Arduino басқарылатын Nixie-түтік термометрі: 14 қадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:24

Бірнеше жыл бұрын мен Украинадан IN-14 Nixie түтіктерін сатып алдым, содан бері мен оларды жатқыздым. Мен оларды әрқашан арнайы құрылғы үшін қолданғым келді, сондықтан мен бұл жобаны шешіп, цифрларды көрсетудің ежелгі әдісін қолданатын нәрсе құруды шештім, бірақ әзірге мен Nixie түтік сағатын жасағым келмеді (мен ойладым) Бұл мен үшін клише сағаттарының керемет жобалары болды), сондықтан мен ойладым: Неліктен шапалақтау арқылы іске қосылатын термометрді құрмасқа? Мен оны үнемі қосылып қалмайтындай етіп шапалақты іске қостым, өйткені мен бұл энергияны ысырап ету деп ойладым, сонымен қатар бөлмені жарықтандырғанын қаламадым, әсіресе түнде.

Nixie түтіктерін Arduino басқарады, ол сонымен қатар белгілі DHT-11 температура сенсорынан температураны оқуға жауап береді.

Бұл менің веб -сайтта шығарылған түпнұсқалық сериямның қысқартылған көшірмесі. Қарап көріңіз, егер сізді нұсқаулықтар үшін әлі өңдемеген басқа техникалық мақалалар мен жобалар қызықтырса.

1 -қадам: Nixie түтіктері мен жоғары кернеу

Никси түтіктері - бұл арнайы газбен толтырылған суық катодты түтіктер. Сонымен қатар, оларда жалпы анод (немесе катод) және олар көрсете алатын әр цифр мен таңба үшін бөлек катодтар (немесе анодтар) бар (1.1 суретті қараңыз).

Менің жағдайда, түтіктерде жалпы анод бар және сандар бөлек катодтар. Сол кездегі басқа түтіктерден айырмашылығы (транзисторлар, диодтар,…) Никси түтіктерін дұрыс жұмыс істеу үшін әдетте қыздырудың қажеті жоқ (сондықтан аты: суық катодты түтік).

Оларға қажет жалғыз нәрсе - өте жоғары кернеу, әдетте 150 мен 180 В тұрақты ток аралығында. Бұл әдетте бұл дисплей құрылғыларын қолданудағы басты мәселе, себебі сізге GPIO желілерін тым көп пайдаланбай катодты қосуға және өшіруге болатын реттелетін қуат көзі немесе күшейткіш схемасы мен контроллер қажет болады.

2-қадам: 12 В-тан 170 В-қа дейінгі тұрақты ток түрлендіргіші

Түтіктердің жарқырауы үшін қажетті кернеуді қалай болса солай бастаймыз. Бақытымызға орай, типтік Nixie түтігіне жоғары кернеу қажет, бірақ өте төмен ток қажет, яғни мұндай түрлендіргішті салу өте қарапайым және арзан.

Бұл тізбекті және жалпы жоғары кернеуді қолданғанда абай болыңыз. Олар ойыншық емес, ең жақсы жағдайда ауырып қалу сізді ауыр жағдайда өлтіруі мүмкін! Электр тізбегін ауыстырар алдында/оған қызмет көрсетпес бұрын әрқашан қоректендіргішті өшіріңіз және дұрыс қорапшаны пайдаланғаныңызға көз жеткізіңіз, сонда ол кезде кездейсоқ ешкім оған тиіп кетпейді!

Мен жоғарылататын түрлендіргіш үшін белгілі MC34063 интегралды схемасын қолдандым. Бұл шағын IC кез келген түрлендіргіш түрлендіргішке қажет нәрсені біріктіреді. Дегенмен, IC кіріктірілген транзисторын пайдаланудың орнына, мен сыртқы транзистормен жүруді шештім, бұл IC-ді салқын ұстауға көмектесті, сонымен қатар шығыс кезінде жоғары ток тартуға мүмкіндік берді. Сонымен қатар, бұл компоненттердің 170 В шығуын алу үшін дұрыс мәндерді табу таңқаларлық қиын болғандықтан, мен бірнеше күндік есептеулер мен сынақтардан кейін бас тарттым (12 В-дан ең жоғары көрсеткіш 100 В болды) және қайта ойлап шығармауды шештім. дөңгелек. Оның орнына, мен eBay -ден жинақты сатып алдым, ол осы мәліметтер кестесіндегі схемаға сәйкес келеді, бірнеше түзетулермен (2.1 -суретті қараңыз. Мен де суретке сипаттамаларды қостым).

3 -қадам: түтіктерді Arduino көмегімен басқару

Сонымен, сіз бұрын көргендей, құбырларды қосу үшін жоғары кернеу қажет. «Сонымен, сіз Arduino сияқты микроконтроллермен түтіктерді қалай қосуға және өшіруге болады?» Деп сұрауыңыз мүмкін.

Бұл мақсатқа жету үшін бірнеше балама жолдар бар. Мысалы, арнайы Nixie түтік драйверлері. Сіз әлі де жаңа ескі қорлар мен пайдаланылған IC -ді ала аласыз, бірақ оларды табу қиын болуы мүмкін және олар қымбат болуы мүмкін, мен оларды болашақта табу оңай болады деп ойламаймын, өйткені олар енді шығарылмайды.

Сондықтан мен мұндай Nixie түтік драйверін қолданбаймын. Оның орнына мен транзисторлар мен екіліктерді ондыққа дейін декодерлерді қолданамын, сондықтан никси түтігіне 10 GPIO желісін қолданудың қажеті жоқ. Бұл декодерлердің көмегімен маған бір түтікке 4 GPIO желісі және екі түтікті таңдау үшін бір жол қажет болады.

Сонымен қатар, мен үнемі жоғары жиілікті құбырлар арасында ауысудың қажеті болмас үшін, соңғы кірісті қажет болғанша сақтап қалу үшін флип-флоптарды (қалпына келтіру үшін бір қосымша GPIO желісі қажет) қолданамын (3.1 суретті қараңыз, жоғары ажыратымдылықтағы толық басқару тізбегін алу үшін мына жерді басыңыз).

4 -қадам: Дизайн туралы ойлар

Бұл схеманы құрастыру кезінде мен әлі де шығарылатын R/S-Flip-Flops кіріктірілген декодерлерді таптым (мысалы, CD4514BM96). Бірақ, өкінішке орай, мен оларды тез ала алмадым, себебі жеткізу мерзімі екі апта болды және мен ұзақ күтуді қаламадым. Егер сіздің мақсатыңыз шағын ПХД жасау болса (немесе сізде әр түрлі ИҚ аз болуын қаласаңыз), онда сіз сыртқы флип-флоптарды пайдаланудың орнына осындай чиппен жүруіңіз керек.

Бұл декодерлердің инверттелген нұсқалары да бар. Мысалы, CD4514BM965 - бұл жоғарыда айтылған IC -тің кері нұсқасы, мұнда таңдалған сан жоғары емес, төмен болады, бұл жағдайда біз қалағандай емеспіз. Сондықтан бөлшектерге тапсырыс беру кезінде осы бөлшекке назар аударыңыз. (Алаңдатпаңыз: Бөлшектердің толық тізімі кейінірек осы нұсқаулыққа енгізіледі!)

Транзистордың кез -келген түрін массив үшін қолдануға болады, егер рейтингтер сіздің түтіктеріңіздің кернеуі мен ағымына сәйкес келсе. Сондай-ақ, транзисторлық массивті IC-лер бар, бірақ мен 100 В-тан жоғары немесе тез қолжетімді болатындарды таба алмадым.

5 -қадам: транзисторлық массив

3 -қадамда мен графиканы қарапайым және түсінікті ету үшін транзисторлық массивті көрсетпедім. 5.1 суретте жетіспейтін транзисторлық массив толық көрсетілген.

Көріп отырғаныңыздай, декодердің әрбір цифрлық шығысы ток шектейтін резистор арқылы npn-транзистордың негізіне қосылады. Мұның бәрі, шынымен де қарапайым.

Сіз қолданатын транзисторлар кернеуі 170 В және ток 25 мА болатынына көз жеткізіңіз. Негізгі резистордың мәні қандай болуы керек екенін білу үшін осы нұсқаулықтың соңындағы «Қосымша оқулар» бөлімінде көрсетілген калькуляторды пайдаланыңыз.

6 -қадам: Температураны оқу

Сіз DHT-11 (немесе DHT-22) аралас температура мен ылғалдылық сенсоры туралы естіген боларсыз (6.1 суретті қараңыз). Бұл сенсор мен DHT-22 арасындағы жалғыз айырмашылық дәлдік пен өлшеу диапазонында. 22-дің диапазоны жоғары және дәлірек, бірақ бөлме температурасын өлшеу үшін DHT-11 жеткілікті және арзан, бірақ ол тек бүтін нәтиже бере алады.

Сенсор үш қосылымды қажет етеді: VCC, GND және сериялық байланыс үшін бір желі. Оны кернеу көзіне қосып, байланыс үшін бір сымды Arduino GPIO түйреуішіне қосыңыз. Деректер кестесі байланыс желісі пайдаланылмаған жағдайда жоғары күйде болатындай, желілік желі мен VCC арасында тартылатын резисторды қосуды ұсынады. (6.2 суретті қараңыз).

Бақытымызға орай, Arduino мен температура сенсоры арасындағы байланысты реттейтін DHT-11 кітапханасы (және DHT-22 үшін жақсы құжатталған көптеген кітапханалар) бар. Бұл бөлімге арналған тестілік өтінім өте қысқа:

7 -қадам: Arduino эскизін аяқтаңыз

Сенсордың оқылуы аяқталғаннан кейін, соңғы қадам сенсорлардан ақпаратты алу және Nixie түтіктерімен температураны көрсету болды.

Түтіктегі белгілі бір санды қосу үшін сіз декодерге 4 биттік кодты жіберуіңіз керек, ол дұрыс транзисторды қосады. Сонымен қатар, сіз дәл қазір орнатқыңыз келетін екі түтіктің қайсысын көрсететін бір бит беруіңіз керек.

Мен декодердің әр кірісінің алдында R/S-Latch қосуды шештім. Сіз білмейтіндер үшін бұл ілмектердің бірі қалай жұмыс істейтінін білуге болады, мұнда қысқаша түсініктеме:

Бұл, негізінен, бір бөлік ақпаратты сақтауға мүмкіндік береді. Бекіткіш SET және RESET болуы мүмкін (сондықтан R/S-Latch атауы, ол S/R-Latch немесе R/S-Flip-Flop деп те аталады). Бекіткіштің SET кірісін белсендіру арқылы Q шығысы 1 -ге қойылады. RESET енгізуін қосқанда, Q 0 -ге айналады. Егер екі кіріс те белсенді болмаса, Q -тың алдыңғы күйі сақталады. Егер екі кіріс те бір уақытта іске қосылса, сізде проблема болады, себебі ысырма тұрақсыз күйге түседі, бұл оның мінез -құлқын болжау мүмкін емес екенін білдіреді, сондықтан бұл күйден аулақ болыңыз.

Бірінші (сол жақта) 5 санын және екінші Никси түтігінде 7 санын көрсету үшін сізге:

• Барлық ысырмаларды қалпына келтіріңіз
• Сол жақ түтікті іске қосыңыз (EN-желісі бойынша 0 жіберіңіз)
• Дешифратордың кірістерін орнатыңыз (D, C, B және A): 0101
• D, C, B және A барлығын 0 күйіне орнатыңыз, сонда соңғы күй сақталады (егер екі түтікте бірдей сан көрсетілсе, мұны істеу қажет емес)
• Оң жақ түтікті іске қосыңыз
• Дешифратордың кірістерін орнатыңыз (D, C, B және A): 0111
• D, C, B және A барлығын 0 күйіне орнатыңыз, осылайша соңғы күй сақталады

Түтіктерді өшіру үшін жарамсыз мәнді жіберуге болады (10 немесе 15 сияқты). Содан кейін декодер барлық шығуларды өшіреді, сондықтан қол жетімді транзисторлардың ешқайсысы қосылмайды және Nixie түтігі арқылы ток өтпейді.

Микробағдарламаны толығымен осы жерден жүктей аласыз

8 -қадам: ПХД -ны өңдеу

Мен бәрін бір ПХД-ге біріктіргім келді, менің ойымша, бұл өте жақсы болды (8.1-суретті қараңыз).

Менің басты мақсатым-ПХД өлшемін мүмкіндігінше кішірек ұстау, бірақ оны корпусқа орнатуға болатын кеңістікті қамтамасыз ету. Мен сондай-ақ SMD компоненттерін қолданғым келді, осылайша мен дәнекерлеу техникасын жетілдіре аламын және олар ПХД жұқа болуына көмектеседі, осылайша тапсырыс қаптамасы үлкен және көлемді болмауы керек (8.2-суретті қараңыз).

SMD компоненттерін қолданудың арқасында қосылымдардың көп бөлігі компонент жағында жасалуы керек болды. Мен мүмкіндігінше аз виас қолдануға тырыстым. Төменгі қабатта шын мәнінде тек GND, VCC және +170V желілері бар және сол қосылудың әр түрлі түйреуіштері арасында жасалуы керек кейбір қосылымдар бар. Бұл менің SMD нұсқаларының орнына екі DIP-16 IC-ді қолданудың себебі.

ПХД дизайн файлдары мен EAGLE схемасын мына жерден жүктеуге болады.

Бұл өте кішкентай төзімділік пен іздері бар шағын дизайн болғандықтан, ПХД үшін жақсы өндіруші табу маңызды болды, сонда олар жақсы шығарылады және дұрыс жұмыс істейді.

Мен оларға PCBWay -ге тапсырыс беруді шештім және олар маған жіберген өнімге қанағаттанбаймын (8.3 -суретті қараңыз).

Тіркелудің қажеті жоқ, сіз өзіңіздің прототиптеріңізге жылдам баға ұсынысын ала аласыз. Егер сіз тапсырыс бергіңіз келсе: оларда EAGLE файлдарын дұрыс гербер форматына түрлендіретін ыңғайлы онлайн-түрлендіргіші бар. EAGLE -де конвертер болса да, маған өндірушілердің онлайн -түрлендіргіштері өте ұнайды, өйткені осылайша сіз гербер нұсқасымен үйлесімділік мәселелері болмайтынына 100% сенімді бола аласыз.

9 -қадам: ақауларды жою

Менің жаңадан дәнекерленген ПХД -ны бірінші рет тексергенде, ештеңе жұмыс істемеді. Түтіктер ештеңені көрсетпейді (декодерлер> 9 мәніне жетті) немесе кездейсоқ сандар үнемі қосылады немесе қосылады және өшеді, бұл жақсы көрінді, бірақ бұл жағдайда қажет емес.

Алдымен мен бағдарламалық жасақтаманы кінәладым. Мен Arduino үшін осы Nixie сынағышын ойлап таптым (9.1 суретті қараңыз).

Бұл сценарий күйін өзгерткіңіз келетін GPIO түйреуішін (0-8) енгізуге мүмкіндік береді. Содан кейін ол мемлекетті сұрайды. 9 нөмірін енгізген кезде ысырмалар қалпына келтіріледі.

Мен тестілеуді жалғастырдым және A, B, C және D мүмкін болатын кірістері бар шындық кестесін жасадым, байқадым, 4, 5, 6 және 7 сандарын екі түтіктің екеуінде де көрсетуге болмайды. Сонымен қатар, олар кірістердің бірдей комбинациясына басқаша жауап береді.

Менің ойымша, электрлік ақау болуы керек. Мен дизайннан ешқандай техникалық ақаулар таба алмадым, бірақ мен бұрыннан білгенім туралы ойладым (бірақ содан бері ешқашан проблема болған емес): Флюс өткізгіш болуы мүмкін. Бұл әдеттегі цифрлық және төмен вольтты қосымшалар үшін мәселе болмауы мүмкін, бірақ бұл мәселе осында болған сияқты. Мен тақтаны алкогольмен тазарттым, содан кейін ол өзін дұрыс ұстады.

Сияқты. Мен тағы бір нәрсені байқадым: менің ПХД макетін жасау кезінде EAGLE -де қолданған бөлігі дұрыс емес (кем дегенде менің түтіктерім үшін). Менің түтіктерде басқа түйреуіш бар сияқты.

Егер сіздің схемаңыз бірден жұмыс істемесе, есте ұстау керек.

10 -қадам: жеке тапсырыс

Қалғанның бәрі реттелгеннен кейін, мен өз тізбегімді орналастыру үшін жақсы корпус жасағым келді. Бақытымызға орай, менің сағаттық жобамнан көптеген ағаш қалды, мен оны ішкі жағынан тор жасау үшін қолданғым келді (10.1 суретті қараңыз).

Мен корпусты келесі өлшемдерді қолдана отырып жасадым:

Саны	Өлшемдер [мм]	Сипаттама
6	40 x 125 x 5	Төменгі, жоғарғы, алдыңғы және артқы жағы
2	40 x 70 x 5	Кішкене бүйірлік бөліктер
2	10 x 70 x 10	Ішкі жағынан құрылымдық бөлшектер (8 -суретті қараңыз).
2	10 x 70 x 5	Қақпақтағы құрылымдық бөліктер (11 суретті қараңыз).

Бөлшектерді кескеннен кейін мен оларды суретте көрсетілген қорапты жасау үшін бірге қойдым. 10.2.

10.3 -суретте корпус басқа қырынан көрсетілген.

Корпустың үстіңгі жағы түбімен бірдей, тек қабырғасы жоқ және құрылымдық бөлшектері аз (10.4 -суретті қараңыз). Ол қақпақ ретінде қызмет етеді және оны ішкі бөліктерге қызмет көрсету үшін шешуге болады. ПХД қақпаға бекітіледі, оның ішінде екі түтік қораптан шығарылады.

Барлығы бір -біріне қалай сәйкес келетініне қанағаттанғаннан кейін, мен барлық бөлшектерді жабыстырып, бірнеше сағат бойы кептірдім.

Жоғарғы жағында бұрандалар болмаған кезде ПХД -ны қақпақшаға қалай бекітіп қойғаным сізді қызықтыруы мүмкін. Мен бұранданың қақпағының құрылымдық бөлігіне тесік бұрғыладым, содан кейін бұранданың басына кіруге арналған резервуар жасадым (10.5 суретті қараңыз).

11 -қадам: құрылысты аяқтау

Негізгі ПХД қақпақшаға орнатылғаннан кейін, қалған барлық компоненттерді корпусқа салу керек болды, оны күріштен көруге болады. 11.1.

Көріп отырғаныңыздай, мен кабельдерді мүмкіндігінше жақсы ұйымдастыруға тырыстым және менің ойымша, бұл жақсы болды. Іске бәрі жақсы сәйкес келеді, суретте көріп тұрғаныңыздай. 11.2.

Мен сондай-ақ корпусқа DC-Jack ұяшығын қостым (және сол жерде ыстық желіммен біраз ақылдан адасып кеттім). Бірақ осылайша термометрді кез келген жалпы телефон зарядтағышымен және фитинг кабелімен қосуға болады. Сонымен қатар, егер сіз қаласаңыз, 5В батареяны қоса аласыз.

12 -қадам: Бұл құрылымда қолданылатын бөлшектер

Электроника үшін:

Саны	Өнім	Бағасы	Егжей
1	DHT-11	4, 19€	Қымбат дүкеннен алдым. Сіз мұны Қытайдан 1 доллардан төмен бағамен ала аласыз.
2	CD4028BM	0, 81€	Декодер
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Инвертор
1	Түйіндеме	0, 21€	2x5 түйреуіштер
1	Бұрандалы терминал	0, 35€	2 байланыс
20	SMBTA42	0, 06€	npn-транзистор
20	SMD резисторы	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R/S-флиптер
1	ПХД	4, 80€	Мұнда тапсырыс беріңіз
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Қадамдық түрлендіргіш	6, 79€

Сондай -ақ сізге микроконтроллер қажет. Мен Arduino Pro Micro қолдандым.

Іс үшін:

Саны	Өнім	Бағасы	Егжей
Н. А.	Ағаш	~2€	Жоғарыдан қараңыз
4	M3x16 бұрандалар	0, 05€
4	М3 жаңғақтар	0, 07€
1 бөтелке	Ағаш желімі	1, 29€
1 мүмкін	Ағаш бояуы	5, 79€

13 -қадам: Қорытынды

Мен бұл құрылыстың нәтижесіне өте қуаныштымын. Бірден мен ағаш кесектерді дәл кесіп алдым, сонымен қатар ПХД үшін тесіктерді орнату туралы ұмытпадым. Бұл шынымен де керемет көрінеді (13.1 суретті қараңыз).

Сонымен қатар, түтіктермен және жоғары кернеумен жұмыс істеу қызықты болды және оны жасау кезінде бірнеше нәрсені ескеру қажет.

Қорытындылай келе, бізде сандарды көрсетудің неғұрлым ыңғайлы әдістері жақсы, бірақ екінші жағынан никси түтіктерінің жарқырауымен және жалпы көрінісімен салыстыруға келмейтін ештеңе жоқ деп айтар едім, әсіресе мен оны ұнатамын. қараңғы болғанда (13.2 суретті қараңыз).

Сізге бұл нұсқаулық ұнады деп үміттенемін. Егер солай етсеңіз, қызықты мақалалар мен жобалар үшін менің веб -сайтымды міндетті түрде қараңыз!

14 -қадам: Атрибуциялар, дереккөздер және қосымша оқулар

Қосымша оқуларMC34063 Қолданбаның мәліметтері - ti.comMC4x063 мәліметтер парағы - ti.comNixie түтік драйвері IC - tubehobby.comDHT -11 Arduino кітапханасы - arduino.ccA Транзистор коммутатор ретінде - petervis.com Негізгі резистор теориясы, формулалар мен онлайн калькулятор - petervis.com

Сурет көздері [Cурет. 1.1] IN-14 Nixie түтіктері, coldwarcreations.com [Cурет. 2.1] Қозғалыс схемасы, өздігінен тартылған, бірақ ebay.com сайтынан алынды [Cурет 5]. 6.1] DHT-11 температура сенсоры-tinytronics.nl