ساعت رومیزی با لامپ های زیبای نیکسی

مراحل ساخت

لینک ویدئو در آپارات https://www.aparat.com/v/eN9P0 این پروژه مربوط به ساخت یک ساعت دقیق با لامپ نیکسی است که دارای 6 رقم می باشد (ساعت، دقیقه و ثانیه). یک کلید سلکتور سه حالته تعبیه شده که می توان به وسیله آن حالت های نمایش ساعت و تاریخ، تایمر یک صدم ثانیه و دماسنج را انتخاب کرد. یک ماژول RTC (Real Time Clock) وظیفه نگه داری زمان دقیق را بعهده دارد. بطوریکه با قطع برق و یا خاموش شدن دستگاه، تنظیم ساعت و تاریخ حفظ می شود. با استفاده از یک سنسور مادون قرمز PIR هنگامی که کسی در مقابل دستگاه نباشد بعد از چند دقیقه لامپ ها بطور خودکار خاموش می شوند (برای طول عمر بیشتر لامپ ها). برای ساخت این پروژه شما نیاز به مهارت های الکترونیک در حد متوسط دارید. اخطار و توجه بسیار مهم: در این دستگاه ولتاژهای بالا تولید می شود که در صورت عدم توجه کافی، احتمال ایجاد شوک الکتریکی و یا صدمه به قطعات و دستگاه ها وجود دارد. قطعات مورد نیاز: لامپ نیکسی 6 عدد آی سی 74141 یا 7441 Arduino Pro Mini 555 IC 4098 IC RTC DS 3231 module LM35 7805 Regulator ترانزیستور MPSA42 شش عدد ترانزیستور MPSA92 شش عدد IRF740 MOSFET IRF540 MOSFET ترانزیستور BC547 مقاومت 22 کیلواهم 12 عدد مقاومت 22 کیلواهم 12 عدد مقاومت 10 کیلواهم 7 عدد مقاومت 1 مگااهم 7 عدد مقاومت 100 کیلواهم 1 عدد مقاومت 1کیلواهم 1 عدد مقاومت 220 کیلواهم 1عدد پتانسیومتر 1 کیلواهم دیود UF4004 سلف 100 میکروهانری 1 آمپر خازن 4.7uF 200 Volt خازن 10uF 25Volt خازن 220uF 25 Volt خازن 100nF خازن 100pF خازن 2.2nF کلید کشویی کلید سلکتور 3 حالته کلید فشاری 4 عدد فیبر سوراخدار پین هدر و فیش اتصال آداپتور و غیره برحسب نیاز تاریخچه: لامپ های نیکسی (Nixie tubes) در زمان قدیم و قبل از اختراع سون سگمنت برای نمایش اعداد به کار می رفتند. این لامپ ها شیشه ای و داخل آن ها خلأ است و درواقع یک لامپ نئون می باشد. هریک از اعداد 0 تا 9 بصورت یک کاتد این لامپ محسوب می شود. در هنگام اعمال ولتاژ بالا (حدود 180 ولت) کاتد مربوطه بصورت درخشان ظاهر می شود و عدد مورد نظر را نمایش می دهد. این لامپ ها بسیار زیبا هستند اما متأسفانه امروزه به سختی یافت می شوند، زیرا از حدود 50 سال قبل تولید آنها متوقف شده است. از طریق فروشگاه های آنلاین نظیر eBay و یا در ایران در سایت هایی نظیر دیوار و ... قابل خرید هستند. لامپ های مورد نیاز برای اجرای این پروژه را من از یک ماشین حساب قدیمی خراب و غیرقابل تعمیر خارج کردم. نکته جالب اینجاست که معمولا خرابی ماشین حساب ها مربوط به صفحه نمایش آن ها نیست! اما لامپ های مذکور به دلیل خوردگی شدید پین ها بعضا از محل اتصال به بدنه شیشه ای کنده شده بود که با لحیم کاری یک قطعه سیم به محل کنده شده ترمیم شد و سپس با چسب سیانوآکریلات (معروف به چسب MDF) محکم کاری گردید. لامپ های مذکور ساخت شرکت NEC با شماره LD955A بود اما می توان از هر نوع لامپ نیکسی دیگری نیز استفاده کرد، زیرا خصوصیات الکتریکی این لامپ ها تقریبا مشابه هم است. برای پیدا کردن پین های لامپ می توانید شماره لامپ را در اینترنت جستجو کنید. روش دیگر آن است که ولتاژ 180+ ولت را از طریق یک مقاومت 22 کیلواهم به پایه آند متصل کرده و سپس ولتاژ صفر ولت را به سایر پین ها متصل می کنیم. بدین ترتیب می توان متوجه شد که هر پین مربوط به چه عددی می باشد. من برای این پروژه فیبر مدار چاپی طراحی نکردم، زیرا هدف ساخت یک نمونه اولیه بود. اما در صورتی که مایل باشید می توانید فیبر مدار چاپی برای آن طراحی کنید. توضیح نقشه شماتیک دستگاه: لامپ های نیکسی را بصورت مولتی پلکس به هم متصل می کنیم (برای اینکه پین های خروجی مورد نیاز برای کنترل 6 رقم کاهش یابد. در غیر این صورت 6x10=60 پین لازم است که عملی نیست). مولتی پلکس کردن به این صورت است که پین های مربوط به عدد صفر تمام لامپ ها به هم متصل می شود و پین های مربوط به عدد 1 نیز به همین ترتیب به هم متصل می شوند و الی آخر. اما آندها بصورت جداگانه باقی می مانند. IC74141 (و یا 7441) یک IC مبدل BCD به دسیمال است که قادر به تحمل ولتاژهای بالا می باشد. باتوجه به اینکه لامپ ها مولتی پلکس شده اند، یک عدد IC74141 کافی است. IC مذکور راه اندازی کاتدها را به عهده دارد. برای راه اندازی آندها، برای هر لامپ دو ترانزیستور High voltage به کار رفته است (زیرا آردوئینو قادر به تحمل و کنترل ولتاژهای بالا نیست). برای نگه داشتن زمان و تاریخ در هنگام قطع جریان الکتریسیته، از یک ماژول RTC یا Real time clock استفاده شده است. در این ماژول یک باطری سکه ای 3 ولتی قرار دارد که می تواند زمان را با دقت بسیار زیادی برای مدت های طولانی (بیش از یک سال) نگه دارد. بعنوان سنسور PIR از یک ماژول کوچک به شماره SR505 استفاده شده است. این ماژول زمان تأخیر ثابت 8 ثانیه ای دارد که متأسفانه قابل تغییر هم نیست. ماژول های دیگری با زمان تأخیر قابل تنظیم وجود دارند اما تمام آن ها ابعاد بزرگی دارند که برای جای گذاری در این پروژه مناسب نبود. برای افزایش زمان تأخیر ماژول از 8 تانیه به 2 تا 3 دقیقه از یک مولتی ویبراتور مونواستابل به شماره 4098 استفاده کرده ام. ژنراتور High voltage با استفاده از یک IC555 بصورت اوسیلاتور و یک ترانزیستور MOSFET طراحی شده است. نحوه ساخت دستگاه: 1- برای نصب لامپ های نیکسی دقت کنید که همگی کاملا در یک خط قرار گیرند. بهتر است آن ها را بصورت گروه های دوتایی نزدیک به هم نصب کنید و همچنین تا حدودی آن ها را بصورت زاویه دار نصب کنید تا زاویه دید بهتری داشته باشند. 2- 6 لامپ نیکسی را با هم مولتی پلکس نمایید (پین های مشابه تمام لامپ ها را به هم وصل کنید بجز آندها). 3- مدار High voltage را مونتاژ کرده و ولتاژ خروجی آن را با استفاده از پتانسیومتر روی 170 تا 180 ولت تنظیم کنید. 4- لامپ های نیکسی را تست کرده و ترتیب پین های آن را مشخص نمائید (180+ ولت را با یک مقاومت 22 کیلو اهم به آند وصل کرده و صفر ولت را به تک تک پین ها متصل کرده و مشخص نمایید که هر پین مربوط به چه عددی می باشد.) 5- با اتصال ولتاژ به آندها و کاتدها مطمئن شوید سیم بندی ها به طرز صحیحی انجام شده است. 6- مدارات مربوط به ترانزیستورهای High voltage و IC74141 را مونتاژ نمایید. 7- با اتصال سطح منطقی صفر و یک (صفر ولت و 5 ولت) به ورودی های IC74141 و بیس ترانزیستورهای MPSA42 عملکرد تک تک رقم های هر لامپ را چک کنید. 8- برنامه Arduino Pro Mini را به آن منتقل نمایید. همانطور که می دانید این نوع از آردوینو قابل اتصال مستقیم به کامپیوتر نیست و برای این منظور باید از رابط مناسب استفاده کرد. روش انجام این کار در اینترنت قابل جستجو است. 9- آردوینو را متصل نمایید و مطمئن شوید لامپ ها به طرز صحیحی روشن می شود. 10- سایر مدارات شامل ماژول RTC، سنسور دما (LM35) و سنسور PIR و همچنین سایر قطعات و کلیدها و شاسی های فشاری را نصب نمایید. نحوه کار و تنظیمات دستگاه: 1- حالت TIME: در این حالت که حالت نرمال عملکرد دستگاه است زمان بصورت ساعت و دقیقه و ثانیه نمایش داده می شود. با فشردن دکمه DATE میتوان تاریخ را نمایش داد. چنانچه به مدت چند دقیقه کسی در مقابل ساعت نباشد (یا حرکت نکند) لامپ ها خاموش می شوند تا از کم شدن عمر لامپ ها جلوگیری شود اما در صورتی که مایل هستید لامپ ها بصورت یکسره روشن بمانند کلید SW1 را روشن نمایید. 2- حالت TIMER: اگر کلید سلکتور در وضعیت TIMER باشد، ابتدا باید با فشردن دکمه DATE تایمر را ریست کرده و سپس با فشردن همان دکمه عمل Start و Stop را انجام دهید. 3- حالت THERMOMETER: در این حالت دمای محیط برحسب درجه سانتی گراد نمایش داده می شود. 2 لامپ وسطی درجه را نشان می دهند و لامپی که در سمت راست آن ها قرار دارد دهم درجه را نشان می دهد. سایر لامپ ها در این حالت خاموش هستند. با توجه به اینکه لامپ ها بصورت گروه های دوتایی نصب شده اند، بنابراین نیازی به یک لامپ جداگانه بعنوان ممیز نیست. 4- نحوه تنظیم ساعت و تاریخ: در حالت TIME با فشردن و نگهداشتن دکمه Set Hour عدد مربوط به ساعت یکی یکی جلو می رود. برای تنظیم دقیقه نیز همین عمل را با دکمه Set Min انجام دهید. برای تنظیم ثانیه دکمه Set Sec را نگه دارید به نحوی که شمارش ثانیه ها متوقف شود. هرگاه ثانیه مورد نظر رسید دکمه را رها کنید. برای تنظیم تاریخ، دکمه DATE را با یک دست نگهداشته و سپس با استفاده از دکمه های Set Hour و Set Min و Set Sec تنظیمات سال و ماه و روز (میلادی) را انجام دهید.