Arduino көзөмөлдөгөн Nixie-түтүк термометр: 14 кадам

2024 Автор: John Day | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-30 10:40

Бир нече жыл мурун мен Украинадан IN-14 Nixie түтүктөрүнүн бир тобун сатып алдым, ошондон бери аларды тегерегинде жаткыздым. Мен аларды дайыма ыңгайлаштырылган түзмөк үчүн колдонууну каалачумун, ошондуктан мен бул долбоорду аягына чейин чечүүнү чечтим жана цифраларды көрсөтүүнүн дээрлик байыркы ыкмасын колдонгон нерсени курууну чечтим, бирок азырынча Nixie түтүк саатын кургум келген жок (мен ойлодум Бул бир аз клише болчу жана азырынча менде гипс сааттын кооз долбоорлору жетиштүү болду), ошондуктан мен ойлодум: Эмне үчүн кол чабуу менен иштетиле турган бөлмөмө термометр курууга болбосун? Мен муну дайыма эле болбошу үчүн активдештирдим, анткени мен бул энергияны текке кетирүү деп ойлогом жана бөлмөнү, айрыкча түн ичинде, жарыктандырууну каалаган эмесмин.

Nixie түтүктөрү Arduino тарабынан көзөмөлдөнөт, ал ошондой эле белгилүү DHT-11 температура сенсорунан температураны окуу үчүн жооптуу.

Бул менин веб -сайтымда чыгарылган баштапкы сериямдын кыскартылган көчүрмөсү. Аны карап көрүңүз, эгер сиз азырынча Instructables үчүн түзөтө элек башка техникалык макалаларга жана долбоорлорго кызыксаңыз.

1 -кадам: Nixie түтүктөрү жана жогорку чыңалуу

Nixie түтүктөрү - белгилүү бир газ менен толтурулган муздак катод түтүктөрү. Мындан тышкары, алар жалпы анодду (же катодду) жана өзүнчө катоддорду (же аноддорду) камтышы мүмкүн, алар көрсөтө турган ар бир цифрага же символдорго (1.1 -сүрөттү караңыз).

Менин учурда, түтүктөрдө жалпы анод бар жана цифралар өзүнчө катоддор. Ошол кездеги башка түтүктөрдөн айырмаланып (транзисторлор, диоддор, …) Никси түтүктөрү жакшы иштеши үчүн адатта аларды жылытуунун кажети жок (демек, аты муздак катод түтүгү).

Алар талап кылган жалгыз нерсе - бул абдан жогорку чыңалуу, адатта 150-180 В DC арасында. Бул, адатта, бул дисплей түзмөктөрүн иштетүүдө негизги көйгөй болуп саналат, анткени катоддорду өтө көп GPIO линияларын колдонбостон күйгүзүп жана өчүрүүгө жөндөмдүү болгон электр энергия менен камсыздоочу же күчөткүч схемасы жана контроллерлери керек болот.

2-кадам: 12Vдан 170V DC Step-Up Converter

Келгиле, кандайдыр бир жол менен түтүктөрдү жаркыратуу үчүн керектүү чыңалууну түзүүдөн баштайлы. Бактыга жараша, типтүү Nixie түтүгүнө жогорку чыңалуу керек, бирок өтө төмөн ток, бул мындай конверторду куруу абдан оңой жана арзан экенин билдирет.

Бул схеманы жана жалпысынан жогорку чыңалууну колдонууда этият болуңуз. Алар оюнчук эмес жана зап алуу эң жакшы учурда абдан оорутат жана эң начар учурда өлтүрүп коюшу мүмкүн! Районду алмаштыруудан/тейлөөдөн мурун, дайыма электр менен камсыздоону өчүрүп коюңуз жана тийиштүү корпусту колдонгонуңузга ишениңиз, ошондо ал эч ким кокусунан тийип кетпейт!

Мен жогорулатуучу конвертер үчүн белгилүү MC34063 интегралдык схемасын колдондум. Бул кичинекей IC ар кандай которуштуруу үчүн керектүү нерселердин бардыгын бириктирет. Бирок, ICдин камтылган транзисторун колдонуунун ордуна, мен тышкы транзистор менен барууну чечтим, бул ICди муздатууга жардам берди, ошондой эле чыгууда көбүрөөк ток тартууга мүмкүндүк берди. Андан тышкары, бул компоненттердин 170В кубаттуулугун алуу үчүн керектүү баалуулуктарды табуу таң калыштуу кыйын болгон үчүн, мен бир нече күндүк эсептөөлөрдөн жана тесттерден кийин баш тарттым (12Vдан алган эң жогорку көрсөткүчү 100В болгон) жана кайра ойлоп чыгарбоону чечтим дөңгөлөк. Анын ордуна, мен eBayден комплект сатып алдым, ал бул маалымат барагындагы схемага ылайык келет, бир нече оңдоолор менен (2.1 -сүрөттү кара. Мен дагы сүрөттүн сүрөттөмөсүн коштум).

3 -кадам: Arduino менен түтүктөрдү башкаруу

Демек, сиз мурда көргөндөй, түтүктөрдү иштетүү үчүн жогорку чыңалуу талап кылынат. "Ошентип, кантип Arduino сыяктуу микроконтроллер менен түтүктөрдү күйгүзүп же өчүрсө болот?", - деп сурашыңыз мүмкүн.

Бул максатка жетүү үчүн бир нече альтернативдүү жолдор бар. Мисалы, арналган Nixie түтүк айдоочулары. Сиз дагы эле жаңы эски запастарды жана колдонулган ICлерди ала аласыз, бирок аларды табуу кыйын болушу мүмкүн жана алар кымбат болушу мүмкүн жана мен келечекте аларды табуу оңой болот деп күтпөйм, анткени алар мындан ары өндүрүлбөйт.

Ошентип, мен мындай Nixie трубка драйверин колдонбойм. Анын ордуна, мен транзисторлорду жана бинардык декодерлерди колдоном, андыктан nixie түтүгүнө 10 GPIO линиясын колдонуунун кажети жок. Бул декодерлердин жардамы менен мага бир түтүккө 4 GPIO линиясы жана эки түтүктүн бирин тандоо үчүн бир сызык керек болот.

Мындан тышкары, трубаларды дайыма жогорку жыштыктагы которуштуруунун кажети жок болушу үчүн, акыркы киргизүүнү керектүү убакытка чейин сактап калуу үчүн флип-флопторду (баштапкы абалга келтирүү үчүн бир кошумча GPIO линиясы керек болот) колдоном (3.1-сүрөттү караңыз, жогорку көзөмөлдөгү толук башкаруу схемасы үчүн бул жерди басыңыз).

4 -кадам: Дизайн ойлору

Бул схеманы иштеп жатканда, мен дагы эле өндүрүлүп жаткан R/S-Flip-Flops менен декодерлерди таптым (мисалы, CD4514BM96). Бирок, тилекке каршы, мен буларды тез арада ала алган жокмун, анткени жеткирүү убактысы эки жума болчу жана мен ушунчалык көпкө күткүм келбеди. Демек, эгер сиздин максатыңыз кичинекей ПХБ жасоо болсо (же сиз ар кандай ICлердин аз санына ээ болууну кааласаңыз), анда сиз тышкы флип-флопторду колдонуунун ордуна, мындай чип менен барышыңыз керек.

Бул декодерлердин тескери варианттары да бар. Мисалы, CD4514BM965 - бул жогоруда айтылган ICнин тескери варианты, мында тандалган сан жогору эмес, төмөн болот, бул учурда биз каалаган нерсе эмес. Андыктан тетиктериңизди заказ кылууда ушул деталга көңүл буруңуз. (Кабатыр болбоңуз: Толук бөлүктөр тизмеси кийинчерээк ушул Нускамага киргизилет!)

Сиз транзистордун каалаган түрүн колдоно аласыз, эгер рейтингдер түтүктөрүңүздүн чыңалуусуна жана учурдагы тартылышына дал келсе. Транзистордук массивдүү ICлер дагы бар, бирок мен дагы 100В жогору бааланган же тез жеткиликтүү болгон эч кимди таппадым.

5 -кадам: Транзистор массиви

3 -кадамда мен графиканы жөнөкөй жана түшүнүктүү кылуу үчүн транзистор массивин көрсөткөн жокмун. Figure 5.1 деталдуу түрдө жок болгон транзистор массивин көрсөтөт.

Көрүнүп тургандай, декодердин ар бир санариптик чыгышы токту чектөөчү резистор аркылуу npn-транзистордун базасына туташкан. Мунун баары чынында эле жөнөкөй.

Жөн эле текшериңиз, сиз колдонгон транзисторлор чыңалуусу 170В жана 25мА токту башкара алат. Негизги резистордун мааниси кандай болушу керек экенин билүү үчүн, "Кошумча окуу" бөлүмүнүн аягында шилтемеленген эсептегичти колдонуңуз.

6 -кадам: Температураны окуу

Сиз буга чейин DHT-11 (же DHT-22) аралаш температура жана нымдуулук сенсору жөнүндө уккандырсыз (6.1-сүрөттү караңыз). Бул сенсор менен DHT-22нин айырмасы тактык жана өлчөө диапазонунда. 22 жогорку диапазонго жана жакшыраак тактыкка ээ, бирок бөлмө температурасын өлчөө үчүн DHT-11 жетиштүү жана арзаныраак, бирок ал бүтүн жыйынтыктарды гана бере алат.

Сенсор үч байланышты талап кылат: VCC, GND жана сериялык байланыш үчүн бир линия. Жөн гана аны чыңалуу булагына туташтырыңыз жана байланыш үчүн бир зымды Arduino GPIO пинине туташтырыңыз. Маалымат баракчасы байланыш линиясы колдонулбаган учурда жогорку абалда болушу үчүн com-line менен VCCтин ортосундагы тартылуучу каршылыкты кошууну сунуштайт (6.2-сүрөттү караңыз).

Бактыга жараша, буга чейин DHT-11 үчүн китепкана бар (жана DHT-22 үчүн көптөгөн документтери бар китепканалар бар), алар Arduino менен температура сенсорунун ортосундагы байланышты башкарат. Ошентип, бул бөлүк үчүн тесттик арыз өтө кыска:

7 -кадам: Ардуино эскизин толуктаңыз

Ошентип, сенсордун окуусу бүткөндөн кийин, акыркы кадам сенсорлордон маалымат алуу жана Nixie түтүктөрү менен температураны көрсөтүү болчу.

Түтүктөгү белгилүү бир санды күйгүзүү үчүн, 4-бит кодду декодерге берүү керек, ал туура транзисторду күйгүзөт. Мындан тышкары, сиз азыр орнотууну каалаган эки түтүктүн кайсынысын көрсөтүүчү бир битти берүүңүз керек.

Мен декодердин ар бир кире беришинин алдында R/S-Latch кошууну чечтим. Сиз билбегендер үчүн, бул туткалардын бири кантип иштээрин, бул жерде кыскача түшүндүрмө:

Бул негизинен бир аз маалыматты сактоого мүмкүндүк берет. Бекитүүчү SET жана RESET болушу мүмкүн (демек, аты R/S-Latch, ошондой эле S/R-Latch же R/S-Flip-Flop деп аталат). Ыкчамдын SET кирүүсүн активдештирүү менен, Q чыгаруу 1ге коюлат. RESET киргизүүнү активдештирүү менен Q 0 болуп калат. Эгерде эки киргизүү тең активдүү болбосо, мурунку Q абалы сакталат. Эгерде эки киргизүү тең бир убакта активдештирилсе, сизде көйгөй бар, анткени бекиткич туруксуз абалга келип калат, бул анын жүрүм -туруму күтүүсүз болот дегенди билдирет, андыктан бул абалдан качыңыз.

Ошентип, биринчи (сол) 5 санын жана экинчи Nixie түтүгүндө 7 санын көрсөтүү үчүн, сиз:

• Баардык бекиткичтерди КАЙРА ЖӨНГӨ салыңыз
• Сол түтүктү иштетүү (EN-линиясына 0 жөнөтүү)
• Дешифратордун кириштерин коюңуз (D, C, B жана A): 0101
• Акыркы абалын сактап калуу үчүн D, C, B жана A бардыгын 0 кылып коюңуз (эгер эки түтүк бирдей санда көрсөтүлсө, муну кылуунун кажети жок)
• Оң түтүктү иштетүү
• Дешифратордун кириштерин коюңуз (D, C, B жана A): 0111
• Акыркы абалын сактап калуу үчүн D, C, B жана A баарын 0 деп коюңуз

Түтүктөрдү өчүрүү үчүн сиз жараксыз маанини (10 же 15 сыяктуу) өткөрө аласыз. Декодер анда бардык чыгууларды өчүрөт, ошондуктан жеткиликтүү транзисторлордун бири да иштетилбейт жана Nixie түтүкчөсүнөн эч кандай ток өтпөйт.

Программаны толугу менен бул жерден жүктөп алсаңыз болот

8 -кадам: ПХБны текшерүү

Мен бардыгын (көбөйтүү схемасынан башкасын) бир ПКБга бириктиргим келди, менимче, бул абдан жакшы болду (Сүрөттү караңыз. (8.1).

Менин негизги максатым ПХБнын көлөмүн мүмкүн болушунча кичине бойдон калтыруу болчу, бирок ошентсе да аны корпуска орнотууга болот. Мен ошондой эле SMD компоненттерин колдонууну кааладым, ошондуктан мен ширетүү техникамды жакшырта алам жана алар да ПХБнын жука болушуна жардам берет, ошондуктан бажы корпусу чоң жана көлөмдүү болбошу керек (8.2-сүрөттү караңыз).

SMD компоненттерин колдонууга байланыштуу, байланыштардын көбү компонент тарабында жасалышы керек болчу. Мүмкүн болушунча аз виас колдонууга аракет кылдым. Төмөнкү катмар чындыгында GND, VCC жана +170V линияларына ээ жана ошол эле ICдин ар кандай казыктарынын ортосунда жасалышы керек болгон кээ бир байланыштар. Бул менин SMD варианттарынын ордуна эки DIP-16 IC'лерин колдонгонумдун себеби.

PCB дизайн файлдарын жана EAGLE схемаларын бул жерден жүктөп алсаңыз болот.

Бул кичинекей толеранттуулукка жана издерге ээ болгон кичинекей дизайн болгондуктан, ПКБ үчүн жакшы өндүрүүчүнү табуу маанилүү болчу, ошондо алар жакшы чыгып, туура иштеши үчүн.

Мен аларды PCBWayден заказ кылууну чечтим жана алар мага жөнөткөн продукцияга канааттанбайм (8.3 -сүрөттү караңыз).

Сиз каттоонун кереги жок онлайнда прототиптериңиз үчүн дароо цитатаны ала аласыз. Эгерде сиз заказ кылууну чечсеңиз: Аларда EAGLE файлдарын туура гербер форматына айландыра турган бул онлайн-конвертер бар. EAGLEде дагы конвертер бар болсо да, мен өндүрүүчүлөрдүн онлайн конвертерлерин абдан жакшы көрөм, анткени бул жол менен гербер версиясы менен эч кандай шайкеш келүүчүлүк болбойт деп 100% ишене аласың.

9 -кадам: Мүчүлүштүктөрдү оңдоо

Жаңы эле ширетилген ПХБымды биринчи жолу текшергенде, эч нерсе иштеген жок. Түтүктөр эч нерсени көрсөтпөйт (декодерлер> 9 мааниге жеткен) же кокус сандар дайыма күйүп же өчүп -өчүп турмак, бул жагымдуу көрүнгөн, бирок бул учурда керексиз болгон.

Башында мен программалык камсыздоону күнөөлөдүм. Ошентип, мен Arduino үчүн Nixie тестерин ойлоп таптым (9.1 -сүрөттү караңыз).

Бул скрипт абалын өзгөрткүңүз келген бир нече GPIO пин (0-8) киргизүүгө мүмкүндүк берет. Андан кийин мамлекетти сурайт. Пин номери 9 киргизилгенде, ысырмалар баштапкы абалга келтирилет.

Ошентип мен тестирлөөнү уланттым жана A, B, C жана D үчүн мүмкүн болгон бардык маалыматтары бар чындык таблицасын түздүм, 4, 5, 6 жана 7 сандары эки түтүктүн экөөндө тең көрсөтүлбөй турганын байкадым. Кошумчалай кетсек, алар кириштердин бирдей айкалышына башкача жооп беришет.

Мен түшүндүм, электрдик көйгөй да болушу керек. Мен дизайнда эч кандай техникалык көйгөйлөрдү таба алган жокмун, бирок мен көптөн бери үйрөнгөн нерсем жөнүндө ойлондум (бирок ошондон бери эч качан көйгөй болгон эмес): Flux өткөргүч болушу мүмкүн. Бул кадимки санариптик жана төмөнкү чыңалуудагы колдонмолор үчүн көйгөй болбошу мүмкүн, бирок бул жерде маселе болгон окшойт. Ошентип, досканы спирт менен тазаладым, кийин ал өзүн туура алып жүрдү.

Сымал. Мен байкаган дагы бир нерсе: ПХБ макетимди түзүүдө EAGLEде колдонгон бөлүгүм туура эмес болгон (жок дегенде менин түтүктөрүм үчүн). Менин түтүктөрүм башка пинутка окшойт.

Сиздин схемаңыз дароо иштебей калганда, кээ бир нерселерди эстен чыгарбаңыз.

10 -кадам: Ыңгайлаштырылган иш

Калганынын баары ирээтке келтирилгенден кийин, мен өзүмдүн айлампа үчүн жакшы корпус кургум келди. Бактыга жараша, мен ичиндеги сетка куруу үчүн колдонгум келген сөз саатынын долбоорунан көп жыгач калды (10.1 -сүрөттү караңыз).

Мен ишти төмөнкү өлчөөлөрдү колдонуу менен курдум:

Саны	Ченөө [мм]	Description
6	40 x 125 x 5	Төмөн, үстү, алдыңкы жана арткы жагы
2	40 x 70 x 5	Кичине каптал бөлүктөрү
2	10 x 70 x 10	Ичиндеги структуралык бөлүктөр (8 -сүрөттү караңыз).
2	10 x 70 x 5	Капкактын структуралык бөлүктөрү (11 -сүрөттү караңыз).

Бөлүктөрдү кесип алгандан кийин, аларды чогуу салып, анжирде көрсөтүлгөн кутуну түздүм. 10.2.

Figure 10.3 башка бурчтан ишти көрсөтөт.

Корпустун үстү түбү менен бирдей, дубалдары жок жана структуралык бөлүктөрү анча бийик эмес (10.4 -сүрөттү караңыз). Бул капкактын ролун аткарат жана ички бөлүктөрүн тейлөө үчүн алынып салынышы мүмкүн. ПХБ капкакка орнотулат, эки түтүк корпустан чыгып кетет.

Баары бири -бирине кантип шайкеш келгенине канааттангандан кийин, мен жөн гана бардык бөлүктөрүн жабыштырып, бир нече саатка кургатып койдум.

Сиз үстү жагында бурамалар жок болгондо, ПКБны капкакка кантип бекиттим деп ойлонушуңуз мүмкүн. Мен капкактын структуралык бөлүгүнө бураманы тешип койдум, андан кийин бураманын башы кире турган контейнер жасадым (10.5 -сүрөттү караңыз).

11 -кадам: Курулушту бүтүрүү

Негизги ПХБ капкакка орнотулгандан кийин, калган бардык компоненттерди корпуска коюу керек болчу, муну инжирден көрүүгө болот. 11.1.

Көрүп турганыңыздай, мен кабелдерди колдон келишинче жакшы уюштурууга аракет кылдым жана бул жакшы болуп чыкты деп ойлойм. Бардыгы иштин ичине абдан жакшы дал келет, анжирде көрүнүп тургандай. 11.2.

Мен ошондой эле ишке DC-Jack коштум (жана ал жердеги ысык клей менен бир аз жинди болуп кеттим). Бирок ушундай жол менен термометрди ар кандай жалпы телефон заряддагыч жана ылайыктуу кабель менен иштетсе болот. Бирок, эгер кааласаңыз, 5В батарейканы кошо аласыз.

12 -кадам: Бул курууда колдонулган бөлүктөр

Электроника үчүн:

Саны	Продукт	Баасы	Чоо -жайы
1	DHT-11	4, 19€	Кымбат дүкөндөн алдым. Сиз буларды Кытайдан 1 доллардан азыраак ала аласыз.
2	CD4028BM	0, 81€	Декодер
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Pinheader	0, 21€	2x5 казык
1	Винт-терминал	0, 35€	2 байланыш
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistor
20	SMD-каршылыгы	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	R/S-Flip flops
1	ПХБ	4, 80€	Бул жерден заказ кылыңыз
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Step-up converter	6, 79€

Ошондой эле сизге кандайдыр бир микроконтроллер керек болот. Мен Arduino Pro Micro колдондум.

Иш үчүн:

Саны	Продукт	Баасы	Чоо -жайы
Н. А.	Жыгач	~2€	Жогору караңыз
4	M3x16 бурамалар	0, 05€
4	М3 жаңгактар	0, 07€
1 бөтөлкө	Жыгач клей	1, 29€
1 болот	Жыгач боек	5, 79€

13 -кадам: Жыйынтык

Мен бул курулуштун жыйынтыгына абдан кубанычтамын. Бир жолу мен жыгач кесимдерин так кесе алдым жана ПХБ үчүн тешиктерди орнотууну да унуткан жокмун. Жана ал чынында эле укмуш көрүнөт (13.1 -сүрөттү караңыз).

Мындан тышкары, түтүктөр жана жалпысынан жогорку чыңалуу менен иштөө кызыктуу болду жана муну жасоодо бир нече нерселерди эске алуу керек.

Жыйынтыктап айтканда, мен жакшы деп айтаар элем, бизде бүгүн сандарды көрсөтүүнүн ыңгайлуу жолдору бар, бирок экинчи жагынан никси түтүктөрүнүн жаркырашына жана жалпы көрүнүшүнө эч нерсе тең келбейт, мен аларды карап көрүүдөн ырахат алам. караңгы болгондо (13.2 -сүрөттү караңыз).

Бул көрсөтмө сизге жакты деп үмүттөнөбүз. Эгер андай болсоңуз, анда менин веб -сайтымды карап, дагы кызыктуу макалаларды жана долбоорлорду көрүңүз!

14 -кадам: Атрибуттар, булактар жана андан аркы окуу

Кийинки окууMC34063 Колдонмонун чоо -жайы - ti.comMC4x063 Маалыматтык Баракча - ti.comNixie түтүк айдоочусу IC - tubehobby.comDHT -11 Arduino китепканасы - arduino.ccA Транзистор которгуч катары - petervis.com Негизги резистор теориясы, формулалар жана онлайн калькулятор - petervis.com

Сүрөт булактары [Сүрөт. 1.1] IN-14 Nixie түтүктөрү, coldwarcreations.com [Сүрөт. 2.1] Step-up схемасы, өзү тартылган, бирок ebay.com сайтынан алынган [Сүрөт. 6.1] DHT-11 температура сенсору-tinytronics.nl