Nixietube ručni sat: 6 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:34

Prošle godine inspirirali su me satovi Nixitube. Mislim da je izgled Nixietubesa tako lijep. Razmišljao sam o implementaciji ovoga u moderan sat sa pametnim funkcionalnostima.

Korak 1: Prototip četiri cijevi

Počeo sam stvaranjem elektroničkih shema za sat s četiri cijevi. Kao student elektronike razvijao sam elektroniku nekoliko mjeseci.

Prvo se mora projektirati izvor napajanja. Počeo sam tako što sam kupio prethodno pripremljeno napajanje sa prekidačem od 170 V s weba jer nisam znao dizajnirati napajanje koje bi moglo pretvoriti 4,2 V DC iz baterije u 170 V DC za cijevi. Unaprijed izrađeno napajanje bilo je 86% učinkovito.

Nakon što sam dobio napajanje, počeo sam istraživati kako kontrolirati Nixietubes. Nixietubes koje sam dobio su uobičajene anodne cijevi što znači da će, kada stavite 170V DC na anodu i GND na katodu cijev zasjati. Kako bi se ograničila struja koja prolazi kroz cijev, otpornik mora biti postavljen ispred anode. Izazivajući ograničenje struje na 1 mA po cijevi. Za kontrolu različitih znamenki. Koristio sam visokonaponske registre pomaka. Ovim IC-ima može se upravljati bilo kojim mikrokontrolerom.

Budući da sam veliki obožavatelj IoT -a (Internet of Things). Odlučio sam uzeti ESP32 modul i htio sam dobiti trenutno vrijeme s interneta putem WiFi -ja. Na kraju sam sinkronizirao RTC (sat u stvarnom vremenu) s internetskim vremenom. Dopuštajući mi da uštedim energiju i uvijek imam pri ruci čak i bez pristupa internetu.

Razmišljao sam o načinima provjere vremena i smislio sam akcelerometar kojim sam pratio kretanje zapešća. Kad okrenem zglob kako bih mogao pročitati vrijeme. Sat će se aktivirati i pokazati mi ga.

Također sam implementirao tri tipke aktivirane dodirom kako bih mogao napraviti jednostavan izbornik gdje bih mogao postaviti različite funkcije.

Dvije RGB LED diode mogle su cijevima dati lijep sjaj.

Razmišljao sam i o načinu punjenja baterije. Stoga sam došao do punjenja pomoću bežičnog QI modula za punjenje. Ovaj modul mi je dao 5V izlaz. Ovaj modul spojen na krug za punjenje omogućio mi je punjenje male baterije od 300 mAh.

Kad je elektronički dizajn bio spreman i svi podkrugovi gdje su testirani, počeo sam dizajnirati PCB (tiskanu pločicu). Izrađivao sam makete s papirom i dijelovima (slika 1). Mjerenje širine, visine i duljine svake komponente bio je mukotrpan proces. Nakon nekoliko tjedana projektiranja i postavljanja PCB -a naručeni su i isporučeni meni. (slika 2).

Tijekom svakog koraka stvarao sam testne programe za svaki dio sata. Na ovaj način konačni softver mogao bi se lako kopirati zajedno.

Lemljenje svake komponente moglo je započeti i trebalo mi je oko jedan dan.

Testiranje i sastavljanje cijelog sata (Slika 3, 4, 5, 6, 7) Uspjelo je.

3D sam ispisao kućište za sat i na kraju otkrio da je sat prevelik. Odlučio sam stvoriti novi i sat od četiri cijevi napravio prototipom.

Korak 2: Novi dizajn

S obzirom da je sat s četiri cijevi prevelik, počeo sam smanjivati dizajn elektronike. Prvo koristeći samo dvije cijevi umjesto četiri. Drugo, korištenjem manjih komponenti i izradom vlastitog pretvarača snage 170V od nule. Sama implementacija ESP32 MCU (mikrokontroler jedinice) umjesto korištenja modula također je učinila dizajn mnogo manjim.

Pomoću računalnog softvera za 3D dizajn (slika 1) dizajnirao sam kućište i sve električne komponente uredno uklopio unutra. Podijelivši elektroniku na tri ploče, mogao sam učinkovitije koristiti prostor unutar kućišta.

Dizajnirana nova elektronika:

-Odabrao sam novi energetski učinkovitiji mjerač brzine.

-Promijenjeni su dodirni gumbi za prekidač s više položaja.

-Koristio novi krug punjenja.

-Promijenio sam bežično punjenje za USB punjenje jer sam htio aluminijsko kućište.

-Koristio je procesor male snage za daljnju uštedu energije.

-Odabrana je nova pozadinska LED dioda.

-Koristio sam IC mjerač baterije za praćenje razine baterije.

Korak 3: Sastavljanje elektronike

Nakon mjeseci projektiranja novog sata mogao bi se i sastaviti. Koristio sam neke alate koji su dostupni u mojoj školi za lemljenje IC -a s malim kosom (Slika 4). To mi je oduzelo nekoliko dana jer sam naišao na neke probleme, ali na kraju je elektronika počela raditi (Slika 5).

Korak 4: Dizajniranje kućišta

Dizajnirao sam kućište paralelno s projektiranjem elektronike. Svaki put provjeravajte 3D računalni softver hoće li svaka komponenta stati. Prije nego što je CNC (Computer Numerical Control) glodala kućište, napravljen je 3D tiskani prototip kako bi se uvjerilo da sve odgovara. (Slika 1, 2)

Nakon što je dizajn kućišta napravljen i elektronika je počela, započeo sam istraživanje o tome kako se CNC strojevi moraju programirati (slika 3). Moj prijatelj koji ima znanje o CNC glodanju pomogao mi je u programiranju CNC stroja. Tako je glodanje moglo početi. (Slika 4)

Nakon što je glodanje završeno, završio sam kućište bušenjem rupa i poliranjem kućišta. Prvi put je sve sjelo kako treba. (Slika 5, 6, 7)

Dizajnirao sam zasun za akrilni prozor. No zasun je slučajno glodan. Laserskim rezačem izrezao sam prozor od akrila koji je zalijepljen na vrh sata (Slika 9).

5. korak: softver i aplikacija

Upravljač na satu u osnovi spava cijelo vrijeme radi uštede energije. Procesor male snage očitava mjerač ubrzanja svakih nekoliko milisekundi kako bi provjerio je li mi zapešće okrenuto. Tek kad se okrene, probudit će glavni procesor i dobiti vrijeme iz RTC -a te će na epruvetama nakratko prikazati sate, a zatim i minute.

Glavni procesor također provjerava postupak punjenja, provjerava dolazne Bluetooth veze, provjerava stanje tipke za unos i u skladu s tim reagira.

Ako korisnik više ne komunicira sa satom, glavni procesor će ponovno zaspati.

Kao dio mog studija morali smo izraditi aplikaciju. Pa sam pomislio stvoriti aplikaciju za sat nixie. Aplikacija je napisana na xamarinu s Microsoftovog jezika je C#.

Nažalost, morao sam stvoriti aplikaciju na holandskom. No, u osnovi postoji kartica za povezivanje koja prikazuje pronađene satove nixie (Slika 1). Nakon toga se preuzimaju postavke sa sata. Ove se postavke spremaju na sat. Kartica za ručno ili automatsko sinkroniziranje vremena preuzimanjem vremena sa vašeg pametnog telefona (slika 2). Kartica za promjenu postavki sata (slika 5). I za kraj, ali ne i najmanje važno, kartica statusa koja prikazuje stanje baterije. (Slika 6)

Korak 6: Značajke i dojam

Karakteristike sata:

- Dvije male nixie cijevi tipa z5900m.

- Točan sat u stvarnom vremenu.

- Izračuni su pokazali da je 350 sati pripravnosti lako ostvarivo.

- Bluetooth za kontrolu postavki i postavljanje vremena sata, kao i za pregled statusa baterije.

- Neke Bluetooth postavke uključuju: Uključivanje/isključivanje animacije, ručno aktiviranje cijevi ili akcelerometar, pozadinsko LED uključivanje/isključivanje. Programabilni gumb za prikaz temperature baterije u postocima.

- Akcelerometar za aktiviranje cijevi pri okretanju zapešća

- Baterija od 300 mAh.

- RGB vodio za više namjena.

- IC mjerač plina u bateriji za precizno praćenje stanja baterije.

- mikro USB za punjenje baterije.

- Jedan višesmjerni gumb za aktiviranje, Bluetooth veza i programabilni gumb za očitanje temperature ili stanje baterije, Ručno podešavanje vremena.

- CNC brušeno kućište od aluminija.

- Akrilni prozor za zaštitu

- Bluetooth aplikacija za telefon.

- Dodatna sinkronizacija vremena putem WiFi -a.

- Dodatni vibracijski motor za označavanje obavijesti pametnog telefona poput Whatsappa, Facebooka, Snapchata, SMS -a …

- Prvo se prikazuju sati, zatim minute.

Softver za MCU na satu napisan je na C ++, C i asembleru.

Softver za aplikaciju napisan je na xamarinu C#.

Prva nagrada na natječaju za nošenje