Nixie Tube Watch: 7 trinn (med bilder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:23

Jeg bygde en klokke tidligere i år for å se om jeg kunne lage noe som var funksjonelt. Jeg hadde tre hovedkrav til design

1. Hold nøyaktig tid
2. Har batteri hele dagen
3. Vær liten nok til å ha det behagelig

Jeg klarte å oppfylle de to første kravene, men det tredje er litt av en strekk. Du legger merke til at dette designet sitter på håndleddet, men det er ikke ubrukelig. Jeg vil gå over designprosessen og vise hva som gikk rett og galt i dette prosjektet. Jeg vil legge ut filer som skal brukes, men som jeg vil forklare vil jeg anbefale å endre noen designvalg når du lager din egen modell.

Sikkerhetsadvarsel

Dette prosjektet innebærer å feste en enhet til håndleddet som genererer 150V DC. Dette vil skade alvorlig eller forårsake skade hvis du ikke tar hensyn.

Trinn 1: Nødvendige deler

Når du designer klokken, må du begynne med å velge ut komponentene.

Nixie Tubes

Jo mindre jo bedre. Jeg brukte IN-17 som har et lite fotavtrykk, men er ganske høye. Et rør som har ledningene som kommer ut under tallet, kan kanskje presse seg inn i et mindre område.

Strømforsyning med høy spenning

Siden dette er batteridrevet, må vi konvertere ~ 3V opp til minst 150V. Jeg brukte et Taylor Electronics 1363 -kort. Det er mulig å designe ditt eget brett, men du må være nøye med designet. Ved å bruke et forhåndsbygd brett tillot jeg å krympe størrelsen på brettet til halvparten av det det ville være med håndlodding, og endte opp med å bli mer effektivt og mindre ringe enn designet mitt var.

Høyspenningsbrytere

De fleste mikrokontrollere går av på 3-5V, ikke 150V. For å få kontakt med dem trenger vi et skiftregister, transistorer eller annen koblingsenhet som er i stand til høyspenning. Jeg brukte HV5523 Shift Register for dette brettet - teknisk sett krever de 5V logikk, men jeg fant at de fungerte 3.3V uten problemer.

Mikrokontroller

Den minste MCU som har nok pins til å kjøre alle enhetene dine er nødvendig. Ikke bruk ATMega2560 for dette, da det er for mye. Jeg valgte ATTiny841 fordi den hadde nøyaktig antall IO som trengs og støttet Arduino IDE.

RTC

For å holde nøyaktig tid trenger du en RTC -brikke. Jeg brukte DS3231.

Andre deler

• Spenningsregulator

• Grensesnitt for å angi tid eller slå på skjermen

  Jeg brukte en APDS-9960 gest/nærhetssensor med begrenset suksess

• En måte å sikre at alt fungerer

  Jeg hadde en avslørt seriell port og en RGB -LED for å vise gjeldende enhetstilstand

• Du vil kanskje også ha en metode for å lade batteriet uten å fjerne det.

Trinn 2: Funksjonell oversikt

Jeg har lastet opp noen av mine første notater for planlegging av kretsoppsettet og et blokkdiagram over hovedkomponentene i det jeg endte med å bruke.

Høyspenningssiden har HVPS som leverer +150V gjennom en strømbegrensende motstand til Common Anode (+) terminalen på Nixie Tubes. Skiftregisteret kobles til hver av sifrene i rørene. Skiftregisteret er en Open Drain -enhet. Hver pinne kan enten knyttes direkte til bakken, eller den kan bli koblet fra kretsen. Dette betyr at alle frakoblede ledninger på nixie -røret vil måle 150V når de ikke brukes.

Lavspenningssiden har en 3.3V buck/boost -regulator som regulerer spenningen fra et lipo -batteri. Dette holder kretsen på 3,3V ettersom lipospenningen synker fra 3,7 til 3,0V. Attiny841 i2C -bussen kobles til Gesture -sensoren og RTC. RGB -led og seriell tilkobling er ikke vist.

Når du kjører MCU, kontrollerer du bevegelsessensoren for informasjon om nærhet. For å unngå at en hylse utløser displayet, krever det at sensoren er avdekket i minst 1 sekund, deretter dekket i minst 1 sekund, deretter avdekket for å utløse en handling. Den første versjonen av klokken ville vise tiden en gang som beskrevet i det siste bildet. Jeg har oppdatert den slik at den har muligheten til å gå i alltid på -modus ved å holde sensoren dekket lenger.

Trinn 3: Borddesign

Jeg vil ikke gå for mye i detalj om hvordan du lager en PCB, da det allerede er mye informasjon om det. Noen nyttige Nixie Tube -fotavtrykk er tilgjengelige her.

Da jeg designet PCB -en, stablet jeg to mindre brett for å redusere fotavtrykket den ville ha når den var festet til håndleddet. Jeg syntes det var nyttig å skrive ut og kutte ut en papirkopi av kretskortet for å sikre at alle fotavtrykkene mine var på linje og at kontaktene var justert. Plassen tillater prøve å la breakout pads for i2C og andre datalinjer å sonde eller lodde også under testing.

Eagle har en funksjon som lar deg tilordne en 3D -modell til en komponent, og deretter eksportere en 3D -modell av brettet ditt til et annet program. Det var buggy da jeg brukte det, men fortsatt veldig nyttig for å sikre at ingen deler vil forstyrre hverandre.

For å spare plass inkluderte jeg ikke en batterilader inne i klokken. I stedet har jeg noen kvinnelige DuPont -kontakter på siden av klokken. Det siste bildet av dette settet viser ledningene jeg brukte. Venstre side er inne i klokken, høyre er utenfor. For å lade klokken kobler du de ytterste ledningene til den eksterne laderen. Den blå linjen nær batterinegativet representerer et nøkkelåpning for å forhindre at laderen settes bakover. For å slå på klokken bruker du en liten startkabel (grønn) for å bygge bro mellom batteriet + til VCC i den faktiske kretsen. Dette gir en rask failsafe i tilfelle problemer. På grunn av oppsettet kan du ikke ved et uhell korte eller koble opp kretsen bakover.

Trinn 4: PCB -montering

Jeg bestilte brettene mine fra OSHPark fordi de var ganske raske, billige og hadde en nydelig lilla farge: D

Du får også 3 av hvert brett, slik at du kan lage 2 klokker og ha et tredje brett for testing på.

Gjør QFN -pakkene med varm luft først, deretter loddes alt annet med de mindre komponentene. Ikke koble til Nixie -rørene eller HVPS. Hvis du har en loddestensil og en brødristerovn, har du det ganske bra. Bruk en ohm -måler for å se etter shorts på PCB -en. Hvis du måler midthøy motstand, kan du ha for mye fluksrester på brettet. HV5523 har veldig fine pinner, og du kan ikke se om de er broet mellom IC. Gi brettet ditt en sjanse til å kjøle seg ned hvis du jobber med det lenge.

Når lavspenningskomponentene er satt sammen, kjører du et program som vil gå gjennom alle sifrene på skiftregisteret. Bruk en logisk analysator eller et multimeter for å bekrefte at pinnene trekkes LAVT når det forventes. Sørg også for at RTC og andre enheter reagerer som forventet.

Lodd HVPS, deretter nixie -rørene. For Nixie Tubes lodder 1 ben om gangen, og ikke la varmen stå på for lenge. Hvis det er mulig, hold benet mellom PCB og glass med en tang for å fungere som en kjøleribbe. Gi rørene en sjanse til å kjøle seg ned mellom lodding av hvert ben.

Hvis du har problemer med at en del ikke fungerer, og du ikke vet om det er en loddetinn, kan du prøve "dead bug" lodding. Fjern brikken fra brettet og bruk fin tråd til å lodde til hver pute direkte. Pass på at du bruker wire med emaljebelegg, slik at ingen av ledningene blir korte sammen.

Trinn 5: Case Design

Ved å bruke Eagles MCAD -funksjoner er det enkelt å få en 3d -modell av kretsen for å bygge opp en sak rundt den. Klokkerem i standardstørrelse er tilgjengelig på apoteket/varehuset. Hvis du lagde monteringshull i kretskortet, kan du lage avstander i modellen og raskt feste brettet. Avstandene mine endte opp med å bli avskåret av Nixie -røret og var ikke brukbare - jeg brukte Sugru for å sikre at det ble på ett sted.

Trinn 6: Prosjektfiler og problemer

Eagle og Solidworks -filer

Mer robust kode

Jeg har koblet alle filene jeg lagde mens jeg jobbet med dette prosjektet. Disse lastes opp som de er, ingen redigering eller polering. Ikke sikker på om dette er bra eller dårlig … Du kan se skjematisk plan, design, Solidworks -filer og Arduino -kode. Jeg har forklart hvilke valg jeg tok, og disse filene skal hjelpe deg med å se hvordan du implementerer disse valgene på din egen klokke.

I Eagle-filene inneholder HV.brd nixie-fotavtrykk, HV5523, kontakt for HVPS og APDS-9960. APDS-9960 er på en andre side da den er kopiert fra Sparkfun 9960 breakout board-fil. Schematic.brd inneholder alle tingene med lav spenning. Jeg tror de nødvendige bibliotekene er inkludert.

Solidworks -mappen er et stort rot - Eksporten fra ørn opprettet individuelle filer for hver motstand, og dumpet alt. "Assem8" er filen du skal se på for å se alt paret og montert. "Eksporter" -mappene er STL -filer med forskjellige parametere fra testing.

Arduino -skissen i den første koden er det som demoeres i videoen på neste side, og er det som brukes for alle dokumentene i dette dokumentet. Den andre lenken har en nyere versjon som inkluderer flere visningsmoduser. Hvis RTC tilbakestilles på denne skissen, settes klokken til 12.00 ved neste oppstart. Dette er slik at klokken kan brukes som en skrivebordsklokke som alltid er plugget inn.

Hvis du bestemmer deg for å bruke filene mine som utgangspunkt, bør du være oppmerksom på noen få problemer jeg ikke har løst.

1. APDS-9960 er ikke kompatibel med Attiny Arduino Core. Nærhetsdeteksjon fungerer, men jeg kan ikke få koden til å hente avbruddssignalet på en pålitelig måte for bevegelser.
2. ISP -overskriften er speilvendt og en av pinnene var ikke tilkoblet.
3. ISP VCC -hodet går til feil side av spenningsregulatoren. Hvis dette ikke er frakoblet, vil spenningsregulatoren steke umiddelbart
4. CR -batteriholderen overlapper i2C -hodet med noen få mm

Trinn 7: Sluttresultat

På slutten av denne odysséen har jeg en fungerende Nixie Watch. Det er noe brukbart, men mer et bevis på konsept enn en daglig klokke. Det andre brettet ble omgjort til en skrivebordsklokke og det tredje brettet ble ødelagt under byggeprosessen.

Noen nyttige lenker hvis du skal prøve å designe din egen klokke:

Nixie Tube Google Group

EEVBlog Nixie spilleliste

Eagle to Fusion eksport