Arduino tomonidan boshqariladigan Nixie quvurli termometr: 14 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:24

Bir necha yil oldin men Ukrainadan bir nechta IN-14 Nixie naychalarini sotib oldim va o'sha paytdan beri ularni yotqizdim. Men har doim ularni maxsus qurilma uchun ishlatishni xohlardim, shuning uchun men nihoyat ushbu loyihani hal qilishga va raqamlarni ko'rsatishning deyarli qadimiy usulidan foydalanadigan biror narsa qurishga qaror qildim, lekin hozircha Nixie trubkali soat qurishni xohlamadim (men o'yladim Bu biroz klişe edi va hozircha menda hipster soatlarining ajoyib loyihalari bor edi), shuning uchun men o'yladim: nima uchun mening xonamga qarsak chalish orqali faollashtiriladigan termometrni qurmasligingiz kerak? Men har doim ham shunday bo'lmasligi uchun uni qarsak chalishni yoqtirdim, chunki men bu kuchni behuda sarflash deb o'yladim va xonani, ayniqsa kechasi, yoritishni xohlamadim.

Nixie naychalari Arduino tomonidan boshqariladi, u ham taniqli DHT-11 harorat sensori orqali haroratni o'qish uchun javobgardir.

Bu mening veb -saytimda chiqarilgan asl seriyalarimning qisqartirilgan nusxasi. Buni ko'rib chiqing, agar men boshqa Instructables uchun tahrir qilmagan boshqa texnik maqolalar va loyihalarga qiziqsangiz.

1 -qadam: Niksi quvurlari va yuqori kuchlanish

Niksi naychalari - bu ma'lum bir gaz bilan to'ldirilgan sovuq katodli quvurlar. Bundan tashqari, ular ko'rsatadigan har bir raqam yoki belgi uchun umumiy anod (yoki katod) va alohida katodlarni (yoki anodlarni) o'z ichiga oladi (1.1 -rasmga qarang).

Menimcha, quvurlar umumiy anodga ega va raqamlar alohida katodlar. O'sha paytdagi boshqa trubalardan farqli o'laroq (tranzistorlar, diodlar, …) Niksi naychalari to'g'ri ishlashi uchun ularni odatda qizdirishning hojati yo'q (shuning uchun sovuq katodli quvur).

Ularga kerak bo'lgan yagona narsa juda yuqori kuchlanish, odatda 150 dan 180 V gacha bo'lgan shahar. Bu, odatda, bu displey qurilmalarini boshqarishda asosiy muammo, chunki bu sizga ko'p GPIO liniyalaridan foydalanmasdan katodlarni yoqish va o'chirishga qodir bo'lgan maxsus quvvat manbai yoki kuchaytirgich va nazorat moslamalari kerak bo'ladi.

2-qadam: 12V dan 170V gacha bo'lgan DC-konvertor

Quvurlar porlashi uchun qandaydir tarzda kerakli kuchlanishni yaratishni boshlaylik. Yaxshiyamki, odatdagi Nixie trubkasi yuqori voltli, lekin juda past oqimga muhtoj, ya'ni bunday konvertorni qurish juda oson va arzon.

Ushbu sxemani va umuman yuqori kuchlanishni ishlatishda ehtiyot bo'ling. Ular o'yinchoq emas va zapni olish eng yaxshi holatda juda achinarli va sizni eng yomon holatda o'ldirishi mumkin! O'chirish/ta'mirlashdan oldin har doim elektr ta'minotini o'chiring va mos keladigan korpusdan foydalanganingizga ishonch hosil qiling, shunda hech kim tasodifan unga tegmaydi!

Men qadam konvertori uchun taniqli MC34063 integral sxemasidan foydalandim. Bu kichik IC har qanday o'tish konvertori uchun kerak bo'lgan hamma narsani birlashtiradi. Biroq, IC-ning o'rnatilgan tranzistorini ishlatishning o'rniga, men tashqi tranzistor bilan ishlashga qaror qildim, bu ICni sovuq ushlab turishga yordam berdi, shuningdek, chiqishda yuqori oqim chizig'iga ega bo'lishga imkon berdi. Bundan tashqari, ushbu komponentlarning 170V kuchlanishiga ega bo'lish uchun to'g'ri qiymatlarni topish ajablanarli darajada qiyin bo'lgani uchun, men bir necha kunlik hisob-kitoblar va sinovlardan so'ng taslim bo'ldim (12V dan eng yuqori ko'rsatkichi 100V edi) va yana ixtiro qilmaslikka qaror qildim. g'ildirak. Buning o'rniga, men eBay -dan to'plamni sotib oldim, bu ma'lumotlar jadvalidagi sxemaga juda mos keladi, bir nechta tuzatishlar bilan (2.1 -rasmga qarang. Men ham tasvirga tavsiflarni qo'shdim).

3 -qadam: Arduino yordamida quvurlarni boshqarish

Shunday qilib, ilgari ko'rganingizdek, quvurlarni yoqish uchun yuqori kuchlanish kerak. "Xo'sh, qanday qilib naychalarni Arduino kabi mikrokontroller yordamida yoqish va o'chirish mumkin?", Deb so'rashingiz mumkin.

Maqsadga erishish uchun siz bir nechta alternativ yo'llarni tanlashingiz mumkin. Masalan, bag'ishlangan Nixie trubkasi drayverlari. Siz hali ham eski eski zaxiralarni va ishlatilgan IClarni olishingiz mumkin, lekin ularni topish qiyin bo'lishi mumkin va ular qimmat bo'lishi mumkin va men ularni kelajakda topish osonroq bo'ladi deb o'ylamayman, chunki ular endi ishlab chiqarilmaydi.

Shunday qilib, men bunday Niksi trubkasi drayverini ishlatmayman. Buning o'rniga, har bir nixie trubkasi uchun 10 GPIO chizig'idan foydalanishim shart emasligi uchun, men tranzistorlar va ikkilik o'nli dekoderlardan foydalanaman. Bu dekoderlar yordamida menga bitta trubaga 4 ta GPIO liniyasi va ikkita quvurni tanlash uchun bitta chiziq kerak bo'ladi.

Bundan tashqari, men quvurlarni har doim yuqori chastotali almashtirishga hojat qolmasligi uchun, oxirgi kirishni kerak bo'lganda ushlab turish uchun flip-floplardan (qayta o'rnatish uchun bitta qo'shimcha GPIO liniyasi kerak bo'ladi) foydalanaman (3.1-rasmga qarang, yuqori aniqlikdagi to'liq nazorat qilish davri uchun shu erni bosing).

4 -qadam: Dizayn masalalari

Ushbu sxemani loyihalashda men haligacha ishlab chiqarilayotgan o'rnatilgan R/S-Flip-Flopsli dekoderlarni topdim (masalan, CD4514BM96). Afsuski, men buni tezda ololmadim, chunki etkazib berish muddati ikki hafta edi va men uzoq kutishni xohlamadim. Shunday qilib, agar sizning maqsadingiz kichik PCB (yoki siz turli xil IC-larga ega bo'lishni xohlasangiz) bo'lsa, tashqi Flip-Floplarni ishlatmasdan, albatta, bunday chip bilan borishingiz kerak.

Bu dekoderlarning teskari variantlari ham bor. Masalan, CD4514BM965 - bu yuqorida ko'rsatilgan ICning teskari varianti, bu erda tanlangan raqam yuqori o'rniga past bo'ladi, bu biz xohlagan narsadir. Shuning uchun ehtiyot qismlarni buyurtma qilishda ushbu tafsilotga e'tibor bering. (Xavotir olmang: qismlarning to'liq ro'yxati keyinchalik ushbu yo'riqnomaga kiritiladi!)

Agar siz trubaning kuchlanish va oqim chizig'iga mos keladigan bo'lsa, siz har qanday turdagi tranzistorlardan foydalanishingiz mumkin. Shuningdek, tranzistorli IC-lar mavjud, lekin men yana 100 V dan yuqori baholangan yoki tezda mavjud bo'lganlarni topa olmadim.

5 -qadam: Transistorlar qatori

3 -bosqichda men grafikani sodda va tushunarli bo'lishi uchun tranzistor qatorini ko'rsatmadim. 5.1 -rasmda etishmayotgan tranzistorlar massivi batafsil ko'rsatilgan.

Ko'rib turganingizdek, dekoderning har bir raqamli chiqishi npn-tranzistor bazasiga tokni cheklovchi rezistor orqali ulanadi. Hammasi shu, juda oddiy.

Ishonch hosil qiling, siz foydalanadigan tranzistorlar 170V kuchlanish va 25mA tokni boshqarishi mumkin. Rezistorning asosiy qiymati qanday bo'lishini tushunish uchun, "Qo'shimcha o'qishlar" bo'limida ko'rsatilgan ko'rsatma oxirida ko'rsatilgan kalkulyatordan foydalaning.

6 -qadam: Haroratni o'qish

Siz DHT-11 (yoki DHT-22) kombinatsiyalangan harorat va namlik sensori haqida eshitgan bo'lishingiz mumkin (6.1-rasmga qarang). Ushbu sensor va DHT-22 o'rtasidagi farq faqat aniqlik va o'lchov diapazonida. 22 yuqori diapazonga va aniqroq aniqlikka ega, biroq xona haroratini o'lchash uchun DHT-11 yetarli va arzonroqdir, garchi u faqat butun sonli natijalarni berishi mumkin.

Sensor uchta ulanishni talab qiladi: VCC, GND va ketma -ket aloqa uchun bitta chiziq. Uni faqat kuchlanish manbaiga ulang va bitta simni Arduino GPIO piniga ulang. Ma'lumotlar varaqasi aloqa liniyasi ishlatilmaganda yuqori holatda bo'lishi uchun kom-liniya va VCC o'rtasida tortish qarshiligini qo'shishni taklif qiladi (6.2-rasmga qarang).

Yaxshiyamki, DHT-11 uchun kutubxona (va DHT-22 uchun yaxshi hujjatlashtirilgan kutubxonalar to'plami) mavjud bo'lib, u Arduino va harorat sensori o'rtasidagi aloqani boshqaradi. Shunday qilib, ushbu qism uchun test arizasi juda qisqa:

7 -qadam: Arduino eskizini to'ldiring

Sensor o'qilishi tugagandan so'ng, oxirgi qadam sensorlardan ma'lumot olish va Nixie naychalari yordamida haroratni ko'rsatish edi.

Naychadagi ma'lum bir raqamni yoqish uchun siz 4-bitli kodni dekoderga o'tkazishingiz kerak, bu to'g'ri tranzistorni yoqadi. Bundan tashqari, siz hozir o'rnatmoqchi bo'lgan ikkita naychadan qaysi birini ko'rsatadigan bitta bitni uzatishingiz kerak.

Men R/S-Latchni dekoderning har bir kirishining o'ng tomoniga qo'shishga qaror qildim. Siz bilmaydiganlar uchun, bu mandallardan biri qanday ishlashini, bu erda tez tushuntirish:

Bu, asosan, bir oz ma'lumotni saqlashga imkon beradi. Mandal SET va RESET bo'lishi mumkin (shuning uchun R/S-Latch nomi, S/R-Latch yoki R/S-Flip-Flop nomi bilan ham tanilgan). Mandalning SET kirishini faollashtirish orqali Q chiqishi 1 ga o'rnatiladi. RESET kirishini faollashtirish orqali Q 0ga aylanadi. Agar ikkala kirish ham faol bo'lmasa, oldingi Q holati saqlanib qoladi. Agar ikkala kirish ham bir vaqtning o'zida faollashsa, sizda muammo bor, chunki mandal beqaror holatga keladi, bu uning xatti -harakatini oldindan aytib bo'lmaydi, shuning uchun bu holatdan qoching.

Shunday qilib, birinchi (chapda) 5 raqamini va ikkinchi Niksi trubkasida 7 raqamini ko'rsatish uchun sizga kerak:

• Barcha qulflarni qayta o'rnating
• Chap naychani faollashtiring (EN-liniyasi orqali 0 yuboring)
• Dekoderning kirishini (D, C, B va A) o'rnating: 0101
• D, C, B va A ni 0 ga o'rnating, shunda oxirgi holat saqlanib qoladi (agar ikkala trubkada bir xil raqam ko'rsatilsa, buni qilish shart emas)
• O'ng trubkani faollashtiring
• Dekoderning kirishini (D, C, B va A) o'rnating: 0111
• D, C, B va A ni 0 ga o'rnating, shunda oxirgi holat saqlanib qoladi

Quvurlarni o'chirish uchun siz noto'g'ri qiymatni uzatishingiz mumkin (10 yoki 15 kabi). Keyin dekoder barcha chiqishlarni o'chiradi va shuning uchun mavjud tranzistorlarning hech biri ishga tushmaydi va Nixie trubkasi orqali hech qanday oqim o'tmaydi.

Bu erda siz dasturiy ta'minotni to'liq yuklab olishingiz mumkin

8 -qadam: PCBni tekshirish

Men hamma narsani (zanjir zanjiridan tashqari) bitta PCBda birlashtirmoqchi edim, menimcha, bu juda yaxshi chiqdi (8.1-rasmga qarang).

Mening asosiy maqsadim-tenglikni o'lchamini iloji boricha kichikroq saqlash, lekin baribir uni korpusga o'rnatish uchun joy ajratish edi. Men SMD komponentlarini ishlatmoqchi edim, shuning uchun men lehimlash texnikasini takomillashtira olaman va ular shaxsiy karton katta va katta bo'lmasligi uchun PCBni ingichka saqlashga yordam beradi (8.2-rasmga qarang).

SMD komponentlaridan foydalanilganligi sababli, ulanishlarning ko'p qismi komponent tomonida amalga oshirilishi kerak edi. Men iloji boricha kamroq viyalarni ishlatishga harakat qildim. Pastki qatlamda faqat GND, VCC va +170V chiziqlari va bir xil ICning turli pimlari o'rtasida ulanish kerak bo'lgan ba'zi ulanishlar mavjud. Bu mening SMD variantlari o'rniga ikkita DIP-16 ICni ishlatganimning sababi.

PCB dizayn fayllari va EAGLE sxemalarini bu yerdan yuklab olishingiz mumkin.

Chunki bu juda kichik bardoshlik va izlarga ega bo'lgan kichik dizayn, shuning uchun ular yaxshi chiqib ketishi va to'g'ri ishlashi uchun PCB uchun yaxshi ishlab chiqaruvchini topish muhim edi.

Men ularni PCBWay -da buyurtma qilishga qaror qildim va ular menga yuborgan mahsulotdan qoniqish hosil qila olmayman (8.3 -rasmga qarang).

Ro'yxatdan o'tmasdan Internetda siz o'zingizning prototiplaringiz uchun tezkor taklifni olishingiz mumkin. Agar siz buyurtma berishga qaror qilsangiz: Ularda shuningdek, EAGLE fayllarini to'g'ri gerber formatiga aylantiradigan qulay onlayn-konvertor mavjud. EAGLE -da konvertor bo'lsa ham, men ishlab chiqaruvchilarning onlayn -konvertorlarini juda yaxshi ko'raman, chunki siz gerber versiyasi bilan hech qanday moslik muammolari bo'lmasligiga 100% ishonch hosil qilishingiz mumkin.

9 -qadam: Muammolarni bartaraf etish

Yangi lehimlangan tenglikni birinchi marta sinab ko'rsam, hech narsa ishlamadi. Quvurlar hech narsani ko'rsatmasdi (dekoderlar> 9 ga yetgan) yoki tasodifiy sonlar doimiy ravishda yonib turar yoki yonib -o'chib turar edi, bu chiroyli ko'rinardi, lekin bu holda istalmagan edi.

Avvaliga men dasturiy ta'minotni aybladim. Shunday qilib, men Arduino uchun Nixie sinov qurilmasini ishlab chiqdim (9.1 -rasmga qarang).

Bu skript sizga holatini o'zgartirmoqchi bo'lgan GPIO pinini (0-8) kiritish imkonini beradi. Keyin u davlatni so'raydi. PIN -kodni kiritishda mandallar tiklanadi.

Shunday qilib, men testni davom ettirdim va A, B, C va D uchun barcha mumkin bo'lgan ma'lumotlar bilan haqiqat jadvalini tuzdim, shuni payqadimki, 4, 5, 6 va 7 raqamlarini ikkala quvurda ham ko'rsatish mumkin emas. Bundan tashqari, ular bir xil kirishlar kombinatsiyasiga boshqacha munosabatda bo'lishadi.

Menimcha, elektr muammosi ham bo'lishi kerak. Men dizaynda hech qanday texnik muammolarni topa olmadim, lekin keyin men uzoq vaqtdan beri o'rgangan narsam haqida o'yladim (lekin o'shandan beri hech qachon muammo bo'lmagan): Flux o'tkazuvchan bo'lishi mumkin. Oddiy raqamli va past kuchlanishli ilovalar uchun bu muammo bo'lmasligi mumkin, lekin bu erda muammo bo'lganga o'xshaydi. Shunday qilib, men taxtani alkogol bilan tozaladim va keyin u o'zini to'g'ri tutdi.

Kabi; singari. Men yana bir narsani payqadim: PCB sxemasini tuzishda EAGLE -da ishlatgan qismim noto'g'ri (hech bo'lmaganda naychalarim uchun). Mening quvurlarim boshqa pinoutga o'xshaydi.

Sizning davringiz darhol ishlamasa, ba'zi narsalarni yodda tuting.

10 -qadam: Maxsus ish

Qolganlarning hammasi tartibga solingandan so'ng, men o'z davram uchun yaxshi korpus qurmoqchi edim. Yaxshiyamki, menda soatlar loyihasidan ko'p yog'och qoldi, men uni ichkarida panjara qurish uchun ishlatmoqchi edim (10.1 -rasmga qarang).

Men ishni quyidagi o'lchovlar yordamida qurdim:

Miqdor	O'lchovlar [mm]	Tavsif
6	40 x 125 x 5	Pastki, yuqori, old va orqa tomon
2	40 x 70 x 5	Kichik yon qismlar
2	10 x 70 x 10	Ichki qismdagi strukturaviy bo'laklar (8 -rasmga qarang).
2	10 x 70 x 5	Qopqoqdagi konstruktiv bo'laklar (11 -rasmga qarang).

Parchalarni kesib bo'lgach, men anjirda ko'rsatilgan qutini yaratish uchun ularni bir joyga qo'ydim. 10.2.

10.3 -rasmda korpus boshqa tomondan ko'rsatilgan.

Korpusning yuqori qismi xuddi pastki qismi bilan bir xil, faqat devorlarsiz va strukturaviy qismlari unchalik baland emas (10.4 -rasmga qarang). U qopqoq vazifasini bajaradi va ichki qismlarga xizmat ko'rsatish uchun olib tashlanishi mumkin. PCB qopqog'iga o'rnatiladi, korpusdan ikkita quvur chiqib ketadi.

Hamma narsaning bir -biriga mos kelishiga rozi bo'lganimdan so'ng, men barcha qismlarni yopishtirib, bir necha soat quritdim.

Yuqorida vintlar bo'lmaganda, tenglikni qopqoqqa qanday o'rnatganimni qiziqtirgan bo'lishingiz mumkin. Men shunchaki vintni qopqog'ining konstruktiv qismiga teshik ochdim, keyin vintning boshi ichkariga kiradigan lavabo qildim (10.5 -rasmga qarang).

11 -qadam: Qurilishni tugatish

Asosiy PCB qopqog'iga o'rnatilgandan so'ng, boshqa barcha komponentlarni qutiga qo'yish kerak edi, buni rasmda ko'rish mumkin. 11.1.

Ko'rib turganingizdek, men kabellarni iloji boricha yaxshi tartibga solishga harakat qildim va menimcha, bu juda yaxshi chiqdi. Anjirda ko'rib turganingizdek, hamma narsa korpusga juda mos keladi. 11.2.

Shuningdek, men qutiga DC-Jekni qo'shdim (va u erda issiq elim bilan biroz aqldan ozganman). Shunday qilib, termometrni har qanday umumiy telefon zaryadlovchi va mos kabel bilan quvvatlantirish mumkin. Agar xohlasangiz, 5V batareyani qo'shishingiz mumkin.

12 -qadam: Ushbu qurilishda ishlatiladigan qismlar

Elektronika uchun:

Miqdor	Mahsulot	Narx	Tafsilotlar
1	DHT-11	4, 19€	Qimmatbaho do'kondan olganman. Siz ularni Xitoydan 1 dollardan kamiga olishingiz mumkin.
2	CD4028BM	0, 81€	Dekoder
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Pinheader	0, 21€	2x5 pin
1	Vintli terminal	0, 35€	2 ta ulanish
20	SMBTA42	0, 06€	npn-tranzistor
20	SMD qarshilik	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R/S-Flip floplari
1	PCB	4, 80€	Bu erda buyurtma bering
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Bosqichli konvertor	6, 79€

Bundan tashqari, sizga mikrokontroller kerak bo'ladi. Men Arduino Pro Micro -dan foydalanardim.

Vaziyat uchun:

Miqdor	Mahsulot	Narx	Tafsilotlar
N. A.	Yog'och	~2€	Yuqoriga qarang
4	M3x16 vintlardek	0, 05€
4	M3 yong'oq	0, 07€
1 shisha	Yog'och elim	1, 29€
1 mumkin	Yog'och bo'yoq	5, 79€

13 -qadam: Xulosa

Men ushbu qurilish natijasidan juda xursandman. Bir marta men yog'och bo'laklarni aniq kesib oldim va tenglikni o'rnatish uchun teshiklarni ham unutmadim. Va bu juda ajoyib ko'rinadi (13.1 -rasmga qarang).

Bundan tashqari, quvurlar va umuman yuqori kuchlanish bilan ishlash juda qiziq edi va buni bajarishda e'tiborga olish kerak.

Xulosa qilib aytmoqchimanki, bizda raqamlarni ko'rsatishning qulayroq usullari bor, lekin boshqa tomondan, nixie naychalarining yaltiroqligi va tashqi ko'rinishi bilan solishtirib bo'ladigan narsa yo'q. qorong'i bo'lganda (13.2 -rasmga qarang).

Umid qilamanki, sizga bu ko'rsatma yoqdi. Agar shunday qilgan bo'lsangiz, yanada qiziqarli maqolalar va loyihalar uchun mening veb -saytimni ko'rib chiqing!

14 -qadam: atributlar, manbalar va qo'shimcha o'qishlar

Qo'shimcha o'qishlarMC34063 Ilova tafsilotlari - ti.comMC4x063 ma'lumotlar jadvali - ti.comNixie trubkasi drayveri IC - tubehobby.comDHT -11 Arduino kutubxonasi - arduino.ccA Transistor kalit sifatida - petervis.com Asosiy qarshilik nazariyasi, formulalar va onlayn kalkulyator - petervis.com

Rasm manbalari [6 -rasm. 1.1] IN-14 Niksi naychalari, coldwarcreations.com [4-rasm. 2.1] O'z-o'zidan chizilgan, lekin ebay.com saytidan olingan zanjir. 6.1] DHT-11 harorat sensori-tinytronics.nl