Nixie Tube Watch - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:19

Ich habe Anfang des Jahres eine Uhr gebaut, um zu sehen, ob ich etwas Funktionelles herstellen könnte. Ich hatte 3 Hauptanforderungen an das Design

1. Halten Sie die genaue Zeit ein
2. Habe den ganzen Tag Akku
3. Seien Sie klein genug, um bequem zu tragen

Ich habe es geschafft, die ersten 2 Anforderungen zu erfüllen, aber die dritte ist ein bisschen mühsam. Sie bemerken, dass dieses Design an Ihrem Handgelenk sitzt, aber es ist nicht unbrauchbar. Ich möchte den Designprozess durchgehen und zeigen, was in diesem Projekt richtig und falsch gelaufen ist. Ich werde Dateien zur Verwendung veröffentlichen, aber wie ich es erklären werde, würde ich empfehlen, einige Designentscheidungen zu ändern, wenn Sie Ihr eigenes Modell erstellen.

Sicherheitswarnung

Bei diesem Projekt wird ein Gerät an Ihr Handgelenk geschnallt, das 150 V DC erzeugt. Dies wird ernsthaft verletzen oder zu Verletzungen führen, wenn Sie nicht aufpassen.

Schritt 1: Benötigte Teile

Wenn Sie Ihre Uhr entwerfen, müssen Sie zunächst Ihre Komponenten auswählen.

Nixie-Röhren

Je kleiner desto besser. Ich habe IN-17 verwendet, die eine kleine Stellfläche haben, aber ziemlich groß sind. Ein Schlauch, bei dem die Leitungen unterhalb der Nummer herauskommen, kann sich möglicherweise in einen kleineren Bereich quetschen.

Hochspannungsnetzteil

Da dies batteriebetrieben ist, müssen wir ~ 3 V auf mindestens 150 V umwandeln. Ich habe ein Taylor Electronics 1363 Board verwendet. Es ist möglich, Ihr eigenes Board zu entwerfen, aber Sie müssen genau auf das Design achten. Die Verwendung einer vorgefertigten Platine ermöglichte es mir, die Größe der Platine auf die Hälfte von dem zu verkleinern, was sie beim Handlöten wäre, und war am Ende effizienter und weniger klingelnd als mein Design.

Hochspannungsschalter

Die meisten Mikrocontroller laufen mit 3-5V, nicht mit 150V. Um mit ihnen zu verbinden, benötigen wir ein Schieberegister, Transistoren oder andere Schaltgeräte, die für die Hochspannung geeignet sind. Ich habe das HV5523-Schieberegister für dieses Board verwendet - technisch benötigen sie eine 5-V-Logik, aber ich fand, dass sie ohne Probleme mit 3,3 V funktionierten.

Mikrocontroller

Es wird die kleinste MCU benötigt, die über genügend Pins verfügt, um alle Ihre Geräte zu betreiben. Verwenden Sie dafür keinen ATMega2560, da er übertrieben ist. Ich habe mich für den ATTiny841 entschieden, weil er genau die Anzahl der benötigten IO hatte und die Arduino IDE unterstützte.

Echtzeituhr

Um die genaue Zeit zu halten, benötigen Sie einen RTC-Chip. Ich habe den DS3231 verwendet.

Andere Teile

• Spannungsregler

• Schnittstelle zum Einstellen der Uhrzeit oder zum Einschalten des Displays

  Ich habe einen APDS-9960 Gesten-/Näherungssensor mit begrenztem Erfolg verwendet

• Ein Weg, um sicherzustellen, dass alles funktioniert

  Ich hatte einen freiliegenden seriellen Port und eine RGB-LED, um den aktuellen Gerätestatus anzuzeigen

• Möglicherweise möchten Sie auch eine Methode zum Laden des Akkus, ohne ihn zu entfernen.

Schritt 2: Funktionsübersicht

Ich habe einige meiner ersten Notizen für die Planung des Schaltungslayouts und ein Blockdiagramm der Hauptkomponenten dessen, was ich letztendlich verwendet habe, hochgeladen.

Auf der Hochspannungsseite liefert das HVPS +150 V über einen Strombegrenzungswiderstand an den gemeinsamen Anodenanschluss (+) der Nixie-Röhren. Das Schieberegister verbindet sich mit jeder der Ziffern der Röhren. Das Schieberegister ist ein Open-Drain-Gerät. Jeder Pin kann entweder direkt mit Masse verbunden oder vom Stromkreis getrennt bleiben. Dies bedeutet, dass alle nicht angeschlossenen Leitungen der Nixie-Röhre 150 V messen, wenn sie nicht verwendet werden.

Die Niederspannungsseite verfügt über einen 3,3-V-Buck/Boost-Regler, der die Spannung einer Lipo-Batterie regelt. Dadurch wird die Schaltung bei 3,3 V gehalten, wenn die Lipospannung von 3,7 auf 3,0 V abfällt. Der Attiny841 i2C-Bus wird mit dem Gestensensor und der RTC verbunden. Nicht gezeigt sind die RGB-LED und die serielle Verbindung.

Beim Ausführen überprüft die MCU den Gestensensor auf Näherungsinformationen. Um zu verhindern, dass eine Hülle das Display auslöst, muss der Sensor mindestens 1 Sekunde lang aufgedeckt, dann mindestens 1 Sekunde lang abgedeckt und dann aufgedeckt werden, um eine Aktion auszulösen. Die ursprüngliche Version der Uhr würde die Uhrzeit einmal anzeigen, wie im letzten Bild beschrieben. Ich habe es so aktualisiert, dass es in den Always-On-Modus wechseln kann, indem der Sensor länger bedeckt bleibt.

Schritt 3: Board-Design

Ich werde nicht zu sehr ins Detail gehen, wie man eine Leiterplatte herstellt, da es bereits viele Informationen dazu gibt. Einige nützliche Nixie Tube Footprints sind hier verfügbar.

Als ich meine Leiterplatte entwarf, stapelte ich zwei kleinere Platinen, um den Platzbedarf zu reduzieren, den sie hätte, wenn sie an mein Handgelenk geschnallt wäre. Ich fand es nützlich, eine Papierkopie der Leiterplatte auszudrucken und auszuschneiden, um sicherzustellen, dass alle meine Fußabdrücke ausgerichtet und die Anschlüsse ausgerichtet waren. Wenn der Platz es zulässt, versuchen Sie, während des Tests Breakout-Pads für i2C und andere Datenleitungen zum Testen oder Löten zu lassen.

Eagle verfügt über eine Funktion, mit der Sie einer Komponente ein 3D-Modell zuweisen und dann ein 3D-Modell Ihres Boards in ein anderes Programm exportieren können. Es war fehlerhaft, als ich es benutzte, aber immer noch sehr nützlich, um sicherzustellen, dass sich keine Teile gegenseitig stören.

Aus Platzgründen habe ich der Uhr kein Ladegerät beigelegt. Stattdessen habe ich einige weibliche DuPont-Anschlüsse an der Seite der Uhr. Das letzte Bild dieses Sets zeigt die von mir verwendete Verkabelung. Die linke Seite befindet sich im Inneren der Uhr, die rechte ist außen. Um die Uhr aufzuladen, verbinden Sie die äußersten Drähte mit dem externen Ladegerät. Die blaue Linie neben dem Minuspol der Batterie stellt einen codierten Schlitz dar, um zu verhindern, dass das Ladegerät verkehrt herum eingesteckt wird. Um die Uhr einzuschalten, verwenden Sie ein kleines Starthilfekabel (grün), um die Batterie + zu VCC des eigentlichen Stromkreises zu überbrücken. Dies gibt im Fehlerfall eine schnelle Ausfallsicherheit. Aufgrund des Layouts können Sie den Stromkreis nicht versehentlich kurzschließen oder rückwärts anschließen.

Schritt 4: Leiterplattenbestückung

Ich habe meine Boards bei OSHPark bestellt, weil sie ziemlich schnell und günstig waren und eine schöne lila Farbe hatten:D

Außerdem erhalten Sie 3 von jedem Brett, so dass Sie 2 Uhren herstellen und ein drittes Brett zum Testen haben können.

Machen Sie die QFN-Pakete zuerst mit Heißluft und löten Sie dann alles andere von Hand, beginnend mit den kleineren Komponenten. Verdrahten Sie Ihre Nixie-Röhren oder HVPS nicht. Wenn Sie eine Lötschablone und einen Toaster haben, dann geht es Ihnen recht gut. Verwenden Sie ein Ohmmeter, um auf Kurzschlüssen auf Ihrer Leiterplatte zu prüfen. Wenn Sie einen Kurzschluss mit mittlerem bis hohem Widerstand messen, haben Sie möglicherweise zu viele Flussmittelrückstände auf der Platine. Der HV5523 hat sehr feine Pins und Sie können nicht sehen, ob sie unter dem IC gebrückt sind. Geben Sie Ihrem Board eine Chance, sich abzukühlen, wenn Sie es längere Zeit überarbeiten.

Sobald die Niederspannungskomponenten zusammengebaut sind, führen Sie ein Programm aus, das alle Ziffern des Schieberegisters durchläuft. Verwenden Sie einen Logikanalysator oder ein Multimeter, um zu bestätigen, dass die Pins wie erwartet auf LOW gezogen werden. Stellen Sie außerdem sicher, dass Ihre Echtzeituhr und andere Geräte wie erwartet reagieren.

Löten Sie das HVPS, dann die Nixie-Röhren. Löten Sie für die Nixie Tubes jeweils 1 Bein und lassen Sie die Hitze nicht zu lange. Wenn es möglich ist, halten Sie das Bein zwischen Leiterplatte und Glas mit einer Zange, um als Kühlkörper zu fungieren. Geben Sie den Rohren die Möglichkeit, sich zwischen dem Löten jedes Beins abzukühlen.

Wenn Sie Probleme damit haben, dass ein Teil nicht funktioniert und Sie nicht wissen, ob es sich um eine Lötstelle handelt, können Sie das Löten mit "toten Fehlern" versuchen. Entfernen Sie den Chip von der Platine und löten Sie mit feinem Draht direkt an jedes Pad. Stellen Sie sicher, dass Sie einen Draht mit Emaillebeschichtung verwenden, damit keiner der Drähte kurzgeschlossen ist.

Schritt 5: Gehäusedesign

Mit Eagles MCAD-Funktionen ist es einfach, ein 3D-Modell der Schaltung zu erhalten, um ein Gehäuse darum herum aufzubauen. Uhrenarmbänder in Standardgröße sind in der Drogerie/im Kaufhaus erhältlich. Wenn Sie Montagelöcher in Ihrer Leiterplatte gemacht haben, können Sie in Ihrem Modell Abstandshalter erstellen und die Platine schnell befestigen. Meine Abstandshalter wurden schließlich von der Nixie-Röhre abgeschnitten und waren nicht verwendbar - ich habe Sugru verwendet, um sicherzustellen, dass sie an einem Ort blieben.

Schritt 6: Projektdateien und aufgetretene Probleme

Eagle- und Solidworks-Dateien

Robusterer Code

Ich habe alle Dateien verlinkt, die ich während der Arbeit an diesem Projekt erstellt habe. Diese werden so wie sie sind hochgeladen, keine Bearbeitung oder Politur. Ich bin mir nicht sicher, ob das gut oder schlecht ist … Sie können meinen Schaltplan, das Board-Design, die Solidworks-Dateien und den Arduino-Code sehen. Ich habe erklärt, welche Entscheidungen ich getroffen habe, und diese Dateien sollten Ihnen helfen zu sehen, wie Sie diese Entscheidungen in Ihrer eigenen Uhr implementieren können.

In den Eagle-Dateien enthält die HV.brd die Nixie-Footprints, HV5523, Connector für das HVPS und das APDS-9960. APDS-9960 befindet sich auf einer zweiten Seite, da sie aus der 9960-Breakout-Board-Datei von Sparkfun kopiert wurde. Die Schaltplan.brd enthält alle Niederspannungssachen. Ich denke, die benötigten Bibliotheken sind alle enthalten.

Der Solidworks-Ordner ist ein riesiges Durcheinander - Der Export von Eagle hat für jeden Widerstand individuelle Dateien erstellt und alles gelöscht. "Assem8" ist die Datei, die Sie sich ansehen müssen, um alles zusammengefügt und zusammengebaut zu sehen. Die Ordner "Export" sind STL-Dateien mit anderen Parametern aus dem Test.

Die Arduino-Skizze im ersten Code wird im Video auf der nächsten Seite demonstriert und wird für alle Dokumente in diesem Dokument verwendet. Der zweite Link hat eine neuere Revision, die mehrere Anzeigemodi enthält. Wenn die RTC auf dieser Skizze zurückgesetzt wird, wird die Zeit beim nächsten Einschalten auf 12 Uhr mittags eingestellt. So kann die Uhr als Tischuhr verwendet werden, die immer eingesteckt ist.

Wenn Sie sich entscheiden, meine Dateien als Ausgangspunkt zu verwenden, sollten Sie einige Probleme kennen, die ich nicht gelöst habe.

1. Der APDS-9960 ist nicht mit dem Attiny Arduino Core kompatibel. Die Näherungserkennung funktioniert, aber ich kann den Code nicht zum zuverlässigen Aufnehmen des Interrupt-Signals für Gesten erhalten.
2. Der ISP-Header ist gespiegelt und einer der Pins wurde nicht angeschlossen.
3. Der ISP VCC-Header geht auf die falsche Seite des Spannungsreglers. Wenn dies nicht getrennt wird, wird der Spannungsregler sofort braten
4. Der CR-Batteriehalter überlappt den i2C-Header um einige mm

Schritt 7: Endergebnis

Am Ende dieser Odyssee habe ich eine funktionierende Nixie Watch. Sie ist einigermaßen brauchbar, aber eher ein Proof of Concept als eine tägliche Uhr. Die zweite Platine wurde zu einer Tischuhr umgebaut und die dritte Platine wurde während des Bauprozesses zerstört.

Einige nützliche Links, wenn Sie versuchen, Ihre eigene Uhr zu entwerfen:

Nixie Tube Google-Gruppe

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