Ročna ura Nixietube: 6 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:03

Lani so me navdihnile ure Nixitube. Mislim, da je videz Nixietubes tako lep. Razmišljal sem o tem, da bi to uvedel v elegantno uro s pametnimi funkcijami.

Korak: Prototip štirih cevi

Začel sem z ustvarjanjem elektronskih shem za uro s štirimi cevmi. Kot študent elektronike sem elektroniko razvijal več mesecev.

Najprej je treba načrtovati napajalnik. Začel sem z nakupom vnaprej pripravljenega napajalnika v načinu stikala 170V s spleta, ker nisem vedel, kako oblikovati napajalnik, ki bi lahko pretvoril 4,2 V DC iz baterije v 170 V DC za cevi. Vnaprej izdelani napajalnik je bil 86% učinkovit.

Po prejemu napajanja sem začel raziskovati, kako nadzorovati Nixietubes. Nixietubes, ki sem jih dobil, so običajne anodne cevi, kar pomeni, da bo cev, ko na anodo vstavite 170V DC in na katodo GND, zažarela. Za omejitev toka, ki teče skozi cev, je treba pred anodo postaviti upor. Zaradi tega je tok omejen na 1 mA na cev. Za nadzor različnih številk. Uporabil sem visokonapetostne registre premikov. Te IC lahko upravljate s katerim koli mikro krmilnikom.

Ker sem velik oboževalec IoT (Internet of Things). Odločil sem se, da vzamem modul ESP32 in sem želel dobiti trenutni čas iz interneta prek WiFi. Sčasoma sem sinhroniziral RTC (uro realnega časa) z internetnim časom. Omogoča mi varčevanje z energijo in vedno pri roki tudi brez dostopa do interneta.

Razmišljal sem o načinih preverjanja časa in se domislil merilnika pospeška, s katerim sem spremljal gibanje zapestja. Ko obrnem zapestje, da bom lahko prebral čas. Ura se bo sprožila in mi jo pokazala.

Izvedel sem tudi tri gumbe, ki se aktivirajo na dotik, da bi lahko naredil preprost meni, kjer bi lahko nastavil različne funkcije.

Dve RGB LED diodi sta morali dati lep sijaj cevi.

Razmišljal sem tudi o načinu polnjenja baterije. Zato sem se odločil, da ga napolnim z brezžičnim polnilnim modulom QI. Ta modul mi je dal 5V izhod. Ta modul, povezan s polnilnim vezjem, mi je omogočil polnjenje majhne 300 mAh baterije.

Ko je bila elektronska zasnova pripravljena in so bila testirana vsa vezja, sem začel oblikovati tiskano vezje (tiskano vezje). Delala sem makete s papirjem in deli (slika 1). Merjenje širine, višine in dolžine vsake komponente je bil mukotrpen proces. Po nekaj tednih oblikovanja in postavitve tiskane plošče so jih naročili in mi jih poslali. (slika 2).

Na vsakem koraku sem ustvarjal testne programe za vsak del ure. Tako bi lahko končno programsko opremo preprosto kopirali skupaj.

Spajkanje vsake komponente se je lahko začelo in trajalo je približno en dan.

Testiranje in sestavljanje celotne ure (slika 3, 4, 5, 6, 7) Uspelo je.

3D sem natisnil ohišje za uro in na koncu sem ugotovil, da je ura prevelika. Zato sem se odločil, da bom ustvaril novega in uro iz štirih cevi naredil kot prototip.

2. korak: Nov dizajn

Ker se mi zdi ura s štirimi cevmi prevelika, sem začel krčiti zasnovo elektronike. Najprej z uporabo samo dveh cevi namesto štirih. Drugič, z uporabo manjših komponent in izdelavo lastnega ojačevalnega pretvornika 170V iz nič. Z lastno implementacijo ESP32 MCU (enote mikro krmilnika) namesto z uporabo modula je bila zasnova precej manjša.

Z uporabo računalniške programske opreme 3D design (slika 1) sem oblikoval ohišje in v notranjost lepo namestil vse električne komponente. Z razdelitvijo elektronike na tri plošče sem lahko učinkoviteje izkoristil prostor v ohišju.

Nova elektronika, kjer je bila zasnovana:

-Izbral sem nov energetsko učinkovitejši merilnik pospeška.

-Spremenili tipke na dotik za stikalo z več položaji.

-Uporabil novo polnilno vezje.

-Spremenil sem brezžično polnjenje za polnjenje USB, ker sem hotel aluminijasto ohišje.

-Za nadaljnje varčevanje z energijo sem uporabil procesor z nizko porabo energije.

-Izbrana je nova LED dioda za ozadje.

-Za spremljanje nivoja baterije je bil uporabljen IC merilnik baterije.

3. korak: Sestavljanje elektronike

Po mesecih oblikovanja nove ure bi jo lahko tudi sestavili. Uporabil sem nekaj orodij, ki so na voljo v moji šoli, za spajkanje drobnih IC -jev (slika 4). To mi je vzelo nekaj dni, ker sem naletel na nekaj težav, vendar sem sčasoma deloval elektroniko (slika 5).

4. korak: Oblikovanje ohišja

Ohišje sem oblikoval vzporedno z oblikovanjem elektronike. Vsakič preverite, ali bi vsaka komponenta ustrezala 3D -računalniški programski opremi. Preden je CNC (računalniško numerično krmiljenje) rezkal ohišje, je bil izdelan 3D natisnjen prototip, da se prepriča, ali bo vse ustrezalo. (Slika 1, 2)

Po izdelavi ohišja in elektroniki sem začel raziskovati, kako je treba programirati CNC stroje (slika 3). Moj prijatelj, ki pozna znanje o CNC rezkanju, mi je pomagal programirati CNC stroj. Tako se je lahko rezkanje začelo. (Slika 4)

Po končanem rezkanju sem ohišje zaključil z vrtanjem lukenj in poliranjem ohišja. Prvič je bilo vse v redu. (Slika 5, 6, 7)

Oblikoval sem zapah za akrilno okno. Toda zapah je bil odrezan po naključju. Z laserskim rezalnikom sem izrezal okno iz akrila, ki je bilo prilepljeno na vrh ure (slika 9).

5. korak: programska oprema in aplikacija

Krmilnik na uri v bistvu ves čas spi, da prihrani energijo. Procesor z nizko porabo bere merilnik pospeška vsakih nekaj milisekund, da preveri, ali je moje zapestje obrnjeno. Šele ko je obrnjen, bo prebudil glavni procesor in dobil čas iz RTC ter na urah in na kratko pokazal ure in nato minute.

Glavni procesor preveri tudi postopek polnjenja, preveri vhodne povezave Bluetooth, preveri stanje gumba za vnos in se ustrezno odzove.

Če uporabnik ne bo več komuniciral z uro, bo glavni procesor spet zaspal.

Kot del moje študije smo morali ustvariti aplikacijo. Zato sem mislil ustvariti aplikacijo za uro nixie. Aplikacija je bila napisana v xamarinu iz Microsoftovega jezika C#.

Na žalost sem moral ustvariti aplikacijo v nizozemščini. Toda v bistvu obstaja jeziček za povezavo, ki prikazuje najdene ure nixie (slika 1). Po tem se prenesejo nastavitve iz ure. Te nastavitve so shranjene v uri. Zavihek za ročno ali samodejno sinhronizacijo časa s časom iz pametnega telefona (slika 2). Zavihek za spreminjanje nastavitev ure (slika 5). In nenazadnje zavihek stanja, ki prikazuje stanje baterije. (Slika 6)

6. korak: Lastnosti in vtis

Funkcije ure:

- Dve majhni nixie cevi tipa z5900m.

- Natančna ura v realnem času.

- Izračuni so pokazali, da je 350 ur pripravljenosti zlahka dosegljivo.

- Bluetooth za nadzor nastavitev in nastavitev časa ure ter ogled stanja baterije.

- Nekatere nastavitve Bluetooth vključujejo: Vklop/izklop animacije, ročno sprožanje cevi ali merilnika pospeška, vklop/izklop LED v ozadju. Programabilni gumb za prikaz temperature baterije v odstotkih.

- Merilnik pospeška za sprožitev cevi pri obračanju zapestja

- 300 mAh baterija.

- RGB vodil za več namenov.

- IC merilnik plina za natančno spremljanje stanja akumulatorja.

- mikro USB za polnjenje baterije.

- En večsmerni gumb za sprožitev, povezava Bluetooth in programabilni gumb za odčitavanje temperature ali stanje baterije, ročna nastavitev časa.

- CNC brušeno ohišje iz aluminija.

- Akrilno okno za zaščito

- aplikacija za telefon Bluetooth.

- Izbirna sinhronizacija časa prek WiFi.

- Izbirni motor za vibracije za prikaz obvestil pametnih telefonov, kot so Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Najprej se prikažejo ure, nato minute.

Programska oprema za MCU na uri je napisana v C ++, C in asemblerju.

Programska oprema za aplikacijo je napisana v xamarinu C#.

Prva nagrada na natečaju Nosljivi izdelki