Nixietube armbåndsur: 6 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

I fjor ble jeg inspirert av Nixitube -klokker. Jeg synes utseendet til Nixietubes er så fint. Jeg tenkte på å implementere dette i en stilig klokke med smarte funksjoner.

Trinn 1: Prototype med fire rør

Jeg begynte med å lage den elektroniske skjematikken for en firerørs klokke. Som elektronikkstudent utviklet jeg elektronikken over flere måneder.

Først må en strømforsyning utformes. Jeg begynte med å kjøpe en forhåndsdefinert 170V brytermodus strømforsyning fra nettet fordi jeg ikke visste hvordan jeg skulle designe en strømforsyning som kunne konvertere 4,2V DC fra et batteri til 170V DC for rørene. Den ferdiglagde PSU var 86% effektiv.

Etter å ha mottatt strømforsyningen begynte jeg å undersøke hvordan jeg kan kontrollere Nixietubes. Nixietubes jeg fikk der vanlige Anode -rør, noe som betyr at når du setter 170V DC på anoden og GND på katoden, vil røret lyse. For å begrense strømmen gjennom røret må en motstand plasseres foran anoden. Årsaken til at strømmen er begrenset til 1mA per rør. For å kontrollere de forskjellige sifrene. Jeg brukte høyspenningsskiftregistre. Disse IC-ene kan styres av hvilken som helst mikrokontroller.

Siden jeg er en stor fan av IoT (Internet of Things). Jeg bestemte meg for å ta en ESP32 -modul og ønsket å få den nåværende tiden fra internett selv om WiFi. Etter hvert synkroniserte jeg en RTC (sanntidsklokke) med internettiden. Tillater meg å spare energi og alltid ha tiden til rådighet, selv uten internettilgang.

Jeg tenkte på måter å sjekke tiden og fant på å bruke et akselerometer som jeg brukte for å spore bevegelsen av håndleddet. Når jeg snur håndleddet slik at jeg kan lese tiden. Klokken vil utløse og vise den til meg.

Jeg implementerte også tre berøringsaktiverte knapper slik at jeg kunne lage en enkel meny hvor jeg kunne angi forskjellige funksjoner.

To RGB -lysdioder måtte gi rørene en fin glød i ryggen.

Jeg tenkte også på en måte å lade batteriet på. Derfor fant jeg ut å lade den ved å bruke en trådløs QI -ladermodul. Denne modulen ga meg 5V utgang. Denne modulen koblet til en ladekrets tillot meg å lade det lille 300 mAh batteriet.

Da det elektroniske designet var klart og alle delkretsene ble testet, begynte jeg å designe PCB (Printed Circuit Board). Jeg lagde mock-ups med papir og delene (bilde 1). Å måle bredden, høyden og lengden på hver komponent var en omhyggelig prosess. Etter flere uker med å designe og legge ut kretskortet, ble de bestilt og sendt til meg. (bilde 2).

Under hvert trinn på veien hadde jeg laget testprogrammer for hver del av klokken. På denne måten kan den endelige programvaren enkelt kopieres sammen.

Lodding av hver komponent kunne begynne og tok meg omtrent en dag.

Testing og sammensetting av hele klokken (Bilde 3, 4, 5, 6, 7) Det fungerte.

Jeg trykte 3D -etui til klokken, og til slutt fant jeg at klokken var for stor. Så jeg bestemte meg for å lage en ny og laget de fire rørklokken til en prototype.

Trinn 2: Det nye designet

Da jeg fant klokken med fire rør for stor, begynte jeg å krympe elektronikkdesignet. Først ved å bruke bare to rør i stedet for fire. For det andre ved å bruke mindre komponenter og lage min egen 170V boost -omformer fra bunnen av. Implementering av ESP32 MCU (Micro Controller Unit) selv i stedet for å bruke en modul gjorde også designet mye mindre.

Ved å bruke 3D -designprogramvare (Bilde 1) designet jeg et etui og passet alle de elektriske komponentene pent inn. Ved å dele elektronikken i tre kort kunne jeg mer effektivt bruke plassen inne i saken.

Ny elektronikk der den er designet:

-Plukket et nytt mer energieffektivt akselerometer.

-Endret berøringsknappene for en flerposisjonsbryter.

-Brukt en ny ladekrets.

-Endret den trådløse ladingen for USB -lading fordi jeg ønsket et aluminiumshus.

-Brukt en lav effektprosessor for å spare strøm ytterligere.

-Plukket en ny bakgrunns -LED.

-Brukt en batterimåler IC for å spore batterinivået.

Trinn 3: Montering av elektronikken

Etter flere måneder med å designe den nye klokken, kunne den også settes sammen. Jeg brukte noen tilgjengelige verktøy på skolen min for å lodde Tiny pitched IC -er (Bilde 4). Dette tok meg flere dager fordi jeg støtte på noen problemer, men til slutt fikk jeg elektronikken til å fungere (Bilde 5).

Trinn 4: Designe saken

Jeg designet saken parallelt med å designe elektronikken. Hver gang du sjekker inn en 3D -programvare om hver komponent ville passe. Før CNC (Computer Numerical Control) freset saken, ble det laget en 3D -trykt prototype for å sikre at alt ville passe. (Bilde 1, 2)

Etter at saken var ferdig og elektronikken fungerte, begynte jeg å undersøke hvordan CNC -maskiner må programmeres (bilde 3). En venn av meg som har kunnskap om CNC -fresing hjalp meg med å programmere CNC -maskinen. Så fresingen kunne begynne. (Bilde 4)

Etter at fresingen var fullført, avsluttet jeg saken med å bore hull og polere saken. Alt passet riktig første gangen. (Bilde 5, 6, 7)

Jeg hadde designet en lås for et vindu i akryl. Men låsen ble frest bort ved et uhell. Ved hjelp av en laserskjærer kuttet jeg et vindu av akryl, dette ble limt på toppen av klokken (Bilde 9).

Trinn 5: Programvaren og appen

Kontrolleren på klokken sover i utgangspunktet hele tiden for å spare strøm. En prosessor med lav effekt leser akselerometeret noen få millisekunder for å sjekke om håndleddet mitt er snudd. Først når den er slått, vil den vekke hovedprosessoren og få tiden fra RTC og vil vise timene og deretter minuttene kort på rørene.

Hovedprosessoren sjekker også ladeprosessen, den sjekker om innkommende Bluetooth -tilkoblinger, den sjekker tilstanden til inngangsknappen og reagerer deretter.

Hvis brukeren ikke interagerer med klokken lenger, vil hovedprosessoren gå i dvale igjen.

Som en del av studien min måtte vi lage en app. Så jeg tenkte å lage appen for nixie -klokken. Appen ble skrevet på xamarin fra Microsoft -språket er C#.

Jeg måtte dessverre lage appen på nederlandsk. Men i utgangspunktet er det en tilkoblingsfan som viser de nixie -klokkene som er funnet (Bilde 1). Etter det blir innstillingene fra klokken lastet ned. Disse innstillingene lagres på klokken. En fane for å synkronisere tiden manuelt eller automatisk ved å hente tiden fra smarttelefonen (Bilde 2). En fane for å endre klokkeinnstillingene (bilde 5). Og sist men ikke minst en statusfane som viser batteristatusen. (Bilde 6)

Trinn 6: Funksjoner og inntrykk

Klokken har:

- To små nixie -rør av typen z5900m.

- Nøyaktig sanntidsklokke.

- Beregninger viste at 350 timers standby -tid var lett oppnåelig.

- Bluetooth for å kontrollere innstillinger og stille klokkeslettet, samt se batteristatus.

- Noen Bluetooth -innstillinger inkluderer: Animasjon på/av, Manuell eller akselerometerutløser av rør, bakgrunnslys på/av. Programmerbar knapp for å se temperaturen på batteriprosent.

- Akselerometer for å utløse rørene når håndleddet vendes

- 300 mAh batteri.

- RGB -ledet for flere formål.

- Batterigassmåler IC for nøyaktig overvåking av batteristatus.

- mikro -USB for lading av batteriet.

- En multiretningsknapp for utløsning, Bluetooth -tilkobling og en programmerbar knapp for temperaturavlesning eller batteristatus, Angi tiden manuelt.

- CNC frest hus fra aluminium.

- Akrylvindu for beskyttelse

- Bluetooth -telefonapplikasjon.

- Valgfri tidssynkronisering via WiFi.

- Valgfri vibrasjonsmotor for å indikere smarttelefonvarsler som Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Først timene deretter minutter vises.

Programvaren for MCU på klokken er skrevet i C ++, C og assembler.

Programvaren for appen er skrevet i xamarin C#.

Førstepremie i wearables -konkurransen