[文長多圖注意]自製真空管(輝光管)時鐘

繼之前的自製等離子喇叭之後，這次要來分享這台自製的輝光管時鐘

文章結構：
前言
顯示單元
高壓電源
陰極整合
陰極驅動電路
陽極驅動電路
低壓電源
RTC時鐘晶片
Arduino Nano
附加功能
最後修飾與完結
結尾

前言：

　　這台時鐘一定可以在桌上搞出來，不需要什麼太專業的工具，因為它是用搭棚的。
　　真空管時鐘其實真正的名字叫做輝光管時鐘，英文又叫做"Nixie Clock"，輝光管其實就是大顆的霓虹燈泡"Nixie"，那這管子為何常常被叫成真空管時鐘？
　　這就要回朔一下歷史了：在半導體尚未生出來之前，電子產品都是以真空管做成的，就是一根玻璃管，裡面的結構會因為功能不同而有所異，輝光管在那個時代被設計來做為顯示用，其實現在的玩家大多也還是拿來顯示用，基本上就是這樣，詳細的內容可以參考維基百科。

先來看一下成品圖吧：






至於這台管鐘究竟是如何誕生的呢？就讓我娓娓道來：

一、顯示單元
　　說白了就是輝光管本體，我們可以把輝光管當成一顆有10個負極的LED來看，每個負極依序代表0到9這10個數字，也就是說接上正極後，管子會隨著我們導通不同的負極就會亮不同的數字。
　　本次使用的輝光管是IN-14及IN-16這兩種，都是焊線式的又是二手管，勢必需要好好整理一下了：

其實這跟輝光管應該是要長在PCB板上面的，我就不會洗板子，所以為了搭棚方便就把所有接線整理成排針型態。


二、高壓電源
　　網路上大多是使用MC34063的升壓電路，大家都這樣用，那我也就直接給他套用了下去，這次的電路是參考這位玩家的文章：
笨鳥慢飛：令人著迷的Nixie Clock 製作(一)
　　這次我打算把這台時鐘以工業風的方式呈現，所以才想要做成立體的樣子，至於為何會長這樣，其實也沒什麼原因，完成之後就長這樣我也沒辦法(直覺駕馭中)：



有了管子跟電源，應該來測試一下。


三、陰極整合
　　確定可以發光之後，就可以整合一下這些管子了，由於本次採用的IC(稍後會做說明)之故，我分別把時、分、秒的十位數跟個位數分別串在一起：



接著固定到底板上，順便上電測試一下。


做一些外表的修飾是一定要的，管子部分我做了完全沒有支撐功能的支架，排線則是配上管線槽。



四、陰極驅動電路
　　陰極驅動電路主要是為了降低IC的腳位需求，如果用10個腳位控制0到9的發亮太煩躁了，而且還要加上十位數跟個位數分別控制，如果真的是這樣我早退縮了，後來參考了下面這篇文章：
DRIVING TWO NIXIE TUBES WITH AN ARDUINO VIA A SHIFT REGISTER AND TWO SN74141S.
　　三根腳控制所有陰極，多麼超值阿，文章裡面高壓陰極部分使用的是SN74141這塊晶片，而我則是用K155ID1這塊晶片，兩個完全通用，也都是俄羅斯來的喔：


與顯示單元結合順便用Arduino測試一下。



五、陽極驅動電路
　　陽極驅動電路是為了讓時、分、秒可以分開顯示，不然陰極全部串在一起數字永遠不會變；也是參考同一位作者的文章：
笨鳥慢飛：令人著迷的Nixie Clock 製作(二)
　　我總共設置了五組驅動，分別是時、分、秒以及兩個冒號的上下兩排：



做到這裡我才發現忘記裝冒號了...，趕快補上，我直接用霓虹燈泡做，因為這次的電源是直流電，所以霓虹燈泡的燈絲只會亮一邊。


把五組陽極驅動串在一起。


最後把它配得像管路一樣，並且跟管子連接。



然後把所有控制線一起拉成一個端子。


六、低壓電源
　　做到這裡高壓的部份就算完成了，接著就是Arduino以及其他晶片的部份，這IC都是5V供電所以是時候把電源的部份裝到底板上了，分別是以MC34063做的12V轉188V高壓電源以及LM-2576(5V)的12V轉5V3A穩壓電路，高壓電源先前已提過在此不贅述，低壓電源的部份其實不難，因為他的Datasheet上面就有基本的應用電路了，把高低壓組合在一起並安裝：



七、RTC時鐘晶片
　　顧名思義就是一顆小時鐘的意思，因為第一次做跟時鐘相關的作品，所以選了最普通的DS1302，還有許多型號例如：簡單的DS1307、DS3231到GPS時鐘都有，DS1302這顆晶片是用I2C的方式通訊，初始化設定好時間之後就會一直跑下去直到沒電，因為本身附有一顆鈕扣電池，所以管鐘斷電也不會停止：



八、Arduino Nano
　　整台機子的核心就在這裡，輝光管的數字變化、RTC時鐘的資訊取得及使用者互動的功能都要由這塊板子負責，值得慶幸的是可以直接買現成的Arduino Nano安裝，當然也可以把Arduino Nano上不必要的部分移除來簡化體積，但是因為Arduino Nano的大小剛好讓我發揮所以就不土砲了，硬體的部分沒什麼問題，腳位的設定都在軟體編譯的部份處理：



九、附加功能
　　附加功能這個部份呢，主要是因為當初在配置Arduino Nano的腳位時發現還有滿多空著的腳位，所以就想空想縫弄了兩個功能下去，分別是控制按鈕跟裝飾照明：

上面的壓動按鈕配上下面編碼按鈕結合成互動媒介，包含日期時間切換、計時模式、設定模式、待機模式及3種數字變換模式。


總覺得輝光管的光芒應該要配上一點鎢絲光才有感覺，所以又加了幾顆小燈泡跟控制漸亮漸暗的電晶體上去。



十、最後修飾與完結
　　修飾的部分主要就是一些小細節、防止短路、底座製作及噴漆等等的工作，畢竟這台是用紙做的，噴個保護漆讓他長壽一點：

噴漆前的包覆，主要是怕漆料噴上去會霧霧的，所以把玻璃管都包了起來，還有Arduino Nano接腳的部份也要注意。


來個迷人的後背照。


結尾：
　　我想圖文就到這裡吧，因為剩下的就是無止境的程式編譯了，仔細算了一下程式編譯實際花了我大約8至12小時左右，寫程式就是很妙，想不到就永遠寫不出來，有時真的是靈光乍現，早知道也不要多放那些附加功能來找自己麻煩這樣，不過寫完確實成就感翻倍；這部份寫來無趣、棄之可惜，稍微提一下，畢竟這部份也不容易，最後附上夜間的運作美照做為這次文章的結尾吧！
　　感謝各位看官耐心地觀看。(2018.03.15)