Ρολόι χειρός Nixietube: 6 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Πέρυσι εμπνεύστηκα από τα ρολόγια Nixitube. Νομίζω ότι η εμφάνιση των Nixietubes είναι τόσο ωραία. Σκέφτηκα να το εφαρμόσω σε ένα κομψό ρολόι με έξυπνες λειτουργίες.

Βήμα 1: Πρωτότυπο τεσσάρων σωλήνων

Ξεκίνησα δημιουργώντας τα ηλεκτρονικά σχήματα για ρολόι τεσσάρων σωλήνων. Όντας φοιτητής ηλεκτρονικών, ανέπτυξα τα ηλεκτρονικά μέσα σε αρκετούς μήνες.

Πρώτα πρέπει να σχεδιαστεί ένα τροφοδοτικό. Ξεκίνησα αγοράζοντας μια προπληρωμένη τροφοδοσία λειτουργίας 170V από τον ιστό επειδή δεν ήξερα πώς να σχεδιάσω ένα τροφοδοτικό που θα μπορούσε να μετατρέψει 4,2V DC από μια μπαταρία σε 170V DC για τους σωλήνες. Το προ -κατασκευασμένο τροφοδοτικό ήταν 86% αποδοτικό.

Αφού έλαβα το τροφοδοτικό άρχισα να ερευνώ πώς να ελέγξω το Nixietubes. Το Nixietubes πήρα από κοινούς σωλήνες ανόδου που σημαίνει ότι όταν βάζετε 170V DC στην άνοδο και GND στην κάθοδο ο σωλήνας θα λάμπει. Για να περιοριστεί το ρεύμα που ρέει μέσα στο σωλήνα, πρέπει να τοποθετηθεί αντίσταση μπροστά από την άνοδο. Αναγκάζοντας το ρεύμα να περιοριστεί σε 1mA ανά σωλήνα. Για τον έλεγχο των διαφορετικών ψηφίων. Χρησιμοποίησα καταχωρητές μετατόπισης υψηλής τάσης. Αυτά τα IC μπορούν να ελεγχθούν από οποιοδήποτε μικροελεγκτή.

Δεδομένου ότι είμαι μεγάλος θαυμαστής του IoT (Internet of Things). Αποφάσισα να χρησιμοποιήσω μια μονάδα ESP32 και ήθελα να πάρω την τρέχουσα ώρα από το διαδίκτυο μέσω WiFi. Τελικά συγχρόνισα ένα RTC (ρολόι πραγματικού χρόνου) με το χρόνο διαδικτύου. Επιτρέποντάς μου να εξοικονομήσω ενέργεια και να έχω πάντα το χρόνο στο χέρι ακόμη και χωρίς πρόσβαση στο διαδίκτυο.

Σκέφτηκα τρόπους να ελέγξω την ώρα και κατέληξα στο να χρησιμοποιήσω ένα επιταχυνσιόμετρο που χρησιμοποίησα για να παρακολουθώ την κίνηση του καρπού μου. Όταν γυρίζω τον καρπό μου για να μπορώ να διαβάσω την ώρα. Το ρολόι θα ενεργοποιήσει και θα μου το δείξει.

Εφάρμοσα επίσης τρία κουμπιά ενεργοποιημένα με το άγγιγμα, ώστε να μπορώ να φτιάξω ένα απλό μενού όπου θα μπορούσα να ορίσω διαφορετικές λειτουργίες.

Δύο LED RGB έπρεπε να δώσουν μια ωραία πίσω λάμψη στους σωλήνες.

Σκέφτηκα επίσης έναν τρόπο φόρτισης της μπαταρίας. Ως εκ τούτου, κατέληξα στη φόρτιση χρησιμοποιώντας μια ασύρματη μονάδα φορτιστή QI. Αυτή η μονάδα μου έδωσε έξοδο 5V. Αυτή η μονάδα συνδεδεμένη σε κύκλωμα φόρτισης μου επέτρεψε να φορτίσω τη μικρή μπαταρία 300 mAh.

Όταν ο ηλεκτρονικός σχεδιασμός ήταν έτοιμος και όλα τα υπο -κυκλώματα όπου δοκιμάστηκαν άρχισα να σχεδιάζω το PCB (Printed Circuit Board). Έκανα μακέτες με χαρτί και τα μέρη (εικόνα 1). Η μέτρηση του πλάτους, του ύψους και του μήκους κάθε εξαρτήματος ήταν μια επίπονη διαδικασία. Μετά από εβδομάδες σχεδιασμού και τοποθέτησης του PCB, παραγγέλθηκαν και μου στάλθηκαν. (εικόνα 2).

Σε κάθε βήμα του δρόμου είχα δημιουργήσει δοκιμαστικά προγράμματα για κάθε μέρος του ρολογιού. Με αυτόν τον τρόπο το τελικό λογισμικό θα μπορούσε εύκολα να αντιγραφεί μαζί.

Η συγκόλληση κάθε εξαρτήματος θα μπορούσε να ξεκινήσει και μου πήρε περίπου μια μέρα.

Δοκιμή και τοποθέτηση ολόκληρου του ρολογιού (Εικόνα 3, 4, 5, 6, 7) Λειτούργησε.

Τύπωσα 3D μια θήκη για το ρολόι και τελικά βρήκα ότι το ρολόι ήταν πολύ μεγάλο. Έτσι αποφάσισα να δημιουργήσω ένα νέο και έκανα το πρωτότυπο το ρολόι με τέσσερις σωλήνες.

Βήμα 2: Το νέο σχέδιο

Βρίσκοντας το ρολόι τεσσάρων σωλήνων πολύ μεγάλο άρχισα να συρρικνώνω τον σχεδιασμό των ηλεκτρονικών. Αρχικά χρησιμοποιώντας μόνο δύο σωλήνες αντί για τέσσερις. Δεύτερον, χρησιμοποιώντας μικρότερα εξαρτήματα και φτιάχνοντας τον δικό μου μετατροπέα ενίσχυσης 170V από την αρχή. Η εφαρμογή του ESP32 MCU (Μονάδα μικροελεγκτή) μόνος μου αντί για χρήση μιας μονάδας έκανε επίσης το σχέδιο πολύ μικρότερο.

Χρησιμοποιώντας λογισμικό υπολογιστών 3D σχεδίασης (Εικόνα 1) σχεδίασα μια θήκη και τοποθέτησα όλα τα ηλεκτρικά εξαρτήματα τακτοποιημένα μέσα. Χωρίζοντας τα ηλεκτρονικά σε τρεις πλακέτες μπόρεσα να χρησιμοποιήσω πιο αποτελεσματικά το χώρο μέσα στη θήκη.

Νέα ηλεκτρονικά όπου έχουν σχεδιαστεί:

-Επέλεξε ένα νέο επιταχυνσιόμετρο πιο αποδοτικής ισχύος.

-Αλλαγή των κουμπιών αφής για διακόπτη πολλαπλών θέσεων.

-Χρησιμοποίησε νέο κύκλωμα φόρτισης.

-Αλλαγή της ασύρματης φόρτισης για φόρτιση USB επειδή ήθελα ένα περίβλημα αλουμινίου.

-Χρησιμοποίησε επεξεργαστή χαμηλής ισχύος για περαιτέρω εξοικονόμηση ενέργειας.

-Επέλεξε ένα νέο LED φόντου.

-Χρησιμοποιήσατε ένα IC μετρητή μπαταρίας για να παρακολουθείτε το επίπεδο της μπαταρίας.

Βήμα 3: Συναρμολόγηση των ηλεκτρονικών

Μετά από μήνες σχεδιασμού του νέου ρολογιού, θα μπορούσε επίσης να συναρμολογηθεί. Χρησιμοποίησα κάποια εργαλεία που ήταν διαθέσιμα στο σχολείο μου για να κολλήσω τα μικροσκοπικά ψηφιακά IC (εικόνα 4). Αυτό μου πήρε αρκετές ημέρες επειδή αντιμετώπισα κάποια προβλήματα, αλλά τελικά άρχισα να δουλεύω τα ηλεκτρονικά (Εικόνα 5).

Βήμα 4: Σχεδιασμός της θήκης

Σχεδίασα τη θήκη παράλληλα με το σχεδιασμό των ηλεκτρονικών. Κάθε φορά ελέγχετε σε ένα τρισδιάστατο λογισμικό υπολογιστή εάν κάθε στοιχείο θα ταιριάζει. Πριν το φρεζάρισμα της θήκης CNC (Computer Numerical Control), δημιουργήθηκε ένα πρωτότυπο τρισδιάστατης εκτύπωσης για να βεβαιωθεί ότι όλα θα ταιριάζουν. (Εικόνα 1, 2)

Αφού έγινε ο σχεδιασμός της θήκης και λειτούργησαν τα ηλεκτρονικά, ξεκίνησα την έρευνα σχετικά με τον τρόπο προγραμματισμού των μηχανών CNC (Εικόνα 3). Ένας φίλος μου που έχει γνώσεις για την άλεση CNC με βοήθησε να προγραμματίσω το μηχάνημα CNC. Έτσι, η άλεση θα μπορούσε να ξεκινήσει. (Εικόνα 4)

Αφού ολοκληρώθηκε η άλεση, τελείωσα τη θήκη με τρύπες και γυάλισμα της θήκης. Όλα ταίριαξαν την πρώτη φορά σωστά. (Εικόνα 5, 6, 7)

Είχα σχεδιάσει ένα μάνδαλο για ένα ακρυλικό παράθυρο. Αλλά το μάνδαλο αλέστηκε τυχαία. Χρησιμοποιώντας έναν κόφτη λέιζερ έκοψα ένα παράθυρο από ακρυλικό αυτό ήταν κολλημένο στην κορυφή του ρολογιού (Εικόνα 9).

Βήμα 5: Το λογισμικό και η εφαρμογή

Το χειριστήριο στο ρολόι κοιμάται βασικά όλη την ώρα για εξοικονόμηση ενέργειας. Ένας επεξεργαστής χαμηλής ισχύος διαβάζει το επιταχυνσιόμετρο κάθε λίγα χιλιοστά του δευτερολέπτου για να ελέγξει αν έχει γυρίσει ο καρπός μου. Μόνο όταν γυρίσει θα ξυπνήσει τον κύριο επεξεργαστή και θα πάρει το χρόνο από το RTC και θα εμφανίσει τις ώρες και στη συνέχεια τα λεπτά εν συντομία στους σωλήνες.

Ο κύριος επεξεργαστής ελέγχει επίσης τη διαδικασία φόρτισης, ελέγχει τις εισερχόμενες συνδέσεις Bluetooth, ελέγχει την κατάσταση του κουμπιού εισόδου και αντιδρά ανάλογα.

Εάν ο χρήστης δεν αλληλεπιδρά με το ρολόι, ο κύριος επεξεργαστής θα κοιμηθεί ξανά.

Ως μέρος της μελέτης μου έπρεπε να δημιουργήσουμε μια εφαρμογή. Έτσι σκέφτηκα να δημιουργήσω την εφαρμογή για το ρολόι nixie. Η εφαρμογή γράφτηκε σε xamarin από τη γλώσσα της Microsoft είναι C#.

Δυστυχώς, έπρεπε να δημιουργήσω την εφαρμογή στα ολλανδικά. Αλλά βασικά υπάρχει μια καρτέλα σύνδεσης που δείχνει τα βρεμένα ρολόγια nixie (Εικόνα 1). Στη συνέχεια, πραγματοποιούνται λήψη των ρυθμίσεων από το ρολόι. Αυτές οι ρυθμίσεις αποθηκεύονται στο ρολόι. Μια καρτέλα για το συγχρονισμό της ώρας χειροκίνητα ή αυτόματα, παίρνοντας το χρόνο από το smartphone σας (Εικόνα 2). Μια καρτέλα για να αλλάξετε τις ρυθμίσεις του ρολογιού (εικόνα 5). Και τέλος αλλά μια καρτέλα κατάστασης που δείχνει την κατάσταση της μπαταρίας. (Εικόνα 6)

Βήμα 6: Χαρακτηριστικά και εντύπωση

Το ρολόι διαθέτει:

- Δύο μικροί σωλήνες nixie τύπου z5900m.

- Ακριβές ρολόι πραγματικού χρόνου.

- Οι υπολογισμοί έδειξαν ότι ο χρόνος αναμονής 350 ωρών ήταν εύκολα εφικτός.

- Bluetooth για τον έλεγχο των ρυθμίσεων και τη ρύθμιση της ώρας του ρολογιού καθώς και την εμφάνιση της κατάστασης της μπαταρίας.

- Ορισμένες ρυθμίσεις Bluetooth περιλαμβάνουν: Ενεργοποίηση/απενεργοποίηση κινούμενης εικόνας, Χειροκίνητη ενεργοποίηση ή επιταχυνσιόμετρο σωλήνων, ενεργοποίηση/απενεργοποίηση φόντου. Προγραμματιζόμενο κουμπί για να δείτε τη θερμοκρασία του ποσοστού της μπαταρίας.

- Επιταχυνσιόμετρο για ενεργοποίηση των σωλήνων όταν γυρίζει ο καρπός

- Μπαταρία 300 mAh.

- RGB led για πολλαπλούς σκοπούς.

- IC IC μετρητή αερίου μπαταρίας για ακριβή παρακολούθηση της κατάστασης της μπαταρίας.

- micro USB για φόρτιση της μπαταρίας.

- Ένα κουμπί πολλαπλών κατευθύνσεων για ενεργοποίηση, σύνδεση Bluetooth και ένα προγραμματιζόμενο κουμπί για ανάγνωση θερμοκρασίας ή κατάσταση μπαταρίας, Ρύθμιση της ώρας χειροκίνητα.

- CNC αλεσμένο περίβλημα από αλουμίνιο.

- Ακρυλικό παράθυρο για προστασία

- Εφαρμογή τηλεφώνου Bluetooth.

- Προαιρετικός συγχρονισμός χρόνου μέσω WiFi.

- Προαιρετικό μοτέρ δόνησης για ένδειξη ειδοποιήσεων smartphone όπως Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- Πρώτα εμφανίζονται οι ώρες και στη συνέχεια τα λεπτά.

Το λογισμικό για το MCU στο ρολόι είναι γραμμένο σε C ++, C και assembler.

Το λογισμικό για την εφαρμογή είναι γραμμένο σε xamarin C#.

Πρώτο Βραβείο στον Διαγωνισμό Wearables