Ръчен часовник Nixietube: 6 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:51

Миналата година се вдъхнових от часовниците Nixitube. Мисля, че външният вид на Nixietubes е толкова хубав. Мислех да внедря това в стилен часовник с интелигентни функционалности.

Стъпка 1: Четири тръбен прототип

Започнах със създаването на електронни схеми за часовник с четири тръби. Като студент по електроника развивах електрониката в продължение на няколко месеца.

Първо трябва да се проектира захранване. Започнах с закупуването на предварително готово захранване в режим на превключване 170V от мрежата, защото не знаех как да проектирам захранване, което може да преобразува 4.2V DC от батерия в 170V DC за тръбите. Предварително изработеното захранване е с 86% ефективност.

След като получих захранването, започнах да проучвам как да контролирам Nixietubes. В Nixietubes, които получих, има обикновени анодни тръби, което означава, че когато поставите 170V DC на анода и GND на катода, тръбата ще свети. За да се ограничи токът, протичащ през тръбата, трябва да се постави резистор пред анода. Причинявайки тока да бъде ограничен до 1mA на тръба. За да контролирате различните цифри. Използвах регистри за смяна на високо напрежение. Тези интегрални схеми могат да се управляват от всеки микроконтролер.

Тъй като съм голям фен на IoT (Интернет на нещата). Реших да взема ESP32 модул и исках да получа текущото време от интернет през WiFi. В крайна сметка синхронизирах RTC (часовник в реално време) с времето в интернет. Позволявайки ми да пестя енергия и винаги да имам време под ръка дори без достъп до интернет.

Замислих се за начини да проверя времето и измислих с помощта на акселерометър, който използвах за проследяване на движението на китката ми. Когато завъртя китката си, за да мога да чета часа. Часовникът ще се задейства и ще ми го покаже.

Приложих и три бутона с активиране на докосване, за да мога да направя просто меню, където мога да задавам различни функции.

Два RGB светодиода трябваше да придадат приятен блясък на тръбите.

Мислех и за начин за зареждане на батерията. Затова дойдох да го зареждам с помощта на безжичен QI заряден модул. Този модул ми даде 5V изход. Този модул, свързан към зареждаща верига, ми позволи да заредя малката 300 mAh батерия.

Когато електронният дизайн беше готов и всички подсхеми, където бяха тествани, започнах да проектирам печатна платка (печатна платка). Правех макети с хартия и частите (снимка 1). Измерването на ширината, височината и дължината на всеки компонент беше труден процес. След седмици на проектиране и поставяне на печатни платки те бяха поръчани и изпратени до мен. (снимка 2).

По време на всяка стъпка от пътя бях създавал тестови програми за всяка част от часовника. По този начин крайният софтуер може лесно да бъде копиран заедно.

Запояването на всеки компонент можеше да започне и ми отне около ден.

Тестване и сглобяване на целия часовник (Снимка 3, 4, 5, 6, 7) Сработи.

Отпечатах 3D калъф за часовника и в крайна сметка установих, че часовникът е твърде голям. Затова реших да създам нов и направих часовника с четири тръби прототип.

Стъпка 2: Новият дизайн

Считайки, че часовникът с четири тръби е твърде голям, започнах да свивам дизайна на електрониката. Първо, като използвате само две тръби вместо четири. Второ, като използвам по -малки компоненти и направих свой собствен усилващ преобразувател от 170V от нулата. Внедряването на ESP32 MCU (Micro Controller Unit) вместо да използвам модул също направи дизайна много по -малък.

С помощта на компютърен софтуер за 3D дизайн (Снимка 1) проектирах корпус и поставих всички електрически компоненти спретнато вътре. Чрез разделяне на електрониката на три платки успях да използвам по -ефективно пространството вътре в кутията.

Нова електроника, където е проектирана:

-Избрах нов, по -енергийно ефективен акселерометър.

-Сменени сензорните бутони за многопозиционен превключвател.

-Използва нова верига за зареждане.

-Смених безжичното зареждане за USB зареждане, защото исках алуминиев корпус.

-Използваше процесор с ниска мощност за допълнително пестене на енергия.

-Избрахме нов светодиод за фон.

-Използвах IC индикатор на батерията за проследяване на нивото на батерията.

Стъпка 3: Сглобяване на електрониката

След месеци на проектиране на новия часовник той също можеше да бъде сглобен. Използвах някои налични инструменти в моето училище, за да запоя малките микросхеми (Снимка 4). Това ми отне няколко дни, защото срещнах някои проблеми, но в крайна сметка започнах да работя електрониката (Снимка 5).

Стъпка 4: Проектиране на калъфа

Проектирах корпуса успоредно с проектирането на електрониката. Всеки път проверявайте в 3D компютърен софтуер дали всеки компонент ще пасне. Преди CNC (Computer Numerical Control) да обработи корпуса, беше направен 3D отпечатан прототип, за да се увери, че всичко ще пасне. (Снимка 1, 2)

След като дизайнът на корпуса беше направен и електрониката започна, започнах проучване как трябва да се програмират CNC машини (Снимка 3). Един мой приятел, който има познания за фрезоване с ЦПУ, ми помогна да програмирам машината с ЦПУ. Така фрезоването можеше да започне. (Снимка 4)

След като фрезоването завърши, завърших корпуса, като пробих дупки и полирах корпуса. Всичко се подреди от първия път както трябва. (Снимка 5, 6, 7)

Бях проектирал ключалка за акрилен прозорец. Но ключалката е фрезована случайно. С лазерен нож изрязах прозорец от акрил, който беше залепен към горната част на часовника (Снимка 9).

Стъпка 5: Софтуерът и приложението

Контролерът на часовника основно спи през цялото време, за да пести енергия. Процесор с ниска мощност чете акселерометъра на всеки няколко милисекунди, за да провери дали китката ми е обърната. Само когато е включен, той ще събуди основния процесор и ще получи времето от RTC и ще покаже часовете и след това минутите за кратко върху епруветките.

Основният процесор също проверява процеса на зареждане, проверява за входящи Bluetooth връзки, проверява състоянието на бутона за въвеждане и реагира съответно.

Ако потребителят не взаимодейства с часовника, основният процесор ще заспи отново.

Като част от моето проучване трябваше да създадем приложение. Затова си помислих да създам приложението за часовника nixie. Приложението е написано на xamarin от езика на Microsoft е C#.

За съжаление трябваше да създам приложението на холандски. Но основно има раздел за връзка, който показва намерените часовници nixie (Снимка 1). След това настройките от часовника се изтеглят. Тези настройки се запазват в часовника. Раздел за синхронизиране на времето ръчно или автоматично чрез получаване на времето от вашия смартфон (Снимка 2). Раздел за промяна на настройките на часовника (снимка 5). И не на последно място раздел за състоянието, който показва състоянието на батерията. (Снимка 6)

Стъпка 6: Характеристики и впечатление

Характеристиките на часовника:

- Две малки никси тръби от тип z5900m.

- Точен часовник в реално време.

- Изчисленията показаха, че 350 часа време в режим на готовност е лесно постижимо.

- Bluetooth за контрол на настройките и настройване на часа на часовника, както и за виждане на състоянието на батерията.

- Някои Bluetooth настройки включват: Включване/изключване на анимация, ръчно задействане на тръби или акселерометър, включване/изключване на фона. Програмируем бутон за наблюдение на температурата на процента на батерията.

- Акселерометър за задействане на тръбите при завъртане на китката

- 300 mAh батерия.

- RGB водещ за множество цели.

- IC габарит на батерията за точно наблюдение на състоянието на батерията.

- микро USB за зареждане на батерията.

- Един многопосочен бутон за задействане, Bluetooth връзка и програмируем бутон за отчитане на температурата или състоянието на батерията, Ръчна настройка на часа.

- CNC фрезован корпус от алуминий.

- Акрилен прозорец за защита

- приложение за Bluetooth телефон.

- Незадължителна синхронизация на времето чрез WiFi.

- Допълнителен вибриращ двигател за индикация на известия от смартфон като Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Първо се показват часовете, след това минутите.

Софтуерът за MCU на часовника е написан на C ++, C и асемблер.

Софтуерът за приложението е написан на xamarin C#.

Първа награда в конкурса за носене