Rellotge Nixie Tube: 7 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Vaig construir un rellotge a principis d’aquest any per veure si podia fer alguna cosa que fos funcional. Tenia tres requisits principals de disseny

1. Mantingueu una hora exacta
2. Teniu bateria durant tot el dia
3. Sigues prou petit per portar-lo còmodament

Vaig aconseguir complir els 2 primers requisits, però el tercer és una mica extens. Es nota que aquest disseny està assegut al canell, però no és inutilitzable. Vull repassar el procés de disseny i mostrar què ha anat bé i malament en aquest projecte. Publicaré fitxers per utilitzar-los, però, com us explicaré, us recomanaria canviar algunes opcions de disseny a l’hora de fer el vostre propi model.

Advertiment de seguretat

Aquest projecte consisteix en lligar un dispositiu al canell que genera 150 V CC. Si no hi feu cas, això causarà greus danys o causarà lesions.

Pas 1: parts necessàries

Quan dissenyeu el rellotge, heu de començar escollint els components.

Nixie Tubes

Com més petit millor. He utilitzat IN-17 que té una petita petjada, però que és bastant alta. Un tub que tingui els cables que surten per sota del número pot ser capaç d’esprémer en una àrea més petita.

Font d'alimentació d'alta tensió

Com que funciona amb bateria, hem de convertir ~ 3V fins a almenys 150V. Vaig utilitzar una placa Taylor Electronics 1363. És possible dissenyar el vostre propi tauler, però haureu de prestar molta atenció al disseny. L’ús d’un tauler preconstruït em va permetre reduir la mida del tauler a la meitat del que seria amb la soldadura manual, i va acabar sent més eficient i menys sonor del que era el meu disseny.

Interruptors d'alta tensió

La majoria dels microcontroladors funcionen entre 3-5V i no 150V. Per connectar-nos amb ells necessitem un registre de desplaçament, transistors o un altre dispositiu de commutació capaç d’alta tensió. He utilitzat el registre de canvis HV5523 per a aquesta placa: tècnicament requereixen una lògica de 5V, però he trobat que funcionaven de 3,3V sense problemes.

Microcontrolador

Es necessita la MCU més petita que tingui prou pins per executar tots els vostres dispositius. No utilitzeu un ATMega2560 per a això, ja que és excessiu. Vaig triar l'ATTiny841 perquè tenia exactament el nombre de E / S que necessitava i donava suport a l'IDE Arduino.

RTC

Per mantenir el temps precís, necessiteu un xip RTC. He utilitzat el DS3231.

Altres parts

• Regulador de voltatge
• Interfície per configurar l'hora o activar la pantalla

  He utilitzat un sensor de gestor / proximitat APDS-9960 amb un èxit limitat

• Una manera de garantir que tot funcioni

  Tenia un port sèrie exposat i un LED RGB per mostrar l’estat actual del dispositiu

• També és possible que vulgueu un mètode per carregar la bateria sense treure-la.

Pas 2: Visió general de la funció

He penjat algunes de les meves notes inicials per planificar el disseny del circuit i un diagrama de blocs dels components principals del que vaig acabar utilitzant.

El costat d'alta tensió té l'HVPS que subministra + 150 V a través d'una resistència limitant el corrent al terminal d'ànode comú (+) dels tubs Nixie. El registre de canvis es connecta a cadascun dels dígits dels tubs. El registre de canvis és un dispositiu Open Drain. Cada pas pot estar lligat directament a terra o deixar-se desconnectat del circuit. Això significa que tots els cables desconnectats del tub nixie mesuraran 150 V quan no s’utilitzen.

El costat de baixa tensió té un regulador de 3,3 V / buck que regula el voltatge d’una bateria lipo. Això manté el circuit a 3,3 V, ja que la tensió lipo baixa de 3,7 a 3,0 V. El bus Attiny841 i2C es connecta al sensor Gesture i al RTC. No es mostra el LED RGB ni la connexió sèrie.

En executar la MCU, es comprovarà que el sensor de gestos té informació de proximitat. Per evitar que una funda activi la pantalla, cal que el sensor es descobreixi almenys 1 segon, que es cobreixi almenys 1 segon i que es descobreixi per provocar una acció. La versió inicial del rellotge mostraria l’hora un cop descrita a la darrera imatge. L'he actualitzat perquè tingui la possibilitat d'entrar sempre en mode mantenint el sensor cobert més temps.

Pas 3: disseny del tauler

No entraré en massa detalls sobre com fabricar un PCB, ja que hi ha molta informació al respecte. Aquí hi ha algunes petjades útils de Nixie Tube.

Quan vaig dissenyar el meu PCB, vaig apilar dues taules més petites per reduir la petjada que tindria quan es lliguessin al canell. Em va semblar útil imprimir i retallar una còpia en paper del PCB per assegurar-me que totes les meves petjades estiguessin alineades i que els connectors estiguessin alineats. Si es permet l'espai, intenteu deixar coixinets de ruptura per a l'i2C i altres línies de dades per provar o soldar també durant les proves.

Eagle té una característica que us permet assignar un model 3D a un component i exportar un model 3D de la vostra placa a un altre programa. Tenia problemes quan l’utilitzava, però tot i així és molt útil per assegurar-me que cap peça interfereixi entre si.

Per estalviar espai, no he inclòs cap carregador de bateria dins del rellotge. En canvi, tinc uns connectors DuPont femenins al lateral del rellotge. La darrera imatge d’aquest conjunt mostra el cablejat que he utilitzat. El costat esquerre és a l'interior del rellotge, el dret a l'exterior. Per carregar el rellotge, connecteu els cables més externs al carregador extern. La línia blava prop del negatiu de la bateria representa una ranura amb clau per evitar inserir el carregador cap enrere. Per engegar el rellotge, utilitzeu un petit cable de pont (verd) per connectar la bateria + a VCC del circuit real. Això proporciona una seguretat a fallades ràpida en cas de problemes. A causa de la disposició, no es pot accortar ni connectar el circuit cap enrere.

Pas 4: Muntatge de PCB

He demanat els meus taulers a OSHPark perquè eren bastant ràpids, econòmics i tenien un bonic color porpra: D

També obtindreu 3 de cada tauler, de manera que podeu fer 2 rellotges i tenir un tercer tauler per provar-los.

Primer feu els paquets QFN amb aire calent i, a continuació, soldeu a mà tota la resta començant pels components més petits. No connecteu els vostres tubs Nixie ni HVPS. Si teniu una plantilla de soldadura i un forn de torradora, us anirà força bé. Utilitzeu un comptador d’ohm per comprovar si hi ha pantalons curts al vostre PCB. Si mesureu una resistència mitjana-alta curta, és possible que tingueu massa residu de flux al tauler. L'HV5523 té pins molt afinats i no es pot veure si estan connectats sota el CI. Doneu a la vostra junta la possibilitat de refrescar-vos si la torneu a treballar durant molt de temps.

Un cop muntats els components de baixa tensió, executeu un programa que recorrerà tots els dígits del registre de desplaçaments. Utilitzeu un analitzador lògic o un multímetre per confirmar que els passadors s’estan BAIXANT quan s’espera. Assegureu-vos també que el vostre RTC i altres dispositius responen tal com s’esperava.

Soldeu l’HVPS i després els tubs nixie. Per als tubs Nixie, soldeu 1 cama a la vegada i no deixeu la calor massa llarga. Si és possible, manteniu la cama entre el PCB i el vidre amb alicates per actuar com a dissipador de calor. Doneu als tubs la possibilitat de refrescar-se entre soldar cada pota.

Si teniu problemes amb una peça que no funciona i no sabeu si és una unió de soldadura, podeu provar de soldar amb "error mort". Traieu el xip del tauler i utilitzeu filferro fi per soldar directament a cada coixinet. Assegureu-vos que utilitzeu filferro amb recobriment d’esmalt de manera que cap dels cables quedi curt.

Pas 5: disseny de casos

Mitjançant les funcions Eagles MCAD és fàcil obtenir un model en 3D del circuit per construir una caixa al seu voltant. Les corretges de rellotge de mida estàndard estan disponibles a la botiga de medicaments o grans magatzems. Si heu fet forats de muntatge al vostre PCB, podeu crear separacions al vostre model i subjectar ràpidament el tauler. Els meus enfrontaments van acabar sent tallats pel tub Nixie i no van ser utilitzables; vaig utilitzar Sugru per assegurar-me que quedés en un lloc.

Pas 6: fitxers de projecte i problemes enfrontats

Fitxers Eagle i Solidworks

Codi més robust

He enllaçat tots els fitxers que vaig fer mentre treballava en aquest projecte. Es carreguen tal qual, sense edició ni poliment. No estic segur de si això és bo o dolent … Podeu veure el meu esquema, el disseny de la placa, els fitxers Solidworks i el codi Arduino. He explicat quines decisions he pres i aquests fitxers us ajudaran a veure com implementar aquestes opcions al vostre propi rellotge.

Als fitxers Eagle, HV.brd conté les petjades Nixie, HV5523, connector per a l'HVPS i l'APDS-9960. APDS-9960 es troba en una segona pàgina, ja que es copia del fitxer del tauler de sortida 9960 de Sparkfun. El Schematic.brd conté totes les coses de baixa tensió. Crec que totes les biblioteques necessàries estan incloses.

La carpeta Solidworks és un enorme embolic: l'exportació de l'àguila va crear fitxers individuals per a cada resistència i va deixar-ho tot. "Assem8" és el fitxer que cal mirar per veure tot el que està aparellat i muntat. Les carpetes "Exporta" són fitxers STL amb paràmetres diferents de la prova.

L’esbós d’Arduino al primer codi és el que es mostra al vídeo de la pàgina següent i s’utilitza per a tots els documents d’aquest document. El segon enllaç té una versió més recent que inclou diversos modes de visualització. Si l'RTC es restableix en aquest esbós, establirà l'hora a les 12 del migdia a la propera engegada. Això fa que el rellotge es pugui utilitzar com a rellotge d'escriptori que sempre estigui endollat.

Si decidiu utilitzar els meus fitxers com a punt de partida, hauríeu de tenir en compte alguns problemes que no he resolt.

1. L’APDS-9960 no és compatible amb l’Attiny Arduino Core. La detecció de proximitat funciona, però no puc obtenir el codi per recollir de manera fiable el senyal d’interrupció dels gestos.
2. La capçalera de l’ISP es reflecteix i un dels pins no estava connectat.
3. La capçalera ISP VCC va al costat equivocat del regulador de voltatge. Si no es desconnecta, el regulador de tensió es fregirà instantàniament
4. El suport de la bateria CR se sobreposa uns pocs mm a la capçalera i2C

Pas 7: Resultat final

Al final d'aquesta odissea, tinc un rellotge Nixie en funcionament. És una mica útil, però és més una prova de concepte que un rellotge diari. El segon tauler es va convertir en un rellotge d’escriptori i el tercer va ser destruït durant el procés de construcció.

Alguns enllaços útils si voleu dissenyar el vostre propi rellotge:

Grup de Google Nixie Tube

Llista de reproducció EEVBlog Nixie

Exportació de Eagle to Fusion