Náramkové hodinky Nixietube: 6 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Loni jsem se nechal inspirovat hodinami Nixitube. Myslím, že vzhled Nixietubes je tak pěkný. Přemýšlel jsem o implementaci do stylových hodinek s chytrými funkcemi.

Krok 1: Čtyřtrubkový prototyp

Začal jsem vytvořením elektronických schémat pro čtyřtrubkové hodinky. Jako student elektroniky jsem elektroniku vyvíjel několik měsíců.

Nejprve je třeba navrhnout napájecí zdroj. Začal jsem tím, že jsem si koupil předem vyrobený 170V spínaný napájecí zdroj z webu, protože jsem nevěděl, jak navrhnout napájecí zdroj, který by dokázal přeměnit 4,2 V DC z baterie na 170 V DC pro elektronky. Předem vyrobený napájecí zdroj měl účinnost 86%.

Po obdržení napájecího zdroje jsem začal zkoumat, jak ovládat Nixietubes. Nixietubes jsem dostal tam, kde běžné anodové trubice, což znamená, že když na anodu vložíte 170 V DC a na katodu GND, trubice bude zářit. Aby se omezil proud protékající trubicí, musí být před anodu umístěn odpor. Způsobí, že proud bude omezen na 1mA na trubici. K ovládání různých číslic. Použil jsem posuvné registry vysokého napětí. Tyto integrované obvody lze ovládat jakýmkoli mikrořadičem.

Jelikož jsem velkým fanouškem IoT (internet věcí). Rozhodl jsem se vzít modul ESP32 a chtěl jsem získat aktuální čas z internetu přes WiFi. Nakonec jsem synchronizoval RTC (hodiny v reálném čase) s internetovým časem. Umožňuje mi šetřit energii a mít vždy čas po ruce i bez přístupu k internetu.

Přemýšlel jsem o způsobech, jak zkontrolovat čas, a přišel jsem na akcelerometr, který jsem používal ke sledování pohybu zápěstí. Když otočím zápěstí, abych mohl číst čas. Hodinky se spustí a ukážou mi to.

Také jsem implementoval tři dotykem aktivovaná tlačítka, abych mohl vytvořit jednoduchou nabídku, kde bych mohl nastavit různé funkce.

Dvě RGB LED diody musely trubkám poskytnout příjemnou záři.

Také jsem přemýšlel o způsobu nabíjení baterie. Proto jsem přišel s nabíjením pomocí bezdrátového nabíjecího modulu QI. Tento modul mi poskytl výstup 5V. Tento modul připojený k nabíjecímu obvodu mi umožnil nabít malou 300 mAh baterii.

Když byl elektronický návrh připraven a všechny dílčí obvody testovány, začal jsem navrhovat desku plošných spojů (PCB). Dělal jsem makety s papírem a díly (obrázek 1). Měření šířky, výšky a délky každé součásti byl pečlivý proces. Po týdnech navrhování a rozložení desky plošných spojů dostali objednávku a odeslali mi ji. (obrázek 2).

Během každého kroku jsem vytvořil testovací programy pro každou část hodinek. Tímto způsobem lze konečný software snadno kopírovat společně.

Pájení každé součásti mohlo začít a trvalo mi to asi den.

Testování a skládání celých hodinek dohromady (obrázek 3, 4, 5, 6, 7) Fungovalo to.

3D hodinky jsem vytiskl na hodinky a nakonec mi přišly příliš velké. Rozhodl jsem se tedy vytvořit nový a hodinky se čtyřmi trubkami jsem vytvořil jako prototyp.

Krok 2: Nový design

Zjistil jsem, že hodinky se čtyřmi trubkami jsou příliš velké, a začal jsem zmenšovat design elektroniky. Nejprve použitím pouze dvou zkumavek místo čtyř. Za druhé použitím menších komponent a vyrobením vlastního 170V boost převodníku od nuly. Samotná implementace ESP32 MCU (Micro Controller Unit) namísto použití modulu také značně zmenšila design.

Pomocí počítačového softwaru pro návrh 3D (obrázek 1) jsem navrhl pouzdro a všechny elektrické součásti úhledně vložil dovnitř. Rozdělením elektroniky na tři desky jsem byl schopen efektivněji využít prostor uvnitř skříně.

Nová elektronika, která byla navržena:

-Vybral si nový energeticky účinnější akcelerometr.

-Vyměněna dotyková tlačítka pro vícepolohový přepínač.

-Použil nový nabíjecí obvod.

-Změnil jsem bezdrátové nabíjení na nabíjení USB, protože jsem chtěl hliníkové pouzdro.

-Použijte nízkoenergetický procesor k další úspoře energie.

-Vybral novou LED diodu na pozadí.

-Použijte integrovaný měřič baterie ke sledování úrovně baterie.

Krok 3: Sestavení elektroniky

Po měsících navrhování nových hodinek mohly být také sestaveny. K pájení integrovaných obvodů Drobečků (obrázek 4) jsem použil některé nástroje dostupné ve škole. Trvalo mi to několik dní, protože jsem narazil na nějaké problémy, ale nakonec jsem spustil elektroniku (obrázek 5).

Krok 4: Navrhování pouzdra

Pouzdro jsem navrhl souběžně s návrhem elektroniky. Pokaždé kontrola 3D počítačového softwaru, zda se všechny součásti hodí. Před frézováním skříně CNC (Computer Numerical Control) byl vyroben 3D vytištěný prototyp, aby se ujistil, že se vše vejde. (Obrázek 1, 2)

Poté, co byl proveden návrh pouzdra a elektronika fungovala, jsem zahájil výzkum toho, jak je třeba programovat CNC stroje (obrázek 3). Můj přítel, který má znalosti o CNC frézování, mi pomohl naprogramovat CNC stroj. Frézování tedy mohlo začít. (Obrázek 4)

Po dokončení frézování jsem pouzdro dokončil vyvrtáním otvorů a vyleštěním pouzdra. Všechno správně zapadlo poprvé. (Obrázky 5, 6, 7)

Navrhl jsem západku pro akrylové okno. Ale západka byla odfrézována náhodou. Pomocí laserové řezačky jsem vyřezal okénko z akrylu, které bylo nalepeno na horní část hodinek (obrázek 9).

Krok 5: Software a aplikace

Ovladač na hodinkách v podstatě celou dobu spí, aby šetřil energii. Nízkoenergetický procesor čte každých pár milisekund akcelerometr, aby zkontroloval, zda je mé zápěstí otočené. Teprve když je otočený, probudí hlavní procesor a získá čas z RTC a na elektronkách krátce zobrazí hodiny a poté minuty.

Hlavní procesor také kontroluje proces nabíjení, kontroluje příchozí připojení Bluetooth, kontroluje stav vstupního tlačítka a podle toho reaguje.

Pokud uživatel s hodinkami dále nereaguje, hlavní procesor znovu přejde do režimu spánku.

V rámci mé studie jsme museli vytvořit aplikaci. A tak mě napadlo vytvořit aplikaci pro hodinky nixie. Aplikace byla napsána v jazyce xamarin z jazyka Microsoft je C#.

Bohužel jsem musel aplikaci vytvořit v holandštině. V zásadě však existuje karta připojení, která ukazuje nalezené hodinky nixie (obrázek 1). Poté se stáhne nastavení z hodinek. Tato nastavení jsou uložena v hodinkách. Karta pro synchronizaci času ručně nebo automaticky získáním času ze smartphonu (obrázek 2). Karta pro změnu nastavení hodinek (obrázek 5). A v neposlední řadě záložka stavu, která ukazuje stav baterie. (Obrázek 6)

Krok 6: Funkce a dojem

Funkce hodinek:

- Dvě malé nixie trubice typu z5900m.

- Přesné hodiny v reálném čase.

- Výpočty ukázaly, že 350 hodin v pohotovostním režimu bylo snadno dosažitelné.

- Bluetooth pro ovládání nastavení a nastavení hodinek a sledování stavu baterie.

- Některá nastavení Bluetooth zahrnují: Zapnutí/vypnutí animace, Ruční nebo akcelerometrové spouštění trubic, Zapnuto/Vypnuto LED diodou. Programovatelné tlačítko pro sledování teploty procenta baterie.

- Akcelerometr pro spouštění trubic při otočení zápěstí

- 300 mAh baterie.

- RGB LED pro více účelů.

- IC měřič plynu baterie pro přesné sledování stavu baterie.

- micro USB pro nabíjení baterie.

- Jedno vícesměrné tlačítko pro spouštění, připojení Bluetooth a programovatelné tlačítko pro čtení teploty nebo stav baterie, ruční nastavení času.

- CNC frézované pouzdro z hliníku.

- Akrylové okno pro ochranu

- Telefonní aplikace Bluetooth.

- Volitelná synchronizace času přes WiFi.

- Volitelný vibrační motor pro indikaci upozornění na smartphone jako Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- Nejprve se zobrazí hodiny a poté minuty.

Software pro MCU na hodinkách je napsán v C ++, C a assembleru.

Software pro aplikaci je napsán v xamarin C#.

První cena v soutěži Wearables