Orologio/Timer/Termometro Nixie a 6 cifre: 4 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo progetto riguarda un orologio preciso a 6 cifre con tubi NIXIE.

Con un selettore che puoi scegliere tra modalità ORA (e data), modalità TIMER (con precisione di 0,01 sec) e modalità TERMOMETRO.

Un modulo RTC mantiene la data e l'ora tramite una batteria interna.

Viene fornito un sensore PIR per spegnere il display quando nessuno si muove davanti all'orologio per alcuni minuti.

Si prega di notare che, per questo progetto, è necessario disporre di competenze elettroniche da minime a moderate.

Dichiarazione di non responsabilità/ AVVISO:

Questo circuito produce alta tensione che può causare scosse elettriche e/o danni all'apparecchiatura.

Forniture

Componenti elettronici:

1. Tubi Nixie (6)
2. 74141 o 7441 IC (1)
3. Arduino Pro Mini (1)
4. 555 CI (1)
5. 4098 CI (1)
6. Modulo RTC DS 3231 (1)
7. LM35 (1)
8. 7805 Regolatore (1)
9. Transistor MPSA42 (6)
10. Transistor MPSA92 (6)
11. MOSFET IRF740 (1)
12. MOSFET IRF540 (1)
13. Transistor BC547 (1)
14. Resistenza 22 K (12)
15. Resistenza 10K (7)
16. Resistenza da 1 M (7)
17. Resistenza da 100 K (1)
18. Resistenza 1K (1)
19. Resistenza da 2,2 K (1)
20. Resistenza da 220 K (1)
21. Potenziometro 1 K (1)
22. Diodo UF4004 (1)
23. Induttanza 100uH 1A (1)
24. Condensatore 4.7uF 200 Volt (1)
25. Condensatore 10uF 25 Volt (1)
26. Condensatore 220uF 25 Volt (1)
27. Condensatore 100nF (1)
28. Condensatore 100pF (1)
29. Condensatore 2.2nF (1)
30. Interruttore ON/OFF (1)
31. Selettore a 3 stati (1)
32. Pulsante (4)
33. Jack adattatore (1)
34. Adattatore da muro da 9 volt (1)
35. PCB multiuso, intestazioni pin, ecc. secondo necessità

Passaggio 1: informazioni sui tubi Nixie

I tubi Nixie erano un display standard per i numeri, prima dell'invenzione dei sette segmenti. Sono essenzialmente tubi a vuoto al neon e ogni cifra è un catodo del tubo, che si illumina al momento della connessione ad alta tensione.

Sembrano molto belli, ma sfortunatamente sono difficili da trovare in questi giorni. Sebbene siano ancora disponibili nei negozi online come ebay ecc.

Ho recuperato 12 simpatici Nixies da una vecchia calcolatrice che non funzionava. Nella maggior parte dei casi, il display di una calcolatrice non è la parte danneggiata:)

Nel mio caso i perni metallici erano gravemente corrosi e alcuni di essi si erano staccati dal punto di connessione al vetro! Ho saldato un filo fino alla punta e l'ho fissato con colla cianoacrilica (1, 2, 3).

I miei tubi Nixie erano NEC LD955A. Puoi usare qualsiasi tubo nixie che riesci a trovare e le specifiche elettriche sono perfettamente simili. Puoi trovare il pinout cercando il numero del tubo in Internet, oppure puoi trovare i pin applicando 180 volt CC ai pin. Il pin comune, (Anodo) deve essere collegato a +180 v e ciascuno degli altri pin è collegato a massa, tramite un resistore da 2,2 K. Annotare il numero pin e la cifra corrispondente che viene visualizzata.

Non ho progettato un PCB, perché intendevo realizzare un prototipo. Inoltre, non sono riuscito a trovare l'impronta dei tubi nixie. Quindi ho usato una tavola multiuso. Puoi progettare un PCB se vuoi.

Passaggio 2: descrizione schematica

I tubi nixie sono multiplexati, per ridurre i pin necessari per il funzionamento a 6 cifre. L'IC 74141 (o 7441) è un convertitore da BCD a decimale in grado di gestire l'alta tensione. Un 74141 in abbastanza, perché i tubi sono multiplexati. Questo circuito integrato guida i catodi.

Per pilotare gli anodi, ho usato due transistor ad alta tensione per cifra (ovviamente l'Arduino non può gestire 180 volt!)

Per mantenere l'ora in caso di interruzione dell'alimentazione, ho utilizzato un modulo RTC (orologio in tempo reale) che utilizza una batteria al litio da 3V. Manterrà l'ora e la data in modo molto preciso per molto tempo, forse più di 1 anno.

Per il sensore PIR, ho usato un modulo minuscolo (SR505). Sfortunatamente, questo modulo trattiene il segnale in uscita per soli 8 secondi, il che non è sufficiente a mio parere. Ho preferito che questa volta fosse di circa 2-3 minuti. I moduli PIR che hanno un ritardo regolabile, sono più grandi e non si adattano al mio design compatto. Quindi ho aggiunto un multivibratore monostabile (CD4098) per allungare il ritardo.

Il generatore di alta tensione utilizza un oscillatore 555 e un transistor MOSFET.

Passaggio 3: note di montaggio

1) Assemblare il circuito alta tensione e regolare la tensione a 170-180 Volt tramite il potenziometro.

2) Prova i tubi nixie e trova il loro pinout. (+180 V con un resistore da 22k in serie all'anodo, mettere a terra gli altri pin di uno)

3) Collegare insieme i pin simili dei tubi (eccetto gli anodi) per il multiplexing.

4) Testare il cablaggio applicando alta tensione a ciascun anodo e catodo.

5) Assemblare i transistor ad alta tensione e l'IC 74141.

6) Testare il circuito applicando livelli logici alti o bassi (0 e +5v) agli ingressi di 74141 e base dei transistor MPSA42, ogni cifra del tubo corrispondente dovrebbe accendersi.

7) Programma l'Arduino pro mini.

Come forse saprai, Arduino pro mini necessita di un'interfaccia speciale per essere collegato al computer. Puoi trovare le istruzioni corrette in Internet.

8) Collega l'Arduino. Quando i tubi hanno dimostrato di funzionare correttamente, è possibile procedere con l'aggiunta del modulo RTC, del sensore di temperatura LM35, del sensore PIR e degli interruttori, pulsanti ecc.

Ho installato i tubi nixie in tre gruppi di due (per ore, minuti e secondi), quindi non è stato necessario aggiungere una lampada separatrice.

Prova ad allineare con cura i tubi a bordo per avere un bell'aspetto. Puoi inclinare i tubi per avere un buon angolo di visuale.

Passaggio 4: Guida per l'utente

1) Modalità TIME: durante il normale funzionamento, viene visualizzata l'ora. Se nessuno è presente (e si muove) davanti all'orologio, le lampade si spegneranno dopo circa 2 minuti, per allungare la vita dei tubi.

Accendendo l'interruttore SW1, è possibile bypassare il sensore PIR in modo che i tubi rimangano accesi permanentemente.

Nella modalità TIME, la data può essere visualizzata premendo il pulsante "Date".

2) Modalità TIMER: Se il selettore è in modalità TIMER, è necessario premere prima il pulsante "Data" per azzerare il timer. Questo pulsante agisce anche per l'avvio/arresto del timer.

3) Modalità TERMOMETRO: La modalità termometro può essere selezionata tramite il selettore. In questa modalità, la temperatura ambiente viene visualizzata in gradi Celsius. Ai tubi centrali verranno mostrati i gradi e il tubo successivo a destra mostra un decimo di grado. Poiché le cifre sono assemblate in gruppi di due, non è necessario un punto decimale. Le altre cifre rimangono OFF in modalità termometro.

(Se vuoi che la temperatura sia visualizzata in gradi Fahrenheit, dovresti cambiare il programma di Arduino di conseguenza. Puoi trovare il pezzo di programma per questo scopo su Internet.)

4) Come impostare data e ora:

Nella modalità TIME, tieni premuto il pulsante "Set Hour". L'ora avanzerà di una ogni secondo. La regolazione dei minuti avviene esattamente come le ore premendo il pulsante "Set Min".

Per regolare i secondi premere e tenere premuto il pulsante "Set Sec"; il contatore dei secondi smetterà di contare. Quando viene raggiunto il tempo desiderato, rilasciare questo pulsante.

Per impostare la data, tenere premuto il pulsante "Date" con una mano e premere i pulsanti "Set Hour", "Set Min" e "Set Sec" per regolare anno, mese e giorno come desiderato.