Nixie Tube sat: 7 koraka (sa slikama)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ranije ove godine napravio sam sat da vidim mogu li napraviti nešto što je funkcionalno. Imao sam 3 glavna dizajnerska zahtjeva

1. Održavajte tačno vreme
2. Imajte cjelodnevnu bateriju
3. Budite dovoljno mali da se udobno nosite

Uspio sam ispuniti prva 2 zahtjeva, međutim treći je pomalo naporan. Primjećujete da ovaj dizajn sjedi na ručnom zglobu, ali nije neupotrebljiv. Želim da prođem kroz proces dizajniranja i pokažem šta je bilo dobro i loše u ovom projektu. Objavit ću datoteke za upotrebu, ali kako ću objasniti, preporučio bih da promijenite neke dizajnerske odabire pri izradi vlastitog modela.

Sigurnosno upozorenje

Ovaj projekt uključuje vezivanje uređaja za ručni zglob koji proizvodi 150V DC. Ovo će ozbiljno povrijediti ili uzrokovati ozljede ako ne obratite pažnju.

Korak 1: Potrebni dijelovi

Prilikom dizajniranja sata morate početi odabirom komponenti.

Nixie Tubes

Što manje to bolje. Koristio sam IN-17 koji ima mali otisak, ali je prilično visok. Cijev s izvodima koji izlaze ispod broja mogla bi se moći ugurati u manje područje.

Visokonaponsko napajanje

Budući da se napaja iz baterije, moramo pretvoriti ~ 3V do najmanje 150V. Koristio sam ploču Taylor Electronics 1363. Moguće je dizajnirati vlastitu ploču, ali ćete morati posvetiti veliku pažnju dizajnu. Korištenje unaprijed izgrađene ploče omogućilo mi je da smanjim veličinu ploče na polovicu one koja bi bila ručnim lemljenjem, a na kraju je bila učinkovitija i manje zvonila nego što je moj dizajn.

Visokonaponski prekidači

Većina mikrokontrolera radi na 3-5V, a ne na 150V. Za povezivanje s njima potreban nam je registar pomaka, tranzistori ili drugi sklopni uređaj sposoban za visoki napon. Koristio sam HV5523 Shift Register za ovu ploču - tehnički im je potrebna 5V logika, ali otkrio sam da su radili na 3.3V bez problema.

Mikrokontroler

Potreban je najmanji MCU koji ima dovoljno pinova za pokretanje svih vaših uređaja. Nemojte za to koristiti bankomat ATMega2560 jer je to pretjerano. Odabrao sam ATTiny841 jer je imao tačno potreban broj IO i podržavao je Arduino IDE.

RTC

Za točno vrijeme potrebno vam je RTC čip. Koristio sam DS3231.

Ostali dijelovi

• Regulator napona
• Sučelje za postavljanje vremena ili uključivanje prikaza

  Koristio sam APDS-9960 senzor pokreta/blizine s ograničenim uspjehom

• Način da se uvjerite da sve radi

  Imao sam izložen serijski port i RGB LED za prikaz trenutnog stanja uređaja

• Možda ćete također htjeti način punjenja baterije bez uklanjanja.

Korak 2: Funkcionalni pregled

Učitao sam neke svoje početne beleške za planiranje izgleda kola i blok dijagram glavnih komponenti onoga što sam na kraju koristio.

Visokonaponska strana ima HVPS koji napaja +150V preko otpornika za ograničavanje struje na terminal zajedničke anode (+) Nixie cijevi. Registar pomaka povezuje se sa svakom od cifara cijevi. Registar pomaka je uređaj s otvorenim odvodom. Svaki pin može biti ili direktno vezan za masu, ili ostavljen isključen iz strujnog kola. To znači da će svi odspojeni vodiči nixie cijevi mjeriti 150V kada se ne koriste.

Na niskonaponskoj strani nalazi se regulator snage/napona 3.3V koji regulira napon iz lipo baterije. Ovo održava krug na 3.3V jer lipo napon pada sa 3.7 na 3.0V. Sabirnica Attiny841 i2C povezuje se sa senzorom gesta i RTC -om. Ne prikazuje se RGB LED i serijska veza.

Prilikom pokretanja MCU -a provjerit će senzor pokreta za informacije o blizini. Kako bi se izbjeglo da rukav aktivira prikaz, potrebno je da se senzor otkrije najmanje 1 sekundu, zatim da se pokrije najmanje 1 sekundu, a zatim da se otkrije da bi pokrenuo radnju. Početna verzija sata bi prikazala vrijeme jednom kako je opisano na posljednjoj slici. Ažurirao sam ga tako da ima mogućnost prelaska u uvijek uključeni način rada držeći senzor duže pokrivenim.

Korak 3: Dizajn ploče

Neću ulaziti u detalje o tome kako napraviti PCB, jer o tome već postoji mnogo informacija. Neki korisni otisci Nixie Tube dostupni su ovdje.

Kad sam dizajnirao svoju tiskanu ploču, složio sam dvije manje ploče kako bih smanjio otisak koji bi imao privezan za zglob. Bilo mi je korisno odštampati i izrezati papirnu kopiju PCB -a kako bih se uvjerio da su mi svi otisci poravnati i da su konektori poravnani. Prostor koji dozvoljava pokušajte ostaviti zaštitne pločice za i2C i druge podatkovne linije za ispitivanje ili lemljenje također tokom testiranja.

Eagle ima značajku koja vam omogućava da komponenti dodijelite 3D model, a zatim izvozite 3D model ploče u drugi program. Kad sam ga koristio, bio je oštećen, ali i dalje vrlo koristan za osiguravanje da se dijelovi neće međusobno ometati.

Kako bih uštedio prostor, nisam uključio punjač baterije u sat. Umjesto toga imam nekoliko ženskih DuPont konektora sa strane sata. Posljednja slika ovog seta prikazuje ožičenje koje sam koristio. Lijeva strana je unutar sata, desna je vani. Za punjenje sata spojite vanjske žice na vanjski punjač. Plava linija blizu negativa baterije predstavlja utor s ključem koji sprječava umetanje punjača unatrag. Za uključivanje sata koristite mali kratkospojnik (zeleni) za premošćenje baterije + do VCC stvarnog kola. Ovo daje brzu sigurnost u slučaju problema. Zbog rasporeda ne možete slučajno spojiti ili spojiti strujno kolo unatrag.

Korak 4: Montaža PCB -a

Naručio sam svoje ploče iz OSHParka jer su bile prilično brze, jeftine i imale su ljubičastu boju: D

Također dobijate po 3 ploče, tako da možete napraviti 2 sata i imati treću ploču za testiranje.

Pakete QFN prvo napravite vrućim zrakom, a zatim ručno lemite sve ostalo počevši od manjih komponenti. Nemojte ožičavati Nixie cijevi ili HVPS. Ako imate matricu za lemljenje i toster, onda vam ide sasvim dobro. Upotrijebite ohm metar da provjerite ima li kratkih hlača na vašoj PCB -u. Ako mjerite kratki spoj srednjeg visokog otpora, možda ćete imati previše ostataka fluksa na ploči. HV5523 ima vrlo fine konektore i ne možete vidjeti jesu li premošteni ispod IC -a. Dajte svojoj ploči priliku da se ohladi ako je duže vrijeme prerađujete.

Nakon sastavljanja niskonaponskih komponenti pokrenite program koji će se kretati kroz sve znamenke u registru pomaka. Pomoću logičkog analizatora ili multimetra potvrdite da se pinovi povlače premalo kada se očekuje. Također se pobrinite da vaš RTC i drugi uređaji reagiraju očekivano.

Lemite HVPS, a zatim nixie cijevi. Za Nixie cijevi lemite jednu po jednu nogu i ne ostavljajte toplinu predugo uključenom. Ako je moguće, držač između PCB -a i stakla držite kliještima da djeluje kao hladnjak. Dajte epruvetama priliku da se ohlade između lemljenja svake noge.

Ako imate problema s dijelom koji ne radi i ne znate je li u pitanju lemljeni spoj, možete isprobati lemljenje "dead bug". Uklonite čip s ploče i upotrijebite finu žicu za lemljenje izravno na svaki jastučić. Pazite da koristite žicu s premazom od emajla kako se nijedna žica ne bi spojila zajedno.

Korak 5: Dizajn kućišta

Korištenjem Eagles MCAD funkcija lako je dobiti 3D model kola za izradu kućišta oko njega. Remeni za satove standardne veličine dostupni su u apoteci/robnoj kući. Ako ste napravili rupe za pričvršćivanje na PCB -u, možete stvoriti zastoje u svom modelu i brzo pričvrstiti ploču. Moje prepreke završile su prekidanjem Nixie cijevi i nisu bile upotrebljive - upotrijebio sam Sugru kako bih se pobrinuo da ostane na jednom mjestu.

Korak 6: Suočavanje sa projektnim datotekama i problemima

Eagle i Solidworks datoteke

Robusniji kod

Povezao sam sve datoteke koje sam napravio tokom rada na ovom projektu. Oni se učitavaju takvi kakvi jesu, bez uređivanja ili poliranja. Nisam siguran je li ovo dobro ili loše … Možete vidjeti moju shemu, dizajn ploče, datoteke Solidworks i Arduino kod. Objasnio sam koje sam odluke napravio, a ove datoteke bi vam trebale pomoći da vidite kako te izbore implementirati u svoj sat.

U datotekama Eagle HV.brd sadrži nixie otiske stopala, HV5523, konektor za HVPS i APDS-9960. APDS-9960 nalazi se na drugoj stranici jer je kopiran iz datoteke Sparkfun-ove 9960 ploče. Schematic.brd sadrži sve stvari niskog napona. Mislim da su sve potrebne biblioteke uključene.

Fascikla Solidworks je u velikoj neredu - izvoz iz kompanije eagle stvorio je pojedinačne datoteke za svaki otpornik i sve je izbacio. "Assem8" je datoteka koju treba pogledati da biste vidjeli sve uparene i sastavljene. Mape "Izvoz" su STL datoteke s različitim parametrima od testiranja.

Arduino skica u prvom kodu je ono što je prikazano u videu na sljedećoj stranici i to je ono što se koristi za sve dokumente u ovom dokumentu. Druga veza ima noviju reviziju koja uključuje više načina prikaza. Ako se RTC resetira na ovoj skici, postavit će vrijeme na 12 sati pri sljedećem uključivanju. Tako se sat može koristiti kao stolni sat koji je uvijek uključen.

Ako odlučite koristiti moje datoteke kao polazište, trebali biste biti svjesni nekoliko problema koje nisam riješio.

1. APDS-9960 nije kompatibilan s jezgrom Attiny Arduino. Otkrivanje blizine funkcionira, međutim ne mogu dobiti kod da pouzdano pokupi signal prekida za geste.
2. Zaglavlje ISP -a je preslikano i jedan od pinova nije povezan.
3. ISP VCC zaglavlje ide na pogrešnu stranu regulatora napona. Ako ovo nije isključeno, regulator napona će se odmah ispržiti
4. Držač CR baterije preklapa i2C zaglavlje za nekoliko mm

Korak 7: Konačni rezultat

Na kraju ove odiseje imam radni Nixie Watch. Donekle je upotrebljiv, ali više dokaz koncepta nego svakodnevni sat. Druga ploča je pretvorena u stolni sat, a treća ploča je uništena tokom procesa izgradnje.

Nekoliko korisnih veza ako ćete pokušati dizajnirati vlastiti sat:

Nixie Tube Google grupa

EEVBlog Nixie Playlist

Eagle to Fusion izvoz