Nixie Tube Watch: 7 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:56

Saya membuat jam tangan awal tahun ini untuk melihat apakah saya bisa membuat sesuatu yang fungsional. Saya memiliki 3 persyaratan desain utama

1. Pertahankan waktu yang akurat
2. Memiliki baterai sepanjang hari
3. Cukup kecil untuk dipakai dengan nyaman

Saya berhasil memenuhi 2 persyaratan pertama, namun yang ketiga agak sulit. Anda memang melihat desain ini duduk di pergelangan tangan Anda, tetapi itu tidak dapat digunakan. Saya ingin membahas proses desain dan menunjukkan apa yang benar dan salah dalam proyek ini. Saya akan memposting file untuk digunakan, tetapi seperti yang akan saya jelaskan, saya akan merekomendasikan untuk mengubah beberapa pilihan desain saat membuat model Anda sendiri.

Peringatan keselamatan

Proyek ini melibatkan pengikatan perangkat ke pergelangan tangan Anda yang menghasilkan 150V DC. Ini akan sangat menyakitkan atau menyebabkan cedera jika Anda tidak memperhatikan.

Langkah 1: Bagian yang Dibutuhkan

Saat mendesain jam tangan, Anda harus mulai dengan memilih komponen.

Nixie Tubes

Semakin kecil semakin baik. Saya menggunakan IN-17 yang memiliki tapak kecil, tetapi cukup tinggi. Sebuah tabung yang memiliki ujung yang keluar di bawah nomor mungkin bisa masuk ke area yang lebih kecil.

Catu Daya Tegangan Tinggi

Karena ini bertenaga baterai, kita perlu mengonversi ~3V hingga setidaknya 150V. Saya menggunakan papan Taylor Electronics 1363. Dimungkinkan untuk mendesain papan Anda sendiri, tetapi Anda harus memperhatikan desainnya. Menggunakan papan pra-bangun memungkinkan saya untuk mengecilkan ukuran papan menjadi setengah dari apa yang akan terjadi dengan penyolderan tangan, dan akhirnya menjadi lebih efisien dan lebih sedikit dering daripada desain saya.

Sakelar Tegangan Tinggi

Kebanyakan mikrokontroler menjalankan 3-5V, bukan 150V. Untuk antarmuka dengan mereka kita memerlukan register geser, transistor atau perangkat switching lainnya yang mampu tegangan tinggi. Saya menggunakan Register Geser HV5523 untuk papan ini - secara teknis mereka memerlukan logika 5V tetapi saya menemukan mereka bekerja dengan 3.3V tanpa masalah.

Mikrokontroler

Dibutuhkan MCU terkecil yang memiliki cukup pin untuk menjalankan semua perangkat Anda. Jangan gunakan ATMega2560 untuk ini karena itu berlebihan. Saya memilih ATTiny841 karena memiliki jumlah IO yang tepat dan mendukung Arduino IDE.

RTC

Untuk menjaga waktu yang akurat, Anda memerlukan chip RTC. Saya menggunakan DS3231.

Bagian lain

• Regulator tegangan

• Antarmuka untuk mengatur waktu atau menghidupkan tampilan

  Saya menggunakan sensor Gesture/Proximity APDS-9960 dengan keberhasilan terbatas

• Cara untuk memastikan semuanya berfungsi

  Saya memiliki port serial terbuka dan LED RGB untuk menunjukkan status perangkat saat ini

• Anda mungkin juga menginginkan metode untuk mengisi baterai tanpa melepasnya.

Langkah 2: Ikhtisar Fungsional

Saya telah mengunggah beberapa catatan awal saya untuk merencanakan tata letak sirkuit dan diagram blok dari komponen utama yang akhirnya saya gunakan.

Sisi Tegangan Tinggi memiliki HVPS yang memasok +150V melalui resistor pembatas arus ke terminal Common Anode (+) dari Tabung Nixie. Shift Register terhubung ke masing-masing digit tabung. Shift Register adalah perangkat Open Drain. Setiap pin dapat diikat langsung ke ground, atau dibiarkan terputus dari sirkuit. Ini berarti bahwa semua kabel yang terputus dari tabung nixie akan mengukur 150V saat tidak digunakan.

Sisi Tegangan Rendah memiliki regulator buck / boost 3.3V yang mengatur tegangan dari baterai lipo. Ini menjaga sirkuit pada 3,3V karena tegangan lipo turun dari 3,7 menjadi 3,0V. Bus Attiny841 i2C terhubung ke sensor Gesture dan RTC. Tidak ditampilkan adalah LED RGB dan koneksi serial.

Saat menjalankan MCU akan memeriksa sensor gerakan untuk informasi jarak. Untuk menghindari selongsong memicu tampilan, sensor harus dibuka setidaknya selama 1 detik, lalu ditutup setidaknya selama 1 detik, lalu dibuka untuk memicu tindakan. Versi awal jam tangan akan menampilkan waktu sekali seperti yang dijelaskan pada gambar terakhir. Saya telah memperbaruinya sehingga memiliki kemampuan untuk masuk ke mode selalu aktif dengan menjaga sensor tertutup lebih lama.

Langkah 3: Desain Papan

Saya tidak akan membahas terlalu detail tentang cara membuat PCB karena sudah ada banyak informasi tentang itu. Beberapa jejak kaki Nixie Tube yang berguna tersedia di sini.

Ketika saya mendesain PCB saya, saya menumpuk dua papan yang lebih kecil untuk mengurangi jejak yang akan terjadi ketika diikatkan ke pergelangan tangan saya. Saya merasa berguna untuk mencetak dan memotong salinan kertas PCB untuk memastikan semua jejak kaki saya sejajar dan konektornya sejajar. Jika ruang memungkinkan, coba tinggalkan bantalan breakout untuk i2C dan jalur data lainnya untuk diselidiki atau disolder juga selama pengujian.

Eagle memiliki fitur yang memungkinkan Anda menetapkan model 3D ke komponen, lalu mengekspor model 3D papan Anda ke program lain. Itu buggy ketika saya menggunakannya tetapi masih sangat berguna untuk memastikan tidak ada bagian yang akan saling mengganggu.

Untuk menghemat ruang, saya tidak menyertakan pengisi daya baterai di dalam jam tangan. Sebaliknya saya memiliki beberapa konektor DuPont perempuan di sisi jam tangan. Gambar terakhir dari set ini menunjukkan kabel yang saya gunakan. Sisi kiri di dalam arloji, kanan di luar. Untuk mengisi daya jam, Anda menghubungkan kabel terluar ke pengisi daya eksternal. Garis biru di dekat negatif baterai menunjukkan slot berkunci untuk mencegah memasukkan pengisi daya ke belakang. Untuk menyalakan arloji Anda menggunakan kabel jumper kecil (hijau) untuk menjembatani baterai + ke VCC dari sirkuit yang sebenarnya. Ini memberikan failsafe cepat jika terjadi masalah. Karena tata letak, Anda tidak dapat secara tidak sengaja melakukan hubungan pendek atau menghubungkan sirkuit ke belakang.

Langkah 4: Perakitan PCB

Saya memesan papan saya dari OSHPark karena mereka cukup cepat, murah dan memiliki warna ungu yang indah:D

Anda juga mendapatkan 3 dari setiap papan, sehingga Anda dapat membuat 2 jam tangan dan memiliki papan ketiga untuk pengujian.

Lakukan paket QFN dengan udara panas terlebih dahulu, lalu solder tangan semuanya dimulai dengan komponen yang lebih kecil. Jangan pasang tabung Nixie atau HVPS Anda. Jika Anda memiliki stensil solder dan oven pemanggang roti maka Anda melakukannya dengan cukup baik. Gunakan ohm meter untuk memeriksa korsleting pada PCB Anda. Jika Anda mengukur resistansi sedang-tinggi, Anda mungkin memiliki terlalu banyak residu fluks di papan tulis. HV5523 memiliki pin bernada sangat halus dan Anda tidak dapat melihat apakah mereka dijembatani di bawah IC. Berikan papan Anda kesempatan untuk menjadi dingin jika Anda mengerjakannya kembali untuk waktu yang lama.

Setelah komponen tegangan rendah dirakit, jalankan program yang akan menggilir semua digit pada register geser. Gunakan penganalisis logika atau multimeter untuk mengonfirmasi bahwa pin ditarik RENDAH saat diharapkan. Pastikan juga RTC Anda dan perangkat lain merespons seperti yang diharapkan.

Solder HVPS, lalu tabung nixie. Untuk Nixie Tubes solder 1 kaki sekaligus dan jangan biarkan panas terlalu lama. Jika memungkinkan, pegang kaki di antara PCB dan kaca dengan tang untuk bertindak sebagai heatsink. Berikan tabung kesempatan untuk mendinginkan antara menyolder setiap kaki.

Jika Anda mengalami masalah dengan bagian yang tidak berfungsi dan Anda tidak tahu apakah itu sambungan solder, Anda dapat mencoba menyolder "kutu mati". Lepaskan chip dari papan dan gunakan kawat halus untuk menyolder ke setiap bantalan secara langsung. Pastikan Anda menggunakan kawat dengan lapisan enamel sehingga tidak ada kabel yang saling pendek.

Langkah 5: Desain Kasus

Dengan menggunakan fungsi Eagles MCAD, mudah untuk mendapatkan model 3d dari rangkaian untuk membangun kasing di sekitarnya. Tali jam tangan ukuran standar tersedia di toko obat/departemen. Jika Anda membuat lubang pemasangan di PCB Anda, Anda dapat membuat kebuntuan dalam model Anda dan dengan cepat mengencangkan papan. Kebuntuan saya akhirnya terputus oleh tabung Nixie dan tidak dapat digunakan - saya menggunakan Sugru untuk memastikannya tetap di satu tempat.

Langkah 6: File Proyek dan Masalah yang Dihadapi

File Eagle dan Solidworks

Kode Lebih Kuat

Saya telah menautkan semua file yang saya buat saat mengerjakan proyek ini. Ini diunggah apa adanya, tanpa pengeditan atau pemolesan. Tidak yakin apakah ini baik atau buruk… Anda dapat melihat skema, desain papan, file Solidworks, dan kode Arduino saya. Saya telah menjelaskan pilihan apa yang saya buat, dan file-file ini akan membantu Anda melihat bagaimana menerapkan pilihan tersebut di jam tangan Anda sendiri.

Dalam file Eagle, HV.brd berisi jejak kaki nixie, HV5523, konektor untuk HVPS dan APDS-9960. APDS-9960 ada di halaman kedua karena disalin dari file papan breakout 9960 Sparkfun. Schematic.brd berisi semua barang bertegangan rendah. Saya pikir semua perpustakaan yang dibutuhkan sudah termasuk.

Folder Solidworks sangat berantakan - Ekspor dari eagle membuat file individual untuk setiap resistor, dan membuang semuanya. "Assem8" adalah file yang harus dilihat untuk melihat semuanya dikawinkan dan dirakit. Folder "Ekspor" adalah file STL dengan parameter berbeda dari pengujian.

Sketsa Arduino dalam kode pertama adalah apa yang didemonstrasikan dalam video di halaman berikutnya dan digunakan untuk semua dokumen dalam dokumen ini. Tautan kedua memiliki revisi yang lebih baru yang mencakup beberapa mode tampilan. Jika RTC me-reset pada sketsa ini, maka waktu akan diatur ke 12 siang pada power on berikutnya. Hal ini agar jam tangan dapat digunakan sebagai jam meja yang selalu dicolokkan.

Jika Anda memutuskan untuk menggunakan file saya sebagai titik awal, Anda harus mengetahui beberapa masalah yang belum saya pecahkan.

1. APDS-9960 tidak kompatibel dengan Attiny Arduino Core. Deteksi kedekatan berfungsi, namun saya tidak bisa mendapatkan kode untuk mengambil sinyal interupsi secara andal untuk gerakan.
2. Header ISP dicerminkan dan salah satu pin tidak terhubung.
3. Header VCC ISP mengarah ke sisi yang salah dari regulator tegangan. Jika ini tidak dicabut maka regulator tegangan akan langsung menggoreng
4. Dudukan baterai CR tumpang tindih dengan header i2C beberapa mm

Langkah 7: Hasil Akhir

Di akhir pengembaraan ini saya memiliki Nixie Watch yang berfungsi. Ini agak dapat digunakan, tetapi lebih merupakan bukti konsep daripada jam tangan harian. Papan kedua diubah menjadi jam meja dan papan ketiga dihancurkan selama proses pembuatan.

Beberapa tautan berguna jika Anda akan mencoba mendesain jam tangan Anda sendiri:

Grup Google Tabung Nixie

Daftar Putar Nixie EEVBlog

Ekspor Eagle ke Fusion