çözücünün girişlerini ayarlayın (D, C, B ve A): 0111
• D, C, B ve A'yı 0'a ayarlayın, böylece son durum korunur

Tüpleri kapatmak için geçersiz bir değer (10 veya 15 gibi) iletebilirsiniz. Dekoder daha sonra tüm çıkışları kapatacak ve bu nedenle mevcut transistörlerin hiçbiri etkinleştirilmeyecek ve Nixie tüpünden hiçbir akım akmayacaktır.

Firmware'in tamamını buradan indirebilirsiniz

Adım 8: PCB'yi sipariş etme

Her şeyi (yükseltme devresi hariç) tek bir PCB üzerinde birleştirmek istedim ve bence oldukça iyi sonuç verdi (Bkz. şek.(8.1)).

Ana amacım, PCB boyutunu mümkün olduğunca küçük tutmak, ancak yine de kasaya monte edilebileceği bir alan sağlamaktı. Ayrıca lehimleme tekniğimi geliştirebilmem ve ayrıca özel kasanın büyük ve hacimli olmaması için PCB'yi ince tutmaya yardımcı olmaları için SMD bileşenleri kullanmak istedim (Bkz. şekil 8.2).

SMD bileşenlerinin kullanılması nedeniyle, bağlantıların çoğunun bileşen tarafında yapılması gerekiyordu. Mümkün olduğunca az viya kullanmaya çalıştım. Alt katman gerçekten sadece GND, VCC ve +170V hatlarına ve aynı IC'nin farklı pinleri arasında yapılması gereken bazı bağlantılara sahiptir. SMD varyantları yerine iki DIP-16 IC'yi kullanmamın nedeni de bu.

PCB tasarım dosyalarını ve EAGLE şemalarını buradan indirebilirsiniz.

Bu, çok küçük toleranslara ve izlere sahip küçük bir tasarım olduğundan, PCB'ler için iyi bir üretici bulmak, güzel olmaları ve düzgün çalışmaları için önemliydi.

Onları PCBWay'den sipariş etmeye karar verdim ve bana gönderdikleri üründen daha memnun olamam (Bkz. şekil 8.3).

Prototipleriniz için kayıt olmanıza gerek kalmadan online olarak anında fiyat teklifi alabilirsiniz. Sipariş vermeye karar verirseniz: EAGLE dosyalarını doğru gerber formatına dönüştürecek bu kullanışlı çevrimiçi dönüştürücü de var. EAGLE'ın da bir dönüştürücüsü olmasına rağmen, üreticilerin çevrimiçi dönüştürücülerini gerçekten seviyorum, çünkü bu şekilde gerber sürümüyle herhangi bir uyumluluk sorunu olmayacağından %100 emin olabilirsiniz.

9. Adım: Sorun Giderme

Yeni lehimlenmiş PCB'mi ilk test ederken hiçbir şey işe yaramadı. Tüpler ya hiçbir şey göstermeyecekti (kod çözücüler > 9 değerine ulaştı) ya da rasgele sayılar ya sürekli açık kalacak ya da yanıp sönecek, bu da hoş görünüyordu ama bu durumda istenmeyen bir durumdu.

İlk başta, yazılımı suçladım. Bu yüzden Arduino için bu Nixie test cihazını buldum (Bkz. şekil 9.1).

Bu komut dosyası, durumunu değiştirmek istediğiniz bir dizi GPIO pini (0-8) girmenizi sağlar. Sonra devleti soruyor. 9 numaralı pin girildiğinde mandallar sıfırlanır.

Bu yüzden testime devam ettim ve A, B, C ve D için tüm olası girişleri içeren bir doğruluk tablosu yaptım. 4, 5, 6 ve 7 sayılarının iki tüple de görüntülenemeyeceğini fark ettim. Ek olarak, aynı girdi kombinasyonuna farklı tepki verirler.

Ben de elektriksel bir sorun olabileceğini düşündüm. Tasarımda herhangi bir teknik sorun bulamadım ama sonra uzun zaman önce öğrendiğim bir şeyi düşündüm (ama o zamandan beri hiç sorun yaşamadım): Akı iletken olabilir. Bu, normal dijital ve düşük voltajlı uygulamalar için bir sorun olmayabilir, ancak burada bir sorun varmış gibi görünüyor. Bu yüzden tahtayı alkolle temizledim ve daha sonra düzgün davrandı.

Türü. Fark ettiğim başka bir şey: EAGLE'da PCB düzenimi oluştururken kullandığım kısım yanlıştı (en azından tüplerim için). Tüplerimin farklı bir pin çıkışı var gibi görünüyor.

Devreniz hemen çalışmadığında akılda tutulması gereken bazı şeyler.

Adım 10: Özel Bir Vaka

Her şey halledildikten sonra devremi barındırmak için güzel bir kasa oluşturmak istedim. Neyse ki, içeride bir ızgara oluşturmak için kullanmak istediğim kelime saat projemden çok fazla tahta kalmıştı (Bkz. şekil 10.1).

Kasayı aşağıdaki ölçümleri kullanarak oluşturdum:

Miktar	Ölçümler [mm]	Açıklama
6	40x125x5	Alt, üst, ön ve arka taraf
2	40x70x5	Küçük yan parçalar
2	10x70x10	İç kısımdaki yapısal parçalar (Bkz. şekil 8).
2	10x70x5	Kapaktaki yapısal parçalar (Bkz. şek. 11).

Parçaları kestikten sonra, Şekil 1'de gösterilen kutuyu oluşturmak için bir araya getirdim. 10.2.

Şekil 10.3, durumu farklı bir açıdan göstermektedir.

Kasanın üst kısmı alt kısımla tamamen aynı, sadece duvarlar olmadan ve daha az yüksek yapısal parçalarla (bkz. şekil 10.4). Bir kapak görevi görür ve içerideki bileşenlere bakım yapmak için çıkarılabilir. PCB, iki tüp kasadan dışarı çıkacak şekilde kapağa monte edilecektir.

Her şeyin birbirine nasıl uyduğu konusunda tatmin olduktan sonra, tüm parçaları birbirine yapıştırdım ve birkaç saat kurumaya bıraktım.

Üstte vida yokken PCB'yi kapağa nasıl sabitlediğimi merak ediyor olabilirsiniz. Sadece kapağın yapısal kısmına vida için bir delik açtım ve ardından vidanın başının girmesi için bir havşa yaptım (bkz. şekil 10.5).

Adım 11: Yapıyı Bitirmek

Ana PCB kapağa monte edildikten sonra, diğer tüm bileşenlerin şekil l'de görülebileceği gibi kasaya yerleştirilmesi gerekiyordu. 11.1.

Gördüğünüz gibi kabloları elimden geldiğince iyi bir şekilde düzenlemeye çalıştım ve bence oldukça iyi oldu. Şekilde de görebileceğiniz gibi, her şey kasaya güzel bir şekilde uyuyor. 11.2.

Ayrıca kasaya bir DC-Jack ekledim (ve oradaki sıcak tutkalla biraz çıldırdım). Ancak bu şekilde, termometreye herhangi bir genel telefon şarj cihazı ve uygun bir kablo ile güç vermek mümkündür. Ancak, isterseniz 5V pil de ekleyebilirsiniz.

Adım 12: Bu Yapıda Kullanılan Parçalar

Elektronik için:

Miktar	Ürün	Fiyat	Detaylar
1	DHT-11	4, 19€	Pahalı bir mağazadan aldım. Bunları Çin'den 1 dolardan daha ucuza alabilirsiniz.
2	CD4028BM	0, 81€	kod çözücü
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Çevirici
1	PIN başlığı	0, 21€	2x5 iğne
1	Vidalı terminal	0, 35€	2 bağlantı
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistör
20	SMD-Direnç	0, 10€	120 bin
2	74LS279N	1, 39€	R/S-Flip floplar
1	PCB	4, 80€	Buradan sipariş verin
2	IN-14 Nixy'ler	2, 00€
1	Yükseltici dönüştürücü	6, 79€

Ayrıca bir çeşit mikrodenetleyiciye ihtiyacınız olacak. Arduino Pro Micro kullandım.

Dava için:

Miktar	Ürün	Fiyat	Detaylar
NA	Odun	~2€	Yukarıyı görmek
4	M3x16 vidalar	0, 05€
4	M3 fındık	0, 07€
1 şişe	Ahşap tutkalı	1, 29€
1 can	Ahşap boya	5, 79€

Adım 13: Sonuç

Bu yapının sonucundan gerçekten çok mutluyum. Bir kereliğine ahşap parçaları tam olarak kesmeyi başardım ve ayrıca PCB için montaj deliklerini de unutmadım. Ve aslında muhteşem görünüyor (Bkz. şekil 13.1).

Bunun yanı sıra, genel olarak tüpler ve yüksek voltajlarla çalışmak ilginçti ve bunu yaparken dikkate alınması gereken birkaç şey var.

Sonuç olarak, bugün sayıları göstermenin daha uygun yollarına sahip olmamızın iyi olduğunu söyleyebilirim, ancak diğer yandan, bakmaktan gerçekten zevk aldığım nixie tüplerinin parıltısı ve genel görünümü ile karşılaştırılabilecek hiçbir şey yok, özellikle, karanlık olduğunda (Bkz. şekil 13.2).

Umarım bu öğreticiyi beğenmişsinizdir. Eğer yaptıysanız, daha ilginç makaleler ve projeler için web siteme göz atmayı unutmayın!

Adım 14: Atıflar, Kaynaklar ve İlave Okumalar

Diğer okumalarMC34063 Uygulama ayrıntıları – ti.comMC4x063 Veri Sayfası – ti.comNixie tüp sürücüsü IC – tubehobby.comDHT-11 Arduino kitaplığı – arduino.ccA Anahtar olarak transistör - petervis.comTemel direnç teorisi, formüller ve çevrimiçi hesap makinesi - petervis.com

Görüntü kaynakları[Şek. 1.1] IN-14 Nixie tüpleri, coldwarcreations.com[Şek. 2.1] Yükseltme devresi, kendi çizimi ancak ebay.com'dan alınmıştır[Şek. 6.1] DHT-11 sıcaklık sensörü – tinytronics.nl