Nixie -putkikello: 7 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Rakensin kellon aiemmin tänä vuonna nähdäkseni, voisinko tehdä jotain toimivaa. Minulla oli 3 suunnittelun päävaatimusta

1. Pidä tarkka aika
2. On koko päivän akku
3. Ole tarpeeksi pieni, jotta voit käyttää sitä mukavasti

Pystyin täyttämään kaksi ensimmäistä vaatimusta, mutta kolmas on hieman venytys. Huomaat tämän mallin istuvan ranteessasi, mutta se ei ole käyttökelvoton. Haluan käydä läpi suunnitteluprosessin ja näyttää, mikä meni oikein ja väärin tässä projektissa. Julkaisen tiedostoja käytettäväksi, mutta kuten selitän, suosittelen muuttamaan joitain suunnitteluvaihtoehtoja, kun teet oman mallisi.

Turvallisuusvaroitus

Tämä projekti käsittää laitteen kiinnittämisen ranteeseen, joka tuottaa 150 V DC. Tämä vahingoittaa vakavasti tai aiheuttaa vammoja, jos et kiinnitä huomiota.

Vaihe 1: Tarvittavat osat

Kun suunnittelet kelloa, sinun on ensin valittava komponentit.

Nixie Tubes

Mitä pienempi sen parempi. Käytin IN-17: tä, jolla on pieni jalanjälki, mutta ne ovat melko korkeita. Putki, jonka johdot tulevat numeron alapuolelle, voi puristua pienemmälle alueelle.

Suurjännitevirtalähde

Koska tämä on paristokäyttöinen, meidän on muutettava ~ 3V vähintään 150V: ksi. Käytin Taylor Electronics 1363 -levyä. On mahdollista suunnitella oma levy, mutta sinun on kiinnitettävä erityistä huomiota suunnitteluun. Esivalmistetun levyn käyttäminen antoi minulle mahdollisuuden pienentää levyn koon puoleen siitä, mitä se olisi käsin juottamisella, ja päädyin tehokkaammaksi ja vähemmän soittoääneksi kuin suunnitteluni.

Suurjännitekytkimet

Useimmat mikro-ohjaimet toimivat 3-5 V: n, ei 150 V. Liitäntään niiden kanssa tarvitsemme siirtorekisterin, transistorit tai muun kytkentälaitteen, joka kykenee korkeajännitteeseen. Käytin HV5523 -siirtorekisteriä tälle levylle - teknisesti ne vaativat 5 V: n logiikkaa, mutta huomasin, että ne toimivat 3,3 V: n kanssa ilman ongelmia.

Mikro -ohjain

Tarvitaan pienin MCU, jossa on tarpeeksi nastoja kaikkien laitteiden käyttämiseen. Älä käytä tähän ATMega2560 -laitetta, koska se on liikaa. Valitsin ATTiny841: n, koska sillä oli täsmälleen tarvittava IO -määrä ja tuki Arduino IDE: tä.

RTC

Tarkan ajan pitämiseksi tarvitset RTC -sirun. Käytin DS3231.

Toiset osat

• Jännitteensäädin

• Käyttöliittymä asettaaksesi ajan tai käynnistääksesi näytön

  Käytin APDS-9960-ele-/läheisyysanturia tuloksetta

• Tapa varmistaa, että kaikki toimii

  Minulla oli paljastettu sarjaportti ja RGB -merkkivalo laitteen nykyisen tilan osoittamiseksi

• Saatat haluta myös tavan ladata akku poistamatta sitä.

Vaihe 2: Toimintojen yleiskatsaus

Olen ladannut joitain ensimmäisiä muistiinpanojani piirin asettelun suunnittelua varten ja lohkokaavion pääkomponenteista siitä, mitä päädyin käyttämään.

Suurjännitepuolella HVPS syöttää +150 V virranrajoitusvastuksen kautta Nixie -putkien Common Anode (+) -liittimeen. Siirtorekisteri muodostaa yhteyden putkien jokaiseen numeroon. Vaihtorekisteri on Open Drain -laite. Jokainen tappi voidaan joko sitoa suoraan maahan tai jättää irti piiristä. Tämä tarkoittaa, että kaikki nixie -putken irrotetut johdot mittaavat 150 V, kun niitä ei käytetä.

Pienjännitepuolella on 3,3 V: n buck/boost -säädin, joka säätelee lipo -akun jännitettä. Tämä pitää piirin 3,3 V: n tasolla, kun lipo -jännite laskee 3,7: stä 3,0 V: iin. Attiny841 i2C -väylä muodostaa yhteyden eleanturiin ja RTC: hen. RGB -led- ja sarjayhteys ei ole näkyvissä.

Kun MCU on käynnissä, se tarkistaa eleanturin läheisyydestä. Jotta holkki ei käynnistä näyttöä, anturi on avattava vähintään 1 sekunnin ajan, sitten peitettävä vähintään 1 sekunnin ajan ja avattava sitten käynnistääkseen toiminnan. Kellon alkuperäinen versio näyttäisi ajan kerran viimeisen kuvan mukaisesti. Olen päivittänyt sen niin, että se pystyy siirtymään aina päälle -tilaan pitämällä anturi peitettynä pidempään.

Vaihe 3: Levyn suunnittelu

En mene liikaa yksityiskohtiin PCB: n valmistamisesta, koska siitä on jo paljon tietoa. Hyödyllisiä Nixie Tuben jalanjälkiä löytyy täältä.

Kun suunnittelin piirilevyäni, pinoin kaksi pienempää levyä pienentämään jalanjälkeä, joka sillä olisi ranteeseen kiinnitettynä. Minusta oli hyödyllistä tulostaa ja leikata paperikopio PCB: stä varmistaakseni, että kaikki jalanjälkeni olivat kohdakkain ja liittimet kohdakkain. Tilan salliminen yritä jättää i2C: n ja muiden tietolinjojen katkaisutyynyt koettimen tai juotoksen sisään myös testin aikana.

Eaglessa on ominaisuus, jonka avulla voit määrittää 3D -mallin komponentille ja viedä sitten piirilevyn 3D -mallin toiseen ohjelmaan. Se oli buginen, kun käytin sitä, mutta silti erittäin hyödyllinen sen varmistamiseksi, etteivät osat häiritse toisiaan.

Tilan säästämiseksi en sisällyttänyt akkulaturia kellon sisään. Sen sijaan minulla on naaraspuolisia DuPont -liittimiä kellon sivulla. Tämän sarjan viimeinen kuva näyttää käyttämäni johdot. Vasen puoli on kellon sisällä, oikea ulkopuolella. Kellon lataamiseksi liitä uloimmat johdot ulkoiseen laturiin. Akun negatiivin lähellä oleva sininen viiva edustaa avainta, joka estää laturin asettamisen taaksepäin. Kellon käynnistämiseen käytetään pientä hyppyjohtoa (vihreä), joka yhdistää akun + virtapiirin VCC: hen. Tämä antaa nopean vikaturvan ongelmatilanteissa. Asettelun vuoksi et voi vahingossa oikosulkea tai kytkeä piiriä taaksepäin.

Vaihe 4: PCB -kokoonpano

Tilasin levyt OSHParkista, koska ne olivat melko nopeita, halpoja ja ihanan violetin värisiä: D

Lisäksi saat 3 jokaista levyä, joten voit tehdä 2 kelloa ja saada kolmannen levyn testattavaksi.

Suorita QFN -paketit ensin kuumalla ilmalla ja juota sitten käsin kaikki muu alkaen pienemmistä komponenteista. Älä johdota Nixie -putkia tai HVPS: ää. Jos sinulla on juotekaavain ja leivänpaahdin, voit hyvin. Tarkista ohmimittarilla, onko piirilevyllä oikosulkuja. Jos mittaat keskikorkean resistanssin lyhyeksi, levyllä voi olla liikaa virtausjäämiä. HV5523: ssa on erittäin hienojakoiset nastat, etkä näe, ovatko ne sillan alla IC: n alla. Anna laudallesi mahdollisuus jäähtyä, jos muokkaat sitä pitkään.

Kun pienjännitekomponentit on koottu, suorita ohjelma, joka käy läpi kaikki siirtorekisterin numerot. Käytä logiikka -analysaattoria tai yleismittaria varmistaaksesi, että tapit vedetään LOW -odotetusti. Varmista myös, että RTC ja muut laitteet vastaavat odotetulla tavalla.

Juotos HVPS ja sitten nixie -putket. Nixie Tubesille juotetaan yksi jalka kerrallaan, äläkä jätä lämpöä päälle liian pitkään. Jos mahdollista, pidä piirilevyn ja lasin välistä jalkaa pihdeillä, jotka toimivat jäähdytyselementtinä. Anna putkille mahdollisuus jäähtyä kunkin jalan juottamisen välillä.

Jos sinulla on ongelmia osan kanssa, joka ei toimi, etkä tiedä, onko se juotosliitos, voit kokeilla "kuolleen virheen" juottamista. Poista siru levyltä ja käytä hienoa lankaa juottamaan suoraan jokaiseen tyynyyn. Varmista, että käytät emalipinnoitteista johtoa, jotta mikään johto ei oikosulje.

Vaihe 5: Kotelon suunnittelu

Eagles MCAD -toimintojen avulla on helppo saada piirin kolmiulotteinen malli kotelon ympärille. Vakiokokoisia rannekelloja on saatavana apteekista/tavaratalosta. Jos teit kiinnitysreikiä piirilevyllesi, voit luoda mallillesi esteitä ja kiinnittää levyn nopeasti. Lopettamiseni päättyi Nixie -putken katkaisuun, eivätkä ne olleet käyttökelpoisia - käytin Sugrua varmistaakseni, että se pysyi yhdessä paikassa.

Vaihe 6: Projektitiedostot ja kohdatut ongelmat

Eagle- ja Solidworks -tiedostot

Vankka koodi

Olen linkittänyt kaikki tiedostot, jotka olen tehnyt tämän projektin parissa. Nämä ladataan sellaisenaan, ei muokkausta tai kiillotusta. Etkö ole varma, onko tämä hyvä vai huono… Näet kaavioni, levyn suunnittelun, Solidworks -tiedostot ja Arduino -koodin. Olen selittänyt tekemäni valinnat, ja näiden tiedostojen pitäisi auttaa sinua näkemään, miten nämä valinnat voidaan toteuttaa omassa kellossasi.

Eagle-tiedostoissa HV.brd sisältää nixie-jalanjäljet, HV5523, liitin HVPS: lle ja APDS-9960. APDS-9960 on toisella sivulla, koska se on kopioitu Sparkfunin 9960-levytiedostosta. Schematic.brd sisältää kaikki matalajännitteiset tavarat. Luulen, että kaikki tarvittavat kirjastot ovat mukana.

Solidworks -kansio on valtava sotku - vienti kotkasta loi yksittäiset tiedostot kullekin vastukselle ja heitti kaiken. "Assem8" on tiedosto, jota on tarkasteltava nähdäksesi kaikki pariliitetyt ja kootut. "Vienti" -kansiot ovat STL -tiedostoja, joiden parametrit eroavat testauksesta.

Ensimmäisen koodin Arduino -luonnos esitetään seuraavan sivun videossa ja sitä käytetään kaikissa tämän asiakirjan asiakirjoissa. Toisessa linkissä on uudempi versio, joka sisältää useita näyttötiloja. Jos RTC nollautuu tässä luonnoksessa, se asettaa kellonaikaksi klo 12 seuraavalla käynnistyksellä. Näin kelloa voidaan käyttää pöytäkellona, joka on aina kytkettynä.

Jos päätät käyttää tiedostojani lähtökohtana, sinun pitäisi olla tietoinen muutamista ongelmista, joita en ole ratkaissut.

1. APDS-9960 ei ole yhteensopiva Attiny Arduino Core -laitteen kanssa. Läheisyyden tunnistus toimii, mutta en voi saada koodia noutamaan luotettavasti eleiden keskeytyssignaalia.
2. Internet -palveluntarjoajan otsikko on peilattu ja yksi nastoista ei ole kytketty.
3. ISP VCC -otsikko menee jännitesäätimen väärälle puolelle. Jos tätä ei irroteta, jännitesäädin paistaa välittömästi
4. CR -paristopidike peittää i2C -otsikon muutaman mm

Vaihe 7: Lopputulos

Tämän odysseian lopussa minulla on toimiva Nixie -kello. Se on hieman käyttökelpoinen, mutta enemmän todiste konseptista kuin päivittäinen kello. Toinen levy muutettiin pöytäkelloksi ja kolmas levy tuhoutui rakennusprosessin aikana.

Hyödyllisiä linkkejä, jos aiot suunnitella oman kellosi:

Nixie Tube Google -ryhmä

EEVBlog Nixie -soittolista

Eagle to Fusion -vienti