Náramkové hodinky Nixietube: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Minulý rok som sa nechal inšpirovať hodinami Nixitube. Myslím, že vzhľad Nixietubes je taký pekný. Uvažoval som o implementácii do štýlových hodiniek s inteligentnými funkciami.

Krok 1: Prototyp so štyrmi rúrkami

Začal som vytvorením elektronickej schémy pre hodinky so štyrmi trubicami. Ako študent elektroniky som vyvíjal elektroniku niekoľko mesiacov.

Najprv je potrebné navrhnúť napájací zdroj. Začal som kúpou vopred pripraveného napájacieho zdroja s prepínačom v režime 170 V z webu, pretože som nevedel, ako navrhnúť napájací zdroj, ktorý dokáže pre elektrónky prevádzať 4,2 V DC z batérie na 170 V DC. Vopred vyrobená jednotka napájania mala účinnosť 86%.

Po obdržaní napájacieho zdroja som začal skúmať, ako ovládať Nixietubes. Nixietubes som dostal tam, kde sú bežné anódové trubice, čo znamená, že keď na anódu vložíte 170 V DC a na katódu GND, trubica bude svietiť. Na obmedzenie prúdu tečúceho rúrkou musí byť pred anódu umiestnený odpor. Spôsobuje, že prúd je obmedzený na 1 mA na trubicu. Na ovládanie rôznych číslic. Použil som posuvné registre vysokého napätia. Tieto integrované obvody je možné ovládať akýmkoľvek mikrořadičom.

Pretože som veľkým fanúšikom IoT (internet vecí). Rozhodol som sa použiť modul ESP32 a chcel som získať aktuálny čas z internetu prostredníctvom WiFi. Nakoniec som synchronizoval RTC (hodiny v reálnom čase) s internetovým časom. Umožňuje mi šetriť energiou a mať vždy čas po ruke aj bez prístupu na internet.

Premýšľal som o spôsoboch, ako skontrolovať čas, a prišiel som na to pomocou akcelerometra, ktorý som používal na sledovanie pohybu zápästia. Keď otočím zápästím, aby som mohol čítať čas. Hodinky sa spustia a ukážu mi to.

Implementoval som tiež tri dotykom aktivované tlačidlá, aby som mohol vytvoriť jednoduchú ponuku, v ktorej by som mohol nastaviť rôzne funkcie.

Dve RGB LED diódy museli trubiciam poskytnúť peknú zadnú žiaru.

Tiež som premýšľal o spôsobe nabíjania batérie. Preto som prišiel s jeho nabíjaním pomocou modulu bezdrôtovej nabíjačky QI. Tento modul mi poskytol výstup 5V. Tento modul zapojený do nabíjacieho obvodu mi umožnil nabiť malú 300 mAh batériu.

Keď bol elektronický návrh pripravený a všetky subobvody, ktoré boli testované, začal som navrhovať dosku plošných spojov (PCB). Robil som makety s papierom a časťami (obrázok 1). Meranie šírky, výšky a dĺžky každého komponentu bolo namáhavým procesom. Po týždňoch navrhovania a rozloženia DPS boli objednaní a odoslaní mi. (obrázok 2).

V každom kroku som vytvoril testovacie programy pre každú časť hodiniek. Takto je možné konečný softvér ľahko skopírovať dohromady.

Spájkovanie každého komponentu sa mohlo začať a trvalo mi to asi deň.

Testovanie a zostavenie celých hodiniek (obrázok 3, 4, 5, 6, 7) Fungovalo to.

3D vytlačil som puzdro na hodinky a nakoniec som zistil, že sú hodinky príliš veľké. Preto som sa rozhodol vytvoriť nový a hodinky so štyrmi trubicami som urobil prototypom.

Krok 2: Nový dizajn

Keďže sa mi hodinky so štyrmi trubicami zdali príliš veľké, začal som zmenšovať dizajn elektroniky. Najprv použitím iba dvoch skúmaviek namiesto štyroch. Za druhé, použitím menších komponentov a vytvorením vlastného zosilňovača 170 V od začiatku. Samotná implementácia ESP32 MCU (jednotka mikroovládača) namiesto použitia modulu tiež značne zmenšila dizajn.

Pomocou počítačového softvéru pre 3D návrh (obrázok 1) som navrhol puzdro a všetky elektrické súčiastky úhľadne zmestil dovnútra. Rozdelením elektroniky na tri dosky som mohol efektívnejšie využiť priestor vo vnútri skrinky.

Nová elektronika, ktorá bola navrhnutá:

-Vybral si nový energeticky účinnejší akcelerometer.

-Vymenené dotykové tlačidlá pre viacpolohový prepínač.

-Použil nový nabíjací obvod.

-Zmenil som bezdrôtové nabíjanie na nabíjanie cez USB, pretože som chcel hliníkové puzdro.

-Na ďalšie šetrenie energie bol použitý procesor s nízkym výkonom.

-Vybral novú LED diódu na pozadí.

-Na sledovanie stavu batérie ste použili integrovaný merač batérie.

Krok 3: Zostavenie elektroniky

Po mesiacoch navrhovania nových hodiniek bolo možné ich aj zostaviť. Na spájkovanie malých integrovaných obvodov som použil niekoľko nástrojov dostupných v mojej škole (obrázok 4). Trvalo mi to niekoľko dní, pretože som narazil na nejaké problémy, ale nakoniec mi začala fungovať elektronika (obrázok 5).

Krok 4: Navrhovanie puzdra

Skriňu som navrhol súbežne s návrhom elektroniky. Zakaždým, keď v počítačovom softvéri 3D skontrolujete, či sa všetky súčasti hodia. Pred CNC (počítačovým numerickým riadením) frézovaním puzdra bol vyrobený 3D tlačený prototyp, aby sa ubezpečil, že všetko sedí. (Obrázok 1, 2)

Potom, čo bol návrh puzdra hotový a elektronika fungovala, začal som skúmať, ako musia byť naprogramované CNC stroje (obrázok 3). S programovaním CNC stroja mi pomohol môj priateľ, ktorý má znalosti o CNC frézovaní. Frézovanie sa teda mohlo začať. (Obrázok 4)

Po dokončení frézovania som skriňu dokončil vŕtaním otvorov a leštením puzdra. Všetko správne zapadlo na prvý krát. (Obrázok 5, 6, 7)

Navrhol som západku pre akrylové okno. Západka však bola odfrézovaná náhodou. Laserovou rezačkou som vyrezal okno z akrylu, ktorý bol prilepený k hornej časti hodiniek (obrázok 9).

Krok 5: Softvér a aplikácia

Ovládač na hodinkách v podstate celý čas spí, aby šetril energiu. Nízkoenergetický procesor číta každých niekoľko milisekúnd akcelerometer a kontroluje, či je moje zápästie otočené. Iba keď je otočený, prebudí hlavný procesor a z RTC získa čas a na tubách krátko ukáže hodiny a potom minúty.

Hlavný procesor tiež kontroluje proces nabíjania, kontroluje prichádzajúce pripojenia Bluetooth, kontroluje stav tlačidla vstupu a podľa toho reaguje.

Ak používateľ s hodinkami ďalej nereaguje, hlavný procesor opäť prejde do režimu spánku.

V rámci mojej štúdie sme museli vytvoriť aplikáciu. A tak ma napadlo vytvoriť aplikáciu pre hodinky nixie. Aplikácia bola napísaná v jazyku xamarin z jazyka Microsoft je C#.

Aplikáciu som bohužiaľ musel vytvoriť v holandčine. V zásade však existuje karta pripojenia, ktorá zobrazuje nájdené hodinky nixie (obrázok 1). Potom sa stiahnu nastavenia z hodiniek. Tieto nastavenia sú uložené v hodinkách. Karta na manuálnu alebo automatickú synchronizáciu času získaním času zo smartfónu (obrázok 2). Karta na zmenu nastavení hodiniek (obrázok 5). A v neposlednom rade karta stavu, ktorá zobrazuje stav batérie. (Obrázok 6)

Krok 6: Vlastnosti a dojem

Vlastnosti hodiniek:

- Dve malé nixie trubice typu z5900m.

- Presné hodiny v reálnom čase.

- Výpočty ukázali, že 350 hodín v pohotovostnom režime je ľahko dosiahnuteľné.

- Bluetooth na ovládanie nastavení a nastavenie času na hodinkách, ako aj na zobrazenie stavu batérie.

- Niektoré nastavenia Bluetooth zahŕňajú: Zapnutie/Vypnutie animácie, Manuálne alebo akcelerometrické spúšťanie elektrónok, Zapnutie/Vypnutie LED diódy. Programovateľné tlačidlo na sledovanie teploty percenta batérie.

- akcelerometer na spustenie trubice pri otočení zápästia

- 300 mAh batéria

- RGB LED na rôzne účely.

- IC batériový plynomer na presné monitorovanie stavu batérie.

- micro USB na nabíjanie batérie

- Jedno viacsmerové tlačidlo na spustenie, pripojenie Bluetooth a programovateľné tlačidlo na čítanie teploty alebo stav batérie, manuálne nastavenie času.

- CNC frézovaný kryt z hliníka.

- Akrylové okno na ochranu

- Telefónna aplikácia Bluetooth.

- Voliteľná synchronizácia času cez WiFi.

- Voliteľný vibračný motorček na indikáciu upozornení zo smartfónu ako Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Najprv sa zobrazia hodiny a potom minúty.

Softvér pre MCU na hodinkách je napísaný v jazyku C ++, C a assembler.

Softvér pre aplikáciu je napísaný v jazyku xamarin C#.

Prvá cena v súťaži Wearables