Thermometer ya Udhibiti wa Nixie-tube ya Arduino: Hatua 14

2024 Mwandishi: John Day | [email protected]. Mwisho uliobadilishwa: 2024-01-30 12:51

Miaka iliyopita nilinunua rundo la zilizopo za IN-14 Nixie kutoka Ukraine na nilikuwa nazo zikilala tangu wakati huo. Siku zote nilitaka kuzitumia kwa kifaa cha kawaida na kwa hivyo niliamua kumaliza mradi huu na kujenga kitu ambacho hutumia njia hii ya zamani ya kuonyesha nambari, lakini kwa sasa sikutaka kujenga saa ya bomba la Nixie (nilifikiri kuwa ilikuwa kitu kidogo cha kufanya na kwa sasa nimekuwa na miradi ya kutosha ya saa ya kiburi), kwa hivyo nilifikiri: Kwanini usijenge kipima joto kwa chumba changu ambacho kinaweza kuamilishwa kwa kupiga makofi? Niliifanya kupiga makofi iliyowekwa ili isiwe wakati wote, kwa sababu nilifikiri hiyo ilikuwa kupoteza nguvu na pia sikutaka iangaze chumba, haswa wakati wa usiku.

Mirija ya Nixie inadhibitiwa na Arduino, ambayo pia inawajibika kusoma joto kutoka kwa sensorer inayojulikana ya joto ya DHT-11.

Hii ni nakala iliyofupishwa kutoka kwa safu yangu asili iliyotolewa kwenye wavuti yangu. Iangalie, ikiwa una nia ya nakala zingine za kiufundi na miradi ambayo sikuihariri kwa Maagizo bado.

Hatua ya 1: Tubes za Nixie na Voltage ya Juu

Mirija ya Nixie ni mirija baridi ya katoni ambayo imejazwa na gesi maalum. Kwa kuongezea, zina anode ya kawaida (au cathode) na cathode tofauti (au anode) kwa kila tarakimu au tabia inayoweza kuonyesha (Tazama mtini. 1.1).

Kwa upande wangu, zilizopo zina anode ya kawaida na nambari ni cathode tofauti. Tofauti na mirija mingine kutoka wakati huo (transistors, diode,…) mirija ya Nixie kawaida haiitaji kuchomwa moto kufanya kazi vizuri (kwa hivyo jina: bomba baridi ya cathode).

Kitu pekee wanachohitaji ni voltage nzuri sana, kawaida kati ya 150 na 180V DC. Kwa kawaida hii ndio shida kuu wakati wa kushughulikia vifaa hivi vya onyesho kwa sababu inamaanisha, kwamba utahitaji usambazaji wa umeme wa kawaida au mzunguko wa kuongeza na watawala, ambao wana uwezo wa kuwasha na kuzima cathode bila kutumia laini nyingi za GPIO.

Hatua ya 2: 12V hadi 170V DC Kigeuza-hatua cha kubadilisha

Wacha tuanze na kwa namna fulani kuunda voltage muhimu ili kufanya mirija iangaze. Kwa bahati nzuri bomba la kawaida la Nixie linahitaji voltage ya juu lakini ya chini sana, ambayo inamaanisha kuwa ni rahisi na ni rahisi kujenga kibadilishaji kama hicho.

Kuwa mwangalifu unapotumia mzunguko huu na voltages kubwa kwa ujumla. Sio toy na kupata zap huumiza sana kwa hali nzuri na inaweza kukuua katika hali mbaya! Zima usambazaji wa umeme kila wakati kabla ya kubadilisha / kuhudumia mzunguko na hakikisha unatumia kesi sahihi, ili mtu yeyote asiiguse kwa bahati mbaya wakati inatumika!

Nilitumia mzunguko unaojulikana wa MC34063 kwa kibadilishaji cha hatua. IC hii ndogo inachanganya kila kitu unachohitaji kwa aina yoyote ya ubadilishaji wa kubadilisha. Walakini, badala ya kutumia transistor iliyojengwa ya IC, niliamua kwenda na transistor ya nje, ambayo ilisaidia kuweka IC poa na pia iliniruhusu kuwa na sare ya juu zaidi ya sasa kwenye pato. Kwa kuongezea, kwa sababu ilikuwa ngumu sana kupata maadili sahihi kwa vifaa hivi vyote kupata pato la 170V, nilijitolea baada ya siku kadhaa za mahesabu na vipimo (Ya juu zaidi niliyopata kutoka 12V ilikuwa 100V) na nikaamua kutotengeneza tena gurudumu. Badala yake, nilinunua kit kutoka kwa eBay, ambayo inafuata sana mpango kutoka kwa data hii na viwambo vichache (Tazama mtini. 2.1. Pia niliongeza maelezo kwa picha).

Hatua ya 3: Kudhibiti zilizopo na Arduino

Kwa hivyo, kama ulivyoona hapo awali, zilizopo zinahitaji voltage kubwa kuwasha. "Kwa hivyo unaweza kuwasha na kuzima mirija na microcontroller, kama Arduino?", Unaweza kuuliza.

Kuna njia chache mbadala unazoweza kuchukua kufikia lengo hili. Kwa mfano, dereva wa bomba la Nixie aliyejitolea. Bado unaweza kupata hisa mpya za zamani na IC zilizotumiwa, lakini zinaweza kuwa ngumu kupata na zinaweza kuwa ghali na sitarajii kuwa rahisi kupata baadaye, kwa sababu hizi hazizalishwi tena.

Kwa hivyo sitatumia dereva wa bomba kama hilo la Nixie. Badala yake, nitatumia transistors na binary kwa visimbuzi vya desimali, ili nisije kutumia mistari 10 ya GPIO kwa kila bomba la nixie. Na avkodare hizi, nitahitaji mistari 4 ya GPIO kwa kila bomba na laini moja kuchagua kati ya zilizopo mbili.

Kwa kuongezea, ili kwamba siitaji kubadili kati ya zilizopo kila wakati na masafa ya juu, nitatumia vibali (ambavyo vitahitaji laini moja ya GPIO ya kuweka upya) ili kuweka pembejeo la mwisho kwa muda mrefu kama inahitajika (Angalia Mtini. 3.1, bonyeza hapa kwa udhibiti kamili wa mzunguko katika azimio kubwa).

Hatua ya 4: Mawazo ya Kubuni

Wakati wa kubuni mzunguko huu, nilipata visimbuzi na R / S-Flip-Flops zilizojengwa, ambazo bado zinatengenezwa (kwa mfano CD4514BM96). Lakini kwa bahati mbaya, sikuweza kupata hizi haraka kwani wakati wa kujifungua ulikuwa wiki mbili na sikutaka kusubiri kwa muda mrefu. Kwa hivyo ikiwa lengo lako ni kutengeneza PCB ndogo (au unataka kuwa na idadi ndogo ya IC tofauti), basi hakika unapaswa kwenda na chip kama hicho, badala ya kutumia Flip-Flops za nje.

Kuna pia anuwai zilizobadilishwa za visimbuzi hivi. Kwa mfano, CD4514BM965 ni lahaja iliyogeuzwa kwenda kwa IC iliyotajwa hapo juu, ambapo nambari iliyochaguliwa itakuwa chini badala ya juu, ambayo sio, tunataka katika kesi hii. Kwa hivyo zingatia maelezo haya wakati wa kuagiza sehemu zako. (Usijali: Orodha kamili ya sehemu zitajumuishwa baadaye katika hii inayoweza kufundishwa!)

Unaweza kutumia aina yoyote ya transistor kwa safu yako, ilimradi ukadiriaji ulingane na voltage na sare ya sasa ya zilizopo zako. Kuna pia ICs za safu-kubwa zinazopatikana, lakini tena, sikuweza kupata yoyote ambayo ilikadiriwa juu ya 100V au ambayo ilipatikana haraka.

Hatua ya 5: Mpangilio wa Transistor

Katika hatua ya 3 sikuonyesha safu ya transistor kuweka picha rahisi na inayoeleweka kwa urahisi. Kielelezo 5.1 kinaonyesha safu ya transistor inayokosekana kwa undani.

Kama unavyoona, kila pato la dijiti la kisimbuzi limeunganishwa kwa msingi wa npn-transistor kupitia kipingamizi cha sasa cha kizuizi. Hiyo ni yote, rahisi sana.

Hakikisha tu, kwamba transistors unazotumia zinaweza kushughulikia voltage ya 170V na sasa ya 25mA. Ili kugundua, ni nini thamani ya msingi ya kupinga inapaswa kuwa, tumia kikokotoo kilichounganishwa mwishoni mwa hii inayoweza kufundishwa chini ya "Usomaji zaidi".

Hatua ya 6: Kusoma Joto

Labda tayari umesikia juu ya sensor ya pamoja ya joto na unyevu wa DHT-11 (au DHT-22) (Tazama mtini. 6.1). Tofauti pekee kati ya sensa hii na DHT-22 ni usahihi na upimaji. 22 ina anuwai ya juu na usahihi bora, lakini kwa kupima joto la chumba, DHT-11 ni ya kutosha na ya bei rahisi, ingawa inaweza tu kutoa matokeo kamili.

Sensor inahitaji unganisho tatu: VCC, GND na laini moja ya mawasiliano ya serial. Unganisha tu na chanzo cha voltage na unganisha waya moja kwa mawasiliano na pini ya GPIO ya Arduino. Jedwali la data linaonyesha kuongeza kipinga-kuvuta kati ya com-line na VCC, ili laini ya mawasiliano iwe katika hali ya juu, wakati haitumiki (Tazama mtini. 6.2).

Kwa bahati nzuri tayari kuna maktaba ya DHT-11 (na rundo la maktaba zilizo na kumbukumbu nzuri kwa DHT-22), ambayo itashughulikia mawasiliano kati ya Arduino na sensorer ya joto. Kwa hivyo maombi ya majaribio ya sehemu hii ni mafupi kabisa:

Hatua ya 7: Mchoro kamili wa Arduino

Kwa hivyo baada ya usomaji wa sensa kufanywa, hatua ya mwisho ilikuwa kuchukua habari kutoka kwa sensorer na kuonyesha joto na mirija ya Nixie.

Ili kuwasha nambari fulani kwenye bomba, lazima upeleke nambari 4-bit kwa dekoda, ambayo itawasha transistor sahihi. Kwa kuongezea, unahitaji pia kusambaza kidogo ambayo inaonyesha, ni ipi kati ya zilizopo mbili unayotaka kuweka sasa hivi.

Niliamua kuongeza R / S-Latch mbele kabisa ya kila pembejeo ya kisimbuzi. Kwa wale ambao hawajui, jinsi moja ya latches hizi inavyofanya kazi, hapa kuna maelezo ya haraka:

Kimsingi hukuruhusu kuhifadhi habari moja. Latch inaweza kuwa SET na Rudisha (kwa hivyo jina R / S-Latch, pia inajulikana kama S / R-Latch au R / S-Flip-Flop). Kwa kuanzisha uingizaji wa SET ya latch, pato Q imewekwa kwa 1. Kwa kuwezesha uingizaji wa RESET, Q inakuwa 0. Ikiwa pembejeo zote mbili hazifanyi kazi, hali ya awali ya Q imehifadhiwa. Ikiwa pembejeo zote mbili zitaamilishwa kwa wakati mmoja una shida, kwa sababu latch inalazimishwa kuwa hali isiyo na utulivu, ambayo inamaanisha kwamba tabia yake haitabiriki, kwa hivyo epuka hali hii kwa gharama yoyote.

Kwa hivyo kuonyesha nambari 5 kwa kwanza (kushoto) na nambari 7 kwenye bomba la pili la Nixie, lazima:

• Weka upya latches zote
• Amilisha bomba la kushoto (Tuma 0 juu ya EN-line)
• Weka pembejeo za kisimbuzi (D, C, B na A): 0101
• Weka D, C, B na A yote hadi 0, ili hali ya mwisho ibakie (Hii haiitaji kufanywa ikiwa mirija yote miwili inapaswa kuonyesha nambari sawa)
• Amilisha bomba sahihi
• Weka pembejeo za kisimbuzi (D, C, B na A): 0111
• Weka D, C, B na A yote hadi 0, ili hali ya mwisho ibakie

Ili kuzima mirija unaweza kusambaza thamani isiyo sahihi (kama 10 au 15). Decoder kisha itazima matokeo yote na kwa hivyo hakuna transistors zilizopo zitaamilishwa na hakuna sasa itatiririka kupitia bomba la Nixie.

Unaweza kupakua firmware nzima hapa

Hatua ya 8: Odering PCB

Nilitaka kuchanganya kila kitu (isipokuwa mzunguko wa hatua) kwenye PCB moja, ambayo nadhani ilibadilika vizuri (Tazama mtini. (8.1).

Lengo langu kuu lilikuwa kuweka ukubwa wa PCB uwe mdogo kadiri inavyowezekana, lakini bado kutoa nafasi, ambapo inaweza kuwekwa kwenye kesi hiyo. Nilitaka pia kutumia vifaa vya SMD, ili niweze kuboresha mbinu yangu ya kuuza na pia itasaidia kuweka PCB nyembamba ili kesi ya kawaida isiwe kubwa na kubwa (Tazama mtini. 8.2).

Kwa sababu ya utumiaji wa vifaa vya SMD, unganisho nyingi ilibidi zifanywe kwa upande wa sehemu. Nilijaribu kutumia vias chache iwezekanavyo. Safu ya chini ina laini tu za GND, VCC na + 170V na unganisho zingine ambazo zililazimika kufanywa kati ya pini tofauti za IC hiyo hiyo. Hiyo pia ni sababu kwanini nilitumia DIP-16 IC mbili badala ya anuwai zao za SMD.

Unaweza kupakua faili za muundo wa PCB na skimu za EAGLE hapa.

Kwa sababu huu ni muundo mdogo na uvumilivu mdogo sana na athari ilikuwa muhimu kupata mtengenezaji mzuri wa PCB ili waweze kuwa wazuri na kufanya kazi vizuri.

Niliamua kuwaamuru kwa PCBWay na siwezi kuridhika zaidi na bidhaa walionitumia (Tazama mtini. 8.3).

Unaweza kupata nukuu ya papo hapo kwa prototypes zako mkondoni bila hitaji la kujiandikisha. Ukiamua kuagiza: Pia wana kibadilishaji hiki cha mkondoni ambacho kitabadilisha faili za EAGLE kuwa fomati sahihi ya gerber. Ingawa EAGLE ina kibadilishaji pia, napenda sana waongofu wa mkondoni kutoka kwa wazalishaji, kwa sababu kwa njia hii unaweza kuwa na uhakika wa 100%, kwamba hakutakuwa na maswala yoyote ya utangamano na toleo la gerber.

Hatua ya 9: Utatuzi wa matatizo

Wakati wa kwanza kujaribu PCB yangu mpya iliyouzwa, hakuna kitu kilichofanya kazi. Mirija hiyo haingeonyesha chochote hata kidogo (visimbuzi vilifikia thamani> 9) au nambari zisizobadilika zinaweza kukaa kila wakati au kuwasha na kuzima, ambayo ilionekana nzuri lakini haifai katika kesi hii.

Mwanzoni, nililaumu programu hiyo. Kwa hivyo nilikuja na jaribio hili la Nixie la Arduino (Tazama mtini. 9.1).

Hati hii hukuruhusu kuingiza pini kadhaa ya GPIO (0-8) unayotaka kubadilisha hali ya. Halafu inauliza serikali. Wakati wa kuingia namba ya siri 9, latches zinawekwa upya.

Kwa hivyo niliendelea kupima kwangu na nikapanga meza ya ukweli na pembejeo zote zinazowezekana kwa A, B, C na D. Niliona, kwamba nambari 4, 5, 6 na 7 hazikuweza kuonyeshwa na mojawapo ya zilizopo mbili. Kwa kuongezea, wangeitikia tofauti kwa mchanganyiko huo wa pembejeo.

Nilidhani, kwamba lazima kuwe na shida ya umeme pia. Sikuweza kupata shida yoyote ya kiufundi katika muundo, lakini basi nilifikiria juu ya kitu ambacho nimejifunza muda mrefu uliopita (lakini sikuwahi kuwa na shida na tangu wakati huo): Flux inaweza kuwa ya kusisimua. Hii inaweza kuwa sio suala la matumizi ya kawaida ya dijiti na ya chini, lakini inaonekana kama ilikuwa suala hapa. Kwa hivyo nilisafisha bodi na pombe na baadaye ikafanya vizuri.

Aina ya. Jambo lingine nililogundua: Sehemu ambayo nilitumia katika EAGLE wakati wa kuunda mpangilio wangu wa PCB haikuwa sahihi (angalau kwa mirija yangu). Mirija yangu inaonekana kuwa na pini tofauti.

Vitu kadhaa vya kuzingatia wakati mzunguko wako haufanyi kazi mara moja.

Hatua ya 10: Kesi Maalum

Baada ya kila kitu kupangwa, nilitaka kujenga kesi nzuri ya kuweka mzunguko wangu. Kwa bahati nzuri nilikuwa na kuni nyingi zilizoachwa kutoka kwa mradi wangu wa saa ya neno, ambayo nilitaka kutumia kwa kujenga gridi ya ndani (Tazama mtini. 10.1).

Niliunda kesi hiyo kwa kutumia vipimo vifuatavyo:

Wingi	Vipimo [mm]	Maelezo
6	40 x 125 x 5	Chini, juu, mbele na nyuma
2	40 x 70 x 5	Vipande vidogo vya upande
2	10 x 70 x 10	Vipande vya kimuundo ndani (Tazama mtini. 8).
2	10 x 70 x 5	Vipande vya kimuundo kwenye kifuniko (Tazama mtini. 11).

Baada ya kukata vipande, niliweka pamoja ili kuunda sanduku lililoonyeshwa kwenye mtini. 10.2.

Kielelezo 10.3 kinaonyesha kesi kutoka kwa pembe tofauti.

Juu ya kesi hiyo ni sawa kabisa na chini, bila kuta tu na sehemu ndogo za muundo (angalia mtini. 10.4). Inafanya kama kifuniko na inaweza kutolewa kuchukua huduma ya vifaa vya ndani. PCB itawekwa kifuniko na mirija miwili iliyowekwa nje ya kesi hiyo.

Baada ya kuridhika na jinsi kila kitu kinafaa pamoja, niliunganisha tu sehemu zote pamoja na kuziacha zikauke kwa masaa kadhaa.

Labda unajiuliza, jinsi nilivyoweka PCB kwenye kifuniko wakati hakuna visu zinazoonekana juu. Nilichimba tu shimo kwa screw kwenye sehemu ya kifuniko na kisha nikatengeneze kichwa cha kichwa ili kuingia (angalia mtini. 10.5).

Hatua ya 11: Kumaliza Kuunda

Baada ya PCB kuu kuwekwa kwenye kifuniko, vifaa vingine vyote vilipaswa kuwekwa kwenye kesi hiyo, ambayo inaweza kuonekana kwenye mtini. 11.1.

Kama unavyoona, nilijaribu kupanga nyaya vizuri kama vile ningeweza na nadhani ilikuwa nzuri. Kila kitu kinafaa katika kesi hiyo vizuri, kama unaweza kuona kwenye mtini. 11.2.

Niliongeza pia DC-Jack kwenye kesi hiyo (na nikaenda wazimu kidogo na gundi moto hapo). Lakini kwa njia hii inawezekana kuwasha kipima joto na chaja yoyote ya generic na kebo inayofaa. Walakini, unaweza pia kuongeza betri ya 5V, ikiwa ungependa.

Hatua ya 12: Sehemu Zinazotumiwa katika Jengo hili

Kwa umeme:

Wingi	Bidhaa	Bei	Maelezo
1	DHT-11	4, 19€	Got kutoka duka ghali. Unaweza kupata hizi kwa chini ya $ 1 kutoka China.
2	CD4028BM	0, 81€	Decoder
2	74HCT00D	0, 48€	NAND
1	74HCT04D	0, 29€	Inverter
1	Kichwa cha kichwa	0, 21€	Pini 2x5
1	Screw-terminal	0, 35€	Uunganisho 2
20	SMBTA42	0, 06€	npn-Transistor
20	Mpingaji wa SMD	0, 10€	120K
2	74LS279N	1, 39€	Vipande vya R / S-Flip
1	PCB	4, 80€	Agiza hapa
2	IN-14 Nixies	2, 00€
1	Hatua ya juu ya kubadilisha fedha	6, 79€

Utahitaji pia aina fulani ya mdhibiti mdogo. Nilitumia Arduino Pro Micro.

Kwa kesi:

Wingi	Bidhaa	Bei	Maelezo
N. A.	Mbao	~2€	Tazama hapo juu
4	Screws M3x16	0, 05€
4	Karanga M3	0, 07€
Chupa 1	Gundi ya kuni	1, 29€
1 inaweza	Rangi ya kuni	5, 79€

Hatua ya 13: Hitimisho

Nina furaha sana na matokeo ya ujenzi huu. Kwa mara moja niliweza kukata vipande vya kuni haswa na pia sikusahau juu ya kufunga mashimo kwa PCB. Na kwa kweli inaonekana nzuri pia (Tazama mtini. 13.1).

Mbali na hilo, ilikuwa ya kupendeza kufanya kazi na zilizopo na voltages kubwa kwa ujumla na kuna mambo kadhaa ya kuzingatia wakati wa kufanya hivyo.

Kwa kumalizia, ningesema ni nzuri, kwamba tuna njia rahisi zaidi za kuonyesha nambari leo lakini kwa upande mwingine hakuna kitu kinacholinganishwa na mwangaza na muonekano wa jumla wa mirija ya nixie, ambayo ninafurahiya kuiangalia, haswa, wakati ni giza (Tazama mtini. 13.2).

Natumahi ulipenda hii inayoweza kufundishwa. Ikiwa ulifanya, hakikisha uangalie wavuti yangu kwa nakala na miradi ya kufurahisha zaidi!

Hatua ya 14: Sifa, Vyanzo na Usomaji Zaidi

Masomo zaidiMC34063 Maelezo ya maombi - ti.comMC4x063 Datasheet - ti.com Dereva wa Nixie tube IC - tubehobby.com DHT-11 Maktaba ya Arduino - arduino.cc Transistor kama swichi - petervis.comBasi nadharia ya kupinga, fomula na kikokotoo cha mkondoni - petervis.com

Vyanzo vya picha [Mtini. 1.1] IN-14 Nixie zilizopo, coldwarcreations.com [Mtini. 2.1] Mzunguko wa kujiongezea, uliochorwa lakini umechukuliwa kutoka ebay.com [Mtini. 6.1] Sensor ya joto ya DHT-11 - tinytronics.nl