Нумитроны
Нумитроны представляют собой особый тип лампы, используемый для отображения данных (аналогично лампам Nixie и VFD).
В истории нумитроны появились в течение короткого периода после эры ламп Nixie. Однако они производились за относительно короткое время, поэтому в настоящее время они не очень популярны. Основным производителем нумитронов была американская компания RCA (Radio Corporation of America), но были и советские версии (ИВ9, IVT3), которые сейчас более доступны. Большинство нумитронов имеют 7 сегментов и точку, расположенную аналогично современным светодиодным дисплеям (фото 1).
Принцип работы напоминает лампу или нити накала. Каждый сегмент состоит из волокна из металла с высокой температурой плавления, которое под действием протекающего через него тока начинает светиться. Интенсивность освещения определяется током, протекающим через это волокно. Слишком большой может повредить лампу (прожечь волокно, аналогично лампочке).
Обычно волокно numitron светится мягким оранжевым светом, благодаря чему его можно использовать дольше, в отличие от ламп накаливания, задача которых состоит в том, чтобы излучать как можно большее количество света при гораздо более высокой температуре. Большим преимуществом нумитронов является низкое напряжение питания (обычно в диапазоне 3-7 В) и небольшой ток, потребляемый сегментом, поэтому управлять ими можно очень простым способом (даже напрямую с помощью микроконтроллера, хотя использование транзисторных ключей является лучшим решением) и приятным цветом сегмента.
Понятно, что у нумитронов нет выделенного анода и катода, поэтому традиционное мультиплексирование с использованием ключей не работает должным образом (выпрямительный диод добавляется в каждый сегмент или они управляются статически). Из-за низкого напряжения питания, проекты с использованием нумитронов не нуждаются в преобразователях и безопасны для пользователя.
Работа схемы
Принципиальная схема термометра показана на рисунке 1. Микросхема U2 представляет собой микроконтроллер ATLiny2313, работающий на внутреннем RC-генераторе с частотой 1 МГц.
R1 подтягивает вывод RESET к +Ucc,так что микроконтроллер не сбрасывается помехами во время работы.
Конденсаторы C1 и C2 фильтруют напряжение для микроконтроллера.
Для измерения температуры использовался цифровой датчик DS18B20, обеспечивающий измерения в диапазоне от –55 до 125°С с максимальным разрешением 12 бит. Для отображения температуры использовались советские нумитроны IV9 (ИB9), показанные на фото 2.
Управление лампами осуществлялось статическим способом.
Из-за малой нагрузочной способности выходов микроконтроллера используются микросхемы ULN2803, содержащие восемь инверторов на биполярных транзисторах с открытым коллектором.
Резисторы R3-R16 ограничивают ток нумитронов до 15 мА на сегмент.
Программа для микроконтроллера написана в BASCOM AVR. Исходный код представлен
в листинге 1 (также находится в архиве).
Программа в главном цикле вызывает подпрограмму измерения температуры и после получения результатов решает, являются ли загруженные данные правильными - для нужд проекта проверяется условие, находится ли измеренная температура в расширенном диапазоне гипотетически считываемых температур дома. Значение температуры округляется и преобразуется в код BCD для разделения на две цифры. Все операции преобразования температуры основаны на битовых сдвигах.
Дробная часть получается в результате операции остатка от деления и округляется в соответствии с обязательными математическими правилами.
Изготовление термометра...
не должно вызвать больших затруднении. Расположение элементов показано на рис.2, а печатная плата в формате Sprint-Layout 6.0 находится в архиве.
Чтобы запрограммировать микроконтроллер, загрузите файл wsad.hex (в архиве) во флэш-память микроконтроллера, используя любой программатор для микроконтроллеров AVR.
Фузы изменять не надо ... используются по умолчанию. Собраный без ошибок на исправных компонентах термометр не требует калибровки и готов к работе. Питать его можно от 5В адаптера.
На рисунке 4 показан термометр во время работы.
Материал взят из журнала Elektronika dla Wszystkich за 2015.09
