مقياس حرارة أنبوب Nixie يتم التحكم فيه من Arduino: 14 خطوة

2025 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2025-01-13 06:56

منذ سنوات ، اشتريت مجموعة من أنابيب IN-14 Nixie من أوكرانيا وأضعها في الجوار منذ ذلك الحين. كنت أرغب دائمًا في استخدامها لجهاز مخصص ولذا قررت أخيرًا معالجة هذا المشروع وبناء شيء يستخدم هذه الطريقة القديمة تقريبًا لعرض الأرقام ، لكن في الوقت الحالي لم أرغب في إنشاء ساعة أنبوب Nixie (اعتقدت ذلك كان شيئًا مبتذلًا إلى حد ما ، وفي الوقت الحالي لدي ما يكفي من مشاريع ساعات الهيبستر الفاخرة) ، لذلك فكرت: لماذا لا أقوم ببناء مقياس حرارة لغرفتي يمكن تنشيطه بالتصفيق؟ لقد قمت بتنشيطها بحيث لا يتم تشغيلها طوال الوقت ، لأنني اعتقدت أن ذلك كان مضيعة للطاقة ولم أرغب أيضًا في إضاءة الغرفة ، خاصة أثناء الليل.

يتم التحكم في أنابيب Nixie بواسطة Arduino ، وهو مسؤول أيضًا عن قراءة درجة الحرارة من مستشعر درجة الحرارة DHT-11 المعروف.

هذه نسخة مختصرة من سلسلتي الأصلية التي تم إصدارها على موقع الويب الخاص بي. ألقِ نظرة عليه ، إذا كنت مهتمًا بالمقالات والمشاريع التقنية الأخرى التي لم أقم بتحريرها لـ Instructables حتى الآن.

الخطوة 1: أنابيب Nixie والجهد العالي

أنابيب Nixie عبارة عن أنابيب كاثود باردة مملوءة بغاز معين. علاوة على ذلك ، فهي تحتوي على أنود مشترك (أو كاثود) وكاثود منفصل (أو أنود) لكل رقم أو حرف يمكنهم عرضه (انظر الشكل 1.1).

في حالتي ، تحتوي الأنابيب على أنود مشترك والأرقام عبارة عن كاثودات منفصلة. على عكس الأنابيب الأخرى في ذلك الوقت (الترانزستورات ، الثنائيات ، …) عادةً لا تحتاج أنابيب Nixie إلى التسخين لتعمل بشكل صحيح (ومن هنا جاء الاسم: أنبوب الكاثود البارد).

الشيء الوحيد الذي يحتاجونه هو جهد عالي جدًا ، عادةً ما بين 150 و 180 فولت تيار مستمر. عادةً ما تكون هذه هي المشكلة الرئيسية عند التعامل مع أجهزة العرض هذه لأنها تعني أنك ستحتاج إلى مصدر طاقة مخصص أو دائرة تصعيد ووحدات تحكم قادرة على تشغيل الكاثود وإيقاف تشغيله دون استخدام عدد كبير جدًا من خطوط GPIO.

الخطوة 2: 12V إلى 170V DC Step-up Converter

لنبدأ بطريقة ما بإنشاء الجهد اللازم لجعل الأنابيب تتوهج. لحسن الحظ ، يحتاج أنبوب Nixie النموذجي إلى جهد عالٍ ولكن تيار منخفض جدًا ، مما يعني أنه من السهل جدًا والرخيص إنشاء مثل هذا المحول.

كن حذرًا عند استخدام هذه الدائرة والجهد العالي بشكل عام. إنها ليست لعبة والحصول على الانزلاق يؤلمك كثيرًا في أفضل الأحوال ويمكن أن يقتلك في أسوأ الحالات! قم دائمًا بإيقاف تشغيل مصدر الطاقة قبل تغيير / صيانة الدائرة وتأكد من استخدام علبة مناسبة ، حتى لا يلمسها أحد عن طريق الخطأ عندما تكون قيد الاستخدام!

لقد استخدمت الدائرة المتكاملة المعروفة MC34063 لمحول الصعود. يجمع هذا IC الصغير كل ما تحتاجه لأي نوع من محول التحويل. ومع ذلك ، بدلاً من استخدام الترانزستور المدمج في IC ، قررت استخدام ترانزستور خارجي ، مما ساعد في الحفاظ على برودة IC وسمح لي أيضًا بالحصول على سحب تيار أعلى عند الإخراج. علاوة على ذلك ، نظرًا لأنه كان من الصعب جدًا العثور على القيم الصحيحة لجميع هذه المكونات للحصول على خرج 170 فولت ، فقد استسلمت بعد بضعة أيام من العمليات الحسابية والاختبارات (أعلى ما حصلت عليه من 12V كان 100 فولت) وقررت عدم إعادة الاختراع العجله. بدلاً من ذلك ، اشتريت مجموعة من eBay ، والتي تتبع إلى حد كبير المخطط من ورقة البيانات هذه مع بعض التعديلات (انظر الشكل 2.1. أضفت أيضًا أوصافًا إلى الصورة).

الخطوة 3: التحكم في الأنابيب باستخدام Arduino

لذلك ، كما رأيتم سابقًا ، تتطلب الأنابيب جهدًا عاليًا لتشغيلها. قد تسأل "إذن كيف يمكنك تشغيل الأنابيب وإيقافها باستخدام متحكم دقيق ، مثل Arduino؟".

هناك بعض الطرق البديلة التي يمكنك اتباعها لتحقيق هذا الهدف. على سبيل المثال ، برامج تشغيل أنبوب Nixie المخصصة. لا يزال بإمكانك الحصول على مخزون قديم جديد ودراسات مرحلية مستعملة ، ولكن قد يكون من الصعب العثور عليها ويمكن أن تكون باهظة الثمن ولا أتوقع أن يكون العثور عليها أسهل في المستقبل ، لأنه لم يعد يتم إنتاجها.

لذلك لن أستخدم سائق أنبوب Nixie هذا. بدلاً من ذلك ، سأستخدم الترانزستورات والثنائي إلى وحدات فك التشفير العشرية ، حتى لا أضطر إلى استخدام 10 خطوط GPIO لكل أنبوب nixie. باستخدام وحدات فك التشفير هذه ، سأحتاج إلى 4 خطوط GPIO لكل أنبوب وخط واحد للاختيار بين أنبوبين.

بالإضافة إلى ذلك ، حتى لا أحتاج إلى التبديل بين الأنابيب طوال الوقت بتردد عالٍ ، سأستخدم flip-flops (التي ستحتاج إلى خط GPIO إضافي لإعادة التعيين) للاحتفاظ بآخر إدخال طالما لزم الأمر (انظر الشكل 3.1 ، انقر هنا للحصول على دائرة التحكم الكاملة بدقة عالية).

الخطوة 4: اعتبارات التصميم

أثناء تصميم هذه الدائرة ، وجدت أجهزة فك تشفير بها R / S-Flip-Flops مدمجة ، والتي لا تزال قيد الإنتاج (على سبيل المثال CD4514BM96). لكن لسوء الحظ ، لم أتمكن من الحصول عليها بسرعة لأن وقت التسليم كان أسبوعين ولم أرغب في الانتظار كل هذا الوقت. لذا ، إذا كان هدفك هو صنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور صغير (أو كنت ترغب في الحصول على عدد صغير من الدوائر المتكاملة المختلفة) ، فعليك بالتأكيد استخدام هذه الشريحة ، بدلاً من استخدام Flip-Flops الخارجية.

هناك أيضًا متغيرات مقلوبة من أجهزة فك التشفير هذه. على سبيل المثال ، CD4514BM965 هو البديل المقلوب لـ IC المذكور أعلاه ، حيث سيكون الرقم المحدد منخفضًا بدلاً من مرتفع ، وهو ليس ما نريده في هذه الحالة. لذا انتبه إلى هذه التفاصيل عند طلب أجزائك. (لا تقلق: سيتم تضمين قائمة الأجزاء الكاملة لاحقًا في هذا Instructable!)

يمكنك استخدام أي نوع من الترانزستور للمصفوفة الخاصة بك ، طالما أن التصنيفات تتطابق مع الجهد والسحب الحالي لأنابيبك. هناك أيضًا دوائر متكاملة ذات مصفوفة ترانزستور متاحة ، ولكن مرة أخرى ، لم أتمكن من العثور على أي منها تم تصنيفها أعلى من 100 فولت أو كانت متوفرة بسرعة.

الخطوة 5: مصفوفة الترانزستور

في الخطوة 3 ، لم أعرض مجموعة الترانزستور لإبقاء الرسومات بسيطة وسهلة الفهم. يوضح الشكل 5.1 مجموعة الترانزستور المفقودة بالتفصيل.

كما ترى ، يتم توصيل كل إخراج رقمي لوحدة فك التشفير بقاعدة الترانزستور npn عبر المقاوم الحالي المحدد. هذا كل شيء ، بسيط حقًا.

فقط تأكد من أن الترانزستورات التي تستخدمها يمكنها التعامل مع فولطية تبلغ 170 فولت وتيار 25 مللي أمبير. لمعرفة ما يجب أن تكون عليه قيمة المقاوم الأساسي ، استخدم الآلة الحاسبة المرتبطة في نهاية هذا Instructable ضمن "قراءات إضافية".

الخطوة السادسة: قراءة درجة الحرارة

ربما تكون قد سمعت بالفعل عن مستشعر درجة الحرارة والرطوبة المركب DHT-11 (أو DHT-22) (انظر الشكل 6.1). الفرق الوحيد بين هذا المستشعر و DHT-22 هو الدقة ومدى القياس. يحتوي جهاز 22 على نطاق أعلى ودقة أفضل ، ولكن لقياس درجة حرارة الغرفة ، يعد DHT-11 أكثر من كافٍ وأرخص ثمناً ، على الرغم من أنه لا يقدم سوى نتائج صحيحة.

يتطلب المستشعر ثلاثة اتصالات: VCC و GND وخط واحد للاتصال التسلسلي. ما عليك سوى توصيله بمصدر الجهد وتوصيل السلك الفردي للاتصال بدبوس GPIO في Arduino. تقترح ورقة البيانات إضافة مقاوم سحب بين خط com و VCC ، بحيث يكون خط الاتصال في حالة عالية ، عند عدم استخدامه (انظر الشكل 6.2).

لحسن الحظ ، توجد بالفعل مكتبة لـ DHT-11 (ومجموعة من المكتبات الموثقة جيدًا لـ DHT-22) ، والتي ستتعامل مع الاتصال بين Arduino ومستشعر درجة الحرارة. لذا فإن تطبيق الاختبار لهذا الجزء قصير جدًا:

الخطوة 7: أكمل رسم اردوينو

لذلك بعد الانتهاء من قراءات المستشعر ، كانت الخطوة الأخيرة هي أخذ المعلومات من المستشعرات وعرض درجة الحرارة باستخدام أنابيب Nixie.

لتشغيل رقم معين على أنبوب ، يجب عليك إرسال رمز 4 بت إلى وحدة فك التشفير ، والتي ستعمل على تشغيل الترانزستور الصحيح. علاوة على ذلك ، تحتاج أيضًا إلى إرسال بت واحد يشير إلى أي من الأنبوبين تريد ضبطهما الآن.

قررت إضافة R / S-Latch مباشرة أمام كل مدخل من وحدة فك التشفير. لأولئك منكم ، الذين لا يعرفون ، كيف يعمل أحد هذه المزالج ، إليك شرح سريع:

يسمح لك بشكل أساسي بتخزين جزء واحد من المعلومات. يمكن ضبط المزلاج وإعادة ضبطه (ومن هنا جاء اسم R / S-Latch ، المعروف أيضًا باسم S / R-Latch أو R / S-Flip-Flop). من خلال تنشيط إدخال SET للمزلاج ، يتم ضبط الإخراج Q على 1. من خلال تنشيط إدخال RESET ، يصبح Q 0. إذا كان كلا المدخلين غير نشطين ، يتم الاحتفاظ بالحالة السابقة Q. إذا تم تنشيط كلا المدخلين في نفس الوقت لديك مشكلة ، لأن المزلاج مضطر إلى حالة غير مستقرة ، مما يعني بشكل أساسي أن سلوكه سيكون غير متوقع ، لذا تجنب هذه الحالة بأي ثمن.

لذا لعرض الرقم 5 في الأول (على اليسار) والرقم 7 في أنبوب Nixie الثاني ، يجب عليك:

• أعد ضبط جميع المزالج
• قم بتنشيط الأنبوب الأيسر (أرسل 0 عبر خط EN)
• اضبط مدخلات وحدة فك التشفير (D و C و B و A): 0101
• عيّن D و C و B و A الكل على 0 ، بحيث يتم الاحتفاظ بالحالة الأخيرة (لا يلزم القيام بذلك إذا كان يجب على كلا الأنبوبين عرض نفس الرقم)
• قم بتنشيط الأنبوب الصحيح
• اضبط مدخلات وحدة فك التشفير (D و C و B و A): 0111
• قم بتعيين D و C و B و A على 0 ، بحيث يتم الاحتفاظ بالحالة الأخيرة

لإيقاف تشغيل الأنابيب ، يمكنك إرسال قيمة غير صالحة (مثل 10 أو 15). سيقوم جهاز فك التشفير بعد ذلك بإيقاف تشغيل جميع المخرجات ، وبالتالي لن يتم تنشيط أي من الترانزستورات المتاحة ولن يتدفق أي تيار عبر أنبوب Nixie.

يمكنك تنزيل البرنامج الثابت بالكامل هنا

الخطوة 8: Odering PCB

كنت أرغب في دمج كل شيء (باستثناء دائرة التصعيد) على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والذي أعتقد أنه ظهر جيدًا (انظر الشكل (8.1).

كان الهدف الرئيسي لي هو الحفاظ على حجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور صغيرًا قدر الإمكان ، مع توفير بعض المساحة ، حيث يمكن تثبيته على العلبة. أردت أيضًا استخدام مكونات SMD ، حتى أتمكن من تحسين تقنية اللحام الخاصة بي ، كما أنها تساعد في الحفاظ على PCB نحيفًا بحيث لا يجب أن تكون العلبة المخصصة كبيرة وضخمة (انظر الشكل 8.2).

نظرًا لاستخدام مكونات SMD ، كان لابد من إجراء معظم الاتصالات من جانب المكون. حاولت استخدام أقل عدد ممكن من المنافذ. تحتوي الطبقة السفلية فقط على خطوط GND و VCC و + 170V وبعض الوصلات التي يجب إجراؤها بين دبابيس مختلفة من نفس IC. هذا هو السبب أيضًا في أنني استخدمت اثنين من DIP-16 ICs بدلاً من متغيرات SMD الخاصة بهم.

يمكنك تنزيل ملفات تصميم PCB وخطط EAGLE هنا.

نظرًا لأن هذا تصميم صغير جدًا مع تفاوتات وآثار صغيرة جدًا ، كان من المهم العثور على مصنع جيد لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور حتى تصبح لطيفة وتعمل بشكل صحيح.

قررت أن أطلبهم من PCBWay ولا يمكنني أن أكون أكثر رضاءًا عن المنتج الذي أرسلوه إلي (انظر الشكل 8.3).

يمكنك الحصول على عرض أسعار فوري لنماذجك الأولية عبر الإنترنت دون الحاجة إلى التسجيل. إذا قررت الطلب: لديهم أيضًا هذا المحول المفيد عبر الإنترنت والذي سيحول ملفات EAGLE إلى تنسيق جربر الصحيح. على الرغم من أن EAGLE لديها محول أيضًا ، إلا أنني أحب حقًا المحولات عبر الإنترنت من الشركات المصنعة ، لأنه بهذه الطريقة يمكنك أن تكون متأكدًا بنسبة 100٪ ، أنه لن تكون هناك أية مشكلات في التوافق مع إصدار جربر.

الخطوة 9: استكشاف الأخطاء وإصلاحها

عند اختبار ثنائي الفينيل متعدد الكلور الملحوم لأول مرة ، لم ينجح شيء. لن تعرض الأنابيب أي شيء على الإطلاق (وصلت أجهزة فك التشفير إلى قيمة> 9) أو ستظل الأرقام العشوائية تعمل باستمرار أو تومض وتغلق ، وهو ما يبدو لطيفًا ولكنه غير مرغوب فيه في هذه الحالة.

في البداية ، ألقي باللوم على البرنامج. لذلك توصلت إلى جهاز اختبار Nixie هذا لـ Arduino (انظر الشكل 9.1).

يسمح لك هذا البرنامج النصي بإدخال عدد من دبوس GPIO (0-8) الذي تريد تغيير حالته. ثم يسأل عن الدولة. عند إدخال رقم التعريف الشخصي 9 ، تتم إعادة ضبط المزالج.

لذلك واصلت الاختبار وقمت بعمل جدول الحقيقة مع جميع المدخلات الممكنة لـ A و B و C و D. لقد لاحظت أن الأرقام 4 و 5 و 6 و 7 لا يمكن عرضها مع أي من الأنبوبين. بالإضافة إلى ذلك ، سوف يتفاعلون بشكل مختلف مع نفس مجموعة المدخلات.

كنت أحسب أنه لا بد من وجود مشكلة كهربائية أيضًا. لم أتمكن من العثور على أي مشاكل فنية في التصميم ، ولكن بعد ذلك فكرت في شيء تعلمته منذ وقت طويل (ولكن لم أواجه مشكلة منذ ذلك الحين): يمكن أن يكون Flux موصلًا. قد لا تكون هذه مشكلة بالنسبة للتطبيقات الرقمية ذات الجهد المنخفض المعتادة ، ولكن يبدو أنها كانت مشكلة هنا. لذلك قمت بتنظيف السبورة بالكحول وبعد ذلك تصرفت بشكل صحيح.

نوع من. شيء آخر لاحظته: الجزء الذي استخدمته في EAGLE عند إنشاء تخطيط PCB الخاص بي كان غير صحيح (على الأقل للأنابيب الخاصة بي). يبدو أن الأنابيب الخاصة بي لديها pinout مختلف.

فقط بعض الأشياء التي يجب وضعها في الاعتبار عندما لا تعمل دائرتك على الفور.

الخطوة 10: حالة مخصصة

بعد تسوية كل شيء آخر ، أردت بناء حالة لطيفة لإيواء دائري. لحسن الحظ ، كان لدي الكثير من الخشب المتبقي من مشروع الساعة الكلامية الخاص بي ، والذي أردت استخدامه لبناء شبكة من الداخل (انظر الشكل 10.1).

لقد قمت ببناء العلبة باستخدام القياسات التالية:

كمية	القياسات [مم]	وصف
6	40 × 125 × 5	الجانب السفلي ، العلوي ، الأمامي والخلفي
2	40 × 70 × 5	قطع جانبية صغيرة
2	10 × 70 × 10	القطع الهيكلية من الداخل (انظر الشكل 8).
2	10 × 70 × 5	القطع الهيكلية على الغطاء (انظر الشكل 11).

بعد قص القطع ، قمت بتجميعها معًا لإنشاء المربع الموضح في الشكل. 10.2.

يوضح الشكل 10.3 الحالة من زاوية مختلفة.

الجزء العلوي من العلبة هو نفسه تمامًا مثل الجزء السفلي ، فقط بدون الجدران وبأجزاء هيكلية أقل ارتفاعًا (انظر الشكل 10.4). يعمل كغطاء ويمكن خلعه لخدمة المكونات من الداخل. سيتم تثبيت PCB على الغطاء مع خروج الأنبوبين من العلبة.

بعد أن شعرت بالرضا عن كيفية ملاءمة كل شيء معًا ، قمت ببساطة بلصق جميع الأجزاء معًا وتركها تجف لبضع ساعات.

قد تتساءل ، كيف قمت بإصلاح ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الغطاء عندما لا توجد براغي ظاهرة في الأعلى. لقد قمت ببساطة بحفر ثقب للمسمار في الجزء الهيكلي للغطاء ، ثم قمت بعمل فتحة لتوصيل رأس المسمار (انظر الشكل 10.5).

الخطوة 11: الانتهاء من البناء

بعد تركيب ثنائي الفينيل متعدد الكلور الرئيسي على الغطاء ، كان لابد ببساطة من وضع جميع المكونات الأخرى في العلبة ، والتي يمكن رؤيتها في الشكل. 11.1.

كما ترون ، حاولت تنظيم الكابلات بشكل جيد قدر الإمكان وأعتقد أنها كانت جيدة إلى حد ما. كل شيء يناسب الهيكل بشكل جيد ، كما ترون في الشكل. 11.2.

أضفت أيضًا DC-Jack إلى العلبة (وأصبحت مجنونة قليلاً بالغراء الساخن هناك). ولكن بهذه الطريقة يمكن تشغيل مقياس الحرارة بأي شاحن هاتف عام وكابل مناسب. ومع ذلك ، يمكنك أيضًا إضافة بطارية 5 فولت ، إذا كنت تريد ذلك.

الخطوة 12: الأجزاء المستخدمة في هذا الهيكل

للإلكترونيات:

كمية	المنتج	سعر	تفاصيل
1	دهت -11	4, 19€	حصلت عليه من متجر باهظ الثمن. يمكنك الحصول عليها بأقل من 1 دولار من الصين.
2	CD4028BM	0, 81€	فك
2	74HCT00D	0, 48€	ناند
1	74HCT04D	0, 29€	العاكس
1	رأس دبوس	0, 21€	2X5 دبابيس
1	مأخذ المسمار	0, 35€	2 اتصالات
20	SMBTA42	0, 06€	npn- الترانزستور
20	SMD- المقاوم	0, 10€	120 ألف
2	74LS279N	1, 39€	يتخبط R / S-Flip
1	ثنائي الفينيل متعدد الكلور	4, 80€	أطلب هنا
2	في 14 نيكسيس	2, 00€
1	خطوة المتابعة المحول	6, 79€

ستحتاج أيضًا إلى نوع من المتحكم الدقيق. لقد استخدمت Arduino Pro Micro.

للحالة:

كمية	المنتج	سعر	تفاصيل
ن.	خشب	~2€	أنظر فوق
4	مسامير M3x16	0, 05€
4	المكسرات M3	0, 07€
1 زجاجة	غراء الخشب	1, 29€
1 علبة	طلاء الخشب	5, 79€

الخطوة 13: الخاتمة

أنا سعيد حقًا بنتيجة هذا البناء. لمرة واحدة تمكنت من قطع القطع الخشبية بدقة ولم أنس أيضًا تركيب ثقوب لثنائي الفينيل متعدد الكلور. وهي في الواقع تبدو رائعة أيضًا (انظر الشكل 13.1).

إلى جانب ذلك ، كان من المثير للاهتمام العمل مع الأنابيب والجهد العالي بشكل عام وهناك بعض الأشياء التي يجب مراعاتها عند القيام بذلك.

في الختام ، أود أن أقول إنه أمر جيد ، أن لدينا طرقًا أكثر ملاءمة لعرض الأرقام اليوم ولكن من ناحية أخرى لا يوجد شيء يمكن مقارنته بالتوهج والمظهر العام لأنابيب nixie ، والتي أستمتع حقًا بالنظر إليها ، خاصة ، عندما يحل الظلام (انظر الشكل 13.2).

آمل أن تكون قد أحببت هذه التعليمات. إذا قمت بذلك ، فتأكد من إلقاء نظرة على موقع الويب الخاص بي للحصول على مقالات ومشاريع أكثر إثارة للاهتمام!

الخطوة 14: السمات والمصادر والقراءات الإضافية

المزيد من القراءات MC34063 تفاصيل التطبيق - ti.comMC4x063 ورقة بيانات - ti.com برنامج تشغيل أنبوب Nixie IC - tubehobby.comDHT-11 مكتبة Arduino - arduino.ccA الترانزستور كمفتاح - petervis.com نظرية المقاوم الأساسي والصيغ والآلة الحاسبة عبر الإنترنت - petervis.com

مصادر الصور [الشكل. 1.1] أنابيب IN-14 Nixie ، coldwarcreations.com [الشكل. 2.1] دارة تصاعدية ، مرسومة ذاتيًا ولكنها مأخوذة من موقع ebay.com [الشكل. 6.1] مستشعر درجة الحرارة DHT-11 - tinytronics.nl