Nixie Tube Watch: 7 trin (med billeder)

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Jeg byggede et ur tidligere på året for at se, om jeg kunne lave noget, der var funktionelt. Jeg havde 3 hoveddesignkrav

1. Hold præcis tid
2. Har batteri hele dagen
3. Vær lille nok til at bære behageligt

Det lykkedes mig at opfylde de to første krav, men det tredje er lidt af en strækning. Du bemærker, at dette design sidder på dit håndled, men det er ikke ubrugeligt. Jeg vil gå over designprocessen og vise, hvad der gik rigtigt og forkert i dette projekt. Jeg vil sende filer til brug, men som jeg vil forklare, vil jeg anbefale at ændre nogle designvalg, når du laver din egen model.

Sikkerhedsadvarsel

Dette projekt indebærer at binde en enhed til dit håndled, der genererer 150V DC. Dette vil alvorligt skade eller forårsage skade, hvis du ikke er opmærksom.

Trin 1: Nødvendige dele

Når du designer dit ur, skal du starte med at vælge dine komponenter.

Nixie Tubes

Jo mindre jo bedre. Jeg brugte IN-17, som har et lille fodaftryk, men er ret høje. Et rør, der har ledningerne, der kommer ud under tallet, kan muligvis klemme ind i et mindre område.

Højspændingsforsyning

Da dette er batteridrevet, skal vi konvertere ~ 3V op til mindst 150V. Jeg brugte et Taylor Electronics 1363 -bord. Det er muligt at designe dit eget bord, men du skal være meget opmærksom på designet. Ved hjælp af et præbygget bræt fik jeg lov til at krympe tavlens størrelse til halvdelen af, hvad det ville være med håndlodning, og det endte med at blive mere effektivt og mindre ringe end mit design var.

Højspændingsafbrydere

De fleste mikrokontrollere løber af på 3-5V, ikke 150V. For at kommunikere med dem har vi brug for et skiftregister, transistorer eller anden koblingsenhed, der er i stand til højspænding. Jeg brugte HV5523 Shift Register til dette kort - teknisk kræver de 5V logik, men jeg fandt ud af, at de fungerede 3.3V uden problemer.

Mikrokontroller

Den mindste MCU, der har nok pins til at køre alle dine enheder, er nødvendig. Brug ikke en ATMega2560 til dette, da det er overkill. Jeg valgte ATTiny841, fordi den havde præcis det nødvendige antal IO og understøttede Arduino IDE.

RTC

For at holde nøjagtig tid har du brug for en RTC -chip. Jeg brugte DS3231.

Andre dele

• Strøm regulator

• Grænseflade for at indstille tid eller tænde display

  Jeg brugte en APDS-9960 Gesture/Proximity sensor med begrænset succes

• En måde at sikre, at alt fungerer

  Jeg havde en udsat seriel port og en RGB LED for at vise den aktuelle enhedstilstand

• Du vil måske også have en metode til at oplade batteriet uden at fjerne det.

Trin 2: Funktionel oversigt

Jeg har uploadet nogle af mine første noter til planlægning af kredsløbets layout og et blokdiagram over hovedkomponenterne i det, jeg endte med at bruge.

Højspændingssiden har HVPS, der leverer +150V gennem en strømbegrænsende modstand til Common Anode (+) terminalen på Nixie Tubes. Skiftregistret forbinder til hver af cifrene i rørene. Skiftregistret er en Open Drain -enhed. Hver stift kan enten bindes direkte til jorden eller efterlades koblet fra kredsløbet. Det betyder, at alle frakoblede ledninger på nixie -røret måler 150V, når de ikke bruges.

Lavspændingssiden har en 3.3V buck/boost -regulator, der regulerer spændingen fra et lipo -batteri. Dette holder kredsløbet ved 3,3V, da lipospændingen falder fra 3,7 til 3,0V. Attiny841 i2C -bussen forbinder til gestusensoren og RTC. RGB -led og seriel forbindelse vises ikke.

Når MCU køres, kontrolleres gestusensoren for nærhedsoplysninger. For at undgå, at en muffe udløser displayet, kræver det, at sensoren er afdækket i mindst 1 sekund, derefter dækket i mindst 1 sekund, derefter afdækket for at udløse en handling. Den oprindelige version af uret viser tiden én gang som beskrevet i det sidste billede. Jeg har opdateret det, så det har mulighed for altid at gå i tilstand ved at holde sensoren dækket længere.

Trin 3: Borddesign

Jeg vil ikke gå for meget i detaljer om, hvordan man laver et printkort, da der allerede er masser af oplysninger om det. Nogle nyttige Nixie Tube -fodaftryk er tilgængelige her.

Da jeg designede mit printkort, stablede jeg to mindre brædder for at reducere det fodaftryk, det ville have, når det blev spændt fast om mit håndled. Jeg fandt det nyttigt at udskrive og klippe en papirkopi af printkortet for at sikre, at alle mine fodaftryk stod på linje, og at stikene var justeret. Pladsen gør det muligt at prøve at efterlade breakout -puder til i2C og andre datalinjer til at sonde eller lodde også under testning.

Eagle har en funktion, der giver dig mulighed for at tildele en 3D -model til en komponent og derefter eksportere en 3D -model af dit kort til et andet program. Det var buggy, da jeg brugte det, men stadig meget nyttigt for at sikre, at ingen dele forstyrrer hinanden.

For at spare plads inkluderede jeg ikke en batterioplader inde i uret. I stedet har jeg nogle kvindelige DuPont -stik på siden af uret. Det sidste billede af dette sæt viser de ledninger, jeg brugte. Den venstre side er inde i uret, den højre er udenfor. For at oplade uret forbinder du de yderste ledninger til den eksterne oplader. Den blå linje nær batterinegativet repræsenterer en nøgleslot for at forhindre isætning af opladeren baglæns. For at tænde uret bruger du et lille jumperkabel (grønt) til at bygge bro mellem batteriet + til VCC i det faktiske kredsløb. Dette giver en hurtig fejlsikkerhed i tilfælde af problemer. På grund af layoutet kan du ikke ved et uheld kortslutte eller forbinde kredsløbet baglæns.

Trin 4: PCB -samling

Jeg bestilte mine boards fra OSHPark, fordi de var ret hurtige, billige og havde en dejlig lilla farve: D

Du får også 3 af hvert bræt, så du kan lave 2 ure og få et tredje bræt til test på.

Gør QFN -pakkerne først med varm luft, derefter loddes alt andet med de mindre komponenter. Tilslut ikke dine Nixie -rør eller HVPS. Hvis du har en lodde stencil og en brødristerovn, klarer du dig ganske godt. Brug en ohm -måler til at kontrollere, om der er shorts på dit printkort. Hvis du måler mellemhøj modstand kort, kan du have for meget fluxrester på brættet. HV5523 har meget fine stifter, og du kan ikke se, om de er broet under IC. Giv dit bræt en chance for at køle af, hvis du omarbejder det i lang tid.

Når lavspændingskomponenterne er samlet, skal du køre et program, der vil gennemgå alle cifrene på skiftregistret. Brug en logisk analysator eller multimeter til at bekræfte, at stifterne trækkes LAVT, når det forventes. Sørg også for, at din RTC og andre enheder reagerer som forventet.

Lodde HVPS, derefter nixie -rørene. Til Nixie Tubes loddes 1 ben ad gangen, og lad ikke varmen være for lang. Hvis det er muligt, skal du holde benet mellem printkortet og glasset med en tang for at fungere som en køleplade. Giv rørene en chance for at køle af mellem lodning af hvert ben.

Hvis du har problemer med en del, der ikke fungerer, og du ikke ved, om det er en loddemetal, kan du prøve "dead bug" lodning. Fjern chippen fra brættet, og brug fin tråd til at lodde til hver pude direkte. Sørg for at bruge tråd med emaljebelægning, så ingen af ledningerne kortsluttes.

Trin 5: Case Design

Ved hjælp af Eagles MCAD -funktioner er det let at få en 3d -model af kredsløbet til at opbygge en sag omkring det. Urremme i standardstørrelse fås i apoteket/stormagasinet. Hvis du lavede monteringshuller i dit printkort, kan du oprette standoffs i din model og hurtigt fastgøre brættet. Mine standoffs endte med at blive afbrudt af Nixie -røret og var ikke brugbare - jeg brugte Sugru til at sikre, at det blev på ét sted.

Trin 6: Projektfiler og problemer

Eagle og Solidworks filer

Mere robust kode

Jeg har linket alle de filer, jeg lavede, mens jeg arbejdede på dette projekt. Disse uploades som de er, ingen redigering eller polering. Ikke sikker på, om det er godt eller dårligt … Du kan se min skematiske plan, design, Solidworks -filer og Arduino -kode. Jeg har forklaret, hvilke valg jeg tog, og disse filer skal hjælpe dig med at se, hvordan du implementerer disse valg i dit eget ur.

I Eagle-filerne indeholder HV.brd nixie-fodsporene, HV5523, stik til HVPS og APDS-9960. APDS-9960 er på en anden side, da den er kopieret fra Sparkfun's 9960 breakout board-fil. Schematic.brd indeholder alle tingene med lav spænding. Jeg tror, at de nødvendige biblioteker alle er inkluderet.

Solidworks -mappen er et stort rod - Eksporten fra ørn oprettede individuelle filer for hver modstand og dumpede alt. "Assem8" er den fil, man skal se på for at se alt parret og samlet. "Eksporter" -mapperne er STL -filer med forskellige parametre fra test.

Arduino -skitsen i den første kode er det, der demoeres i videoen på den næste side, og er det, der bruges til alle dokumenterne i dette dokument. Det andet link har en nyere version, der indeholder flere visningstilstande. Hvis RTC nulstilles på denne skitse, indstilles klokken til 12.00 ved næste tænding. Dette er så uret kan bruges som et skrivebord, der altid er tilsluttet.

Hvis du beslutter dig for at bruge mine filer som udgangspunkt, skal du være opmærksom på et par problemer, jeg ikke har løst.

1. APDS-9960 er ikke kompatibel med Attiny Arduino Core. Nærhedsdetektering fungerer, men jeg kan ikke få koden til pålideligt at afhente afbrydelsessignalet for gestus.
2. ISP -headeren er spejlet, og en af benene var ikke forbundet.
3. ISP VCC header går til den forkerte side af spændingsregulatoren. Hvis dette ikke er afbrudt, vil spændingsregulatoren øjeblikkeligt stege
4. CR -batteriholderen overlapper i2C -headeren med et par mm

Trin 7: Endeligt resultat

I slutningen af denne odyssé har jeg et fungerende Nixie -ur. Det er noget brugbart, men mere et bevis på konceptet end et dagligt ur. Det andet bord blev konverteret til et skrivebord, og det tredje bord blev ødelagt under byggeprocessen.

Nogle nyttige links, hvis du vil prøve at designe dit eget ur:

Nixie Tube Google Group

EEVBlog Nixie Playlist

Eagle to Fusion eksport