Nixie Tube Watch: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:10

Saya membina jam tangan awal tahun ini untuk melihat apakah saya dapat membuat sesuatu yang berfungsi. Saya mempunyai 3 syarat reka bentuk utama

1. Jaga masa yang tepat
2. Mempunyai bateri sepanjang hari
3. Cukup kecil untuk dipakai dengan selesa

Saya berjaya memenuhi 2 syarat pertama, namun yang ketiga agak meregangkan. Anda pasti melihat reka bentuk ini di pergelangan tangan, tetapi ia tidak boleh digunakan. Saya ingin meneruskan proses reka bentuk dan menunjukkan apa yang betul dan salah dalam projek ini. Saya akan menghantar fail untuk digunakan, tetapi seperti yang akan saya jelaskan, saya akan mengesyorkan menukar beberapa pilihan reka bentuk ketika membuat model anda sendiri.

Amaran Keselamatan

Projek ini melibatkan mengikat peranti ke pergelangan tangan anda yang menghasilkan 150V DC. Ini akan menyakitkan atau menyebabkan kecederaan jika anda tidak memberi perhatian.

Langkah 1: Bahagian Diperlukan

Semasa anda merancang jam tangan anda perlu memulakan dengan memilih komponen anda.

Tiub Nixie

Semakin kecil semakin baik. Saya menggunakan IN-17 yang mempunyai jejak kecil, tetapi agak tinggi. Tiub yang mempunyai petunjuk keluar di bawah nombor itu mungkin dapat memerah ke kawasan yang lebih kecil.

Bekalan Kuasa Voltan Tinggi

Oleh kerana ini dikuasakan bateri, kita perlu menukar ~ 3V hingga sekurang-kurangnya 150V. Saya menggunakan papan Taylor Electronics 1363. Adalah mungkin untuk merancang papan anda sendiri, tetapi anda perlu memperhatikan reka bentuknya. Dengan menggunakan papan pra-binaan membolehkan saya mengecilkan ukuran papan menjadi separuh dari ukurannya dengan pematerian tangan, dan akhirnya menjadi lebih cekap dan kurang berdering daripada reka bentuk saya.

Suis Voltan Tinggi

Sebilangan besar pengawal mikro menggunakan 3-5V, bukan 150V. Untuk berinteraksi dengan mereka, kami memerlukan shift shift, transistor atau alat suis lain yang mampu voltan tinggi. Saya menggunakan HV5523 Shift Register untuk papan ini - secara teknikal mereka memerlukan logik 5V tetapi saya dapati mereka berjaya 3.3V tanpa masalah.

Pengawal mikro

MCU terkecil yang mempunyai pin yang cukup untuk menjalankan semua peranti anda diperlukan. Jangan gunakan ATMega2560 untuk ini kerana ia berlebihan. Saya memilih ATTiny841 kerana ia mempunyai bilangan IO yang tepat dan menyokong Arduino IDE.

RTC

Untuk memastikan masa yang tepat, anda memerlukan cip RTC. Saya menggunakan DS3231.

Bahagian lain

• Pengatur Voltan

• Antaramuka untuk menetapkan masa atau menghidupkan paparan

  Saya menggunakan sensor Gerakan / Kedekatan APDS-9960 dengan kejayaan yang terhad

• Kaedah untuk memastikan semuanya berfungsi

  Saya mempunyai port bersiri yang terdedah dan LED RGB untuk menunjukkan keadaan peranti semasa

• Anda juga mungkin mahu kaedah mengecas bateri tanpa mengeluarkannya.

Langkah 2: Gambaran Keseluruhan Berfungsi

Saya telah memuat naik beberapa nota awal saya untuk merancang susun atur litar dan gambarajah blok komponen utama dari apa yang akhirnya saya gunakan.

Bahagian Voltan Tinggi mempunyai HVPS yang membekalkan + 150V melalui perintang had semasa ke terminal Common Anode (+) Nixie Tubes. Shift Register menghubungkan ke setiap digit tiub. Shift Register adalah peranti Open Drain. Setiap pin boleh diikat terus ke tanah, atau dibiarkan terputus dari litar. Ini bermaksud bahawa semua kabel tiub nixie yang terputus akan berukuran 150V apabila tidak digunakan.

Bahagian Voltan Rendah mempunyai 3.3V buck / boost regulator yang mengatur voltan dari bateri lipo. Ini mengekalkan litar pada 3.3V kerana voltan lipo turun dari 3.7 hingga 3.0V. Bas Attiny841 i2C menghubungkan ke sensor Gerakan dan RTC. Tidak ditunjukkan ialah sambungan LED dan siri RGB.

Semasa menjalankan MCU akan memeriksa sensor isyarat untuk maklumat jarak. Untuk mengelakkan lengan dari memicu paparan, sensor ini memerlukan sensor untuk dibuka sekurang-kurangnya 1 saat, kemudian ditutup selama sekurang-kurangnya 1 saat, kemudian ditutup untuk memicu aksi. Versi awal jam tangan akan memaparkan waktu sekali seperti yang dijelaskan pada gambar terakhir. Saya telah mengemas kini sehingga mempunyai kemampuan untuk masuk ke modus selalu dengan membiarkan sensor ditutup lebih lama.

Langkah 3: Reka Bentuk Papan

Saya tidak akan terlalu terperinci mengenai cara membuat PCB kerana sudah ada banyak maklumat mengenai perkara itu. Beberapa tapak kaki Nixie Tube yang berguna boleh didapati di sini.

Semasa saya merancang PCB saya menyusun dua papan yang lebih kecil untuk mengurangkan jejak yang ada semasa diikat di pergelangan tangan. Saya merasa berguna untuk mencetak dan memotong salinan kertas PCB untuk memastikan semua jejak kaki saya berbaris dan penyambungnya sejajar. Mengizinkan ruang cuba tinggalkan pelindung pelindung untuk i2C dan garis data lain untuk disiasat atau disolder juga semasa ujian.

Eagle mempunyai ciri yang membolehkan anda menetapkan model 3D ke komponen, kemudian mengeksport model 3D papan anda ke program lain. Itu kereta ketika saya menggunakannya tetapi masih sangat berguna untuk memastikan tidak ada bahagian yang saling mengganggu.

Untuk menjimatkan ruang, saya tidak menyertakan pengecas bateri di dalam jam tangan. Sebaliknya saya mempunyai beberapa penyambung DuPont wanita di sebelah jam tangan. Gambar terakhir dari set ini menunjukkan pendawaian yang saya gunakan. Bahagian kiri berada di dalam jam tangan, sebelah kanan berada di luar. Untuk mengecas jam tangan anda menyambungkan wayar terluar ke pengecas luaran. Garis biru berhampiran bateri negatif mewakili slot yang dikunci untuk mengelakkan memasukkan pengecas ke belakang. Untuk menghidupkan jam tangan, anda menggunakan kabel pelompat kecil (hijau) untuk merapatkan bateri + ke VCC litar sebenar. Ini memberikan kegagalan yang cepat sekiranya berlaku masalah. Kerana susun atur anda tidak boleh membuat pendek atau menyambung litar ke belakang secara tidak sengaja.

Langkah 4: Pemasangan PCB

Saya memesan papan saya dari OSHPark kerana ia agak cepat, murah dan mempunyai warna ungu yang indah: D

Anda juga mendapat 3 dari setiap papan, jadi anda boleh membuat 2 jam tangan dan mempunyai papan ketiga untuk diuji.

Lakukan pakej QFN dengan udara panas terlebih dahulu, kemudian pateri tangan dengan semua yang lain bermula dengan komponen yang lebih kecil. Jangan memasang tiub Nixie atau HVPS anda. Sekiranya anda mempunyai stensil solder dan oven pemanggang roti, maka anda melakukannya dengan baik. Gunakan meter ohm untuk memeriksa seluar pendek pada PCB anda. Sekiranya anda mengukur rintangan pendek pada tahap tinggi, anda mungkin mempunyai terlalu banyak sisa fluks di papan. HV5523 mempunyai pin bernada yang sangat halus dan anda tidak dapat melihat apakah ia dipasang di bawah IC. Beri peluang kepada dewan anda untuk menyejukkan badan jika anda mengolahnya lama.

Setelah komponen voltan rendah dipasang, jalankan program yang akan mengitar semua digit pada shift shift. Gunakan penganalisis logik atau multimeter untuk mengesahkan bahawa pin ditarik RENDAH apabila diharapkan. Pastikan juga RTC anda dan peranti lain bertindak balas seperti yang diharapkan.

Selesaikan HVPS, kemudian tiub nixie. Untuk solder Nixie Tubes 1 kaki pada satu masa dan jangan biarkan panas terlalu lama. Sekiranya boleh, pegang kaki antara PCB dan kaca dengan tang untuk bertindak sebagai heatsink. Beri tiub peluang untuk menyejukkan antara pematerian setiap kaki.

Sekiranya anda menghadapi masalah dengan bahagian yang tidak berfungsi dan anda tidak tahu apakah ia adalah sambungan solder, anda boleh mencuba pematerian "bug mati". Keluarkan cip dari papan dan gunakan wayar halus untuk menyolder ke setiap pad secara langsung. Pastikan anda menggunakan wayar dengan lapisan enamel sehingga tidak ada kabel yang pendek.

Langkah 5: Reka Bentuk Kes

Menggunakan fungsi Eagles MCAD adalah mudah untuk mendapatkan model litar 3d untuk membina casing di sekelilingnya. Tali jam bersaiz standard boleh didapati di kedai ubat / pasar raya. Sekiranya anda membuat lubang pemasangan pada PCB, anda boleh membuat kebuntuan pada model anda dan mengikat papan dengan cepat. Kebuntuan saya akhirnya dipotong oleh tiub Nixie dan tidak dapat digunakan - saya menggunakan Sugru untuk memastikannya kekal di satu tempat.

Langkah 6: Fail Projek dan Masalah Yang Dihadapi

Fail Eagle dan Solidworks

Kod Lebih Mantap

Saya telah menghubungkan semua fail yang saya buat semasa mengerjakan projek ini. Ini dimuat sebagaimana mestinya, tidak ada pengeditan atau penggilap. Tidak pasti sama ada ini baik atau buruk… Anda dapat melihat skema, reka bentuk papan, fail Solidworks dan kod Arduino saya. Saya telah menjelaskan pilihan yang saya buat, dan fail-fail ini akan membantu anda melihat bagaimana melaksanakan pilihan tersebut di jam tangan anda sendiri.

Dalam fail Eagle, HV.brd mengandungi jejak kaki nixie, HV5523, penyambung untuk HVPS dan APDS-9960. APDS-9960 ada di halaman kedua kerana disalin dari fail Sparkfun 9960 breakout board. Schematic.brd mengandungi semua barang voltan rendah. Saya rasa perpustakaan yang diperlukan semuanya disertakan.

Folder Solidworks adalah kekacauan besar - Eksport dari helang membuat fail individu untuk setiap perintang, dan membuang semuanya. "Assem8" adalah fail untuk dilihat untuk melihat semua yang dikawan dan dipasang. Folder "Eksport" adalah fail STL dengan parameter yang berbeza dari pengujian.

Sketsa Arduino dalam kod pertama adalah apa yang diperlihatkan dalam video di halaman seterusnya dan apa yang digunakan untuk semua dokumen dalam dokumen ini. Pautan kedua mempunyai semakan yang lebih baru yang merangkumi pelbagai mod paparan. Sekiranya RTC diset semula pada lakaran ini, ia akan menetapkan waktu hingga 12 tengah hari pada hari seterusnya. Ini supaya jam tangan dapat digunakan sebagai jam meja yang selalu terpasang.

Sekiranya anda memutuskan untuk menggunakan fail saya sebagai titik permulaan, anda harus menyedari beberapa masalah yang belum saya selesaikan.

1. APDS-9960 tidak serasi dengan Core Attiny Arduino. Pengesanan jarak berjalan, namun saya tidak dapat mendapatkan kod untuk mengambil isyarat gangguan untuk memberi isyarat.
2. Header ISP dicerminkan dan salah satu pin tidak disambungkan.
3. Header ISP VCC menuju ke bahagian pengatur voltan yang salah. Sekiranya ini tidak diputuskan, pengatur voltan akan segera menggoreng
4. Pemegang bateri CR bertindih header i2C dengan beberapa mm

Langkah 7: Keputusan Akhir

Pada akhir pengembaraan ini, saya mempunyai Nixie Watch yang berfungsi. Ia agak boleh digunakan, tetapi lebih merupakan bukti konsep daripada jam tangan harian. Papan kedua diubah menjadi jam meja dan papan ketiga hancur semasa proses pembinaan.

Beberapa pautan berguna sekiranya anda ingin merancang jam tangan anda sendiri:

Kumpulan Google Nixie Tube

Senarai Main EEVBlog Nixie

Eksport Eagle to Fusion