Nixietube ručni sat: 6 koraka (sa slikama)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2025-01-13 06:57

Prošle godine su me inspirisali Nixitube satovi. 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 sa stvaranjem elektronskih šema za sat sa četiri cevi. Kao student elektronike razvijao sam elektroniku nekoliko mjeseci.

Prvo je potrebno dizajnirati napajanje. Počeo sam tako što sam kupio prethodno pripremljeno napajanje sa prekidačem od 170 V sa weba jer nisam znao kako dizajnirati napajanje koje bi moglo pretvoriti 4,2 V DC iz baterije u 170 V DC za cijevi. Unaprijed izrađeno napajanje bilo je 86% efikasno.

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

Pošto sam veliki obožavalac IoT (Internet of Things). Odlučio sam uzeti ESP32 modul i htio sam dobiti trenutno vrijeme s interneta putem WiFi -a. Na kraju sam sinhronizovao RTC (sat u realnom vremenu) sa 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 zgloba. 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 meni u kojem mogu 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 punjača. Ovaj modul mi je dao izlaz od 5V. Ovaj modul spojen na krug za punjenje omogućio mi je da napunim malu bateriju od 300 mAh.

Kad je elektronički dizajn bio spreman i svi podkrugovi gdje su testirani, počeo sam dizajnirati PCB (tiskanu ploču). Pravio sam makete s papirom i dijelovima (slika 1). Mjerenje širine, visine i dužine svake komponente bio je mukotrpan proces. Nakon nekoliko tjedana projektiranja i postavljanja PCB -a, naručeno im je i isporučeno meni. (slika 2).

Na svakom koraku sam stvarao test-programe za svaki dio sata. Na ovaj način bi se konačni softver mogao lako kopirati zajedno.

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

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

Odštampao sam 3D 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 sa 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.

Koristeći računarski softver za 3D dizajn (slika 1) dizajnirao sam kućište i sve električne komponente uredno uklopio unutra. Podijelivši elektroniku na tri ploče, mogao sam efikasnije koristiti prostor unutar kućišta.

Dizajnirana nova elektronika:

-Odabrao sam novi, energetski efikasniji akcelerometar.

-Promijenjeni dodirni tasteri za više pozicioni prekidač.

-Koristio novi krug punjenja.

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

-Koristio sam procesor male snage za dodatnu uštedu energije.

-Izabrana je nova pozadinska LED dioda.

-Koristio sam IC mjerač baterije za praćenje nivoa baterije.

Korak 3: Sastavljanje elektronike

Nakon mjeseci dizajniranja novog sata mogao bi se i sastaviti. Koristio sam neke alate koji su dostupni u mojoj školi za lemljenje IC -a sa malim koracima (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 dizajnom elektronike. Svaki put provjeravajte 3D računalni softver da li svaka komponenta odgovara. Prije nego što je CNC (računarska numerička kontrola) glodala kućište, napravljen je 3D štampani prototip kako bi se osiguralo da sve odgovara. (Slika 1, 2)

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

Nakon što je glodanje završeno, završio sam kućište bušenjem rupa i poliranjem kućišta. Prvi put je sve stalo 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).

Korak 5: Softver i aplikacija

Kontroler na satu u osnovi spava cijelo vrijeme radi uštede energije. Procesor male snage čita 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 kratko prikazati sate, a zatim i minute.

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

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

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

Nažalost, morao sam napraviti aplikaciju na holandskom. Ali u osnovi postoji kartica za povezivanje koja prikazuje pronađene nixie satove (Slika 1). Nakon toga se preuzimaju postavke sa sata. Ove postavke se spremaju na sat. Kartica za ručno ili automatsko sinhroniziranje vremena preuzimanjem vremena sa vašeg pametnog telefona (slika 2). Kartica za promjenu postavki sata (slika 5). I na kraju, ali ne i najmanje važno, kartica statusa koja prikazuje status baterije. (Slika 6)

Korak 6: Karakteristike i dojam

Karakteristike sata:

- Dvije male nixie cijevi tipa z5900m.

- Tačan sat u realnom vremenu.

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

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

- Neke Bluetooth postavke uključuju: Uključivanje/isključivanje animacije, ručno aktiviranje cijevi ili akcelerometar, pozadinsko uključivanje/isključivanje. Programabilno dugme za prikaz temperature baterije u procentima.

- Akcelerometar za aktiviranje cijevi pri okretanju zgloba

- Baterija 300 mAh.

- RGB LED za više namjena.

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

- mikro USB za punjenje baterije.

- Jedno višesmjerno dugme za aktiviranje, Bluetooth veza i programabilno dugme za očitavanje temperature ili stanje baterije, Ručno podešavanje vremena.

- CNC brušeno kućište od aluminija.

- Akrilni prozor za zaštitu

- Bluetooth telefonska aplikacija.

- Dodatna sinhronizacija vremena putem WiFi -a.

- Opcijski motor za vibracije za označavanje obavijesti pametnog telefona poput Whatsappa, Facebooka, Snapchata, SMS -a …

- Prvo se prikazuju sati, pa minute.

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

Softver za aplikaciju napisan je na xamarinu C#.

Prva nagrada na takmičenju nosivih predmeta