دماسنج لوله نیکسی کنترل شده آردوینو: 14 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:54

سالها پیش من یک دسته لوله IN-14 Nixie از اوکراین خریدم و از آن زمان آنها را در اطراف خود داشتم. من همیشه می خواستم از آنها برای یک دستگاه سفارشی استفاده کنم و بنابراین تصمیم گرفتم سرانجام به این پروژه بپردازم و چیزی بسازم که از این روش تقریباً قدیمی نمایش ارقام استفاده می کند ، اما در حال حاضر نمی خواستم یک ساعت لوله نیکسی بسازم (من فکر کردم که انجام کاری کمی کلیشه ای بود و در حال حاضر به اندازه کافی از پروژه های شیک ساعت هیپستر استفاده کرده ام) ، بنابراین فکر کردم: چرا برای اتاقم دماسنجی بسازم که با کف زدن فعال شود؟ من آن را به گونه ای فعال کردم که همیشه روشن نباشد ، زیرا فکر می کردم این اتلاف انرژی است و همچنین نمی خواهم اتاق را روشن کند ، به خصوص در طول شب.

لوله های نیکسی توسط آردوینو کنترل می شوند ، همچنین وظیفه خواندن دما از طریق سنسور دما DHT-11 معروف را بر عهده دارد.

این یک نسخه کوتاه از مجموعه اصلی من است که در وب سایت من منتشر شده است. اگر به مقاله ها و پروژه های فنی دیگری علاقه دارید که هنوز برای Instructables ویرایش نکرده ام ، به آن نگاه کنید.

مرحله 1: لوله های نیکسی و ولتاژ بالا

لوله های نیکسی لوله های کاتدی سرد هستند که با گاز خاصی پر شده اند. علاوه بر این ، آنها شامل یک آند (یا کاتد) معمولی و کاتد جداگانه (یا آند) برای هر رقم یا نویسه ای که می توانند نمایش دهند (نگاه کنید به شکل 1.1).

در مورد من ، لوله ها دارای یک آند مشترک هستند و رقم ها کاتد جداگانه هستند. برخلاف لوله های دیگر آن زمان (ترانزیستورها ، دیودها ، …) لوله های نیکسی معمولاً نیازی به گرم کردن ندارند تا به درستی کار کنند (از این رو نام آن: لوله کاتد سرد).

تنها چیزی که آنها نیاز دارند ولتاژ بسیار بالا است ، معمولاً بین 150 تا 180 ولت DC. این معمولاً مشکل اصلی هنگام کار با این دستگاه های صفحه نمایش است زیرا به این معنی است که شما به منبع تغذیه سفارشی یا مدار تقویت کننده و کنترل کننده هایی نیاز دارید که بتوانند بدون استفاده از خطوط GPIO زیاد ، کاتدها را خاموش و روشن کنند.

مرحله 2: مبدل گام به گام 12 ولت به 170 ولت DC

بیایید با ایجاد ولتاژ لازم برای درخشش لوله ها شروع کنیم. خوشبختانه لوله معمولی نیکسی به ولتاژ بالا اما جریان بسیار کم نیاز دارد ، به این معنی که ساخت چنین مبدلی بسیار آسان و ارزان است.

هنگام استفاده از این مدار و به طور کلی ولتاژهای بالا مراقب باشید. آنها یک اسباب بازی نیستند و گرفتن زاپ در بهترین حالت بسیار آسیب می زند و می تواند در بدترین حالت شما را بکشد! همیشه قبل از تغییر/سرویس مدار ، منبع تغذیه را خاموش کنید و مطمئن شوید که از یک قاب مناسب استفاده می کنید ، به طوری که در هنگام استفاده هیچکس به طور تصادفی به آن دست نزند!

من از مدار مجتمع معروف MC34063 برای مبدل گام به گام استفاده کردم. این IC کوچک همه چیزهایی را که برای هر نوع مبدل سوئیچینگ نیاز دارید ، ترکیب می کند. با این حال ، به جای استفاده از ترانزیستور داخلی IC ، تصمیم گرفتم از ترانزیستور خارجی استفاده کنم ، که به خنک نگه داشتن IC کمک کرد و همچنین به من اجازه داد جریان خروجی بیشتری در خروجی داشته باشم. علاوه بر این ، به دلیل اینکه پیدا کردن مقادیر مناسب برای همه این اجزا برای خروجی 170 ولت بسیار دشوار بود ، پس از چند روز محاسبه و آزمایش تسلیم شدم (بالاترین مقدار از ولتاژ 12 ولت 100 ولت بود) و تصمیم گرفتم دوباره اختراع نکنم. چرخ. در عوض ، من یک کیت از eBay خریداری کردم که تقریباً شماتیک این برگه اطلاعات را با چند تغییر انجام می دهد (به شکل 2.1 مراجعه کنید. توضیحات را نیز به تصویر اضافه کردم).

مرحله 3: کنترل لوله ها با آردوینو

بنابراین ، همانطور که قبلاً دیدید ، لوله ها برای روشن شدن نیاز به ولتاژ بالا دارند. ممکن است بپرسید: "بنابراین چگونه می توان لوله ها را با میکروکنترلر مانند آردوینو خاموش و روشن کرد؟"

چند راه جایگزین وجود دارد که می توانید برای رسیدن به این هدف طی کنید. به عنوان مثال ، درایورهای لوله اختصاصی Nixie. شما هنوز می توانید سهام جدید قدیمی و IC های استفاده شده را تهیه کنید ، اما پیدا کردن آنها دشوار است و گران هستند و من انتظار ندارم که در آینده راحت تر پیدا شوند ، زیرا اینها دیگر تولید نمی شوند.

بنابراین من از چنین درایور لوله نیکسی استفاده نمی کنم. در عوض ، من از ترانزیستورها و رمزگشاهای باینری تا اعشاری استفاده می کنم ، بنابراین مجبور نیستم از 10 خط GPIO در هر لوله نیکسی استفاده کنم. با استفاده از این رمزگشاها ، من به 4 خط GPIO در هر لوله و یک خط برای انتخاب بین دو لوله نیاز دارم.

علاوه بر این ، برای اینکه نیازی به تعویض دائمی بین لوله ها با فرکانس بالا نداشته باشم ، از فلیپ فلاپ ها استفاده می کنم (که برای تنظیم مجدد به یک خط GPIO اضافی نیاز دارد) تا آخرین ورودی را تا زمانی که نیاز است حفظ کنم (شکل 3.1 را ببینید ، برای مشاهده مدار کنترل کامل در وضوح بالا اینجا را کلیک کنید).

مرحله 4: ملاحظات طراحی

هنگام طراحی این مدار ، رمزگشایی با R/S-Flip-Flops داخلی پیدا کردم که هنوز در حال تولید هستند (به عنوان مثال CD4514BM96). اما متأسفانه ، من نتوانستم اینها را به سرعت دریافت کنم زیرا زمان تحویل دو هفته بود و نمی خواستم اینقدر منتظر بمانم. بنابراین اگر هدف شما ساخت یک PCB کوچک است (یا می خواهید تعداد کمی IC مختلف داشته باشید) ، پس به جای استفاده از Flip-Flops خارجی ، قطعاً باید از چنین تراشه ای استفاده کنید.

انواع معکوس این رمزگشاها نیز وجود دارد. به عنوان مثال ، CD4514BM965 نوع وارونه به IC فوق الذکر است ، که در آن عدد انتخاب شده به جای زیاد کم است ، که در این مورد آنچه ما می خواهیم نیست. بنابراین هنگام سفارش قطعات خود به این جزئیات توجه کنید. (نگران نباشید: لیست کامل قطعات بعداً در این دستورالعمل گنجانده خواهد شد!)

شما می توانید از هر نوع ترانزیستور برای آرایه خود استفاده کنید ، به شرطی که درجه بندی ها با ولتاژ و جریان لوله های شما مطابقت داشته باشد. آی سی های آرایه ترانزیستور نیز موجود است ، اما باز هم ، هیچ کدام را که دارای ولتاژ بالاتر از 100 ولت بودند یا به سرعت در دسترس بودند پیدا نکردم.

مرحله 5: آرایه ترانزیستور

در مرحله 3 ، آرایه ترانزیستور را نشان ندادم تا گرافیک ساده و قابل فهم باشد. شکل 5.1 آرایه ترانزیستور گم شده را با جزئیات نشان می دهد.

همانطور که مشاهده می کنید ، هر خروجی دیجیتالی رمزگشا از طریق یک مقاومت محدود کننده جریان به پایه یک ترانزیستور npn متصل می شود. این همه ، واقعا ساده است.

فقط مطمئن شوید که ترانزیستورهای مورد استفاده شما می توانند ولتاژ 170 ولت و جریان 25 میلی آمپر را کنترل کنند. برای اینکه بدانید مقدار مقاومت پایه شما چقدر باید باشد ، از ماشین حساب پیوند داده شده در انتهای این دستورالعمل در بخش "خواندن بیشتر" استفاده کنید.

مرحله 6: خواندن دما

شاید قبلاً در مورد سنسور دما و رطوبت ترکیبی DHT-11 (یا DHT-22) شنیده باشید (شکل 6.1 را ببینید). تنها تفاوت این سنسور با DHT-22 دقت و محدوده اندازه گیری است. 22 دارای محدوده بالاتر و دقت بهتر است ، اما برای اندازه گیری دمای اتاق ، DHT-11 بیش از اندازه کافی و ارزان تر است ، اگرچه فقط می تواند نتایج صحیح را ارائه دهد.

سنسور به سه اتصال VCC ، GND و یک خط برای ارتباط سریال نیاز دارد. کافی است آن را به منبع ولتاژ متصل کرده و سیم را برای ارتباط به پین GPIO آردوینو وصل کنید. برگه داده پیشنهاد می کند که یک مقاومت کششی بین خط خطی و VCC اضافه شود ، به طوری که در صورت عدم استفاده از خط ارتباطی در وضعیت بالایی قرار گیرد (شکل 6.2 را ببینید).

خوشبختانه در حال حاضر یک کتابخانه برای DHT-11 (و مجموعه ای از کتابخانه های مستند برای DHT-22) وجود دارد که ارتباط بین Arduino و سنسور دما را مدیریت می کند. بنابراین یک برنامه آزمایشی برای این قسمت بسیار کوتاه است:

مرحله 7: طرح کامل آردوینو را کامل کنید

بنابراین پس از انجام بازخوانی سنسورها ، آخرین مرحله این بود که اطلاعات را از سنسورها بگیرید و دما را با لوله های نیکسی نشان دهید.

برای روشن کردن یک عدد خاص در یک لوله ، باید یک کد 4 بیتی را به رمزگشا منتقل کنید ، که ترانزیستور صحیح را روشن می کند. علاوه بر این ، شما همچنین باید یک بیت را که نشان می دهد ، کدام یک از دو لوله ای را که می خواهید در حال حاضر تنظیم کنید ، منتقل کنید.

تصمیم گرفتم یک R/S-Latch درست در جلوی هر ورودی رمزگشا اضافه کنم. برای کسانی از شما که نمی دانید یکی از این چفت ها چگونه کار می کند ، در اینجا یک توضیح سریع وجود دارد:

این اساساً به شما امکان می دهد یک بیت اطلاعات را ذخیره کنید. چفت می تواند SET و RESET باشد (از این رو نام R/S-Latch ، همچنین به عنوان S/R-Latch یا R/S-Flip-Flop شناخته می شود). با فعال کردن ورودی SET قفل ، خروجی Q روی 1 تنظیم می شود. با فعال کردن ورودی RESET ، Q 0 می شود. اگر هر دو ورودی فعال نباشند ، حالت قبلی Q حفظ می شود. اگر هر دو ورودی به طور همزمان فعال شوند ، مشکلی دارید ، زیرا قفل به حالت ناپایدار مجبور می شود ، که اساساً به این معنی است که رفتار آن غیرقابل پیش بینی خواهد بود ، بنابراین به هر قیمتی از این حالت اجتناب کنید.

بنابراین برای نمایش عدد 5 در اولین (سمت چپ) و عدد 7 در لوله دوم نیکسی ، باید:

• همه قفل ها را بازنشانی کنید
• لوله سمت چپ را فعال کنید (0 را از طریق خط EN ارسال کنید)
• ورودی های رمزگشایی (D ، C ، B و A) را تنظیم کنید: 0101
• D ، C ، B و A را روی 0 تنظیم کنید تا آخرین حالت حفظ شود (اگر هر دو لوله یکسان را نشان دهند لازم نیست این کار را انجام دهید)
• لوله راست را فعال کنید
• ورودی های رمزگشایی (D ، C ، B و A) را تنظیم کنید: 0111
• D ، C ، B و A را روی 0 تنظیم کنید ، به طوری که آخرین حالت حفظ شود

برای خاموش کردن لوله ها می توانید یک مقدار نامعتبر (مانند 10 یا 15) را منتقل کنید. سپس رمزگشا تمام خروجی ها را خاموش می کند و بنابراین هیچ یک از ترانزیستورهای موجود فعال نمی شوند و هیچ جریانی از لوله نیکسی عبور نمی کند.

می توانید کل سیستم عامل را در اینجا بارگیری کنید

مرحله 8: خرید PCB

من می خواستم همه چیز (به جز مدار تقویت کننده) را روی یک PCB ترکیب کنم ، که فکر می کنم بسیار خوب بود (به شکل (8.1 مراجعه کنید).

هدف اصلی من این بود که اندازه PCB را تا آنجا که ممکن است کوچک نگه دارم ، اما همچنان فضایی را برای قرار دادن آن در قاب فراهم کنم. من همچنین می خواستم از قطعات SMD استفاده کنم تا بتوانم تکنیک لحیم کاری خود را بهبود ببخشم و آنها همچنین به نازک بودن PCB کمک کنند تا مورد سفارشی بزرگ و حجیم نباشد (شکل 8.2 را ببینید).

به دلیل استفاده از قطعات SMD ، بیشتر اتصالات باید در قسمت جزء انجام می شد. من سعی کردم تا آنجا که ممکن است از چند ویاس استفاده کنم. لایه زیرین فقط دارای خطوط GND ، VCC و +170V و برخی اتصالات است که باید بین پین های مختلف یک IC واحد ایجاد می شد. این دلیل آن است که من از دو IC DIP-16 به جای انواع SMD آنها استفاده کردم.

می توانید فایل های طراحی PCB و نمودارهای EAGLE را در اینجا بارگیری کنید.

از آنجا که این یک طراحی کوچک با تحمل و آثار بسیار کوچک است ، مهم است که یک تولید کننده خوب برای PCB ها پیدا کنید تا آنها خوب ظاهر شوند و به درستی کار کنند.

من تصمیم گرفتم آنها را در PCBWay سفارش دهم و نمی توانم از محصولی که برایم ارسال کرده اند بیشتر راضی باشم (شکل 8.3 را ببینید).

می توانید بدون نیاز به ثبت نام ، یک نقل قول فوری برای نمونه های اولیه خود دریافت کنید. اگر تصمیم به سفارش دارید: آنها همچنین دارای این مبدل آنلاین مفید هستند که فایل های EAGLE را به قالب gerber صحیح تبدیل می کند. با وجود اینکه EAGLE دارای مبدل نیز می باشد ، من از مبدل های آنلاین تولیدکنندگان بسیار خوشم می آید ، زیرا از این طریق می توانید 100٪ مطمئن باشید که هیچ مشکلی در زمینه سازگاری با نسخه gerber وجود نخواهد داشت.

مرحله 9: عیب یابی

در اولین آزمایش PCB تازه لحیم شده من ، هیچ چیزی کار نکرد. لوله ها یا هیچ چیزی را نشان نمی دهند (رمزگشاها به مقداری بالاتر از 9 می رسند) یا اعداد تصادفی یا به طور مداوم روشن می مانند یا روشن و خاموش می شوند ، که در ظاهر زیبا به نظر می رسید اما در این مورد نامطلوب بود.

ابتدا نرم افزار را مقصر می دانستم. بنابراین من با این دستگاه تست کننده نیکسی برای آردوینو کار کردم (شکل 9.1 را ببینید).

این اسکریپت به شما امکان می دهد تعدادی پین GPIO (0-8) را که می خواهید وضعیت آن را تغییر دهید وارد کنید. سپس دولت را درخواست می کند. هنگام وارد کردن پین شماره 9 ، قفل ها بازنشانی می شوند.

بنابراین آزمایش خود را ادامه دادم و یک جدول حقیقت با تمام ورودی های ممکن برای A ، B ، C و D. تهیه کردم. متوجه شدم که اعداد 4 ، 5 ، 6 و 7 با هیچ یک از دو لوله قابل نمایش نیستند. علاوه بر این ، آنها به ترکیب یکسان ورودی ها واکنش متفاوتی نشان می دهند.

من فهمیدم که حتماً یک مشکل الکتریکی نیز وجود دارد. من هیچ مشکلی فنی در طراحی پیدا نکردم ، اما سپس به چیزی فکر کردم که مدتها پیش آموخته ام (اما از آن زمان هرگز واقعاً با آن مشکلی نداشتم): شار می تواند رسانا باشد. این ممکن است برای برنامه های دیجیتال معمولی و ولتاژ پایین مشکلی ایجاد نکند ، اما به نظر می رسد که در اینجا یک مشکل بوده است. بنابراین تخته را با الکل تمیز کردم و پس از آن به درستی رفتار کرد.

نوع. نکته دیگری که من به آن توجه کردم: قسمتی که در EAGLE هنگام ایجاد طرح PCB خود استفاده کردم نادرست بود (حداقل برای لوله های من). به نظر می رسد لوله های من دارای پینت متفاوتی هستند.

هنگامی که مدار شما بلافاصله کار نمی کند ، فقط برخی موارد را باید در نظر داشته باشید.

مرحله 10: یک مورد سفارشی

بعد از اینکه همه چیز مرتب شد ، می خواستم یک کیس خوب برای قرار دادن مدارم بسازم. خوشبختانه چوب زیادی از پروژه ساعت واژه ام باقی مانده بود ، که می خواستم از آن برای ایجاد یک شبکه در داخل استفاده کنم (شکل 10.1 را ببینید).

من مورد را با استفاده از اندازه گیری های زیر ساختم:

تعداد	اندازه گیری [میلی متر]	شرح
6	40 125 125 5 5	پایین ، بالا ، جلو و عقب
2	40 70 70 5 5	قطعات جانبی کوچک
2	10 در 70 در 10	قطعات ساختاری در داخل (شکل 8 را ببینید).
2	10 * 70 * 5	قطعات ساختاری روی درپوش (شکل 11 را ببینید).

پس از برش قطعات ، آنها را کنار هم قرار دادم تا جعبه ای را نشان دهم که در شکل نشان داده شده است. 10.2

شکل 10.3 مورد را از زاویه ای متفاوت نشان می دهد.

قسمت بالای بدنه دقیقاً مشابه قسمت پایین است ، فقط بدون دیوار و با قطعات ساختاری کم ارتفاع (شکل 10.4 را ببینید). این به عنوان یک درپوش عمل می کند و می توان آن را برای سرویس دادن به قطعات داخل آن برداشت. PCB روی درپوش نصب می شود و دو لوله از بدنه بیرون می آیند.

بعد از اینکه از نحوه قرار گرفتن همه چیز در کنار هم راضی بودم ، به سادگی تمام قسمت ها را به هم چسباندم و اجازه دادم چند ساعت خشک شود.

شاید برایتان سال باشد که چگونه PCB را روی درب ثابت کردم در حالی که هیچ پیچ در بالای آن قابل مشاهده نیست. من به سادگی سوراخی را برای پیچ در قسمت ساختاری درپوش ایجاد کردم و سپس یک ضد آب برای قرار دادن سر پیچ ایجاد کردم (شکل 10.5 را ببینید).

مرحله 11: اتمام ساخت

پس از نصب PCB اصلی روی درپوش ، همه اجزای دیگر به سادگی باید در قاب قرار گیرند ، که در شکل نشان داده شده است. 11.1

همانطور که می بینید ، من سعی کردم کابل ها را تا آنجا که می توانم مرتب کنم و فکر می کنم این نسبتاً خوب بود. همه چیز به خوبی در کیف قرار می گیرد ، همانطور که در شکل مشاهده می کنید. 11.2

من همچنین یک جک دی سی به کیس اضافه کردم (و با چسب حرارتی آنجا کمی دیوانه شدم). اما به این ترتیب می توان دماسنج را با هرگونه شارژر تلفن عمومی و کابل مناسب تغذیه کرد. اگر بخواهید ، می توانید یک باتری 5 ولت نیز اضافه کنید.

مرحله 12: قطعات مورد استفاده در این بیلد

برای لوازم الکترونیکی:

تعداد	تولید - محصول	قیمت	جزئیات
1	DHT-11	4, 19€	آن را از یک فروشگاه گران قیمت تهیه کرده اید. شما می توانید اینها را با قیمت کمتر از 1 دلار از چین تهیه کنید.
2	CD4028BM	0, 81€	رمزگشایی
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	معکوس کننده
1	سنجاق سر	0, 21€	پین 2x5
1	ترمینال پیچ	0, 35€	2 اتصال
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistor
20	SMD-Resistor	0, 10€	120 هزار
2	74LS279N	1, 39€	فلاپ های R/S-Flip
1	PCB	4, 80€	اینجا سفارش دهید
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	مبدل گام به گام	6, 79€

همچنین به نوعی میکروکنترلر نیاز دارید. من از آردوینو پرو میکرو استفاده کردم.

برای مورد:

تعداد	تولید - محصول	قیمت	جزئیات
N. A.	چوب	~2€	به بالا نگاه کن
4	پیچ M3x16	0, 05€
4	آجیل M3	0, 07€
1 بطری	چسب چوب	1, 29€
1 قوطی	رنگ چوب	5, 79€

مرحله 13: نتیجه گیری

من واقعاً از نتیجه این ساخت خوشحالم. یک بار من موفق شدم قطعات چوب را دقیقاً برش دهم و همچنین سوراخ های نصب PCB را فراموش نکردم. و در واقع بسیار باشکوه به نظر می رسد (شکل 13.1 را ببینید).

علاوه بر این ، کار با لوله ها و ولتاژهای بالا به طور کلی جالب بود و هنگام انجام این کار چند نکته را باید در نظر گرفت.

در خاتمه ، می گویم خوب است که ما امروزه روشهای راحت تری برای نمایش اعداد داریم ، اما از طرف دیگر هیچ چیز قابل مقایسه با درخشش و ظاهر کلی لوله های نیکسی نیست ، که من از دیدن آنها بسیار لذت می برم ، به ویژه ، وقتی تاریک است (شکل 13.2 را ببینید).

امیدوارم از این مطلب آموزشی لذت برده باشید اگر این کار را کردید ، حتماً از وب سایت من برای مقاله ها و پروژه های جالب تر دیدن کنید!

مرحله 14: اسناد ، منابع و مطالب بیشتر

خواندن بیشتر MC34063 جزئیات برنامه - ti.com MC4x063 Datasheet - ti.com Nixie driver driver IC - tubehobby.com کتابخانه DHT -11 Arduino - arduino.ccA Transistor as a switch - petervis.com نظریه مقاومت پایه ، فرمول ها و ماشین حساب آنلاین - petervis.com

منابع تصویر [شکل. 1.1] لوله های نیکسی IN-14 ، coldwarcreations.com [شکل. 2.1] مدار گام به گام ، خود کشیده شده اما از ebay.com گرفته شده است (شکل. 6.1] سنسور دما DHT-11-tinytronics.nl