Luego de haber conocido, en una entrega anterior, a estas sofisticadas lámparas de neón, en este artículo veremos todo el desarrollo de construcción de un reloj con tubos NIXIE (Nixie Clock) funcional y con la máxima exactitud disponible, en su forma más sencilla. Contemplaremos muchos aspectos de diseño con el objeto de lograr un aparato pequeño, de correcto funcionamiento e intentando realizar un trabajo agradable a la vista, cuidando detalles estéticos y de buen gusto. ¿Deseabas construir un reloj de este estilo y nunca encontrabas el camino de inicio? Aquí, en NeoTeo te guiaremos para que puedas lograrlo. ¡Vamos!
Durante los primeros días de imaginación acerca de cómo podría ser nuestro reloj NIXIE, tuvimos en mente muchas ideas (algunas muy locas) hasta que al final la medida y la cordura privaron por sobre las ganas, el deseo y la imaginación de cualquier trasnocho. Una de las cosas que queremos comentar en este espacio es el motivo que nos impulsó a llevar adelante la idea que tuvimos y dejamos de lado otras opciones que podrían haber sido más elaboradas (electrónicamente hablando) y más ricas en prestaciones. Nuestro objetivo era (y es, por supuesto) lograr un reloj de tubos NIXIE que pudiera (o pudiese) ser construido por cualquier persona con conocimientos básicos, que al menos sepa leer e interpretar un esquema y construir un PCB. Eso implicaba algunas limitaciones que, al final del razonamiento, comprendimos que, según nuestro humilde criterio, resultaron ser correctas, apropiadas y prudentes.
Por ejemplo, podríamos haber construido un reloj despertador, con alarma y radio FM, operado por un PIC 18F25K20 programado en Amicus (software libre), un DS1307 o (mejor aún) un DS1337C y un receptor FM basado en un TDA7000. Todas cosas ya vistas en NeoTeo que se fusionarían en una aplicación. Un reproductor de audio MP3 podría haber sido otra opción válida. Por supuesto, un microcontrolador con RTC incorporado sería otra posibilidad más eficiente y así la escalada tecnológica de opciones se hace cada vez más alta.
Sin embargo, esta primera idea ya tiene múltiples inconvenientes a enumerar:
- No todos saben programar microcontroladores.
- No todos tienen a un 18F25K20 u otros microcontroladores.
- No todos tienen un programador de microcontroladores.
- No todos saben lo que es un microcontrolador.
- No todos tienen a un DS1037 o DS1337C (Este último trae alarmas, cristal incorporado y todo lo necesario para construir un reloj completo)
- No todos consiguen de manera sencilla un TDA7000
A esta buena cantidad de limitaciones, agregamos una de las más importantes: quizá sólo quieras un reloj que indique la hora. Pensando en todos los que no podrían tener conocimientos, posibilidades técnicas, ni deseos de trabajar en un montaje tan complejo, decidimos construir sólo eso: un reloj de tubos NIXIE. La más sencilla de todas las opciones, para que luego tú, si deseas expandir el desarrollo a un sistema que sea capaz de correr un programa y además de despertarte en la mañana te haga el desayuno; “sea una opción de tu agrado y no una obligación del diseño original”. Diseño que, como te dijimos, quizás nunca llegues a completar por falta de materiales.
Utilizar microcontroladores es una alternativa moderna que nos ofrece múltiples opciones, pero requiere de herramientas y conocimientos que no cualquiera posee. Utilizar cualquier circuito clásico, de los que abundan en la web, basados en circuitos lógicos TTL y/o CMOS tradicionales, es una alternativa que puede incluir a mayor cantidad de lectores y todos, desde el primero al último, podremos lograr lo que deseamos desde el inicio.
El circuito empleado es uno de los más llamativos por su simpleza y fácil razonamiento. Utilizando cualquier buscador lo encontrarás de manera muy rápida y lo identificarás al instante por la particularidad de estar dibujado a mano. Nosotros decidimos trasladar todo a una serie de circuitos hechos del modo en que siempre te presentamos los trabajos en NeoTeo y quizás lo notes o veas diferente, pero si lo observas bien, con detenimiento, es el mismo circuito dibujado “a mano alzada” que circula por toda la web desde hace años y del que te agregamos el enlace al final del artículo.
En el artículo anterior, te habíamos mostrado las opciones que podíamos utilizar para alcanzar la tensión útil de ánodo, necesaria para el funcionamiento de las lámparas (o voltios). Luego de algunas propuestas, arribamos a la posibilidad de utilizar un “Plan B” con transformadores convencionales. Como suele ocurrir, nos vimos obligados a apelar a un “Plan C” ejecutado en función de los transformadores que tuvimos a nuestro alcance, sin necesidad de salir a comprar nada específico. Con sólo un par de cálculos arribamos a la conclusión de obtener una tensión útil y apropiada para nuestros tubos.
A partir de nuestra idea, tú podrás mejorarla, optimizarla, ampliarla e instalarla en el gabinete más apropiado que encuentres para la construcción de este reloj de tubos NIXIE. Nosotros hemos preparado una galería de imágenes (encontrarás el enlace a Picasa al pié del artículo) que recopilamos a lo largo de la fabricación de esta verdadera pieza de colección.
Por razones de espacio lo hemos dividido en varias partes para que, además de ser más sencilla su interpretación, puedas idear a tu gusto y posibilidad la forma más adecuada de construir el/los PCB necesarios para su implementación. Esto significa que en este artículo no te diremos de qué tamaño es la caja o receptáculo que deberás comprar, sino que te mostraremos el nuestro. Tú podrás mejorar, optimizar y adaptarlo.
Luego de esto y una vez que nos decidimos por el circuito a utilizar, comenzó la preparación del diagrama de bloques del desarrollo. Desde el generador de reloj, que sería un generador de impulsos de un ciclo por segundo, hasta los tubos NIXIE. Como sólo disponíamos de cuatro tubos, la decisión fue utilizar una sencilla lámpara de neón como segundero, centrada en los dígitos que indicarían las horas y los minutos.
Luego de armar la lista de circuitos integrados con el 7410, los 7490, 7492 y 74141 decidimos ir a la tienda de compras y nos encontramos con la desagradable sorpresa de que el 74141 estaba en faltante. La opción rápida y eficaz fue utilizar un CD4028 junto con un pequeño transistor en cada salida, como se muestra en el esquema. En nuestro caso, la opción fue el C2482, aunque en el circuito se pueden ver muchos reemplazos posibles.
El 74141 es un IC diseñado específicamente para trabajar con tubos NIXIE y se conecta a sus cátodos de forma directa; en cambio, el CD4028, aunque cumple la misma función, no puede manejar los mismos valores de tensión y corriente. Por ello, debimos agregar un adaptador (buffer) para poder utilizar estos circuitos integrados. Si consigues los 74141, tendrás menos problemas para diseñar el PCB; de lo contrario, aquí te mostramos cómo resolverlo usando transistores NPN y resistencias.
La fuente de 5Volts no tuvo mayores inconvenientes, salvo la necesidad de separarla de la fuente de 150V – 170V debido a limitaciones de espacio. Se utilizan dos diodos (D4 y D5) que conectan el circuito para transformar los semi-ciclos rectificados de 50Hz en 100 ciclos, que luego se dividen para obtener 1Hz; este es uno de los puntos destacados del montaje.
Cualquiera que haya montado un RTC con un DS1307 (u otro) sabe lo complejo que es mantener la hora ajustada por al menos una semana. Pueden existir detalles mínimos que provoquen desviaciones en la frecuencia de 1Hz. Si decides construir tu reloj NIXIE con un DS1307, ten en cuenta este detalle; si es posible, ensaya con un DS1337C que ya incluye cristal y permite programar alarmas.
El contador es sencillo: se utiliza la base de 1Hz acumulando 10 ciclos en el primer SN7490. Estos 10 ciclos generan un impulso que se suma en el SN7492. Al llegar a 5 impulsos de 10 segundos y desbordar al sexto (de 59 a 60), la dupla de circuitos reinicia su cuenta desde cero, mientras que el desborde de la salida Qc envía el impulso al siguiente conjunto que cuenta los minutos.
Las salidas binarias de estos contadores (7490 y 7492) se envían a los conversores CD4028, ubicados en la placa de los tubos NIXIE. El último conjunto (el dúo de la izquierda) repite la misma acción desbordando al llegar al número 13 (es decir, contará hasta las 12:59) y reiniciará desde la hora 01, por lo que este reloj nunca indicará la hora cero. Si la red es de 60Hz, se debe modificar el divisor de frecuencias, usando un SN7492 en lugar de un SN7490 para obtener 10 ciclos y luego dividir por 10 para alcanzar 1Hz, como se muestra en el diagrama.
De este modo, logramos explicar todo el funcionamiento del reloj de tubos NIXIE que hemos construido. No se adjuntan los PDF de los PCB, ya que el resultado no fue tan satisfactorio como hubiéramos deseado.
De todos modos, hay imágenes que pueden ser útiles para apreciar nuestro trabajo y para que inicies el tuyo de manera similar (o no) cuando decidas abordar el proyecto. Toda la etapa de mecanizado se refleja en la galería de imágenes, y se muestran los espacios reducidos a los que estuvimos sometidos durante el montaje. Antes de finalizar, se realizaron ensayos para detectar fallas o faltas constructivas.
Un problema de diseño original, que nos llevó más de tres días completos de trabajo, provocaba que los minutos avanzaran cada 30 segundos. Tras una exhaustiva revisión del circuito, PCB, componentes y formas de onda observadas en el osciloscopio, estuvimos al borde del abismo por no encontrar la causa del fallo. Una simple observación con sentido común nos ayudó a detectar el error, y el reloj comenzó a funcionar de manera correcta y precisa.
Si observan el circuito original, en el enlace que dejamos abajo, notarán (además de los cambios en la generación de la base de tiempos) el cambio de valores de dos componentes insignificantes, que jamás harían pensar que la falla se originaba allí. Interpretando un error del dibujante original, pudimos solucionar el problema y comenzar a disfrutar de este magnífico aparato. Tenga cuidado: los capacitores (o condensadores) de acoplamiento entre bloques de cuenta no son de 47nF, sino de 4,7nF. Un detalle que casi nos enloquece.
Sin dudas, este reloj de tubos NIXIE es una de las maravillas tecnológicas construidas en NeoTeo. No por utilizar nanotubos de carbono, ni el FPGA más veloz del mundo, ni el microcontrolador que estrenó hace unos días Microchip, sino por su belleza, por su irable e inexplicable belleza. Muchos opinarán que es solo un adorno, pero construirlo y superarlo es una experiencia inolvidable. ¿Ya tienes pensado construir uno? ¿Qué diseño utilizarás? ¿Ya tienes el tuyo? ¡Queremos verlo!
Cómo se extraña al viejo Mario Guillote vale... sus proyectos de electrónica :'(
Excelente trabajo!, tengo 6 tubos nixie ZM1136A y me gustaria hacer el reloj, tal vez le agregue los digitos para los segundos. No puedo acceder al link de los esquemas y tampoco al de las imagenes, veo que estos se publicó hace muchos años. Seria posible que revises los links?. Gracias!
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