„Nixie Tube Watch“: 7 žingsniai (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:47

Šių metų pradžioje aš pastatiau laikrodį, norėdamas sužinoti, ar galėčiau pagaminti kažką, kas būtų funkcionalu. Turėjau 3 pagrindinius projektavimo reikalavimus

1. Laikykitės tikslaus laiko
2. Turėkite visos dienos bateriją
3. Būkite pakankamai maži, kad galėtumėte patogiai dėvėti

Man pavyko įvykdyti pirmuosius 2 reikalavimus, tačiau trečias yra šiek tiek ilgesnis. Jūs pastebite, kad šis dizainas sėdi ant riešo, tačiau jis nėra netinkamas. Noriu apžvelgti projektavimo procesą ir parodyti, kas šiame projekte buvo gerai ir kas ne. Aš paskelbsiu failus, kuriuos naudosiu, tačiau, kaip paaiškinsiu, rekomenduočiau keisti kai kuriuos dizaino pasirinkimus kurdamas savo modelį.

Saugos įspėjimas

Šis projektas apima prietaiso pritvirtinimą prie riešo, kuris generuoja 150 V nuolatinę srovę. Jei nekreipsite dėmesio, tai gali rimtai pakenkti arba susižeisti.

1 žingsnis: reikalingos dalys

Kurdami laikrodį, pirmiausia turite pasirinkti komponentus.

„Nixie Tubes“

Kuo mažesnis, tuo geriau. Aš naudoju IN-17, kuris turi nedidelį pėdsaką, bet yra gana aukštas. Vamzdis, kurio laidai išeina žemiau skaičiaus, gali būti išspaustas į mažesnę sritį.

Aukštos įtampos maitinimo šaltinis

Kadangi tai maitinama baterijomis, turime konvertuoti ~ 3V į bent 150V. Aš naudojau „Taylor Electronics 1363“plokštę. Galima suprojektuoti savo lentą, tačiau turėsite daug dėmesio skirti dizainui. Naudojant iš anksto sumontuotą plokštę, man pavyko sumažinti plokštės dydį iki pusės to, kas būtų lydant rankiniu būdu, ir galų gale jis buvo efektyvesnis ir mažiau skambėjo nei mano dizainas.

Aukštos įtampos jungikliai

Dauguma mikrovaldiklių veikia nuo 3-5 V, o ne nuo 150 V. Norėdami su jais sąveikauti, mums reikia poslinkio registro, tranzistorių ar kito perjungimo įrenginio, galinčio aukštos įtampos. Aš naudojau HV5523 poslinkių registrą šiai plokštei - techniškai jiems reikalinga 5 V logika, bet aš pastebėjau, kad jie veikė be 3.3 V.

Mikrovaldiklis

Reikalingas mažiausias MCU, kuriame yra pakankamai kaiščių, kad būtų galima paleisti visus jūsų įrenginius. Tam nenaudokite „ATMega2560“, nes tai per daug. Aš pasirinkau „ATTiny841“, nes jis turėjo tiksliai reikiamą IO skaičių ir palaikė „Arduino IDE“.

RTC

Norint išlaikyti tikslų laiką, jums reikia RTC lusto. Aš naudoju DS3231.

Kitos dalys

• Įtampos reguliatorius

• Sąsaja, skirta nustatyti laiką arba įjungti ekraną

  Naudojau APDS-9960 gestų/artumo jutiklį, kurio sėkmė buvo ribota

• Būdas įsitikinti, kad viskas veikia

  Turėjau atvirą nuoseklųjį prievadą ir RGB šviesos diodą, rodantį dabartinę įrenginio būseną

• Taip pat galbūt norėsite įkrauti akumuliatorių jo neišimdami.

2 žingsnis: funkcinė apžvalga

Aš įkėliau keletą savo pradinių pastabų, kaip planuoti grandinės išdėstymą, ir pagrindinių komponentų, kuriuos galiausiai naudojau, blokinę schemą.

Aukštos įtampos pusėje HVPS tiekia +150 V per srovės ribojimo rezistorių į „Nixie Tubes“bendrojo anodo (+) gnybtą. „Shift Register“jungiasi prie kiekvieno vamzdžių skaitmens. „Shift Register“yra „Open Drain“įrenginys. Kiekvienas kaištis gali būti pririštas tiesiai prie žemės arba paliktas atjungtas nuo grandinės. Tai reiškia, kad visi atjungti „nixie“vamzdžio laidai nenaudojami matuoja 150 V.

Žemos įtampos pusėje yra 3.3V buck/boost reguliatorius, reguliuojantis lipo baterijos įtampą. Tai palaiko grandinę esant 3,3 V įtampai, nes lipo įtampa nukrenta nuo 3,7 iki 3,0 V. „Attiny841 i2C“magistralė jungiasi prie gesto jutiklio ir RTC. Nerodomas RGB šviesos diodas ir nuoseklusis ryšys.

Veikdamas MCU patikrins gestų jutiklį, ar nėra informacijos apie artumą. Kad ekranas nesuaktyvintų rankovės, reikia, kad jutiklis būtų atidengtas bent 1 sekundę, po to uždengtas bent 1 sekundę, o po to atidengtas, kad suveiktų veiksmas. Pradinėje laikrodžio versijoje laikas būtų rodomas vieną kartą, kaip aprašyta paskutiniame paveikslėlyje. Aš jį atnaujinau, kad jis galėtų įjungti visada įjungtą režimą, ilgiau laikydamas jutiklį.

3 žingsnis: lentos dizainas

Nesileisiu į detales, kaip pasidaryti PCB, nes apie tai jau yra daug informacijos. Čia rasite keletą naudingų „Nixie Tube“pėdsakų.

Kai kuriau savo PCB, aš sukravau dvi mažesnes plokštes, kad sumažintų pėdsaką, kurį jis turėtų pririšęs prie riešo. Man pasirodė naudinga atsispausdinti ir iškirpti PCB popierinę kopiją, kad įsitikintumėte, jog visi mano pėdsakai sulygiuoti ir jungtys sulygiuotos. Jei erdvė leidžia, bandymo metu palikite „i2C“ir kitų duomenų linijų pertraukimo blokus, kad jie taip pat zonduotų ar lituotų.

„Eagle“turi funkciją, leidžiančią komponentui priskirti 3D modelį, tada eksportuoti plokštės 3D modelį į kitą programą. Kai jį naudoju, jis buvo klaidingas, bet vis tiek labai naudingas įsitikinant, kad jokios dalys viena kitai netrukdys.

Norėdami sutaupyti vietos, laikrodžio viduje neįtraukiau akumuliatoriaus įkroviklio. Vietoj to, laikrodžio šone turiu keletą moteriškų „DuPont“jungčių. Paskutiniame šio rinkinio paveikslėlyje matyti mano naudojami laidai. Kairė pusė yra laikrodžio viduje, dešinė - išorėje. Norėdami įkrauti laikrodį, išorinius laidus prijunkite prie išorinio įkroviklio. Mėlyna linija šalia akumuliatoriaus negatyvo reiškia raktų angą, neleidžiančią įkišti įkroviklio atgal. Norėdami įjungti laikrodį, naudokite mažą trumpą laidą (žalią), kad sujungtumėte akumuliatorių + su faktinės grandinės VCC. Tai suteikia greitą nesėkmingą saugumą iškilus problemai. Dėl išdėstymo negalite atsitiktinai sutrumpinti ar prijungti grandinės atgal.

4 žingsnis: PCB surinkimas

Aš užsisakiau savo plokštes iš OSHPark, nes jos buvo gana greitos, pigios ir turėjo gražią violetinę spalvą: D

Taip pat gausite po 3 iš kiekvienos plokštės, todėl galėsite pasigaminti 2 laikrodžius ir turėti trečią plokštę bandymams.

Pirmiausia atlikite QFN paketus karštu oru, tada rankiniu būdu lituokite visa kita, pradedant nuo mažesnių komponentų. Nejunkite laidų prie Nixie vamzdžių ar HVPS. Jei turite litavimo trafaretą ir skrudintuvo orkaitę, jums sekasi gana gerai. Naudokite omų matuoklį, kad patikrintumėte, ar jūsų PCB nėra šortų. Jei matuojate vidutinio didelio atsparumo trumpą, ant plokštės gali būti per daug srauto likučių. „HV5523“turi labai smulkius kaiščius ir nematote, ar jie yra sujungiami po IC. Suteikite savo lentai galimybę atvėsti, jei ilgą laiką ją pertvarkysite.

Surinkę žemos įtampos komponentus, paleiskite programą, kuri perjungs visus poslinkių registro skaitmenis. Naudokite loginį analizatorių arba multimetrą, kad patvirtintumėte, jog kaiščiai traukiami žemai, kai tikimasi. Taip pat įsitikinkite, kad jūsų RTC ir kiti įrenginiai reaguoja taip, kaip tikėtasi.

Lituokite HVPS, tada nixie vamzdelius. „Nixie Tubes“lituokite po 1 koją vienu metu ir nepalikite karščio per ilgai. Jei įmanoma, laikykite koją tarp PCB ir stiklo replėmis, kad jos veiktų kaip radiatorius. Suteikite vamzdžiams galimybę atvėsti tarp kiekvienos kojos litavimo.

Jei kyla problemų dėl dalies neveikimo ir nežinote, ar tai yra litavimo jungtis, galite pabandyti lituoti „negyvą klaidą“. Nuimkite lustą nuo plokštės ir naudokite ploną vielą, kad lituotumėte tiesiai prie kiekvienos trinkelės. Įsitikinkite, kad naudojate vielą su emalio danga, kad nė vienas laidas nebūtų trumpas.

5 žingsnis: korpuso dizainas

Naudojant „Eagles MCAD“funkcijas, lengva gauti 3D grandinės modelį, kad aplink jį būtų sukurtas dėklas. Standartinio dydžio laikrodžių dirželius galima įsigyti vaistinėje/universalinėje parduotuvėje. Jei savo PCB padarėte tvirtinimo skyles, galite sukurti savo modelio atotrūkį ir greitai pritvirtinti plokštę. Mano sustojimai baigėsi „Nixie“vamzdeliu ir nebuvo naudojami - aš naudoju „Sugru“, kad įsitikinčiau, jog jis liko vienoje vietoje.

6 žingsnis: projekto failai ir problemos

„Eagle“ir „Solidworks“failai

Tvirtesnis kodas

Aš susiejau visus failus, kuriuos sukūriau dirbdamas prie šio projekto. Jie įkeliami tokie, kokie yra, be redagavimo ar poliravimo. Nežinote, ar tai gerai, ar blogai … Galite pamatyti mano schemą, plokštės dizainą, „Solidworks“failus ir „Arduino“kodą. Aš paaiškinau, ką pasirinkau, ir šie failai turėtų padėti jums pamatyti, kaip tuos pasirinkimus įgyvendinti savo laikrodyje.

Eagle rinkmenose HV.brd yra nixie pėdsakai, HV5523, jungtis HVPS ir APDS-9960. APDS-9960 yra antrame puslapyje, nes jis nukopijuotas iš „Sparkfun“9960 atskyrimo lentos failo. „Schematic.brd“yra visi žemos įtampos elementai. Manau, kad visos reikalingos bibliotekos yra įtrauktos.

„Solidworks“aplankas yra didžiulė netvarka - eksportuojant iš erelio buvo sukurti atskiri kiekvieno rezistoriaus failai ir viskas išmesta. „Assem8“yra failas, į kurį reikia žiūrėti, kad pamatytumėte viską suporuotą ir surinktą. Aplankai „Eksportuoti“yra STL failai, kurių parametrai skiriasi nuo bandymo.

Arduino eskizas pirmame kode yra tai, kas demonstruojama kitame puslapyje esančiame vaizdo įraše ir yra naudojama visiems šio dokumento dokumentams. Antroji nuoroda turi naujesnę versiją, apimančią kelis rodymo režimus. Jei RTC iš naujo nustatys šį eskizą, kitą kartą įjungus bus nustatytas laikas iki 12 val. Taip laikrodį galima naudoti kaip stalinį laikrodį, kuris visada yra prijungtas.

Jei nuspręsite naudoti mano failus kaip atskaitos tašką, turėtumėte žinoti keletą problemų, kurių aš neišsprendžiau.

1. APDS-9960 nesuderinamas su „Attiny Arduino Core“. Artumo aptikimas veikia, tačiau negaliu gauti kodo, kad patikimai gautų gestų pertraukimo signalą.
2. IPT antraštė yra veidrodinė ir vienas iš kaiščių nebuvo prijungtas.
3. ISP VCC antraštė eina į neteisingą įtampos reguliatoriaus pusę. Jei to neatjungsite, įtampos reguliatorius akimirksniu keps
4. CR akumuliatoriaus laikiklis keliais mm sutampa su „i2C“antrašte

7 žingsnis: galutinis rezultatas

Šios odisėjos pabaigoje turiu veikiantį „Nixie Watch“. Jis yra šiek tiek tinkamas naudoti, bet labiau koncepcijos įrodymas nei kasdienis laikrodis. Antroji plokštė buvo paversta stalo laikrodžiu, o trečioji plokštė buvo sunaikinta kūrimo proceso metu.

Kai kurios naudingos nuorodos, jei ketinate sukurti savo laikrodį:

„Nixie Tube“„Google“grupė

„EEVBlog Nixie“grojaraštis

„Eagle to Fusion“eksportas