radioplaatje

Welkom op Gloeidraad.nl

radioplaatje

Inhoud Artikelen

Artikelen


Een Microprocessorgestuurde Nixieklok

door Otto Tuil


Inleiding:

Enkele jaren geleden kocht ik een doos met allerlei buizen, waaronder enkele Nixiebuizen. Ik wilde er een toepassing voor zoeken en stuitte op het internet op tientallen ontwerpen voor digitale klokken met Nixiebuizen. Dat leek mij ook wel een leuke toepassing, maar door de vele andere bezigheden verdwenen de buizen spoedig weer in de vergetelijkheid. Totdat ik het idee kreeg om iets met PIC processors te gaan doen. Ik wilde al jaren iets meer van deze populaire processoren weten, en de beste mannier om daarvan kennis op te doen is er mee te gaan werken.
Mijn eisen aan het ontwerp waren:

- Besturing met een PIC microprocessor
- 24-uurs display met seconden weergave
- Twee alarmtijden (maakt de klok behalve leuk ook nuttig)
- Eenvoudig na te bouwen (dus geen moeilijk verkrijgbare componenten)
- Eenvoudig in bediening
- Stabiele tijdbasis
- Gering stroomverbruik
- Spaarstand om de Nixiebuizen te beschermen


De schakeling:

In figuur 1 is het schema van de besturing van de klok weergegeven. Het hart van de besturing wordt gevormd door de kleine PIC16F88 processor. (Er kan naar behoeven een nog kleiner en goedkoper type worden gebruikt, maar omdat ik de beschikking had over dit type heb ik deze maar gebruikt). Het RS232 gedeelte is niet noodzakelijk voor de klok, maar was tijdens de ontwikkeling in gebruik om het programma in de PIC te laden. Bij gebruik van een aparte programmer kan dat gedeelte worden weggelaten. De aansturing van de Nixiebuizen gaat via J3. Hiervoor wordt een serieel protocol gebruikt. Als tijdbasis wordt de 50Hz van het lichtnet gebruikt. De lichtnetfrequentie is tegenwoordig zeer nauwkeurig, zodat het geschikt is als tijdbasis. Verder is PZ1 de buzzer voor de wektonen. Tenslotte de schakeling rond IC2: Dit is een geluidsdetector. Als microfoon kan een kleine microfoon uit een oude mobiele telefoon worden gebruikt. Als het geluid in de kamer waar de klok staat boven een door R22 ingesteld niveau (bijvoorbeeld een klap in de handen, of een luide stem) komt branden de Nixiebuizen. Blijft het geluid laag (bijvoorbeeld als er niemand in het vertrek is, of 's nachts) dan zal het programma in de PIC processor de Nixiebuizen na 1 à 2 minuten uitschakelen, om zo de levensduur van de Nixiebuizen te verlengen.

schema besturing

Figuur 1: Besturing van de Nixieklok (klik op afbeelding voor volledig formaat).


In figuur 2 is het schema van voeding weergegeven. Voor de 5 volt voor besturing wordt gebruik gemaakt van een standaard lineaire regelaar. Voor de hoogspanning voor de Nixiebuizen wordt gebruik gemaakt van een serieschakeling van drie kleine 24 volts trafo's. De hiermee verkregen 72 volts wisselspanning wordt doormiddel van een spanningsverdubbelaar omgezet in 170 à 180 Volt gelijkspanning. Omdat het stroomverbruik van de Nixiebuizen laag is, is deze oplossing door toepassing van goedkope printtrafo's goedkoper en energiezuiniger dan een schakelende voeding.

schema voeding

Figuur 2: Voeding voor besturing (klik op afbeelding voor volledig formaat).


In figuur 3 is de aansturing van de Nixiebuizen weergegeven. De door de PIC opgewekte seriële bitstroom wordt in zes 74HC595 schuifregisters geschoven. Elk serieel bit komt overeen met één cijfer uit één van de Nixiebuizen resp. één van de neonlampjes voor de scheidingstekens en de alarm-aanduiding. Welk bit in de schuifregisters overeenkomt met welke cijfer of neonlampje is uiteindelijk bepaald door de lay-out van de print. Die is zo gekozen dat er op een enkelzijdige print zo weinig mogelijk draadbruggen nodig zijn. De aansluiting lijkt zo een rommelpot, maar voor de software is het een peulenschil om de bits in de goede volgorde te zetten. Zodra alle 48 bits in het schuifregister zijn geladen worden de bits op de overeenkomstige uitgangen gezet met het STRB (strobe) signaal. De uitgangen sturen de MPSA42 hoogspanningstransistors aan die op hun beurt met één cijfer van de Nixiebuizen of met een neonlamp is verbonden.

schema's

Figuur 3: Aansturing Nixiebuizen (klik op afbeelding voor volledig formaat).


Op omgekeerde wijze worden de knoppen voor de bediening uitgelezen. Met het signaal STRB wordt de status van de knoppen in het schuifregister U7 geladen. Via het seriële protocol wordt de status van elke knop door de microprocessor ingelezen. De software in de microprocessor zorgt voor de anti-dender.

schema's

Figuur 4: Uitlezen bediening (klik op afbeelding voor volledig formaat).


De opbouw:

De schakeling is overgezet op twee enkelzijdige printplaten (lay-out gratis verkrijgbaar bij de auteur). Hieronder zijn de twee printplaten afgebeeld:

Print besturing


Print-display

Het lastigst zijn de voeten voor de Nixiebuizen. Na wat vruchteloos te hebben geëxperimenteerd met buisvoeten, zag ik op internet een tip om daarvoor afgedankte female D-connectoren voor te gebruiken. De pennen van de buizen passen precies in de busjes:


Dconn-voetjes


Dconn-voetjes Dconn-voetjes


De software:

Volgt later...


Bediening:

Volgt later...


Veel Succes,
Otto Tuil

Update 24 maart 2007