Tux ura Nixie: 7 korakov (s slikami)

2025 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2025-01-13 06:58

Letos sem zgradil uro, da vidim, ali lahko naredim nekaj, kar je funkcionalno. Imel sem 3 glavne oblikovalske zahteve

1. Hranite natančen čas
2. Imejte celodnevno baterijo
3. Bodite dovolj majhni, da jih lahko udobno nosite

Prvi dve zahtevi mi je uspelo izpolniti, tretja pa je malo naporna. To obliko opazite na zapestju, vendar ni neuporabna. Želim pregledati postopek oblikovanja in pokazati, kaj je bilo v tem projektu dobro in kaj narobe. Objavil bom datoteke za uporabo, vendar kot bom razložil, priporočam, da pri izdelavi lastnega modela spremenite nekaj oblikovalskih odločitev.

Varnostno opozorilo

Ta projekt vključuje pripenjanje naprave na zapestje, ki ustvarja 150V DC. Če ne boste pozorni, bo to resno poškodovalo ali povzročilo poškodbe.

Korak: Potrebni deli

Pri oblikovanju ure morate začeti z izbiro sestavnih delov.

Nixie cevi

Manjši kot je, tem bolje. Uporabil sem IN-17, ki ima majhen odtis, a je precej visok. Cev, ki vodi pod številko, se lahko stisne na manjše območje.

Napajanje z visoko napetostjo

Ker se napaja iz baterije, moramo pretvoriti ~ 3V do vsaj 150V. Uporabil sem ploščo Taylor Electronics 1363. Možno je oblikovati lastno ploščo, vendar boste morali biti pozorni na zasnovo. Uporaba vnaprej izdelane plošče mi je omogočila, da sem velikost plošče skrčila za polovico, kot bi bila z ročnim spajkanjem, in na koncu postala učinkovitejša in manj zvoneča, kot je bila moja zasnova.

Visokonapetostna stikala

Večina mikrokrmilnikov deluje na 3-5V, ne na 150V. Za povezavo z njimi potrebujemo premični register, tranzistorje ali drugo stikalno napravo, sposobno visoke napetosti. Za to ploščo sem uporabil HV5523 Shift Register - tehnično potrebujejo 5V logiko, vendar sem ugotovil, da so brez težav delovali pri 3.3V.

Mikrokrmilnik

Potreben je najmanjši MCU, ki ima dovolj zatičev za izvajanje vseh vaših naprav. Za to ne uporabljajte bankomata ATMega2560, ker je preveč. Izbral sem ATTiny841, ker je imel točno toliko potrebnih IO in je podpiral Arduino IDE.

RTC

Za natančen čas potrebujete čip RTC. Uporabil sem DS3231.

Drugi deli

• Regulator napetosti
• Vmesnik za nastavitev časa ali vklop zaslona

  Z omejenim uspehom sem uporabil senzor kretnje/bližine APDS-9960

• Način, da se prepričate, da vse deluje

  Imel sem izpostavljena serijska vrata in RGB LED za prikaz trenutnega stanja naprave

• Morda boste želeli tudi način polnjenja baterije, ne da bi jo odstranili.

2. korak: funkcionalni pregled

Naložil sem nekaj svojih začetnih opomb za načrtovanje postavitve vezja in blokovni diagram glavnih sestavin tega, kar sem na koncu uporabil.

Visokonapetostna stran ima HVPS, ki preko tokovnega omejevalnega upora napaja +150V do priključka skupne anode (+) na Nixie ceveh. Register premikov se poveže z vsako od številk cevi. Register premikov je naprava Open Drain. Vsak zatič lahko pripnete neposredno na tla ali pa ga pustite odklopljenega od tokokroga. To pomeni, da bodo vsi odklopljeni vodi nixie cevi merili 150V, ko jih ne uporabljate.

Nizkonapetostna stran ima regulator napetosti/ojačanja 3.3V, ki uravnava napetost iz lipo baterije. To ohranja vezje pri 3.3V, ko lipo napetost pade s 3.7 na 3.0V. Vodilo Attiny841 i2C se poveže s senzorjem kretenj in RTC. Ni prikazana RGB LED in serijska povezava.

Ko zaženete MCU, bo senzor kretnje preveril informacije o bližini. Da se izognemo, da bi rokav sprožil prikaz, je potrebno senzor odkriti vsaj 1 sekundo, nato pokriti vsaj 1 sekundo, nato pa odkriti, da sproži dejanje. Začetna različica ure bi enkrat prikazala čas, kot je opisano na zadnji sliki. Posodobil sem ga, tako da lahko preklopi v vedno vklopljen način, tako da senzor ostane dalj časa pokrit.

3. korak: Oblikovanje plošč

Ne bom se preveč spuščal v podrobnosti o tem, kako narediti tiskano vezje, saj je o tem že veliko informacij. Nekaj uporabnih sledi Nixie Tube je na voljo tukaj.

Ko sem oblikoval tiskano vezje, sem zložil dve manjši plošči, da bi zmanjšal odtis, ki bi ga imel, ko bi bil pripet na zapestje. Zdelo se mi je koristno natisniti in izrezati papirnato kopijo tiskanega vezja, da se prepričam, da so vsi moji odtisi poravnani in konektorji poravnani. Prostor, ki dovoljuje prostor, poskusite med preskušanjem pustiti prelomne blazinice za i2C in druge podatkovne linije za sondiranje ali spajkanje.

Eagle ima funkcijo, ki vam omogoča, da komponenti dodelite 3D model, nato pa 3D model svoje plošče izvozite v drug program. Ko sem ga uporabljal, je bil napačen, vendar še vedno zelo uporaben za zagotovitev, da noben del ne bo motil drug drugega.

Zaradi prihranka prostora v uro nisem vključil polnilnika. Namesto tega imam na strani ure nekaj ženskih priključkov DuPont. Zadnja slika tega kompleta prikazuje ožičenje, ki sem ga uporabil. Leva stran je znotraj ure, desna je zunaj. Za polnjenje ure priključite zunanje žice na zunanji polnilnik. Modra črta v bližini negativa akumulatorja predstavlja zarezo s ključem, ki preprečuje vstavljanje polnilnika nazaj. Za vklop ure uporabite majhen mostiček (zelen) za premostitev baterije + do VCC dejanskega vezja. To v primeru težav hitro zaščiti pred napakami. Zaradi postavitve ne morete pomotoma kratkega stika ali priklopiti vezja nazaj.

4. korak: Montaža tiskanega vezja

Svoje plošče sem naročil pri OSHParku, ker so bile precej hitre, poceni in so imele ljubko vijolično barvo: D

Prav tako dobite 3 vsake plošče, tako da lahko naredite 2 uri in imate tretjo ploščo za testiranje.

Pakete QFN najprej naredite z vročim zrakom, nato pa ročno spajkajte vse ostalo, začenši z manjšimi sestavnimi deli. Ne povezujte svojih Nixie cevi ali HVPS. Če imaš šablono za spajkanje in opekač kruha, ti gre kar dobro. Z ohmmetrom preverite kratke hlače na tiskanem vezju. Če merite kratki srednji odpor, boste morda imeli na plošči preveč ostankov toka. HV5523 ima zelo fine zatiče in ne vidite, ali so premostljeni pod IC. Dajte plošči priložnost, da se ohladi, če jo dlje časa predelujete.

Ko sestavite nizkonapetostne komponente, zaženite program, ki bo krožil skozi vse številke v registru premikov. Z logičnim analizatorjem ali multimetrom potrdite, da se nožice po pričakovanjih potegnejo NIZKO. Poskrbite tudi, da se vaš RTC in druge naprave odzivajo pričakovano.

Spajkajte HVPS, nato nixie cevi. Za Nixie Tube spajkajte 1 nogo naenkrat in ne puščajte toplote predolgo. Če je mogoče, držite nogo med tiskano vezje in steklom s kleščami, da deluje kot hladilnik. Cevkam dajte možnost, da se ohladijo med spajkanjem vsake noge.

Če imate težave z delom, ki ne deluje, in ne veste, ali gre za spajkalni spoj, lahko poskusite spajkanje "dead bug". Odstranite čip z plošče in uporabite fino žico za neposredno spajkanje na vsako blazinico. Uporabite žico z emajlirano prevleko, tako da nobena žica ne bo kratka skupaj.

5. korak: Oblikovanje ohišja

Z uporabo Eagles MCAD funkcij je enostavno dobiti 3d model vezja, da okoli njega sestavite ohišje. Pasovi za ure standardne velikosti so na voljo v lekarni/veleblagovnici. Če ste naredili luknje za pritrditev na tiskanem vezju, lahko v svojem modelu ustvarite odstopanja in hitro pritrdite ploščo. Moje izjeme so na koncu prekinile cevi Nixie in niso bile uporabne - uporabil sem Sugru, da sem ostal na enem mestu.

6. korak: soočene projektne datoteke in težave

Datoteke Eagle in Solidworks

Več robustne kode

Povezala sem vse datoteke, ki sem jih ustvarila med delom na tem projektu. Naloženi so takšni, kot so, brez urejanja ali poliranja. Ne vem, ali je to dobro ali slabo … Ogledate si lahko moje sheme, zasnovo plošče, datoteke Solidworks in kodo Arduino. Pojasnil sem, katere odločitve sem naredil, in te datoteke vam bodo pomagale videti, kako te izbire uresničiti v svoji uri.

V datotekah Eagle HV.brd vsebuje odtise nixie, HV5523, priključek za HVPS in APDS-9960. APDS-9960 je na drugi strani, kopirano iz datoteke Sparkfun 9960. Schematic.brd vsebuje vse nizkonapetostne stvari. Mislim, da so vse potrebne knjižnice vključene.

Mapa Solidworks je velika zmešnjava - izvoz iz orla je ustvaril posamezne datoteke za vsak upor in vse odvrgel. "Assem8" je datoteka, ki si jo lahko ogledate, če želite videti vse, kar je parjeno in sestavljeno. Mape "Izvozi" so datoteke STL z različnimi parametri od preskusa.

Skica Arduino v prvi kodi je predstavljena v videoposnetku na naslednji strani in se uporablja za vse dokumente v tem dokumentu. Druga povezava ima novejšo revizijo, ki vključuje več načinov prikaza. Če se RTC ponastavi na tej skici, bo nastavljen čas na 12.00 ob naslednjem vklopu. Tako se lahko ura uporablja kot namizna ura, ki je vedno priključena.

Če se odločite, da boste moje datoteke uporabili kot izhodišče, se morate zavedati nekaj vprašanj, ki jih nisem rešil.

1. APDS-9960 ni združljiv z jedrom Attiny Arduino. Odkrivanje bližine deluje, vendar ne morem dobiti kode, da bi zanesljivo zaznala signal prekinitve za kretnje.
2. Glava ponudnika internetnih storitev je zrcaljena in eden od nožic ni bil priključen.
3. Glava ISP VCC gre na napačno stran regulatorja napetosti. Če tega ne odklopite, bo regulator napetosti takoj ocvrt
4. Nosilec baterije CR prekriva glavo i2C za nekaj mm

7. korak: Končni rezultat

Na koncu te odiseje imam delujočo uro Nixie. Je nekoliko uporaben, vendar je bolj dokaz koncepta kot dnevna ura. Druga plošča je bila pretvorjena v namizno uro, tretja plošča pa je bila med gradnjo uničena.

Nekaj koristnih povezav, če boste poskusili oblikovati svojo uro:

Google Skupina Nixie Tube

Seznam predvajanja EEVBlog Nixie

Eagle to Fusion izvoz