今更のNixie tube(1)

2021年10月16日

Nixie tube といえば

NixieTubeといえば、ゲーム系の某アニメの世界線どこメーターや

某有名歌手グループの某CDカバーだったり

に使われているあれです。

企画としては２月に１０連休とったけど、非常事態宣言下でどこにも行けず暇なのでやった次第。
その後、設計してある程度手を付けてしばらく塩漬けにして、
今年二度目の宣言で再トライ。
せっかくなので、記録を残しておきます。

今回つくるものと現況

すでに様々な方が取り組まれていますが、
４桁を表示させたいと思います。
回路図は参考になったサイトとほぼ同構成です。というか最小限のコストでやるならこの構成になります
もちろん、各種部品は適合させる必要あります。

要件として、①数字さえ表示できればよい。②大きいのは嫌だ＋別に6桁もいらない。③ダイバー○ェンスメーターくらいのサイズ感。

設計と部品

頑張って書こうと思ったのですが、CADは未経験。fritzingもなんだか使いこなせない。。。ということで完全手書きです

ポイントとしては、

  • Nixietubeはどれも入力170V前後
    • 通常ではむりなので、昇圧回路で頑張ってあげる
  • 1ICでは1つのNixieTubeを点灯できる
    • 高速に各電灯に異なった値を表示させるためにDynamic表示させる
    • フォトカプラで表示ON/OFFを制御
    • フォトカプラはを使用
    • ICはK155ID1を使用
  • 制御はラズパイのGPIOで制御
    • ラズパイ3.3VでK1551D1はinput 5Vなのでレベル変換にトランジスタ使います
    • トランジスタは2sc1815使用しました。

というところでしょうか。

Nixie tube調達

IN14を使用しました。ebayではいっぱいありました。中古品なら１００個入り！てたたき売りしていたですが、100個もいらんし、どうせなら新品ということで6個購入

僕が買ったときは$89(=1600円 per item )でバリ高いのですが、現在ではなぜかハイパーインフレしてますね。

追跡履歴が面白かったのですが、いつの間にか消えてスクショ忘れていたので残念。
ロシアのChelyabinskというそこそこ大きな街から来たようです。到着まで１ヶ月かかりました。
主にロシア税関に時間取られてました。

ロシアからの輸入なんぞ初めてで、いっぱいロシア語書いてあるとテンション上がりますね

これでは葦が伸びた状態でくるので、回路につけるために、以下をオプションでこうにゅうしました。

端子ですね。これは中国深センから

ブレッドボードにつける用。文字が書いてあると便利。これはイギリスから
スクショはｘ４ですが、６つ購入

ちなみに当初は日本への発送がなぜreject されていたので、negoりました。そういうこともある。

これらを組み合わせて基盤に付けます。

nixie tubeのデータシートは日本で販売取り扱いしているサイトで提供していましたので、使わせていただきました。

Nixie tubeのICを調達

しらべたところ、K155ID1というものしか無いようです。代替品もあるようですが、どちらも日本には無いのでてまとしては同じです。
先のnixieと同じsupplierから調達です。

こちらのデータシートはこちらから、このvccはラズパイから供給します。

電源調達

170v　昇圧　などと調べると、nixietube光らせたい人がいっぱい投稿しています。
みんなaitendoのDCDCコンバーター使っているよう。
難しい仕組みではなさそうですが、ミスって予期しないことになるノは嫌なので購入。

部品だけ送られてくるので、組みたては自分スタイル。ちなみに僕は抵抗の種類間違えて付けてかつ上手く取れず、、抵抗だけ購入し直しました。

ちなみにこの昇圧回路の電源は2.2Vなので、秋月で投げ売りされてたACDC電源アダプタ＋千石でDCジャックでつなぎました。

フォトカプラ

フォトカプラはスイッチとして用います。Dynamic出力では電灯を高速にON/OFF切り替えるので
電灯の数だけ必要。こちらは千石で購入しました

170V/2.5mAがCollector−Emitterに流れるので、ソレに対応できるものを選択する必要があります。
探したところ、XXXXXがあったのでこちらを使います。

フォトカプラへからの出力電流を考慮して、XXXXｋΩにしたが、なんか上手く行かず、結局XXXXkΩを抵抗として採用

トランジスタ

トランジスタは3.3 to 5Vのレベル変換です。こちら特に意識せずLチカ定番の2sc1815を使用
千石で購入

トランジスタ使うので、入力と出力で電圧は反転します。

オプション

購入したnixietubeブレッドボード接続基盤の仕様とか、Raspiに繋ぐとか色々考えて、ジャンプワイヤー＋ジャンプワイヤの先端とったやつ(=圧着用)を多様しました。

0-9までの各線をICに繋ぐのが手間なのでシール配線も駆使して手間を省きます。

ちなみにですが、今回錫メッキではなく、ハンダメッキ線使ってみました。評判はいいらしいですが、正直違いがあんまり、、、

組み立てる

いったんテスト

一応、nixietubeと電源さえこれだでも光るので、光らせます。

IN14は2.5~3.5mAなので、170V目標として割ると、40~70kΩだろうと思いましたが
上手く光らず恐る恐る抵抗を下げ、抵抗20kΩ(10*2。22k手元にはなかった)で光りました、
なお、接続は単純にAnode->R->(+), (9)->(-)です。

ちゃんと光ってくれました。
170V流れている足に手首触れて若干感電しました。気をつけましょう。
人間が耐えられる基準は電圧よりも電流に依存するので、今回は2.5mAなのでギリセーフ。

0-9までを光らせる

次に、１個だけですが0-9をいっぱい付けてみます。

ラズパイの出番です。とはいっても、6つのピンを頑張って指してプログラム組むだけ
使用したコードは以下です。これは２桁表示用です。

https://github.com/tanico-rikudo/raspi4/blob/master/nixie/nixie.ipynb

ポイントは

  • K1551ID1のデータシートをもとに、ABCDの入力を操作し、0-9を表現させるコード
    • なのでさほどむずくはないが、トランジスタによってH/Lが逆転しているのでデータシートを鵜呑みにしない

で、ラズパイとトランジスタとICとnixieをつなげて、、、
(インスタ用拝借なので、謎の文言付き。)

2桁を表示してみる。

nixieを増殖させます。ここからフォトカプラの出番です
先程のコードをよく見るとD1,D2がいて、高速に切り替えています。
ポイントは

  • D1,D2の点灯ONOFF制御。
    • 点灯時間0.08sec。長いと切り替えているのがバレる。短いと点灯しきらずじまいで何表示しているか分からない
    • 点灯後に0.002sec。これは電圧降下時間。違う桁の数値が浮かび出る現象(いわゆるゴースト現象)を避けるべく、何も表示しない時間を設定
      • 当然一桁だとこの問題はない。
    • 今回は２桁なので、適宜考慮する。

ここはtry-errorですね。設計はできないです。

ちょっと雰囲気出すために、暗くしてみた

うん。いい感じ

raspik1551ID1, nixie, raspi

Posted by tanico.rikudo