Nixie klok, de zoveelste

tmdr

Golden Member

Voor de kerstvakantie had ik een leuk project nodig, dus heb ik besloten om een Nixie klok te gaan maken. Lekker cliché. Inmiddels heb ik zes IN-14 nixies besteld, zes keer K1551D1 en een converter die van mijn 12v input 180v output (weet nog niet precies hoeveel volt, maar hij is regelbaar) maakt. Verder heb ik hier nog een zooi Arduino Pro Mini's liggen, een RTC module en wat Bluetooth modules (voor het aansturen en instellen van de tijd via telefoon). Het wordt dus een soort kruising van de "goede oude techniek" met moderne Bluetooth en een iOS app.

Het stukje Arduino / RTC / BT is geen probleem voor mij, evenals de software. Echter is dit soort high-voltage elektronica nieuw voor mij. Gelukkig heeft mijn vader daar redelijk wat verstand van, dus wordt het een project voor ons twee. Ik kan niet wachten tot alles binnen is en de kerst nadert!

Waar ik mee zit, is dat ik nu een PCB probeer te ontwerpen in Fritzing. Dat PCB wil ik zelf gaan etsen. Ook dat is voor mij de eerste keer. Mijn vader heeft dat gelukkig al honderden keren gedaan in de jaren 70. Ik doe het digitaal, waar hij het destijds met een permanente marker deed. Nu bij het breadboarden loop ik al direct vast. Ik heb vanzelfsprekend maar een beperkt aantal pins op mijn Arduino (een Mega gaat niet passen). Daarom heb ik eens uitgezocht of de K1551D1 nixie drivers te gebruiken zijn met shift registers (74HC595N). Ik heb hier een Instructable voor gevonden, maar hier word ik niet heel veel wijzer van. Ik kan niet goed vinden wat de pinout is van de K1151D1. Ook weet ik niet zo snel hoe ik precies de circuits aan elkaar kan hangen (5v voor Arduino + shift registers en 180v). Ik durf met mijn basale kennis te zeggen dat de shift bit registers niet meer dan 5v gaan aankunnen.

Dus concluderend mijn vragen:
- Wat is de pinout van de drivers en wat doen ze nou werkelijk? Ik heb gelezen dat ze nodig zijn, maar weet niet goed waar ze voor dienen en hoe ze aan te sturen zijn.
- Waar komt het hoge voltage in te spel? Dit zal pas "achter" de shift registers zijn neem ik aan..
(... en nog een hoop meer vragen, dat komt later)

Graag hoor ik van jullie experts hoe en wat. Ook algemene tips wat betreft Nixies zijn natuurlijk welkom, I'm a firsttimer!

Dank.

Je noemt twee verschillende, maar ik vermoed een Russische 74141-variant (datasheet). Dat is een BCD-DEC decoder met open-collector outputs voor vrij hoge spanning, die inderdaad direct nixies kan sturen. Let op, de plek van de voeding is bij deze chip niet standaard.
Hoe je het al dan niet via een schuifregister aansluit rolt bij mij vrij uitgebreid uit Google. Zoeken op 'open collector' geeft aanvullende informatie over hoe de hoogspannings-stroomkring loopt.

Ik heb één ervaring met Fritzing, en heb toen de conclusie getrokken dat het een prima programma is voor b.v. breadboard "schema's" met een paar componenten bij een beginners-tutorial, maar totaal ongeschikt voor grotere projecten.
Als het 'open en free' moet hoor ik positieve geluiden over KiCad, maar hier heb ik geen ervaring mee.
Voor een one-off met een paar IC's zou ik het overigens gewoon op gaatjesprint bouwen.

Algemene tip: Nixies hebben een beperkte levensduur. Ik heb mijn eigen Velleman-bouwpakketje daarom voorzien van een display on/off schakelaar en zet hem alleen aan als er daadwerkelijk naar gekeken wordt. Ze zijn na jaren nog als nieuw :)

[Bericht gewijzigd door Aart op zondag 13 december 2015 11:58:31 (11%)

Tidak Ada

Golden Member

Hier de complete datasheet van de K1551D1 :):

Het activeren van de hoogspanning van de nixies zou je met PIR- of een benaderingsschakelaar kunnen doen...

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - †
RAAF12

Golden Member

Op 13 december 2015 11:20:51 schreef tmdr:
- Wat is de pinout van de drivers en wat doen ze nou werkelijk? Ik heb gelezen dat ze nodig zijn, maar weet niet goed waar ze voor dienen en hoe ze aan te sturen zijn.
- Waar komt het hoge voltage in te spel? Dit zal pas "achter" de shift registers zijn neem ik aan..
(... en nog een hoop meer vragen, dat komt later)

Bij mijn ZM1000 nixie's:
130V via een 27k weerstand naar de anode. De 0-9 cijfer kathode's worden door de driver naar massa geschakeld. Dat is een SN74141, een nixie driver die hoge spanning mag schakelen. Die rus is een vervanger voor het origineel.

tmdr

Golden Member

Dit is mijn schema tot nu toe:

Vanaf de shift registers heb ik lijnen getrokken naar de drivers, maar hoe ik verder moet weet ik niet.

@RAAF12: wat moet ik doen om de drivers correct op de massa aan te sluiten? Nu hebben ze namelijk nog geen massa.

@Aart: Heb even gezocht op open collector en dan vind ik wel zoiets:

Maar dan moet ik dus voor 6 tubes * 10 kathodes = 60 weerstand (10k) en 60 transistoren (dat zijn het toch?) plaatsen?

Dit is mijn "referentie" geweest tot nu toe:
http://www.instructables.com/id/Driving-two-Nixie-tubes-with-an-Arduin…
Ook al snap ik daar iets te weinig van moet ik eerlijk zeggen. Vanaf de twee drivers zie ik geen lijntjes getekend naar (een) ground. Kan ook mijn weinig kennis zijn, maar volgens mij is dat schema gewoon niet af. Bovendien worden daar twee nixies aangestuurd zonder een zooi transistoren.

Edit:
Dat Nixies een beperkt leven hebben was al duidelijk. Ik heb overal iBeacons geplaatst in huis, die houden de telefoons in de gaten. Als er dus een telefoon in de buurt is wil ik de klok aanzetten. Of althans, de tubes aanzetten. Misschien dat ik dit nog op een andere manier ga doen. Eventueel, wanneer mogelijk en wanneer het de levensduur positief beïnvloed wil ik afhankelijk van het omgevingslicht de tubes dimmen. Maar dat is puur een gek idee en nu nog niet aan de orde.

[Bericht gewijzigd door tmdr op maandag 14 december 2015 09:39:24 (21%)

Omdat alle IC's in een digitale schakeling gewoonlijk aan dezelfde V+ en GND hangen is men nogal eens creatief met het aanduien en/of weglaten van de voedingsspaning. Pinnen 5 & 12 staan hier in het symbool getekent en zitten met labels aan gnd/+5.

In dit geval is het wel slordig, ook al omdat het een beginners tutorial is.
Plaats overigens ook wat ontkoppeling, een paar 100n over de voeding van de IC's en 10 uF op ieder boardje.

De 74141's hebben zelf een open collector uitgang. De GND van +5 en V++ is dus gedeeld.

tmdr

Golden Member

Ik denk dat ik je uitleg tot nu toe voor een groot deel snap.

http://circuits.datasheetdir.com/255/SN74141-pinout.jpg
Ik neem aan dat ik die pinout van de 74141 aan kan houden voor de K1551D1. Dan schakel ik gewoon wat daar staat met Vcc naar +5v van de Arduino en GND naar de GND van de Arduino. Of moet ik juist hier al iets doen met het hoge voltage?

tmdr

Golden Member

Inmiddels heb ik dit schema gevonden:

Dat lijkt meer op wat ik wil. Het invoegen van de shift registers is geen moeilijke klus. Wel een vereiste omdat ik een andere MCU gebruik met minder pins.
Ik snap alleen niet waar de aanduiding RHDP voor staat in het schema op de nixies. Moet die voor elke nixie aangesloten worden?
En ik begrijp ook niet waar de PNP transistor en de 10k weerstand aan gekoppeld worden op de MCU.

Wat ik een heel mooi project vind is dit:
http://www.instructables.com/id/simple-user-adjustable-DIY-Nixie-Clock…

In stap 1 legt de schrijver uit dat hij gebruik maakt van multiplexing en daardoor met slechts één driver uit de voeten kan. Dit lijkt me een geweldig idee, echter snap ik dan niet meer zo goed hoe en wat.

Ik denk dat die extra aansluitingen en tor voor een decimale punt zijn.

Als je wilt multiplexen kun je ook kijken naar het schema in de gebruiksaanwijzing van de Velleman-kit:
http://www.allspectrum.com/store/manuals/illustrated_assembly_manual_k…

Hier gebruikt men in plaats van een driver overigens losse torren, ook voor de onderkant.

tmdr

Golden Member

En een "tor" is dan jargon voor een transistor als ik het een beetje kan plaatsen?

Ik denk dat ik dan toch maar de aandacht ga richten op zes drivers. Om te multiplexen moet ik nog een hele zwik onderdelen bestellen.

Volgens mij gaat die extra aansluiting niet naar een decimale punt.
Hier komt het schema vandaan:
https://neon1.net/nixieclock/

RAAF12

Golden Member

RHDP staat voor right hand dec point. Dus rechts van het cijfer. Is wel handig als de uren/minuten/seconden/ nixies op vaste afstand naast elkaar staan opgesteld. Dat leest beter af. In de sheet staat wel hoeveel stroom er mag lopen. Ik had iets van 47k gebruikt. Evt hoger als de punt te fel schijnt.

Algemene tip: Nixies hebben een beperkte levensduur

Mijn ervaring met de IN-14 Nixies is heel wisselend.
Sommige blijken binnen 2 jaar dood, terwijl andere nu inmiddels 6 jaar volop doorgaan.

Een belangrijke factor in de levensduur blijkt de hoeveelheid kwik die men toegevoegd heeft, dit varieert nog we eens….
De buisjes die naast de oranje gloed ook een wat blauwige gloed geven hebben veel kwik "aan boord" en gaan hier dus al ruim 6 jaar mee, iets om op te letten.

Ook de stroomsterkte is belangrijk, te hoog is slecht, maar te laag zeker ook (kathode vergiftiging)

Tidak Ada

Golden Member

Op 14 december 2015 21:23:32 schreef minimax:
[...]Ook de stroomsterkte is belangrijk, te hoog is slecht, maar te laag zeker ook (kathode vergiftiging)

Dat geldt vooral bij langdurige stilstand of het niet gebruiken van alle cijfers *). Het is daarom beter om de buisjes (bijvoorbeeld 's-nachts) een paar minuten een aantal cycli te laten tellen. Dat is gemakkelijk te doen met een µP gestuurde klok, maar moeilijker als je met BCD-tellers werkt.

De niet gebruikte cijfers worden dan bedekt met een isolerend laagje, door verdamping van de coating van de werkende cijfers. Die worden immers warm, terwijl de gedoofde cijfers koud blijven....

Hier een beschrijving van af het internet:

http://www.tube-tester.com/sites/nixie/different/cathode%20poisoning/c…

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - †
tmdr

Golden Member

Goed nieuws, gisteren ben ik deze tegen gekomen:
http://scott-bot.com/nixie-bot/

Dit is eigenlijk exact wat ik wil. Aan het schema dat op de pagina staat heb ik heel veel. Toch heb ik een aantal vragen.

1. Wat stelt een pijltje voor? Wat stelt een rondje voor? Waarom gaan twee poorten naar GND?
2. Wat is dit?
3. Dit lijkt me een zelfgebouwde 5V regulator? Klopt dat? Waarom? De Arduino Pro Mini heeft zelf een regulator aan boord, die, wanneer Vin op de RAW pin wordt aangesloten van (max.) 12v het voltage terugbrengt naar 5v voor de Arduino, die vervolgens opgepikt kan worden uit de Vcc pin. Wat is J2 in deze tekening?
4. Vin is de + van de (5v - 12v voeding, extern, niet de Vcc van de Arduino natuurlijk)? V+ is 170v dat richting de V+ van de Nixies gaat? En GND is de shared GND samen met de Arduino en de externe voeding? Did I get that all right?
5. Wat moet dit voorstellen? Gewoon opvulling?

Wat betreft de levensduur. Dit is denk ik iets waar ik later pas mee ga spelen. Tenzij jullie echt tips hebben die ik al op dit moment, dus in het schema, moet implementeren. Dan hoor ik het natuurlijk héél graag.
Een kleine routine die van 0 tot en met 9 telt elke nacht is natuurlijk zo geïmplementeerd. Voor zo ver ik kan lezen is het "perfecte voltage" een kwestie van even zoeken en testen. Right?

Tidak Ada

Golden Member

Misschien nog een tip:
Voor de scheiding tussen uren en minuten en tussen minuten en seconden worden vaak kleine neonlampjes gebruikt. Die kun je in een klein parfum proefflesje (buisvormig) monteren in verband met veiligheid. Ook worden als noodmaatregel oranje LED's gebruikt.
Mij schiet net te binnen, dat je die neonlampjes eventueel ook achter een lichtgeleider voor LED's kunt plaatsen. Je zou er misschien eentje kunne vinden die twee uiteinden heeft, zodat je de bekende dubbele punt kunt vormen.
De neonlampjes/LED's laat je dan middels een secondepuls knipperen.

Rommelige werkplek? In de natuur is wanorde de meest stabiele toestand; de entropie is dan maximaal. Het handhaven van "orde" kost daarom altijd energie. ----> TUBE COLLECTORS ASSOCIATION - †

Dit zijn eigenlijk meer niet aan Nixie klokken gerelateerde schema-lees vragen die hier op Co ook wel te vinden moeten zijn. Maar in het kort:

1. Dat zijn labels/ symbolen voor netten. Alle pijltjes met "+5V" zitten aan elkaar, alle gelijke GND symbolen zitten aan elkaar etc.
2. Ik vermoed de montagegaten, zij hebben op de print een ring die je elektrisch ergens aan kunt verbinden, om dat te kunnen ontwerpen in een programma waarin schema en printontwerp gekoppeld zijn moeten ze ook in het schema zichtbaar zijn. Dat het er niet duidelijk bij staat is imo slordigheid van de ontwerper.
3. De regulator op de 'mini is lineair en kan maar een beperkte dissipatie verwerken. Ik geloof direct dat zes van die antieke drivers bij een 12V ruwe voeding hier overheen zouden gaan. J2 is een DC jack.
4. Ja, zie ook 1.
5. Dit zijn de voedingsspannigsaansluitingen van de drivers. Het is in meerdere opzichten wat slordig; in ieder geval hadden de componentnummers er bij moeten staan, maar ik vind ook dat je in één schema beter consequent kunt zijn en of alles op deze manier tekenen of alle voeding aan de IC symbolen vast.
Hier speelt mee dat de goede verstaander er wel doorheen kijkt, en dat de Eagle libraries niet erg samenhangend zijn dus dat het meestal meer werk is het zelf netjes te maken.

Als het werkt werkt het, maar ik zou voor de zekerheid wat extra voedingsontkoppeling en IIC pullups op de print plaatsen.

tmdr

Golden Member

Afgelopen week ben ik iets wat druk geweest. Het is weer weekend dus tijd om te knutselen. Heerlijk.

Ik ben van plan om vanmiddag een test printje te etsen. Gewoon iets kleins dat, als het lukt, nog bruikbaar is ook. Heb met Fritzing een ontwerp gemaakt en het lijkt netjes. Heb gekeken naar andere software, maar het is voor mij allemaal óf te ingewikkeld als beginner, of werkt vreselijk op Mac.

Nu heb ik nog een vraag voor ik begin. Op internet (http://www.newtone-online.nl/?Zelf_printjes_maken:Fase_1_layout_maken bijv.) lees ik dat een print gewoon af te drukken is op fotopapier. Kan ik hiervoor standaard fotopapier gebruiken zoals ze hier schrijven, of moet ik daarvoor toch echt iets speciaals hebben? Want dan ga ik dat zo nog even halen.

Ik heb er zin in!

Hmm. Ik heb precies gedaan wat in deze uitleg staat, maar de inkt hecht totaal niet aan het koper. Heb een inktjet printer gebruikt en normaal "glossy" fotopapier. Doe ik nog iets verkeerd?

[Bericht gewijzigd door Henry S. op dinsdag 9 februari 2016 19:36:43 (15%)

Arco

Special Member

Met een inkjet printer gaat het ook niet. Moet een toner printer (laser) zijn...

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com
tmdr

Golden Member

Ah okee!
Vandaar dus. Dan ga ik het even met een laserprinter printen. Bedankt.

tmdr

Golden Member

Zojuist zijn de tubes binnen gekomen. Vanavond testen of ze werken.
Weet iemand hoe ik de datum code kan lezen?
Er staat op "03 86" en met een vage bedrukking "okt 4". Nu weet ik niet wat wat is.

tmdr

Golden Member

Na veel gedoe met copyshops die niet op "echt" fotopapier kunnen printen heb ik een mooie laserprinter op de kop getikt via MP. Zojuist een printje gestreken, met een super resultaat. De 1200dpi van de printer is top, haarscherpe lijnen op het printje. Nu heb ik wel iets anders. Als het printje even droogt komt er een soort witte gloed over de toner. Dit is volgens mij wat rest van het papier. Ook krijg ik bij sommige holes een soort gloed die ik met de hand niet weg krijg. Is dat een kwestie van langer in water laten liggen of maakt dat niet uit voor het etsen?

De witte gloed zijn nog wat papier vezels.
Kan geen kwaad, gewoon etsen :-)

tmdr

Golden Member

Ik heb vandaag gewerkt aan mijn PCB layout. Ik vind het enorm lastig omdat ik slechts een PCB kan maken met één koper laag. Het aansluiten van de Nixies op de drivers is daarom een enorm gefriemel. Zie hier:

De bovenste vier verbindingen gaan naar de shift registers. Vcc en GND zitten nog niet aangesloten bij de drivers, dat doe ik met een paar bruggen aan de niet-koper-kant van het PCB. Zelfde geldt voor de anode van de Nixie..

Ik heb zo'n vermoeden dat het heel lastig zal zijn om dit netjes te etsen en te solderen. Kunnen jullie mij tips geven op dit gebied?
Tevens, heb ik te moeilijk zitten denken of zijn er betere routes?

Arco

Special Member

Ik zou toch voor een dubbelzijdige print gaan, is ook veel steviger. (die iele eilandjes bij de nixies liggen er bij de minste beweging van de buis af)

Arco - "Simplicity is a prerequisite for reliability" - hard-, firm-, en software ontwikkeling: www.arcovox.com