Noch eine Nixie-Uhr - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Ich wollte schon immer eine Nixie-Uhr haben, diese leuchtenden Zahlen haben einfach etwas, das mich fasziniert. Als ich bei ebay einige nicht allzu teure IN12s fand, kaufte ich sie, staunte über sie, als ich sie erhielt, stellte aber bald fest, dass ich noch einiges mehr brauche, um eine Uhr daraus zu machen. Da ich nicht wirklich ein Board finden konnte, das meinen genauen Spezifikationen und Wünschen entsprach, legte ich die Röhren in eine Schublade und vergaß sie fast.

Geben Sie JLC PCB mit unglaublich niedrigen Preisen ein. Ich beschloss schließlich, meine eigene zu machen.

Lieferungen

6x IN12 Nixie-Röhre (andere funktionieren möglicherweise, erfordern jedoch Modifikationen auf der Platine)

6x SN74141 oder K155ID1 BDC-zu-Dezimal-Decoder

6x 1,5kOhm Widerstand

4x 180kOhm Widerstand

4x MPSA42 Hochspannungstransistor

4x 5mm Neonlampe (man kann auch orange LEDs verwenden, aber das ist hier irgendwie gegen den Geist)

4x 74HC595 Schieberegister

2x 470nF Keramikkondensator

1x LM7805 5V Regler

1x Aufwärts-HV-Versorgung

1x DC-Barrel-Buchse

1x Wemos D1 Mini

Schritt 1: Design der Platine

Da ich ein großer Fan von Open-Source-Software bin, habe ich KiCad EDA verwendet, um das PCB zu entwerfen. Ich erkundete verschiedene Nixie-Clock-Designs bei Google und entschied mich, die russischen K155ID1-Treiber in Kombination mit 74HC595-Schieberegistern zu verwenden. Das Gehirn der Bedienung ist das Wi-Fi-fähige Wemos D1 mini. Da ich bei ebay ein recht billiges HV-Step-Up-Kit gefunden habe, habe ich mich entschieden, es nicht selbst auf dem Board zu machen. Außerdem hatte ich die meisten Komponenten bereits zur Hand und das Entwerfen eines Aufwärtswandlers würde bedeuten, ein paar zusätzliche zu beschaffen. Vielleicht nächstes Mal.

Ich weiß, dass es sowohl im Schaltplan als auch im PCB-Layout viele Verbesserungsmöglichkeiten gibt, aber dies war meine erste Arbeit mit KiCad und ich habe mich mehr auf das Endprodukt konzentriert.

Nachdem ich den Schaltplan fertiggestellt und auf einem Steckbrett ausprobiert hatte, begann ich mit dem Auslegen der Platine. Dies ist eine Kunst für sich und ein ziemlich breites Thema, daher werde ich hier nicht zu sehr ins Detail gehen. Es gibt einige großartige und tiefgehende Videos online.

Das gesamte KiCad-Projekt ist auf meinem GitHub verfügbar.

Schritt 2: Herstellung der Leiterplatte

Nachdem Sie Ihr Design doppelt und dreifach überprüft haben, ist es an der Zeit, es tatsächlich herzustellen. Früher habe ich das zu Hause mit Thermotintentransfer und Fe3Cl gemacht, aber dieser Prozess ist ziemlich chaotisch, erfordert viel Vorbereitung und hat meiner Erfahrung nach ziemlich unvorhersehbare und inkonsistente Ergebnisse. Also habe ich mich wie gesagt für ein professionelles Boardhouse entschieden. JLC PCB (nicht gesponsert) bietet großartige Preise und wenn Sie bereit sind, die lange Lieferzeit zu warten (oder 10 Mal mehr für den Versand als die Platinen zu zahlen), können Sie tatsächlich ein professionelles Produkt erhalten, das Ihre Bank nicht sprengt. Das Boardhouse bietet eine großartige Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Exportieren und Hochladen der Gerber-Dateien und vor dem Festschreiben können Sie Ihr Design im Online-Gerber-Viewer erneut überprüfen. Jetzt müssen Sie nur noch warten, bis die Leiterplatten gefertigt und ausgeliefert werden. Hier ist ein schöner Rückblick auf den Herstellungsprozess. Wenn Sie eine einmalige Sache machen, können Sie sich überlegen, was Sie mit 4 übrig gebliebenen Leiterplatten tun sollen, da Sie mindestens 5 bestellen können.

Schritt 3: Löten

Sobald die Leiterplatten geliefert sind, ist es an der Zeit, etwas zu löten, beginnend mit den kleinsten (oder niedrigsten) Komponenten, gefolgt von den größeren.

Wenn ich etwas Größeres als nur ein paar Komponenten mache, verwende ich immer eine Stückliste (BOM), KiCad hat sogar ein nettes Plugin zum Exportieren einer interaktiven Stückliste.

Schritt 4: Programmierung des ESP

Ich habe die Programmierung im VS-Code vorgenommen und versucht, die Firmware recht flexibel zu gestalten. Im Moment funktioniert es, aber es gibt viel Raum für Verbesserungen und mehr Funktionen.

Der vollständige Code ist auf github verfügbar:

Schritt 5: Herstellen eines Gehäuses

Ich habe ursprünglich nur eine einfache Box entworfen, die als Gehäuse in 3D gedruckt werden soll, aber ich hoffe, dass ich irgendwann in Zukunft ein viel schöneres Holzgehäuse herstellen kann.

Nun, normalerweise werden die temporären Lösungen dauerhaft…

Schritt 6: Debuggen

So. Das Board ist fertig, die Firmware ist hochgeladen und es ist Zeit, den Mikrocontroller anzuschließen und an die Wand zu hängen!

Nur dass zwei der Röhren nicht aufleuchteten. Nach einiger Untersuchung und genauerer Betrachtung der Platine stellte ich fest, dass einige der Pads auf den Schieberegistern nur schweben, obwohl sie mit der Masseebene verbunden waren. Es stellte sich heraus, dass ich voreilig war und die Dateien nach den letzten Änderungen (Cu-Füllung) ohne einen letzten DRC (Design Rules Check) hochgeladen hatte, sodass einige Bereiche tatsächlich gefüllt waren, aber mit nichts verbunden waren. Ich habe auch vergessen, die HV-Versorgungsspur beim Verschieben der Befestigungslöcher zu reparieren…

Nun, da dies nur ein paar kleinere Korrekturen waren, schnappte ich mir etwas Bodge-Draht und verband das schwimmende Zeug.

Es ist immer eine gute Idee, die HW-Bugs zu notieren und sie im PCB-Design zu beheben, wenn auch nur für zukünftige Referenzen.

Zweiter Preis bei der PCB Design Challenge