Nixie Tube Watch: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Začiatkom tohto roka som postavil hodinky, aby som zistil, či dokážem vyrobiť niečo funkčné. Mal som 3 hlavné požiadavky na dizajn

1. Dodržujte presný čas
2. Majte batériu na celý deň
3. Buďte dostatočne malé, aby ste sa mohli pohodlne nosiť

Podarilo sa mi splniť prvé 2 požiadavky, ale tretia je trochu naťahovačka. Tento dizajn si síce všimnete, ako vám sedí na zápästí, ale nie je nepoužiteľný. Chcem prejsť procesom navrhovania a ukázať, čo sa v tomto projekte stalo správnym a nesprávnym. Budem zverejňovať súbory, ktoré použijem, ale ako vysvetlím, pri vytváraní vlastného modelu by som odporučil zmeniť niektoré možnosti dizajnu.

Bezpečnostné upozornenie

Tento projekt zahŕňa pripnutie zariadenia na zápästie, ktoré generuje 150 V DC. Ak nebudete dávať pozor, spôsobí to vážne zranenie alebo zranenie.

Krok 1: Potrebné diely

Pri navrhovaní hodiniek musíte začať vyberaním komponentov.

Nixie trubice

Čím menší, tým lepší. Použil som IN-17, ktoré majú malú stopu, ale sú dosť vysoké. Rúrka, ktorej elektródy vychádzajú pod číslo, môže byť schopná stlačiť ju do menšej oblasti.

Vysokonapäťový napájací zdroj

Pretože je napájaný z batérie, musíme konvertovať ~ 3V na najmenej 150V. Použil som dosku Taylor Electronics 1363. Je možné navrhnúť vlastnú dosku, ale dizajnu budete musieť venovať veľkú pozornosť. Použitie vopred vyrobenej dosky mi umožnilo zmenšiť veľkosť dosky na polovicu toho, čo by bolo pri ručnom spájkovaní, a nakoniec to bolo efektívnejšie a menej vyzváňacie, ako bol môj návrh.

Prepínače vysokého napätia

Väčšina mikrokontrolérov má napätie 3-5 V, nie 150 V. Na prepojenie s nimi potrebujeme posuvný register, tranzistory alebo iné spínacie zariadenie schopné vysokého napätia. Na tejto doske som použil posuvný register HV5523 - technicky vyžadujú logiku 5V, ale zistil som, že bez problémov fungovali s napätím 3,3 V.

Mikrokontrolér

Je potrebný najmenší MCU, ktorý má dostatok pinov na spustenie všetkých vašich zariadení. Nepoužívajte na to ATMega2560, pretože je to prehnané. Vybral som si ATTiny841, pretože mal presne taký počet potrebných IO a podporoval Arduino IDE.

RTC

Na udržanie presného času potrebujete čip RTC. Použil som DS3231.

Ostatné diely

• Regulátor napätia
• Rozhranie na nastavenie času alebo zapnutie displeja

  S obmedzeným úspechom som použil snímač gest/priblíženia APDS-9960

• Spôsob, ako sa uistiť, že všetko funguje

  Mal som odhalený sériový port a RGB LED na zobrazenie aktuálneho stavu zariadenia

• Môžete tiež zvoliť spôsob nabíjania batérie bez jej vybratia.

Krok 2: Funkčný prehľad

Odovzdal som niekoľko svojich počiatočných poznámok k plánovaniu rozloženia obvodu a blokovej schéme hlavných komponentov toho, čo som nakoniec použil.

Na strane vysokého napätia je HVPS dodávajúci +150 V cez odpor obmedzujúci prúd na svorku spoločnej anódy (+) trubičiek Nixie. Posunový register sa pripája ku každej z číslic rúr. Posuvný register je zariadenie s otvoreným odtokom. Každý kolík môže byť buď viazaný priamo na zem, alebo môže byť odpojený od obvodu. To znamená, že všetky odpojené vodiče nixie trubice budú merať 150 V, keď sa nepoužívajú.

Strana nízkeho napätia má 3,3 V regulátor zosilnenia/regulácie napätia regulujúci napätie z lipo batérie. To udržuje obvod na 3,3 V, pretože napätie lipo klesá z 3,7 na 3,0 V. Zbernica Attiny841 i2C sa pripája k senzoru gest a RTC. Nezobrazuje sa RGB LED a sériové pripojenie.

Pri spustení MCU skontroluje senzor gest, či neobsahuje informácie o blízkosti. Aby sa zabránilo spusteniu displeja rukávom, vyžaduje sa, aby bol snímač odkrytý najmenej 1 sekundu, potom zakrytý najmenej 1 sekundu a potom odkrytý, aby sa spustila akcia. Pôvodná verzia hodiniek by zobrazovala čas raz, ako je to popísané na poslednom obrázku. Aktualizoval som ho tak, aby mal možnosť prejsť vždy do zapnutého režimu tým, že ponechá senzor dlhšie zakrytý.

Krok 3: Návrh dosky

Nebudem sa príliš rozpisovať o tom, ako vyrobiť DPS, pretože o tom je už veľa informácií. Tu nájdete niekoľko užitočných stôp Nixie Tube.

Keď som navrhoval svoju DPS, poukladal som dve menšie dosky, aby som znížil stopu, ktorú by mala pri pripútaní k zápästiu. Považoval som za užitočné vytlačiť a vystrihnúť papierovú kópiu DPS, aby som sa ubezpečil, že všetky moje stopy sú zarovnané a konektory sú zarovnané. Ak to priestor dovoľuje, pokúste sa počas testovania ponechať odpočinkové podložky pre i2C a ďalšie dátové linky na sondu alebo spájkovanie.

Eagle má funkciu, ktorá vám umožňuje priradiť 3D model komponentu a potom exportovať 3D model vašej dosky do iného programu. Keď som to používal, bolo to buggy, ale stále veľmi užitočné, aby sa zaistilo, že žiadne časti nebudú navzájom interferovať.

Aby som ušetril miesto, do hodiniek som nezahrnul nabíjačku batérií. Namiesto toho mám na boku hodiniek nejaké ženské konektory DuPont. Posledný obrázok tejto sady ukazuje zapojenie, ktoré som použil. Ľavá strana je vo vnútri hodiniek, pravá vonku. Na nabíjanie hodiniek pripojte najvzdialenejšie vodiče k externej nabíjačke. Modrá čiara v blízkosti záporného pólu batérie predstavuje slot s kľúčom, ktorý zabraňuje vloženiu nabíjačky dozadu. Na zapnutie hodiniek použite malý prepojovací kábel (zelený) na premostenie batérie + k VCC skutočného obvodu. To poskytuje rýchlu ochranu pred poruchami v prípade problémov. Vzhľadom na rozloženie nemôžete omylom skratovať alebo zapojiť obvod dozadu.

Krok 4: Zostavenie DPS

Objednal som si svoje dosky z OSHPark, pretože boli dosť rýchle, lacné a mali krásnu purpurovú farbu: D

Tiež dostanete 3 z každej dosky, takže si môžete vyrobiť 2 hodinky a mať tretiu dosku na testovanie.

Balíky QFN urobte najskôr horúcim vzduchom a potom všetko, čo začína menšími komponentmi, spájkujte ručne. Nezapojujte elektrónky Nixie alebo HVPS. Ak máte spájkovaciu šablónu a hriankovač, ide vám to celkom dobre. Pomocou ohmmetra skontrolujte skraty na doske plošných spojov. Ak zmeráte skrat stredne vysokého odporu, môže byť na doske príliš veľa zvyškov taviva. HV5523 má veľmi jemne poslané kolíky a nevidíte, či sú premostené pod integrovaným obvodom. Dajte svojej doske šancu vychladnúť, ak ju dlho prerábate.

Akonáhle sú súčiastky nízkeho napätia zostavené, spustite program, ktorý bude cyklicky prechádzať všetkými číslicami v posuvnom registri. Pomocou logického analyzátora alebo multimetra overte, či sú kolíky podľa očakávania potiahnuté NÍZKO. Tiež sa uistite, že váš RTC a ďalšie zariadenia reagujú podľa očakávania.

Spájkujte HVPS a potom nixie trubice. Pre Nixie Tubes spájkujte 1 nohu naraz a nenechávajte teplo príliš dlho. Ak je to možné, držte nohu medzi DPS a sklom kliešťami, aby pôsobila ako chladič. Dajte rúrkam šancu vychladnúť medzi spájkovaním každej nohy.

Ak máte problémy s nefunkčnou súčasťou a neviete, či ide o spájkovací spoj, môžete skúsiť spájkovanie „mŕtva chyba“. Vyberte čip z dosky a jemným drôtom spájajte priamo s každým padom. Uistite sa, že používate drôt so smaltovaným povlakom, aby žiadny z drôtov nebol skratovaný.

Krok 5: Dizajn puzdra

Pomocou funkcií Eagles MCAD je ľahké získať 3D model obvodu a postaviť okolo neho puzdro. V lekárni/obchodnom dome sú k dispozícii štandardné remienky na hodinky. Ak ste do dosky plošných spojov vytvorili montážne otvory, môžete vo svojom modeli vytvárať odstupy a rýchlo upevniť dosku. Moje medzery sa skončili prerušením trubicou Nixie a neboli použiteľné - použil som Sugru, aby som sa ubezpečil, že zostane na jednom mieste.

Krok 6: Súbory projektu a problémy, ktorým čelíte

Súbory Eagle a Solidworks

Robustnejší kód

Prepojil som všetky súbory, ktoré som vytvoril pri práci na tomto projekte. Sú nahrané tak, ako sú, bez úprav a leštenia. Nie ste si istí, či je to dobré alebo zlé … Môžete vidieť moju schému, dizajn dosky, súbory Solidworks a kód Arduino. Vysvetlil som, aké voľby som urobil, a tieto súbory by vám mali pomôcť pochopiť, ako tieto možnosti implementovať do vlastných hodiniek.

V súboroch Eagle obsahuje HV.brd stopy nixie, HV5523, konektor pre HVPS a APDS-9960. APDS-9960 je na druhej stránke, pretože je skopírovaný zo súboru oddeľovacej dosky Sparkfun 9960. Schematic.brd obsahuje všetky veci nízkeho napätia. Myslím, že všetky potrebné knižnice sú zahrnuté.

Priečinok Solidworks je obrovský neporiadok - Export z orla vytvoril pre každý odpor jednotlivé súbory a všetko zahodil. Súbor „Assem8“je súbor, na ktorý sa môžete pozrieť, aby ste videli všetko spojené a zostavené. Priečinky „Export“sú súbory STL s rôznymi parametrami od testovania.

Skica Arduina v prvom kóde je ukážka vo videu na ďalšej strane a používa sa pre všetky dokumenty v tomto dokumente. Druhý odkaz má novšiu revíziu, ktorá obsahuje viacero režimov zobrazenia. Ak sa RTC resetuje na tomto náčrte, nastaví čas na 12:00 pri nasledujúcom zapnutí. Preto je možné hodinky používať ako stolové hodiny, ktoré sú vždy zapojené do zásuvky.

Ak sa rozhodnete použiť moje súbory ako východiskový bod, mali by ste si byť vedomí niekoľkých problémov, ktoré som nevyriešil.

1. APDS-9960 nie je kompatibilný s procesorom Attiny Arduino Core. Detekcia vzdialenosti funguje, ale nemôžem získať kód na spoľahlivé zachytenie signálu prerušenia pre gestá.
2. Hlavička ISP je zrkadlená a jeden z pinov nebol pripojený.
3. Záhlavie ISP VCC prechádza na nesprávnu stranu regulátora napätia. Ak to nie je odpojené, regulátor napätia okamžite usmaží
4. Držiak batérie CR prekrýva záhlavie i2C o niekoľko mm

Krok 7: Konečný výsledok

Na konci tejto odysey mám funkčné hodinky Nixie. Je to trochu použiteľné, ale skôr dôkaz konceptu než každodenné hodinky. Druhá doska bola prerobená na stolové hodiny a tretia doska bola počas procesu stavby zničená.

Niekoľko užitočných odkazov, ak sa chystáte navrhnúť vlastné hodinky:

Nixie Tube Google Group

Playlist EEVBlog Nixie

Export z Eagle do Fusion