Nixie Tube Watch: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

Začátkem tohoto roku jsem postavil hodinky, abych zjistil, jestli dokážu vyrobit něco, co je funkční. Měl jsem 3 hlavní požadavky na design

1. Dodržujte přesný čas
2. Mějte celodenní baterii
3. Buďte dostatečně malí, abyste se mohli pohodlně nosit

Podařilo se mi splnit první 2 požadavky, ale třetí je trochu úsek. Všimli jste si, že tento design sedí na zápěstí, ale není nepoužitelný. Chci projít procesem návrhu a ukázat, co se v tomto projektu stalo správným a špatným. Budu posílat soubory k použití, ale jak vysvětlím, doporučil bych změnit některé možnosti designu při vytváření vlastního modelu.

Bezpečnostní upozornění

Tento projekt zahrnuje připoutání zařízení k zápěstí, které generuje 150 V DC. Pokud nebudete věnovat pozornost, bude to vážně bolet nebo způsobit zranění.

Krok 1: Potřebné součásti

Při navrhování hodinek musíte začít výběrem komponent.

Nixie trubky

Čím menší, tím lepší. Použil jsem IN-17, které mají malou stopu, ale jsou poměrně vysoké. Trubice, jejíž přívody vycházejí pod číslem, může být možné stlačit do menší oblasti.

Vysokonapěťový napájecí zdroj

Protože je napájen z baterie, musíme převést ~ 3V na minimálně 150V. Použil jsem desku Taylor Electronics 1363. Je možné navrhnout vlastní desku, ale designu budete muset věnovat velkou pozornost. Použití předem připravené desky mi umožnilo zmenšit velikost desky na polovinu toho, co by bylo s ručním pájením, a nakonec bylo efektivnější a méně vyzváněcí, než byl můj návrh.

Přepínače vysokého napětí

Většina mikrokontrolérů vybije 3–5 V, nikoli 150 V. K propojení s nimi potřebujeme posuvný registr, tranzistory nebo jiné spínací zařízení schopné vysokého napětí. Pro tuto desku jsem použil posuvný registr HV5523 - technicky vyžadují logiku 5V, ale zjistil jsem, že fungovaly bez problému 3,3V.

Mikrokontrolér

Je zapotřebí nejmenší MCU, který má dostatek pinů pro provoz všech vašich zařízení. Nepoužívejte k tomu ATMega2560, protože je přehnaný. Vybral jsem ATTiny841, protože měl přesně tolik potřebných IO a podporoval Arduino IDE.

RTC

Abyste udrželi přesný čas, potřebujete čip RTC. Použil jsem DS3231.

Ostatní díly

• Regulátor napětí

• Rozhraní pro nastavení času nebo zapnutí displeje

  S omezeným úspěchem jsem použil senzor gest/blízkosti APDS-9960

• Způsob, jak zajistit, aby vše fungovalo

  Měl jsem vystavený sériový port a RGB LED pro zobrazení aktuálního stavu zařízení

• Můžete také chtít způsob nabíjení baterie bez vyjmutí.

Krok 2: Funkční přehled

Nahrál jsem několik svých počátečních poznámek k plánování rozvržení obvodu a blokové schéma hlavních komponent toho, co jsem nakonec použil.

Strana vysokého napětí má HVPS dodávající +150 V přes odpor omezující proud na svorku společné anody (+) trubek Nixie. Posuvný registr se připojuje ke každé z číslic zkumavek. Shift Register je zařízení s otevřeným odtokem. Každý kolík může být buď vázán přímo na zem, nebo může být ponechán odpojený od obvodu. To znamená, že všechny odpojené vodiče nixie trubice budou měřit 150 V, když se nepoužívají.

Strana s nízkým napětím má 3,3 V buck/boost regulátor regulující napětí z lipo baterie. To udržuje obvod na 3,3 V, protože napětí lipo klesá z 3,7 na 3,0 V. Sběrnice Attiny841 i2C se připojuje k senzoru gest a RTC. Není zobrazeno RGB LED a sériové připojení.

Při spuštění MCU zkontroluje senzor blízkosti pro informace o blízkosti. Aby se zabránilo tomu, že pouzdro spustí displej, vyžaduje, aby byl senzor odkrytý alespoň na 1 sekundu, poté zakryt alespoň na 1 sekundu a poté odkryt, aby se spustila akce. Počáteční verze hodinek by zobrazovala čas jednou, jak je popsáno na posledním obrázku. Aktualizoval jsem ho tak, aby měl možnost přejít do vždy zapnutého režimu tím, že ponechá senzor zakrytý déle.

Krok 3: Návrh desky

Nebudu se příliš rozepisovat o tom, jak vyrobit DPS, protože o tom už je spousta informací. Zde jsou k dispozici některé užitečné stopy Nixie Tube.

Když jsem navrhoval desku plošných spojů, naskládal jsem dvě menší desky, abych snížil stopu, kterou by měla, kdyby byla připoutaná k mému zápěstí. Považoval jsem za užitečné vytisknout a vystřihnout papírovou kopii desky plošných spojů, abych se ujistil, že jsou všechny moje stopy zarovnány a konektory byly zarovnány. Prostor dovoluje pokusit se během testování ponechat odpočinkové podložky pro i2C a další datové linky.

Eagle má funkci, která vám umožňuje přiřadit 3D model ke komponentě a poté exportovat 3D model vaší desky do jiného programu. Když jsem to používal, bylo to buggy, ale stále velmi užitečné pro zajištění toho, aby se žádné části navzájem nerušily.

Abych ušetřil místo, do hodinek jsem nezahrnul nabíječku baterií. Místo toho mám na boku hodinek nějaké ženské konektory DuPont. Poslední obrázek této sady ukazuje zapojení, které jsem použil. Levá strana je uvnitř hodinek, pravá venku. K nabíjení hodinek připojte krajní vodiče k externí nabíječce. Modrá čára poblíž záporného pólu baterie představuje klíčový slot, který brání vložení nabíječky zpět. Chcete -li hodinky zapnout, použijte malý propojovací kabel (zelený) k přemostění baterie + k VCC skutečného obvodu. To poskytuje rychlou ochranu v případě problémů. Kvůli rozložení nemůžete omylem zkrátit nebo připojit obvod zpět.

Krok 4: Sestavení DPS

Objednal jsem si své desky z OSHPark, protože byly docela rychlé, levné a měly krásně fialovou barvu: D

Také dostanete 3 z každé desky, takže můžete vyrobit 2 hodinky a mít třetí desku pro testování.

Balíčky QFN proveďte nejprve horkým vzduchem a poté vše pájejte ručně, počínaje menšími součástmi. Nezapojujte své trubice Nixie nebo HVPS. Pokud máte pájecí šablonu a toustovač, děláte to docela dobře. Pomocí ohmmetru zkontrolujte zkraty na desce plošných spojů. Pokud měříte středně vysoký odpor krátký, můžete mít na desce příliš mnoho zbytků tavidla. HV5523 má velmi jemné šikmé piny a nevidíte, zda jsou přemostěny pod integrovaným obvodem. Dejte své desce šanci vychladnout, pokud ji dlouhodobě přepracováváte.

Jakmile jsou součásti nízkého napětí sestaveny, spusťte program, který bude procházet všemi číslicemi v posuvném registru. Pomocí logického analyzátoru nebo multimetru potvrďte, že jsou piny podle očekávání vytaženy LOW. Také se ujistěte, že váš RTC a další zařízení reagují podle očekávání.

Pájejte HVPS, pak nixie tuby. Pro Nixie Tubes pájejte 1 nohu najednou a nenechávejte teplo příliš dlouho. Pokud je to možné, držte nohu mezi deskou plošných spojů a sklem kleštěmi, aby fungovala jako chladič. Dejte mezi trubkami mezi pájením každé nohy šanci vychladnout.

Pokud máte problémy s nefunkční součástí a nevíte, zda se jedná o pájený spoj, můžete zkusit pájení „mrtvou chybou“. Vyjměte čip z desky a jemným drátem pájejte přímo na každou podložku. Ujistěte se, že používáte drát se smaltovaným povlakem, aby žádný z vodičů nebyl zkratován.

Krok 5: Design pouzdra

Pomocí funkcí Eagles MCAD je snadné získat 3D model obvodu, který kolem něj vytvoří případ. V lékárně/obchodním domě jsou k dispozici standardní řemínky k hodinkám. Pokud jste na desce plošných spojů vytvořili montážní otvory, můžete ve svém modelu vytvořit odstupy a rychle upevnit desku. Moje rezervy skončily přerušením trubice Nixie a nebyly použitelné - použil jsem Sugru, abych se ujistil, že zůstane na jednom místě.

Krok 6: Soubory projektu a problémy, kterým čelíme

Soubory Eagle a Solidworks

Robustnější kód

Propojil jsem všechny soubory, které jsem vytvořil při práci na tomto projektu. Ty se nahrávají tak, jak jsou, žádné úpravy ani leštění. Nejste si jisti, jestli je to dobré nebo špatné … Můžete vidět moje schéma, design desky, soubory Solidworks a kód Arduino. Vysvětlil jsem, jaké volby jsem udělal, a tyto soubory by vám měly pomoci zjistit, jak tyto volby implementovat do vlastních hodinek.

V souborech Eagle obsahuje HV.brd stopy nixie, HV5523, konektor pro HVPS a APDS-9960. APDS-9960 je na druhé stránce, protože je zkopírován ze souboru desky Breakout Board společnosti Sparkfun. Schematic.brd obsahuje všechny věci nízkého napětí. Myslím, že jsou zahrnuty všechny potřebné knihovny.

Složka Solidworks je obrovský nepořádek - Export z orla vytvořil jednotlivé soubory pro každý odpor a vše zahodil. "Assem8" je soubor, na který se můžete podívat, abyste viděli vše spojené a sestavené. Složky „Export“jsou soubory STL s různými parametry z testování.

Skica Arduina v prvním kódu je ukázkou ve videu na další stránce a je použita pro všechny dokumenty v tomto dokumentu. Druhý odkaz má novější verzi, která zahrnuje více režimů zobrazení. Pokud se RTC resetuje na tomto náčrtu, nastaví čas na 12 hodin při příštím zapnutí. Je to proto, že hodinky lze použít jako stolní hodiny, které jsou vždy zapojené do zásuvky.

Pokud se rozhodnete použít moje soubory jako výchozí bod, měli byste si být vědomi několika problémů, které jsem nevyřešil.

1. APDS-9960 není kompatibilní s Attiny Arduino Core. Detekce blízkosti funguje, ale nemohu získat kód pro spolehlivé vyzvednutí signálu přerušení pro gesta.
2. Záhlaví ISP je zrcadleno a jeden z pinů nebyl připojen.
3. Záhlaví ISP VCC jde na špatnou stranu regulátoru napětí. Pokud toto není odpojeno, regulátor napětí okamžitě smaží
4. Držák baterie CR překrývá záhlaví i2C o několik mm

Krok 7: Konečný výsledek

Na konci této odysey mám funkční hodinky Nixie. Je to poněkud použitelné, ale spíše důkaz konceptu než každodenní hodinky. Druhá deska byla přeměněna na stolní hodiny a třetí deska byla zničena během procesu stavby.

Několik užitečných odkazů, pokud se chystáte zkusit navrhnout vlastní hodinky:

Nixie Tube Google Group

Playlist EEVBlog Nixie

Export Eagle to Fusion