Rellotge de polsera Nixietube: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

L’any passat em vaig inspirar en els rellotges Nixitube. Crec que l’aspecte dels Nixietubes és molt agradable. Vaig pensar a implementar-ho en un rellotge elegant amb funcionalitats intel·ligents.

Pas 1: prototip de quatre tubs

Vaig començar creant esquemes electrònics per a un rellotge de quatre tubs. Com a estudiant d'electrònica, vaig desenvolupar l'electrònica durant uns quants mesos.

Primer s’ha de dissenyar una font d’alimentació. Vaig començar comprant una font d’alimentació de mode de commutació de 170V premade a la xarxa perquè no sabia com dissenyar una font d’alimentació que pogués convertir 4,2 V CC d’una bateria en 170 V CC per als tubs. La PSU fabricada prèviament va ser eficient en un 86%.

Després de rebre la font d'alimentació, vaig començar a investigar com controlar els Nixietubes. Els Nixietubes tinc on hi ha tubs d’ànode comuns, cosa que significa que quan poseu 170 V CC a l’ànode i GND al càtode el tub brillarà. Per limitar el corrent que circula pel tub, s’ha de col·locar una resistència davant de l’ànode. Fent que el corrent es limiti a 1 mA per tub. Per controlar els diferents dígits. He utilitzat registres de desplaçament d’alta tensió. Aquests IC poden ser controlats per qualsevol microcontrolador.

Ja que sóc un gran fan de l'IoT (Internet de les coses). Vaig decidir agafar un mòdul ESP32 i volia obtenir l’hora actual des d’Internet mitjançant WiFi. Finalment, vaig estar sincronitzant un RTC (rellotge en temps real) amb l’hora d’Internet. Permetent-me estalviar energia i tenir sempre el temps a l’abast, fins i tot sense accés a Internet.

Vaig pensar en maneres de comprovar l’hora i vaig pensar en utilitzar un acceleròmetre que feia servir per rastrejar el moviment del canell. Quan giro el canell per poder llegir l’hora. El rellotge es dispararà i se'm mostrarà.

També he implementat tres botons activats tàctils per poder crear un menú senzill on puguis configurar diferents funcions.

Dos LED RGB havien de donar una bona brillantor posterior als tubs.

També vaig pensar en una manera de carregar la bateria. Per tant, se'm va acudir carregar-lo mitjançant un mòdul de carregador QI sense fils. Aquest mòdul em va donar sortida de 5V. Aquest mòdul connectat a un circuit de càrrega em va permetre carregar la petita bateria de 300 mAh.

Quan el disseny electrònic estava a punt i es van provar tots els subcircuits, vaig començar a dissenyar el PCB (placa de circuit imprès). Feia maquetes amb paper i les parts (imatge 1). La mesura de l’amplada, l’alçada i la longitud de cada component va ser un procés minuciós. Després de setmanes de dissenyar i dissenyar el PCB, es van demanar i em van enviar. (imatge 2).

Durant tots els passos del camí havia creat programes de prova per a cada part del rellotge. D'aquesta manera, el programari final es podria copiar fàcilment junts.

La soldadura de tots els components podria començar i em va portar aproximadament un dia.

Provar i muntar tot el rellotge (imatge 3, 4, 5, 6, 7) Va funcionar.

Vaig imprimir un estoig en 3D per al rellotge i finalment vaig trobar que el rellotge era massa gran. Així que vaig decidir crear-ne un de nou i vaig fer que el rellotge de quatre tubs fos un prototip.

Pas 2: el nou disseny

En trobar el rellotge de quatre tubs massa gran, vaig començar a reduir el disseny de l’electrònica. Primer utilitzant només dos tubs en lloc de quatre. En segon lloc, utilitzant components més petits i fent el meu propi convertidor d’augment de 170V des de zero. La implementació de l’SP32 MCU (Micro Controller Unit) jo mateix en lloc d’utilitzar un mòdul també va fer que el disseny fos molt més petit.

Mitjançant un programari informàtic de disseny 3D (imatge 1), vaig dissenyar una caixa i ajustar tots els components elèctrics a l’interior. En dividir l’electrònica en tres taulers, vaig poder utilitzar l’espai dins de la caixa de manera més eficient.

Nova electrònica on es va dissenyar:

-Va triar un nou acceleròmetre més eficient.

-S’han canviat els botons tàctils d’un commutador de diverses posicions.

-S’ha utilitzat un nou circuit de càrrega.

-He canviat la càrrega sense fils per la càrrega USB perquè volia una carcassa d'alumini.

-S’ha utilitzat un processador de baixa potència per estalviar encara més energia.

-Va triar un nou LED de fons.

-S’ha utilitzat un IC d’indicador de bateria per rastrejar el nivell de la bateria.

Pas 3: Muntatge de l'electrònica

Després de mesos dissenyant el nou rellotge, també es podria muntar. Vaig utilitzar algunes eines disponibles a la meva escola per soldar els IC pitched de Tiny (imatge 4). Vaig trigar diversos dies perquè vaig tenir alguns problemes, però finalment vaig aconseguir que l'electrònica funcionés (imatge 5).

Pas 4: dissenyar el cas

Vaig dissenyar la caixa en paral·lel amb el disseny de l'electrònica. Cada vegada que comproveu un programari 3D si cada component s’adaptava. Abans de fresar CNC (Computer Numerical Control) la caixa, es va fer un prototip imprès en 3D per assegurar-se que tot cabia. (Il·lustració 1, 2)

Després de fer el disseny del cas i l'electrònica, vaig començar a investigar sobre com s'han de programar les màquines CNC (imatge 3). Un amic meu que té coneixements sobre fresat CNC em va ajudar a programar la màquina CNC. Així doncs, podria començar el fresat. (Imatge 4)

Un cop acabada la mòlta, vaig acabar la caixa perforant forats i polint la caixa. Tot va encaixar bé per primera vegada. (Imatges 5, 6, 7)

Havia dissenyat un pestell per a una finestra d’acrílic. Però el pestell es va treure per accident. Amb un tallador làser vaig tallar una finestra d’acrílic que es va enganxar a la part superior del rellotge (imatge 9).

Pas 5: el programari i l'aplicació

El controlador del rellotge dorm bàsicament tot el temps per estalviar energia. Un processador de baixa potència llegeix l’acceleròmetre cada pocs mil·lisegons per comprovar si el canell està girat. Només quan es gira, despertarà el processador principal i obtindrà el temps del RTC i mostrarà breument les hores i els minuts als tubs.

El processador principal també comprova el procés de càrrega, comprova si hi ha connexions Bluetooth entrants, comprova l’estat del botó d’entrada i reacciona en conseqüència.

Si l'usuari no interactua amb el rellotge, el processador principal tornarà a dormir.

Com a part del meu estudi, vam haver de crear una aplicació. Així que vaig pensar en crear l’aplicació per al rellotge nixie. L'aplicació s'ha escrit en xamarin des del llenguatge Microsoft que és C #.

Malauradament, vaig haver de crear l'aplicació en holandès. Però bàsicament hi ha una pestanya de connexió que mostra els rellotges nixie trobats (imatge 1). Després es descarreguen els paràmetres del rellotge. Aquesta configuració es desa al rellotge. Una pestanya per sincronitzar l’hora manualment o automàticament obtenint l’hora del telèfon intel·ligent (imatge 2). Una pestanya per canviar la configuració del rellotge (imatge 5). I finalment, però no menys important, una pestanya d’estat que mostra l’estat de la bateria. (Imatge 6)

Pas 6: funcions i impressió

El rellotge presenta:

- Dos petits tubs nixie del tipus z5900m.

- Rellotge precís en temps real.

- Els càlculs van demostrar que es podia aconseguir fàcilment 350 hores en espera.

- Bluetooth per controlar la configuració i configurar l'hora del rellotge, així com per veure l'estat de la bateria.

Alguns paràmetres de Bluetooth inclouen: Animació activada / desactivada, activació manual o acceleròmetre de tubs, encès / apagat del LED de fons. Botó programable per veure la temperatura del percentatge de la bateria.

- Acceleròmetre per activar els tubs quan es gira el canell

- Bateria de 300 mAh.

- LED RGB per a múltiples propòsits.

IC de mesurament de gas de la bateria per controlar amb precisió l’estat de la bateria.

- micro USB per carregar la bateria.

- Un botó multidirecció per activar, connexió Bluetooth i un botó programable per a la lectura de temperatura o l’estat de la bateria, configurant l’hora manualment.

- Carcassa fresada CNC d'alumini.

- Finestra d’acrílic per a protecció

- Aplicació de telèfon Bluetooth.

- Sincronització horària opcional mitjançant WiFi.

- Motor de vibració opcional per indicar notificacions de telèfons intel·ligents com Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Primer es mostren les hores i després els minuts.

El programari per a la MCU del rellotge està escrit en C ++, C i ensamblador.

El programari de l'aplicació està escrit en xamarin C #.

Primer premi del Concurs de Wearables