Nixie Tube Watch: 7 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:45

Jag byggde en klocka tidigare i år för att se om jag kunde göra något som var funktionellt. Jag hade tre huvudsakliga designkrav

1. Håll exakt tid
2. Har batteri hela dagen
3. Var tillräckligt liten för att bära bekvämt

Jag lyckades uppfylla de två första kraven, men det tredje är lite av en sträcka. Du märker att den här designen sitter på din handled, men den är inte oanvändbar. Jag vill gå igenom designprocessen och visa vad som gick rätt och fel i det här projektet. Jag kommer att lägga upp filer att använda, men som jag kommer att förklara skulle jag rekommendera att ändra några designval när du gör din egen modell.

Säkerhetsvarning

Detta projekt innebär att du fäster en enhet på handleden som genererar 150V DC. Detta kommer att allvarligt skada eller orsaka skada om du inte är uppmärksam.

Steg 1: Delar som behövs

När du designar din klocka måste du börja med att välja ut dina komponenter.

Nixie Tubes

Ju mindre desto bättre. Jag använde IN-17 som har ett litet fotavtryck, men är ganska långa. Ett rör som har ledningarna som kommer ut under numret kan kanske klämma in i ett mindre område.

Högspänningsförsörjning

Eftersom detta är batteridrivet måste vi konvertera ~ 3V upp till minst 150V. Jag använde ett Taylor Electronics 1363 -kort. Det är möjligt att designa din egen tavla, men du måste vara mycket uppmärksam på designen. Genom att använda en förbyggd bräda fick jag krympa storleken på brädet till hälften av vad det skulle vara med handlödning, och slutade med att bli mer effektiv och mindre ringande än min design var.

Högspänningsbrytare

De flesta mikrokontroller körs av 3-5V, inte 150V. För att komma i kontakt med dem behöver vi ett skiftregister, transistorer eller annan kopplingsanordning som klarar högspänningen. Jag använde HV5523 Shift Register för detta kort - tekniskt kräver de 5V logik men jag fann att de fungerade 3,3V utan problem.

Mikrokontroller

Den minsta MCU som har tillräckligt med stift för att köra alla dina enheter behövs. Använd inte ATMega2560 för detta eftersom det är överkill. Jag valde ATTiny841 eftersom den hade exakt det antal IO som behövdes och stödde Arduino IDE.

RTC

För att hålla exakt tid behöver du ett RTC -chip. Jag använde DS3231.

Andra delar

• Spänningsregulator

• Gränssnitt för att ställa in tid eller slå på displayen

  Jag använde en APDS-9960 gest/närhetssensor med begränsad framgång

• Ett sätt att se till att allt fungerar

  Jag hade en exponerad seriell port och en RGB -LED för att visa den aktuella enhetens tillstånd

• Du kanske också vill ha en metod för att ladda batteriet utan att ta bort det.

Steg 2: Funktionsöversikt

Jag har laddat upp några av mina första anteckningar för att planera kretslayouten och ett blockschema över huvudkomponenterna i vad jag slutade använda.

Högspänningssidan har HVPS som levererar +150V via ett strömbegränsande motstånd till Common Anode (+) terminalen på Nixie Tubes. Skiftregistret ansluter till var och en av rörens siffror. Skiftregistret är en öppen tömningsenhet. Varje stift kan antingen knytas direkt till marken eller lämnas frånkopplad från kretsen. Detta innebär att alla frånkopplade ledningar på nixieröret mäter 150V när de inte används.

Lågspänningssidan har en 3.3V buck/boost -regulator som reglerar spänningen från ett lipobatteri. Detta håller kretsen vid 3,3V när lipospänningen sjunker från 3,7 till 3,0V. Attiny841 i2C -bussen ansluter till gestsensorn och RTC. RGB -led och seriell anslutning visas inte.

När MCU körs kontrollerar gestsensorn efter närhetsinformation. För att undvika att en hylsa utlöser displayen krävs att sensorn är avtäckt i minst 1 sekund, sedan täckt i minst 1 sekund, sedan avtäckt för att utlösa en åtgärd. Den första versionen av klockan skulle visa tiden en gång enligt beskrivningen i den sista bilden. Jag har uppdaterat det så att det har möjlighet att gå in i alltid på -läge genom att hålla sensorn täckt längre.

Steg 3: Board Design

Jag kommer inte att gå in för mycket på hur man gör ett kretskort eftersom det redan finns mycket information om det. Några användbara Nixie Tube -fotavtryck finns tillgängliga här.

När jag utformade mitt kretskort staplade jag två mindre brädor för att minska det fotavtryck det skulle ha när det var fastspänt på min handled. Jag tyckte det var praktiskt att skriva ut och klippa ut en papperskopia av kretskortet för att se till att alla mina fotavtryck stod i linje och att kontakterna var i linje. Utrymme som tillåter försök att lämna utbrottskuddar för i2C och andra datalinjer att sonda eller lödda också under testning.

Eagle har en funktion som låter dig tilldela en 3D -modell till en komponent och sedan exportera en 3D -modell av ditt kort till ett annat program. Det var buggy när jag använde det men fortfarande mycket användbart för att se till att inga delar stör varandra.

För att spara utrymme inkluderade jag inte en batteriladdare inuti klockan. Istället har jag några kvinnliga DuPont -kontakter på sidan av klockan. Den sista bilden i den här uppsättningen visar kablarna jag använde. Vänster sida är inuti klockan, höger är utanför. För att ladda klockan ansluter du de yttersta ledningarna till den externa laddaren. Den blå linjen nära batteriets minuspol representerar en nyckelplats för att förhindra att laddaren sätts bakåt. För att slå på klockan använder du en liten bygelkabel (grön) för att överbrygga batteriet + till VCC i den faktiska kretsen. Detta ger en snabb felsäkerhet vid problem. På grund av layouten kan du inte av misstag korta eller ansluta kretsen bakåt.

Steg 4: Kretskortmontering

Jag beställde mina brädor från OSHPark eftersom de var ganska snabba, billiga och hade en härlig lila färg: D

Du får också 3 av varje bräda, så du kan göra 2 klockor och ha en tredje bräda för testning på.

Gör QFN -paketen med varm luft först, sedan handlöd allt annat med början med de mindre komponenterna. Anslut inte dina Nixie -rör eller HVPS. Om du har en lödstencil och en brödrost gör du det ganska bra. Använd en ohm -mätare för att kontrollera om det finns shorts på ditt kretskort. Om du mäter medelhög motståndskort kan du ha för mycket flussrester på brädet. HV5523 har mycket fina stift och du kan inte se om de är överbryggade under IC. Ge ditt bräde en chans att svalna om du omarbetar det länge.

När lågspänningskomponenterna har monterats kör du ett program som går igenom alla siffror i skiftregistret. Använd en logisk analysator eller multimeter för att bekräfta att stiften dras LÅGT när det förväntas. Se också till att din RTC och andra enheter svarar som förväntat.

Löd HVPS, sedan nixie -rören. För Nixie Tubes löd 1 ben i taget och låt inte värmen vara för lång. Om det är möjligt, håll benet mellan kretskortet och glaset med en tång för att fungera som en kylfläns. Ge rören en chans att svalna mellan varje lödning.

Om du har problem med att en del inte fungerar och du inte vet om det är en lödfog kan du prova "dead bug" -lödning. Ta bort chipet från brädet och använd fin tråd för att lödas direkt till varje kudde. Se till att du använder tråd med emaljbeläggning så att ingen av trådarna kortas ihop.

Steg 5: Case Design

Med Eagles MCAD -funktioner är det enkelt att få en 3D -modell av kretsen för att bygga upp ett fall runt den. Klockarmband av standardstorlek finns på apoteket/varuhuset. Om du gjorde monteringshål i ditt kretskort kan du skapa avvikelser i din modell och snabbt fästa brädan. Mina avstängningar slutade bli avstängda av Nixie -röret och var inte användbara - jag använde Sugru för att se till att det stannade på ett ställe.

Steg 6: Projektfiler och problem

Eagle- och Solidworks -filer

Mer robust kod

Jag har länkat alla filer jag skapade när jag arbetade med det här projektet. Dessa laddas upp som de är, ingen redigering eller polering. Inte säker på om det här är bra eller dåligt … Du kan se min schema, tavldesign, Solidworks -filer och Arduino -kod. Jag har förklarat vilka val jag gjort, och dessa filer ska hjälpa dig att se hur du genomför dessa val i din egen klocka.

I Eagle-filer innehåller HV.brd nixie-fotavtryck, HV5523, kontakt för HVPS och APDS-9960. APDS-9960 finns på en andra sida när den kopieras från Sparkfun 9960 breakout board-fil. Schematic.brd innehåller alla lågspänningsgrejer. Jag tror att de bibliotek som behövs ingår alla.

Solidworks -mappen är en enorm röra - Exporten från eagle skapade individuella filer för varje motstånd och dumpade allt. "Assem8" är filen att titta på för att se allt parat och monterat. "Export" -mapparna är STL -filer med olika parametrar från testning.

Arduino -skissen i den första koden är vad som visas i videon på nästa sida och är vad som används för alla dokument i detta dokument. Den andra länken har en nyare version som innehåller flera visningslägen. Om RTC återställs på denna skiss kommer tiden att ställas in till 12.00 vid nästa påslagning. Detta är så att klockan kan användas som en skrivbordsklocka som alltid är ansluten.

Om du bestämmer dig för att använda mina filer som utgångspunkt bör du vara medveten om några problem som jag inte har löst.

1. APDS-9960 är inte kompatibel med Attiny Arduino Core. Närhetsdetektering fungerar, men jag kan inte få koden att på ett tillförlitligt sätt hämta avbrottssignalen för gester.
2. ISP -rubriken speglas och en av stiften var inte ansluten.
3. ISP VCC -rubriken går till fel sida av spänningsregulatorn. Om denna inte kopplas bort steker spänningsregulatorn direkt
4. CR -batterihållaren överlappar i2C -huvudet med några mm

Steg 7: Slutresultat

I slutet av denna odyssé har jag en fungerande Nixie Watch. Det är något användbart, men mer ett bevis på konceptet än en daglig klocka. Det andra kortet omvandlades till en skrivbordsklocka och det tredje kortet förstördes under byggprocessen.

Några användbara länkar om du ska försöka designa din egen klocka:

Nixie Tube Google Group

EEVBlog Nixie spellista

Eagle to Fusion export