Ceas Nixie Tube: 7 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Am construit un ceas la începutul acestui an pentru a vedea dacă pot face ceva funcțional. Aveam 3 cerințe principale de proiectare

1. Păstrați ora exactă
2. Aveți baterie pentru toată ziua
3. Fii suficient de mic pentru a purta confortabil

Am reușit să îndeplinesc primele 2 cerințe, cu toate acestea a treia este puțin cam întinsă. Observați că acest design stă pe încheietura mâinii, dar nu este inutilizabil. Vreau să trec peste procesul de proiectare și să arăt ce a mers bine și rău în acest proiect. Voi posta fișiere pe care să le folosesc, dar așa cum vă voi explica, aș recomanda schimbarea unor opțiuni de proiectare atunci când îți faci propriul model.

Avertisment de siguranță

Acest proiect implică legarea unui dispozitiv la încheietura mâinii care generează 150V DC. Acest lucru va răni grav sau va provoca vătămări dacă nu acordați atenție.

Pasul 1: Piese necesare

Când vă proiectați ceasul, trebuie să începeți prin a vă alege componentele.

Nixie Tubes

Cu cât este mai mic, cu atât mai bine. Am folosit IN-17 care are o amprentă mică, dar sunt destul de înalte. Un tub care are cablurile care ies sub număr ar putea fi capabil să se strângă într-o zonă mai mică.

Alimentare de înaltă tensiune

Deoarece acesta este alimentat de la baterie, trebuie să convertim ~ 3V până la cel puțin 150V. Am folosit o placă Taylor Electronics 1363. Este posibil să vă proiectați propria placă, dar va trebui să acordați o atenție deosebită proiectării. Folosirea unei plăci pre-construite mi-a permis să micșorez dimensiunea plăcii la jumătate din ceea ce ar fi cu lipirea manuală și am ajuns să fiu mai eficientă și mai puțin sunătoare decât designul meu.

Comutatoare de înaltă tensiune

Majoritatea microcontrolerelor rulează de 3-5V, nu de 150V. Pentru a interfața cu aceștia avem nevoie de un registru de schimbare, tranzistoare sau alt dispozitiv de comutare capabil de înaltă tensiune. Am folosit HV5523 Shift Register pentru această placă - din punct de vedere tehnic necesită logică de 5V, dar am descoperit că au funcționat de 3,3V fără probleme.

Microcontroler

Este nevoie de cel mai mic MCU care are suficiente pini pentru a rula toate dispozitivele. Nu utilizați un ATMega2560 pentru acest lucru, deoarece este exagerat. Am ales ATTiny841 pentru că avea exact numărul de IO necesar și a acceptat ID-ul Arduino.

RTC

Pentru a menține timpul exact aveți nevoie de un cip RTC. Am folosit DS3231.

Alte părți

• Regulator de voltaj

• Interfață pentru a seta ora sau pentru a porni afișajul

  Am folosit un senzor de gestiune / proximitate APDS-9960 cu succes limitat

• O modalitate de a vă asigura că totul funcționează

  Am avut un port serial expus și un LED RGB pentru a arăta starea curentă a dispozitivului

• Poate doriți și o metodă de încărcare a bateriei fără a o scoate.

Pasul 2: Prezentare generală funcțională

Am încărcat câteva dintre notele mele inițiale pentru planificarea aspectului circuitului și o diagramă bloc a principalelor componente ale ceea ce am ajuns să folosesc.

Partea de înaltă tensiune are HVPS care furnizează + 150V printr-un rezistor de limitare a curentului către terminalul Anod comun (+) al tuburilor Nixie. Registrul Shift se conectează la fiecare dintre cifrele tuburilor. Shift Register este un dispozitiv Open Drain. Fiecare știft poate fi legat direct de sol sau poate fi lăsat deconectat de la circuit. Aceasta înseamnă că toate cablurile deconectate ale tubului nixie vor măsura 150V atunci când nu sunt utilizate.

Partea de joasă tensiune are un regulator Buck / boost de 3,3 V care reglează tensiunea de la o baterie lipo. Acest lucru menține circuitul la 3,3 V, deoarece tensiunea lipo scade de la 3,7 la 3,0V. Autobuzul Attiny841 i2C se conectează la senzorul Gesture și RTC. Nu este afișat LED-ul RGB și conexiunea serială.

Când rulați MCU, va verifica senzorul de gesturi pentru informații de proximitate. Pentru a evita ca manșonul să declanșeze afișajul, este necesar ca senzorul să fie descoperit cel puțin 1 secundă, apoi acoperit cel puțin 1 secundă, apoi descoperit pentru a declanșa o acțiune. Versiunea inițială a ceasului ar afișa ora o dată, așa cum este descris în ultima imagine. L-am actualizat astfel încât să aibă capacitatea de a intra în modul întotdeauna activ, menținând senzorul acoperit mai mult timp.

Pasul 3: Proiectarea plăcii

Nu voi intra în prea multe detalii cu privire la modul de a face un PCB, deoarece există deja o mulțime de informații despre asta. Unele amprente utile ale tubului Nixie sunt disponibile aici.

Când mi-am proiectat PCB-ul, am stivuit două plăci mai mici pentru a reduce amprenta pe care o avea atunci când era legată la încheietura mâinii. Mi s-a părut util să tipăresc și să decupez o copie pe hârtie a PCB-ului pentru a mă asigura că toate amprentele mele sunt aliniate și conectorii sunt aliniați. Permițând spațiu, încercați să lăsați tampoane de rupere pentru i2C și alte linii de date pentru a testa sau lipi în timpul testării.

Eagle are o caracteristică care vă permite să atribuiți un model 3D unei componente, apoi să exportați un model 3D al plăcii dvs. către un alt program. Când îl foloseam, era un buggy, dar totuși foarte util pentru a mă asigura că nici o piesă nu va interfera una cu cealaltă.

Pentru a economisi spațiu, nu am inclus un încărcător de baterii în interiorul ceasului. În schimb, am niște conectori DuPont de sex feminin pe partea laterală a ceasului. Ultima imagine a acestui set arată cablajul pe care l-am folosit. Partea stângă este în interiorul ceasului, dreapta este în exterior. Pentru a încărca ceasul, conectați firele exterioare la încărcătorul extern. Linia albastră lângă negativul bateriei reprezintă un slot cu cheie pentru a preveni introducerea încărcătorului înapoi. Pentru a porni ceasul, utilizați un cablu mic jumper (verde) pentru a conecta bateria + la VCC a circuitului real. Acest lucru oferă o siguranță rapidă în caz de probleme. Datorită aspectului, nu puteți scurtcircuita accidental sau conecta circuitul înapoi.

Pasul 4: Asamblarea PCB

Mi-am comandat plăcile de la OSHPark deoarece erau destul de rapide, ieftine și aveau o culoare purpurie minunată: D

De asemenea, primiți 3 din fiecare tablă, astfel încât să puteți face 2 ceasuri și să aveți o a treia placă pentru testare.

Faceți mai întâi pachetele QFN cu aer cald, apoi lipiți manual orice altceva începând cu componentele mai mici. Nu conectați tuburile Nixie sau HVPS. Dacă aveți un șablon de lipit și un cuptor cu prăjitor de pâine, vă descurcați destul de bine. Folosiți un contor ohm pentru a verifica dacă există scurte pe PCB. Dacă măsurați rezistența medie-înaltă, este posibil să aveți prea multe reziduuri de flux pe placă. HV5523 are știfturi înclinate foarte fine și nu puteți vedea dacă sunt conectate sub IC. Oferiți-vă tabloul o șansă să se răcească dacă îl refaceți mult timp.

Odată ce componentele de joasă tensiune sunt asamblate, rulați un program care va parcurge toate cifrele de pe registrul de schimbare. Utilizați un analizor logic sau un multimetru pentru a confirma faptul că pinii sunt trageți LOW atunci când vă așteptați. De asemenea, asigurați-vă că RTC și alte dispozitive răspund așa cum era de așteptat.

Lipiți HVPS, apoi tuburile nixie. Pentru Nixie Tubes lipiți câte un picior la un moment dat și nu lăsați căldura prea lungă. Dacă este posibil, țineți piciorul între PCB și sticlă cu clește pentru a acționa ca radiator. Oferiți tuburilor șansa să se răcească între lipirea fiecărui picior.

Dacă întâmpinați probleme cu o piesă care nu funcționează și nu știți dacă este o îmbinare de lipit, puteți încerca lipirea „bug mort”. Scoateți cipul de pe placă și folosiți sârmă fină pentru a lipi direct fiecare tampon. Asigurați-vă că utilizați sârmă cu strat de email, astfel încât niciunul dintre fire să nu fie scurt.

Pasul 5: Proiectarea carcasei

Folosind funcțiile Eagles MCAD este ușor să obțineți un model 3D al circuitului pentru a construi o carcasă în jurul acestuia. Curele de ceas de dimensiuni standard sunt disponibile la magazinul de droguri / departament. Dacă ați făcut găuri de montare în PCB, puteți crea distanțe în modelul dvs. și puteți fixa rapid placa. Distanțele mele au ajuns să fie întrerupte de tubul Nixie și nu au putut fi utilizate - am folosit Sugru pentru a mă asigura că rămâne într-un singur loc.

Pasul 6: Fișiere de proiect și probleme cu care se confruntă

Fișierele Eagle și Solidworks

Cod mai robust

Am legat toate fișierele pe care le-am făcut în timp ce lucram la acest proiect. Acestea sunt încărcate ca atare, fără editare sau lustruire. Nu sunt sigur dacă acest lucru este bun sau rău … Puteți vedea schema mea, designul plăcii, fișierele Solidworks și codul Arduino. Am explicat ce alegeri am făcut și aceste fișiere ar trebui să vă ajute să vedeți cum să implementați acele alegeri în propriul ceas.

În fișierele Eagle HV.brd conține amprentele nixie, HV5523, conector pentru HVPS și APDS-9960. APDS-9960 este pe o a doua pagină, deoarece este copiat din fișierul de bord al Sparkfun 9960. Schematic.brd conține toate elementele de joasă tensiune. Cred că toate bibliotecile necesare sunt incluse.

Dosarul Solidworks este o mare mizerie - Exportul de la Eagle a creat fișiere individuale pentru fiecare rezistor și a aruncat totul. „Assem8” este fișierul la care trebuie să te uiți pentru a vedea totul asociat și asamblat. Dosarele „Export” sunt fișiere STL cu parametri diferiți de la testare.

Schița Arduino din primul cod este ceea ce este prezentat în videoclipul de pe pagina următoare și este folosit pentru toate documentele din acest document. Al doilea link are o versiune mai nouă care include mai multe moduri de afișare. Dacă RTC se resetează pe această schiță, va seta ora la 12 la următoarea pornire. Astfel, ceasul poate fi folosit ca un ceas de birou care este întotdeauna conectat.

Dacă decideți să utilizați fișierele mele ca punct de plecare, ar trebui să fiți conștienți de câteva probleme pe care nu le-am rezolvat.

1. APDS-9960 nu este compatibil cu Attiny Arduino Core. Detecția de proximitate funcționează, totuși nu pot obține codul pentru a prelua în mod fiabil semnalul de întrerupere pentru gesturi.
2. Antetul ISP este oglindit și unul dintre pini nu a fost conectat.
3. Antetul ISP VCC se îndreaptă spre partea greșită a regulatorului de tensiune. Dacă acest lucru nu este deconectat, regulatorul de tensiune se va prăji instantaneu
4. Suportul bateriei CR se suprapune cu câteva mm antetul i2C

Pasul 7: Rezultatul final

La sfârșitul acestei odisee am un ceas Nixie funcțional. Este oarecum utilizabil, dar mai mult o dovadă a conceptului decât un ceas zilnic. A doua placă a fost convertită într-un ceas de birou, iar a treia placă a fost distrusă în timpul procesului de construire.

Câteva link-uri utile dacă doriți să vă proiectați propriul ceas:

Grupul Google Nixie Tube

EEVBlog Nixie Playlist

Exportul Eagle to Fusion