Ceas de mână Nixietube: 6 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:43

Anul trecut m-am inspirat din ceasurile Nixitube. Cred că aspectul Nixietubelor este atât de frumos. M-am gândit să implementez acest lucru într-un ceas elegant, cu funcționalități inteligente.

Pasul 1: Prototip cu patru tuburi

Am început prin crearea schemelor electronice pentru un ceas cu patru tuburi. Fiind un student la electronică, am dezvoltat electronica în câteva luni.

Mai întâi trebuie să fie proiectată o sursă de alimentare. Am început prin a cumpăra o sursă de alimentare cu modul de comutare 170V premade de pe web, deoarece nu știam cum să proiectez o sursă de alimentare care să poată converti 4.2V DC dintr-o baterie în 170V DC pentru tuburi. Alimentatorul pre-fabricat a fost 86% eficient.

După ce am primit sursa de alimentare, am început să cercetez cum să controlez Nixietuburile. Nixietuburile am ajuns acolo unde sunt tuburi anodice comune, ceea ce înseamnă că, atunci când puneți 170V DC pe anod și GND pe catod, tubul va străluci. Pentru a limita curentul care curge prin tub, trebuie pus un rezistor în fața anodului. Cauzând curentul să fie limitat la 1mA pe tub. Pentru a controla diferitele cifre. Am folosit registre de schimbare de înaltă tensiune. Aceste IC-uri pot fi controlate de orice microcontroler.

Din moment ce sunt un mare fan al IoT (Internet of Things). Am decis să iau un modul ESP32 și am vrut să obțin ora curentă de pe internet prin WiFi. În cele din urmă, sincronizam un RTC (ceas în timp real) cu ora internetului. Îmi permite să economisesc energie și să am întotdeauna timpul la îndemână chiar și fără acces la internet.

M-am gândit la modalități de a verifica ora și am venit cu utilizarea unui accelerometru pe care l-am folosit pentru a urmări mișcarea încheieturii mâinii. Când întorc încheietura, ca să pot citi ora. Ceasul se va declanșa și mi-l va arăta.

De asemenea, am implementat trei butoane activate prin atingere, astfel încât să pot crea un meniu simplu în care să pot seta diferite funcții.

Două LED-uri RGB au trebuit să dea o strălucire frumoasă în spate tuburilor.

De asemenea, m-am gândit la o modalitate de a încărca bateria. Prin urmare, am venit cu încărcarea acestuia folosind un modul de încărcare wireless QI. Acest modul mi-a dat ieșire de 5V. Acest modul conectat la un circuit de încărcare mi-a permis să încarc bateria mică de 300 mAh.

Când proiectarea electronică a fost gata și toate subcircuitele au fost testate, am început să proiectez PCB (placa de circuit imprimat). Faceam machete cu hârtie și piesele (imaginea 1). Măsurarea lățimii, înălțimii și lungimii fiecărei componente a fost un proces minuțios. După câteva săptămâni de proiectare și amplasare a PCB-ului, au primit comenzi și mi-au fost expediate. (poza 2).

În fiecare etapă a modului, am creat programe de testare pentru fiecare parte a ceasului. În acest fel, software-ul final ar putea fi ușor copiat împreună.

Lipirea fiecărei componente ar putea începe și mi-a luat aproximativ o zi.

Testarea și punerea împreună a întregului ceas (Figura 3, 4, 5, 6, 7) A funcționat.

Am imprimat 3D o carcasă pentru ceas și, în cele din urmă, am găsit ceasul prea mare. Așa că am decis să creez unul nou și am făcut ceasul cu patru tuburi un prototip.

Pasul 2: Noul design

Găsind ceasul cu patru tuburi prea mare, am început să micșorez designul electronic. Mai întâi folosind doar două tuburi în loc de patru. În al doilea rând, folosind componente mai mici și realizându-mi propriul convertor de 170V de la zero. Implementarea personală a ESP32 MCU (Micro Controller Unit) în loc să folosesc un modul a făcut ca designul să fie mult mai mic.

Folosind software-ul de proiectare 3D (imaginea 1), am proiectat o carcasă și am încorporat toate componentele electrice în interior. Împărțind electronica în trei plăci am reușit să folosesc mai eficient spațiul din interiorul carcasei.

Electronică nouă unde a fost proiectată:

-Alegut un nou accelerometru mai eficient din punct de vedere energetic.

-S-au schimbat butoanele tactile pentru un comutator cu mai multe poziții.

-A folosit un nou circuit de incarcare.

-S-a schimbat încărcarea fără fir pentru încărcarea USB, deoarece doream o carcasă din aluminiu.

-Am folosit un procesor de consum redus pentru a economisi energie.

-Alegut un nou LED de fundal.

-Utilizat un indicator de măsurare a bateriei IC pentru a urmări nivelul bateriei.

Pasul 3: Asamblarea electronice

După câteva luni de proiectare a noului ceas, acesta ar putea fi, de asemenea, asamblat. Am folosit câteva instrumente disponibile la școala mea pentru a lipi IC-urile Tiny pitched (Imaginea 4). Acest lucru mi-a luat câteva zile, pentru că am întâmpinat unele probleme, dar în cele din urmă am pornit electronica (Imaginea 5).

Pasul 4: Proiectarea carcasei

Am proiectat carcasa în paralel cu proiectarea electronice. De fiecare dată verificarea unui software de computer 3D dacă fiecare componentă se potrivește. Înainte de frezarea CNC (Computer Numerical Control), a fost realizat un prototip tipărit 3D pentru a se asigura că totul se potrivește. (Imaginea 1, 2)

După ce s-a făcut proiectarea carcasei și electronica a funcționat, am început cercetări despre cum trebuie programate mașinile CNC (Imaginea 3). Un prieten de-al meu care are cunoștințe despre frezarea CNC m-a ajutat să programez mașina CNC. Deci măcinarea ar putea începe. (Imaginea 4)

După ce măcinarea a fost completă, am terminat carcasa găurind găuri și lustruind carcasa. Totul s-a potrivit potrivit pentru prima dată. (Imaginea 5, 6, 7)

Proiectasem un zăvor pentru o fereastră acrilică. Dar zăvorul a fost distrus accidental. Folosind un tăietor cu laser am tăiat o fereastră din acrilic care a fost lipită de partea superioară a ceasului (Imaginea 9).

Pasul 5: Software-ul și aplicația

Controlerul de pe ceas practic doarme tot timpul pentru a economisi energie. Un procesor de putere redusă citește accelerometrul la fiecare câteva milisecunde pentru a verifica dacă încheietura mâinii este rotită. Numai când este activat, acesta va trezi procesorul principal și va primi timpul de la RTC și va afișa orele și apoi minutele pe tuburi.

Procesorul principal verifică și procesul de încărcare, verifică conexiunile Bluetooth primite, verifică starea butonului de intrare și reacționează în consecință.

Dacă utilizatorul nu mai interacționează cu ceasul, procesorul principal se va culca din nou.

Ca parte a studiului meu, a trebuit să creăm o aplicație. Așa că m-am gândit să creez aplicația pentru ceasul nixie. Aplicația a fost scrisă în xamarin din limba Microsoft este C #.

Din păcate, a trebuit să creez aplicația în olandeză. Dar practic există o filă de conexiune care arată ceasurile nixie găsite (Imaginea 1). După aceea, sunt descărcate setările de pe ceas. Aceste setări sunt salvate pe ceas. O filă pentru a sincroniza ora manual sau automat, obținând ora de pe telefonul smartphone (Imaginea 2). O filă pentru a modifica setările ceasului (imaginea 5). Și nu în ultimul rând o filă de stare care arată starea bateriei. (Imaginea 6)

Pasul 6: Caracteristici și impresie

Ceasul are:

- Două tuburi mici nixie de tip z5900m.

- Ceas precis în timp real.

- Calculele au arătat că timpul de așteptare de 350 de ore era ușor de realizat.

- Bluetooth pentru controlul setărilor și setarea orei ceasului, precum și pentru a vedea starea bateriei.

- Unele setări Bluetooth includ: Animație Pornit / Oprit, Declanșare manuală sau accelerometră a tuburilor, Pornit / oprit led de fundal. Buton programabil pentru a vedea temperatura procentului bateriei.

- Accelerometru pentru declanșarea tuburilor atunci când încheietura mâinii este rotită

- Baterie de 300 mAh.

- LED RGB pentru mai multe scopuri.

- IC de măsurare a gazului bateriei pentru monitorizarea precisă a stării bateriei.

- micro USB pentru încărcarea bateriei.

- Un buton cu mai multe direcții pentru declanșare, conexiune Bluetooth și un buton programabil pentru citirea temperaturii sau starea bateriei, setarea manuală a timpului.

- Carcasă frezată CNC din aluminiu.

- Fereastra acrilica pentru protectie

- Aplicație de telefon Bluetooth.

- Sincronizare opțională prin WiFi.

- Motor de vibrație opțional pentru a indica notificările smartphone-urilor precum Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Mai întâi sunt afișate orele, apoi minutele.

Software-ul pentru MCU de pe ceas este scris în C ++, C și asamblare.

Software-ul pentru aplicație este scris în xamarin C #.

Premiul I la Concursul de articole purtabile