Nixietube armbandsur: 6 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

Förra året blev jag inspirerad av Nixitube -klockor. Jag tycker att utseendet på Nixietubes är så fint. Jag tänkte implementera detta i en snygg klocka med smarta funktioner.

Steg 1: Four Tube Prototype

Jag började med att skapa det elektroniska schemat för en fyrrörsur. Som elektronikstudent utvecklade jag elektroniken under flera månader.

Först måste en strömförsörjning utformas. Jag började med att köpa en färdig 170V switch mode -strömförsörjning från webben eftersom jag inte visste hur jag skulle utforma en strömförsörjning som kunde omvandla 4,2V DC från ett batteri till 170V DC för rören. Den färdiga PSU: n var 86% effektiv.

Efter att ha fått strömförsörjningen började jag undersöka hur man styr Nixietubes. Nixietubes jag fick där vanliga anodrör vilket betyder att när du sätter 170V DC på anoden och GND på katoden lyser röret. För att begränsa strömmen genom röret måste ett motstånd placeras framför anoden. Detta gör att strömmen begränsas till 1 mA per rör. För att styra de olika siffrorna. Jag använde högspänningsskiftregister. Dessa IC: er kan styras av vilken mikrokontroller som helst.

Eftersom jag är ett stort fan av IoT (Internet of Things). Jag bestämde mig för att ta en ESP32 -modul och ville få den aktuella tiden från internet men WiFi. Så småningom synkroniserade jag en RTC (realtidsklocka) med internettiden. Tillåter mig att spara energi och alltid ha tid till hands även utan tillgång till internet.

Jag funderade på sätt att kontrollera tiden och kom på att använda en accelerometer som jag använde för att spåra rörelsen i min handled. När jag vänder min handled så att jag kan läsa tiden. Klockan aktiveras och visar den för mig.

Jag implementerade också tre pekaktiverade knappar så att jag kunde göra en enkel meny där jag kunde ställa in olika funktioner.

Två RGB -lysdioder var tvungna att ge en fin bakljus till rören.

Jag funderade också på ett sätt att ladda batteriet. Därför kom jag på att ladda den med en trådlös QI -laddarmodul. Denna modul gav mig 5V utgång. Denna modul ansluten till en laddningskrets tillät mig att ladda det lilla 300 mAh -batteriet.

När den elektroniska designen var klar och alla delkretsar testades började jag designa kretskortet (Printed Circuit Board). Jag gjorde mock-ups med papper och delarna (bild 1). Att mäta bredden, höjden och längden på varje komponent var en noggrann process. Efter veckor med att designa och lägga ut kretskortet blev de beställda och skickade till mig. (bild 2).

Under varje steg på vägen hade jag skapat testprogram för varje del av klockan. På så sätt kan den slutliga programvaran enkelt kopieras tillsammans.

Lödningen av varje komponent kunde börja och tog mig ungefär en dag.

Testade och satte ihop hela klockan (bild 3, 4, 5, 6, 7) Det fungerade.

Jag 3D -skrivit ut ett fodral för klockan och så småningom fann jag att klockan var för stor. Så jag bestämde mig för att skapa en ny och gjorde klockan med fyra rör till en prototyp.

Steg 2: Den nya designen

När jag fann klockan med fyra rör för stor började jag krympa elektronikdesignen. Först genom att bara använda två rör istället för fyra. För det andra genom att använda mindre komponenter och göra min egen 170V boost -omvandlare från grunden. Att implementera ESP32 MCU (Micro Controller Unit) själv istället för att använda en modul gjorde också designen mycket mindre.

Med hjälp av 3D -designprogramvara (bild 1) designade jag ett fodral och passade alla elektriska komponenter snyggt inuti. Genom att dela elektroniken i tre kort kunde jag mer effektivt använda utrymmet inuti fodralet.

Ny elektronik designad:

-Väljde en ny mer energieffektiv accelerometer.

-Ändrade peksknapparna för en omkopplare med flera lägen.

-Använd en ny laddningskrets.

-Ändrade den trådlösa laddningen för USB -laddning eftersom jag ville ha ett aluminiumhus.

-Används en lågeffektsprocessor för att ytterligare spara ström.

-Väljde en ny bakgrunds -LED.

-Används en batterimätare IC för att spåra batterinivån.

Steg 3: Montering av elektroniken

Efter månader av design av den nya klockan kunde den också monteras. Jag använde några verktyg som fanns tillgängliga på min skola för att lödda Tiny pitched IC: erna (bild 4). Detta tog mig flera dagar eftersom jag stötte på några problem men så småningom fick jag elektroniken att fungera (bild 5).

Steg 4: Designa fodralet

Jag designade fodralet parallellt med att designa elektroniken. Varje gång du checkar in en 3D -datorprogramvara om varje komponent skulle passa. Innan CNC (Computer Numerical Control) fräste höljet gjordes en 3D -tryckt prototyp för att se till att allt skulle passa. (Bild 1, 2)

Efter att falldesignen var klar och elektroniken fungerade började jag undersöka hur CNC -maskiner måste programmeras (bild 3). En vän till mig som har kunskap om CNC -fräsning hjälpte mig att programmera CNC -maskinen. Så fräsningen kunde börja. (Bild 4)

Efter att fräsningen var klar avslutade jag höljet genom att borra hål och polera höljet. Allt passade första gången rätt. (Bild 5, 6, 7)

Jag hade designat en spärr för ett akrylfönster. Men spärren slipades bort av misstag. Med en laserskärare skar jag ett fönster av akryl som limmades på klockans ovansida (bild 9).

Steg 5: Programvaran och appen

Kontrollenheten på klockan sover i princip hela tiden för att spara ström. En processor med låg effekt läser accelerometern med några millisekunder för att kontrollera om min handled är vriden. Först när den vrids kommer den att väcka huvudprocessorn och få tiden från RTC och visa timmarna och sedan minuterna kort på rören.

Huvudprocessorn kontrollerar också laddningsprocessen, den söker efter inkommande Bluetooth -anslutningar, den kontrollerar inmatningsknappens tillstånd och reagerar därefter.

Om användaren inte längre interagerar med klockan somnar huvudprocessorn igen.

Som en del av min studie fick vi skapa en app. Så jag tänkte skapa appen för nixie -klockan. Appen skrevs på xamarin från Microsoft -språket är C#.

Jag var tvungen att skapa appen på nederländska tyvärr. Men i princip finns det en anslutningsflik som visar de hittade nixie -klockorna (bild 1). Därefter laddas inställningarna från klockan ner. Dessa inställningar sparas på klockan. En flik för att synkronisera tiden manuellt eller automatiskt genom att hämta tiden från din smartphone (bild 2). En flik för att ändra klockans inställningar (bild 5). Och sist men inte minst en statusflik som visar batteristatus. (Bild 6)

Steg 6: Funktioner och intryck

Klockan har:

- Två små nixie -rör av typ z5900m.

- Exakt realtidsklocka.

- Beräkningar visade att 350 timmars beredskapstid var lätt att uppnå.

- Bluetooth för att styra inställningar och ställa in klockans tid samt se batteristatus.

- Vissa Bluetooth -inställningar inkluderar: Animering På/Av, Manuell eller accelerometerutlösning av rör, bakgrundslyd På/Av. Programmerbar knapp för att se temperaturen på batteriprocenten.

- Accelerometer för att aktivera rören när handleden vrids

- 300 mAh batteri.

- RGB -led för flera ändamål.

- Batterigasmätare IC för noggrann övervakning av batteriläget.

- mikro -USB för laddning av batteriet.

- En multiriktningsknapp för utlösare, Bluetooth -anslutning och en programmerbar knapp för temperaturavläsning eller batteristatus, Ställ in tiden manuellt.

- CNC -fräst hus från aluminium.

- Akrylfönster för skydd

- Bluetooth -telefonapplikation.

- Valfri tidssynkronisering via WiFi.

- Valfri vibrationsmotor för att indikera smartphone -meddelanden som Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Först visas timmarna och sedan minuterna.

Programvaran för MCU på klockan är skriven i C ++, C och assembler.

Programvaran för appen är skriven i xamarin C#.

Första priset i Wearables -tävlingen