Nixietube -rannekello: 6 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Viime vuonna sain inspiraation Nixitube -kelloista. Mielestäni Nixietuubien ulkonäkö on niin mukava. Ajattelin toteuttaa tämän tyylikkäässä kellossa, jossa on älykkäitä toimintoja.

Vaihe 1: Neliputkinen prototyyppi

Aloitin luomalla elektroniset kaaviot neliputkikellolle. Elektroniikan opiskelijana kehitin elektroniikkaa useiden kuukausien aikana.

Ensin on suunniteltava virtalähde. Aloitin ostamalla esivalmistetun 170 V: n kytkentätilan virtalähteen verkosta, koska en tiennyt, miten suunnitella virtalähde, joka voisi muuntaa 4,2 V DC: n akusta 170 V: n tasavirtaksi putkille. Esivalmistettu virtalähde oli 86% tehokas.

Saatuaan virtalähteen aloin tutkia, kuinka ohjata Nixietubes. Nixietubes sain tavallisista anodiputkista, mikä tarkoittaa, että kun laitat 170V DC anodille ja GND katodille, putki hehkuu. Putken läpi kulkevan virran rajoittamiseksi on vastus asetettava anodin eteen. Aiheuttaa virran rajoittamisen 1 mA: aan putkea kohden. Voit hallita eri numeroita. Käytin suurjännitteen siirtorekistereitä. Näitä IC: itä voidaan ohjata millä tahansa mikro-ohjaimella.

Koska olen suuri IoT (esineiden internet) -fani. Päätin ottaa ESP32 -moduulin ja halusin saada nykyisen ajan Internetistä WiFi -yhteyden kautta. Lopulta synkronoin RTC: n (reaaliaikainen kello) Internet -ajan kanssa. Säästän energiaa ja minulla on aina aikaa, vaikka minulla ei olisi internetyhteyttä.

Mietin tapoja tarkistaa aika ja keksin käyttämällä kiihtyvyysmittaria, jolla seurasin ranteeni liikettä. Kun käännän ranteeni, jotta voin lukea ajan. Kello laukaisee ja näyttää sen minulle.

Toteutin myös kolme kosketuksella aktivoitavaa painiketta, jotta voisin tehdä yksinkertaisen valikon, jossa voisin asettaa erilaisia toimintoja.

Kaksi RGB -LEDiä piti antaa putkille kauniin hehkun.

Mietin myös tapaa ladata akku. Siksi keksin ladata sen käyttämällä langatonta QI -latausmoduulia. Tämä moduuli antoi minulle 5V ulostulon. Tämä latauspiiriin kytketty moduuli salli minun ladata pienen 300 mAh: n akun.

Kun elektroninen suunnittelu oli valmis ja kaikki alipiirit testattiin, aloin suunnitella piirilevyä (Printed Circuit Board). Tein malleja paperilla ja osilla (kuva 1). Jokaisen osan leveyden, korkeuden ja pituuden mittaaminen oli vaivalloista. Viikkojen suunnittelun ja levityksen jälkeen ne tilattiin ja toimitettiin minulle. (kuva 2).

Olin luonut jokaisen vaiheen aikana testiohjelmia kellon jokaiselle osalle. Näin lopullinen ohjelmisto voidaan helposti kopioida yhteen.

Jokaisen komponentin juottaminen voi alkaa ja kestää noin päivän.

Koko kellon testaaminen ja kokoaminen yhteen (Kuva 3, 4, 5, 6, 7) Se toimi.

3D -tulostin kellolle kotelon ja lopulta huomasin, että kello oli liian iso. Joten päätin luoda uuden ja tein neljän putken kellon prototyypiksi.

Vaihe 2: Uusi muotoilu

Löysin neljän putken kellon liian suureksi ja aloin kutistua elektroniikan suunnittelussa. Ensinnäkin käyttämällä vain kahta putkea neljän sijasta. Toiseksi käyttämällä pienempiä komponentteja ja tekemällä oma 170 V: n tehomuunnin tyhjästä. ESP32 MCU: n (mikroohjainyksikön) itse toteuttaminen moduulin käytön sijaan myös pienensi suunnittelua.

3D -suunnitteluohjelmiston avulla (Kuva 1) Suunnittelin kotelon ja sovitin kaikki sähkökomponentit siististi sisään. Jakamalla elektroniikka kolmeen levyyn pystyin käyttämään kotelon sisällä olevaa tilaa tehokkaammin.

Suunniteltu uusi elektroniikka:

-Valitsi uuden tehokkaamman kiihtyvyysanturin.

-Vaihtanut moniasentoisen kytkimen kosketuspainikkeet.

-Käytti uutta latauspiiriä.

-Vaihdoin langattoman latauksen USB -lataukseen, koska halusin alumiinikotelon.

-Käytti pienitehoista prosessoria virran säästämiseen.

-Valitsi uuden taustavalon.

-Käytetty akkumittarin IC seurata akun varaustasoa.

Vaihe 3: Elektroniikan kokoaminen

Kuukausien suunnittelun jälkeen uusi kello voidaan myös koota. Käytin koulussani käytettävissä olevia työkaluja juottamaan pienikokoiset IC: t (kuva 4). Tämä kesti useita päiviä, koska törmäsin joihinkin ongelmiin, mutta lopulta sain elektroniikan toimimaan (Kuva 5).

Vaihe 4: Kotelon suunnittelu

Suunnittelin kotelon samanaikaisesti elektroniikan suunnittelun kanssa. Tarkista joka kerta 3D -tietokoneohjelmistosta, sopivatko kaikki komponentit. Ennen kuin CNC (Computer Numerical Control) jauhaa kotelon, 3D -tulostettu prototyyppi tehtiin varmistaakseen, että kaikki sopii. (Kuva 1, 2)

Kun kotelon suunnittelu oli tehty ja elektroniikka toimi, aloin tutkia, kuinka CNC -koneet on ohjelmoitava (Kuva 3). Ystäväni, jolla on tietoa CNC -jyrsinnästä, auttoi minua ohjelmoimaan CNC -koneen. Jyrsintä voisi siis alkaa. (Kuva 4)

Jyrsinnän jälkeen lopetin kotelon poraamalla reikiä ja kiillottamalla kotelon. Kaikki sopi ensimmäisellä kerralla oikein. (Kuva 5, 6, 7)

Olin suunnitellut salvan akryyli -ikkunaan. Mutta salpa hiottiin pois vahingossa. Leikkasin laserleikkurilla ikkunan akryylistä, joka liimattiin kellon yläosaan (Kuva 9).

Vaihe 5: Ohjelmisto ja sovellus

Kellon ohjain nukkuu periaatteessa koko ajan virran säästämiseksi. Pienitehoinen prosessori lukee kiihtyvyysmittarin muutaman millisekunnin välein tarkistaakseen, onko ranteeni kääntynyt. Vain kääntämällä se herättää pääprosessorin ja saa ajan RTC: ltä ja näyttää tunnit ja sitten minuutit hetken putkissa.

Pääprosessori tarkistaa myös latausprosessin, tarkistaa saapuvat Bluetooth -yhteydet, tarkistaa syöttöpainikkeen tilan ja reagoi sen mukaisesti.

Jos käyttäjä ei enää käytä kelloa, pääprosessori siirtyy uudelleen nukkumaan.

Osana tutkimustamme piti luoda sovellus. Joten ajattelin luoda sovelluksen nixie -kellolle. Sovellus on kirjoitettu xamarin -kielellä Microsoftin kielestä C#.

Valitettavasti jouduin luomaan sovelluksen hollanniksi. Mutta pohjimmiltaan on yhteysvälilehti, joka näyttää löydetyt nixie -kellot (Kuva 1). Tämän jälkeen kellon asetukset ladataan. Nämä asetukset tallennetaan kelloon. Välilehti, jolla voit synkronoida ajan manuaalisesti tai automaattisesti hakemalla ajan älypuhelimeltasi (Kuva 2). Välilehti kellon asetusten muuttamiseksi (kuva 5). Ja viimeisenä mutta ei vähäisimpänä tila -välilehti, joka näyttää akun tilan. (Kuva 6)

Vaihe 6: Ominaisuudet ja näyttökerta

Kellossa on:

- Kaksi pientä z5900m -tyyppistä nixie -putkea.

- Tarkka reaaliaikainen kello.

- Laskelmat osoittivat, että 350 tunnin valmiusaika oli helposti saavutettavissa.

- Bluetooth säätää asetuksia ja asettaa kellon ajan sekä nähdä akun tilan.

- Joitakin Bluetooth -asetuksia ovat: Animaatio päällä/pois, manuaalinen tai kiihtyvyysanturin laukaisu, taustavalo päällä/pois. Ohjelmoitava painike, joka näyttää akun lämpötilan.

- Kiihtyvyysmittari putkien käynnistämiseen, kun ranne käännetään

- 300 mAh akku.

- RGB -led moniin tarkoituksiin.

- Akun kaasumittarin IC tarkkailee tarkasti akun tilaa.

- micro USB akun lataamiseen.

- Yksi monisuuntainen painike liipaisua varten, Bluetooth -yhteys ja ohjelmoitava painike lämpötilan lukemiseen tai akun tilaan, ajan asettaminen manuaalisesti.

- CNC -jyrsitty kotelo alumiinista.

- Akryyli -ikkuna suojaa

- Bluetooth -puhelinsovellus.

- Valinnainen ajan synkronointi WiFi -yhteyden kautta.

- Valinnainen tärinämoottori ilmaisee älypuhelimen ilmoituksia, kuten Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- Ensin näytetään tunnit ja sitten minuutit.

Kellon MCU: n ohjelmisto on kirjoitettu kielellä C ++, C ja assembler.

Sovelluksen ohjelmisto on kirjoitettu xamarin C#.

Ensimmäinen palkinto Wearables -kilpailussa