Тръбен часовник Nixie: 7 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

По -рано тази година построих часовник, за да видя дали мога да направя нещо, което да е функционално. Имах 3 основни изисквания за дизайн

1. Спазвайте точното време
2. Имайте батерия през целия ден
3. Бъдете достатъчно малки, за да носите удобно

Успях да отговоря на първите 2 изисквания, но третото е малко напрегнато. Забелязвате този дизайн да седи на китката ви, но не е неизползваем. Искам да разгледам процеса на проектиране и да покажа какво е било правилно и какво не в този проект. Ще публикувам файлове за използване, но тъй като ще обясня, бих препоръчал да промените някои дизайнерски решения, когато правите свой собствен модел.

Предупреждение за безопасност

Този проект включва привързване на устройство към китката ви, което генерира 150V DC. Това ще нарани сериозно или ще причини нараняване, ако не обърнете внимание.

Стъпка 1: Необходими части

Когато проектирате часовника си, трябва да започнете, като изберете компонентите си.

Nixie тръби

Колкото по -малък, толкова по -добре. Използвах IN-17, които имат малък отпечатък, но са доста високи. Тръба, чиито проводници излизат под номера, може да успее да се притисне в по -малка площ.

Захранване с високо напрежение

Тъй като това се захранва от батерии, трябва да преобразуваме ~ 3V до поне 150V. Използвах платка Taylor Electronics 1363. Възможно е да проектирате своя собствена дъска, но ще трябва да обърнете голямо внимание на дизайна. Използването на предварително изградена платка ми позволи да свия размера на дъската до половината от това, което би било с ръчно запояване, и в крайна сметка стана по-ефективна и по-малко звъняща от моя дизайн.

Високоволтови превключватели

Повечето микроконтролери работят на 3-5V, а не на 150V. За да се свържем с тях, се нуждаем от регистър за смяна, транзистори или друго превключващо устройство, способно на високо напрежение. Използвах HV5523 Shift Register за тази платка - технически те изискват 5V логика, но открих, че работят без проблем 3.3V.

Микроконтролер

Необходим е най -малкият MCU, който има достатъчно изводи, за да изпълнява всичките ви устройства. Не използвайте ATMega2560 за това, защото е прекалено много. Избрах ATTiny841, защото имаше точно необходимия брой IO и поддържаше Arduino IDE.

RTC

За да запазите точното време, имате нужда от RTC чип. Използвах DS3231.

Други части

• Волтажен регулатор

• Интерфейс за задаване на час или включване на дисплея

  Използвах APDS-9960 сензор за жестове/близост с ограничен успех

• Начин да се уверите, че всичко работи

  Имах открит сериен порт и RGB LED, за да покажа текущото състояние на устройството

• Може също да искате метод за зареждане на батерията, без да я изваждате.

Стъпка 2: Функционален преглед

Качих някои от първоначалните си бележки за планиране на оформлението на веригата и блокова диаграма на основните компоненти на това, което в крайна сметка използвах.

Страната с високо напрежение има HVPS, захранващ +150V през ограничаващ тока резистор към общия аноден (+) извод на тръбите Nixie. Регистърът за смяна се свързва с всяка от цифрите на тръбите. Регистърът за смяна е устройство с отворен дренаж. Всеки щифт може или да бъде свързан директно към земята, или да бъде оставен изключен от веригата. Това означава, че всички изключени кабели на никси тръбата ще измерват 150V, когато не се използват.

Страната с ниско напрежение има 3.3V регулатор на усилване/усилване, регулиращ напрежението от липо батерия. Това поддържа веригата при 3.3V, тъй като напрежението на lipo пада от 3.7 на 3.0V. Шината Attiny841 i2C се свързва със сензора за жестове и RTC. Не се показва RGB светодиодна и серийна връзка.

При стартиране на MCU ще провери сензора за жестове за информация за близост. За да се избегне втулката да задейства дисплея, тя изисква сензорът да бъде разкрит за поне 1 секунда, след това покрит за поне 1 секунда, след което да бъде разкрит, за да предизвика действие. Първоначалната версия на часовника ще показва времето веднъж, както е описано на последното изображение. Актуализирах го, така че да може да влиза в режим на постоянно включване, като държи сензора по -дълго покрит.

Стъпка 3: Дизайн на борда

Няма да навлизам в подробности как да направя печатна платка, тъй като вече има много информация за това. Някои полезни следи от Nixie Tube са налични тук.

Когато проектирах моята печатна платка, подредих две по -малки дъски, за да намаля отпечатъка, който би имал, когато е прикрепен към китката ми. Намерих за полезно да отпечатам и изрежа хартиено копие на печатната платка, за да се уверя, че всичките ми отпечатъци са подредени и съединителите са подравнени. Пространството, което позволява, опитайте да оставите пробивни тампони за i2C и други линии за данни, за да ги сондирате или запоявате също по време на тестването.

Eagle има функция, която ви позволява да присвоите 3D модел на компонент, след което да експортирате 3D модел на вашата дъска в друга програма. Беше бъги, когато го използвах, но все пак много полезно, за да се гарантира, че никакви части няма да се намесват една в друга.

За да спестя място, не включих зарядно устройство в часовника. Вместо това имам някои женски DuPont конектори отстрани на часовника. Последното изображение на този комплект показва окабеляването, което използвах. Лявата страна е вътре в часовника, дясната е отвън. За да заредите часовника, свържете най -външните проводници към външното зарядно устройство. Синята линия в близост до отрицателната батерия представлява слот с ключ, който предотвратява поставянето на зарядното устройство назад. За да включите часовника, използвайте малък джъмпер кабел (зелен) за свързване на батерията + към VCC на действителната верига. Това дава бърза защита в случай на проблеми. Поради оформлението не можете случайно да късо или да свържете веригата назад.

Стъпка 4: Монтаж на печатни платки

Поръчах дъските си от OSHPark, защото бяха доста бързи, евтини и имаха прекрасен лилав цвят: D

Също така получавате 3 от всяка дъска, така че можете да направите 2 часовника и да имате трета дъска за тестване.

Първо направете пакетите QFN с горещ въздух, след това запойте на ръка всичко останало, като започнете с по -малките компоненти. Не свързвайте вашите Nixie тръби или HVPS. Ако имате шаблон за спойка и тостер, тогава се справяте доста добре. Използвайте омметър, за да проверите за къси панталони на печатната платка. Ако измервате късо средно високо съпротивление, може да имате твърде много остатъци от поток на дъската. HV5523 има много фини пинове и не можете да видите дали са мостови под IC. Дайте на дъската си възможност да се охлади, ако я преработвате дълго време.

След като компонентите за ниско напрежение бъдат сглобени, стартирайте програма, която ще премине през всички цифри в регистъра за смяна. Използвайте логически анализатор или мултицет, за да потвърдите, че щифтовете се изтеглят НИСКО, когато се очаква. Уверете се също, че вашият RTC и други устройства реагират според очакванията.

Запоявайте HVPS, след това никси тръбите. За Nixie Tubes запоявайте 1 крак наведнъж и не оставяйте топлината включена твърде дълго. Ако е възможно, задръжте крака между печатната платка и стъклото с клещи, за да действа като радиатор. Дайте възможност на тръбите да се охладят между запояване на всеки крак.

Ако имате проблеми с част, която не работи и не знаете дали това е спойка, можете да опитате запояване с "dead bug". Извадете чипа от дъската и използвайте фина жица за запояване към всяка подложка директно. Уверете се, че използвате тел с емайлово покритие, така че нито един от проводниците да не е къс заедно.

Стъпка 5: Дизайн на корпуса

Използвайки функциите на Eagles MCAD, е лесно да получите 3D модел на веригата, за да изградите калъф около нея. Каишките за часовници със стандартен размер се предлагат в аптеката/универсалния магазин. Ако сте направили монтажни отвори във вашата печатна платка, можете да създадете стойки във вашия модел и бързо да закрепите дъската. Моите противостояния в крайна сметка бяха прекъснати от тръбата Nixie и не бяха използваеми - използвах Sugru, за да се уверя, че остава на едно място.

Стъпка 6: Файлове на проекта и проблеми

Eagle и Solidworks файлове

По -здрав код

Свързах всички файлове, които направих, докато работя по този проект. Те се качват такива, каквито са, без редактиране или полиране. Не съм сигурен дали това е добро или лошо … Можете да видите моята схема, дизайн на платката, файловете на Solidworks и кода на Arduino. Обясних какви избори направих и тези файлове трябва да ви помогнат да видите как да приложите тези избори в собствения си часовник.

Във файловете на Eagle HV.brd съдържа следите на nixie, HV5523, конектор за HVPS и APDS-9960. APDS-9960 е на втора страница, тъй като е копиран от файла на дъската на Sparkfun 9960. Schematic.brd съдържа всички неща с ниско напрежение. Мисля, че всички необходими библиотеки са включени.

Папката Solidworks е огромна бъркотия - износът от eagle създаде отделни файлове за всеки резистор и изхвърли всичко. "Assem8" е файлът, който трябва да разгледате, за да видите всичко свързано и сглобено. Папките "Експорт" са STL файлове с различни параметри от тестването.

Скицата на Arduino в първия код е това, което е демонстрирано във видеото на следващата страница и е това, което се използва за всички документи в този документ. Втората връзка има по -нова версия, която включва множество режими на показване. Ако RTC се нулира на тази скица, той ще настрои времето на 12 часа на обяд при следващото включване. Това е така, че часовникът може да се използва като настолен часовник, който винаги е включен.

Ако решите да използвате моите файлове като отправна точка, трябва да сте наясно с няколко проблема, които не съм решил.

1. APDS-9960 не е съвместим с ядрото Attiny Arduino. Откриването на близост работи, но не мога да накарам кода да вземе надеждно сигнала за прекъсване за жестове.
2. Заглавката на ISP е огледална и един от щифтовете не е свързан.
3. Заглавката на ISP VCC отива от грешната страна на регулатора на напрежението. Ако това не бъде изключено, регулаторът на напрежението незабавно ще се запържи
4. Поставката за батерии CR припокрива заглавката на i2C с няколко мм

Стъпка 7: Краен резултат

В края на тази одисея имам работещ часовник Nixie. Той е донякъде използваем, но по -скоро доказателство за концепция, отколкото ежедневен часовник. Втората дъска беше превърната в настолен часовник, а третата платка беше унищожена по време на процеса на изграждане.

Някои полезни връзки, ако ще опитате да проектирате свой собствен часовник:

Nixie Tube Google Group

EEVBlog Nixie плейлист

Eagle to Fusion износ