„Nixietube“laikrodis: 6 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Praėjusiais metais mane įkvėpė „Nixitube“laikrodžiai. Manau, kad „Nixietubes“išvaizda yra tokia graži. Aš galvojau tai įgyvendinti stilingame laikrodyje su išmaniomis funkcijomis.

1 žingsnis: keturių vamzdžių prototipas

Pradėjau kurti keturių vamzdžių laikrodžio elektronines schemas. Būdamas elektronikos studentas, aš sukūriau elektroniką keletą mėnesių.

Pirmiausia reikia suprojektuoti maitinimo šaltinį. Pradėjau pirkdamas iš anksto paruoštą 170 V jungiklio režimo maitinimo šaltinį iš interneto, nes nežinojau, kaip suprojektuoti maitinimo šaltinį, kuris galėtų konvertuoti 4,2 V nuolatinę srovę iš akumuliatoriaus į 170 V nuolatinę srovę vamzdžiams. Iš anksto pagamintas PSU buvo 86% efektyvus.

Gavęs maitinimo šaltinį, pradėjau tyrinėti, kaip valdyti „Nixietubes“. „Nixietubes“gavau įprastus anodo vamzdžius, o tai reiškia, kad uždėjus 170 V nuolatinę srovę ant anodo ir GND ant katodo, vamzdis švytės. Norint apriboti srovę, tekančią per vamzdį, prieš anodą reikia pastatyti rezistorių. Dėl to srovė ribojama iki 1 mA vamzdyje. Norėdami valdyti skirtingus skaitmenis. Naudojau aukštos įtampos poslinkių registrus. Šiuos IC gali valdyti bet kuris mikrovaldiklis.

Kadangi esu didelis daiktų interneto (daiktų interneto) gerbėjas. Aš nusprendžiau paimti ESP32 modulį ir norėjau gauti dabartinį laiką iš interneto per „WiFi“. Galų gale aš sinchronizavau RTC (realaus laiko laikrodį) su interneto laiku. Leidžia man sutaupyti energijos ir visada turėti laiko po ranka, net ir neturint prieigos prie interneto.

Aš galvojau apie būdus, kaip patikrinti laiką, ir sugalvojau naudoti akselerometrą, kuriuo stebėjau riešo judesius. Kai pasuku riešą, kad galėčiau perskaityti laiką. Laikrodis suaktyvins ir parodys man.

Taip pat įdiegiau tris jutiklinius mygtukus, kad galėčiau sudaryti paprastą meniu, kuriame galėčiau nustatyti skirtingas funkcijas.

Du RGB šviesos diodai turėjo suteikti malonų švytėjimą vamzdžiams.

Taip pat galvojau, kaip įkrauti akumuliatorių. Todėl sugalvojau jį įkrauti naudodami belaidį QI įkroviklio modulį. Šis modulis davė 5 V išėjimą. Šis modulis, prijungtas prie įkrovimo grandinės, leido įkrauti nedidelę 300 mAh bateriją.

Kai elektroninis dizainas buvo paruoštas ir visos bandomosios grandinės pradėjau kurti PCB (spausdintinę plokštę). Aš dariau maketus iš popieriaus ir jo dalių (1 paveikslas). Kiekvieno komponento pločio, aukščio ir ilgio matavimas buvo kruopštus procesas. Po kelių savaičių projektavimo ir išdėstymo PCB jie buvo užsakyti ir išsiųsti man. (2 pav.).

Kiekvienu žingsniu sukūriau testavimo programas kiekvienai laikrodžio daliai. Tokiu būdu galutinė programinė įranga gali būti lengvai nukopijuota kartu.

Kiekvieno komponento litavimas galėjo prasidėti ir užtrukdavo apie dieną.

Viso laikrodžio bandymas ir sujungimas (3, 4, 5, 6, 7 paveikslas).

3D atspausdinau laikrodžio dėklą ir galiausiai radau, kad laikrodis yra per didelis. Taigi nusprendžiau sukurti naują ir keturių vamzdžių laikrodį padariau prototipu.

2 žingsnis: naujas dizainas

Radau, kad keturių vamzdžių laikrodis yra per didelis, pradėjau mažinti elektronikos dizainą. Pirmiausia naudokite tik du vamzdžius, o ne keturis. Antra, naudojant mažesnius komponentus ir sukūrus savo 170 V padidinimo keitiklį nuo nulio. Pats įdiegęs ESP32 MCU (mikrovaldiklio bloką), užuot naudojęs modulį, dizainas tapo daug mažesnis.

Naudodamas 3D projektavimo kompiuterinę programinę įrangą (1 pav.) Suprojektavau dėklą ir tvarkingai sutalpinau visus elektros komponentus. Padalijęs elektroniką į tris plokštes, galėjau efektyviau išnaudoti korpuso viduje esančią erdvę.

Nauja elektronika, kur suprojektuota:

-pasirinko naują efektyvesnį pagreičio matuoklį.

-Pakeisti jutikliniai mygtukai kelių padėčių jungikliui.

-Naudojo naują įkrovimo grandinę.

-Pakeitė belaidį įkrovimą USB įkrovimui, nes norėjau aliuminio korpuso.

-Naudotas mažos galios procesorius, siekiant dar labiau taupyti energiją.

-Pasirinko naują fono šviesos diodą.

-Naudojo akumuliatoriaus matuoklio IC, kad būtų galima stebėti akumuliatoriaus lygį.

3 žingsnis: Elektronikos surinkimas

Po kelių mėnesių naujo laikrodžio kūrimo jį taip pat buvo galima surinkti. Aš panaudojau kai kuriuos savo mokykloje esančius įrankius, kad lituosiu mažus IC (4 pav.). Tai užtruko kelias dienas, nes susidūriau su tam tikromis problemomis, bet galiausiai elektronika pradėjo veikti (5 pav.).

4 žingsnis: dėklo projektavimas

Korpusą suprojektavau lygiagrečiai su elektronikos projektavimu. Kaskart patikrinkite 3D kompiuterinę programinę įrangą, ar tinka visi komponentai. Prieš CNC (kompiuterinis skaitmeninis valdymas) frezuojant korpusą, buvo sukurtas 3D spausdintas prototipas, kad įsitikintumėte, jog viskas tinka. (1, 2 paveikslas)

Atlikus korpuso projektavimą ir elektronikos veikimą, pradėjau tyrinėti, kaip turi būti užprogramuotos CNC staklės (3 pav.). Mano draugas, turintis žinių apie CNC frezavimą, padėjo man užprogramuoti CNC staklę. Taigi malimas galėjo prasidėti. (4 paveikslas)

Baigęs frezavimą, baigiau dėklą, išgręždamas skyles ir nušlifuodamas korpusą. Viskas sutapo pirmą kartą. (5, 6, 7 paveikslas)

Aš sukūriau akrilo lango skląstį. Tačiau skląstis buvo nušlifuotas atsitiktinai. Lazeriniu pjaustytuvu iš akrilo iškirpau langą, kuris buvo priklijuotas prie laikrodžio viršaus (9 pav.).

5 veiksmas: programinė įranga ir programa

Laikrodžio valdiklis iš esmės visą laiką miega, kad sutaupytų energijos. Mažos galios procesorius kas kelias milisekundes nuskaito akselerometrą, kad patikrintų, ar mano riešas pasuktas. Tik pasukus jis pažadins pagrindinį procesorių ir gaus laiką iš RTC, o ant vamzdžių trumpai parodys valandas, o po to minutes.

Pagrindinis procesorius taip pat tikrina įkrovimo procesą, tikrina gaunamus „Bluetooth“ryšius, tikrina įvesties mygtuko būseną ir atitinkamai reaguoja.

Jei vartotojas toliau nebendrauja su laikrodžiu, pagrindinis procesorius vėl užmigs.

Tyrimo metu turėjome sukurti programą. Taigi aš maniau sukurti programą „nixie“laikrodžiui. Programa buvo parašyta xamarin kalba iš „Microsoft“kalbos yra C#.

Deja, turėjau sukurti programą olandų kalba. Bet iš esmės yra ryšio skirtukas, kuriame rodomi rasti „nixie“laikrodžiai (1 pav.). Po to atsisiunčiami laikrodžio nustatymai. Šie nustatymai išsaugomi laikrodyje. Skirtukas, skirtas sinchronizuoti laiką rankiniu būdu arba automatiškai, gaunant laiką iš savo išmaniojo telefono (2 pav.). Skirtukas, skirtas pakeisti laikrodžio nustatymus (5 pav.). Ir paskutinis, bet ne mažiau svarbus būsenos skirtukas, rodantis akumuliatoriaus būseną. (6 paveikslas)

6 žingsnis: funkcijos ir įspūdžiai

Laikrodis pasižymi:

- Du nedideli z5900m tipo vamzdeliai.

- Tikslus realaus laiko laikrodis.

- Skaičiavimai parodė, kad 350 valandų budėjimo laikas buvo lengvai pasiekiamas.

- „Bluetooth“, skirtas kontroliuoti nustatymus ir nustatyti laikrodžio laiką, taip pat matyti akumuliatoriaus būseną.

- Kai kurie „Bluetooth“nustatymai: animacija įjungta/išjungta, rankinis arba pagreičio matuoklio paleidimas, foninis apšvietimas įjungtas/išjungtas. Programuojamas mygtukas akumuliatoriaus temperatūros matavimui.

- Akselerometras, skirtas paleisti vamzdelius, kai pasukamas riešas

- 300 mAh baterija.

- RGB vedė keliems tikslams.

- Akumuliatoriaus dujų matuoklio IC, skirtas tiksliai stebėti akumuliatoriaus būseną.

- „micro USB“akumuliatoriui įkrauti.

- Vienas kelių krypčių mygtukas, skirtas įjungti, „Bluetooth“ryšys ir programuojamas mygtukas, skirtas temperatūrai arba akumuliatoriaus būsenai nuskaityti, laiką nustatyti rankiniu būdu.

- CNC frezuotas korpusas iš aliuminio.

- Akrilo langas apsaugai

- „Bluetooth“telefono programa.

- Pasirenkamas laiko sinchronizavimas per „WiFi“.

- Pasirenkamas vibracinis variklis, skirtas nurodyti išmaniųjų telefonų pranešimus, tokius kaip „Whatsapp“, „Facebook“, „Snapchat“, SMS …

- Pirmiausia rodomos valandos, po to minutės.

Laikrodžio MCU programinė įranga parašyta C ++, C ir surinkimo kalba.

Programėlės programinė įranga parašyta xamarin C#.

Pirmasis prizas nešiojamųjų daiktų konkurse