Đồng hồ đeo tay Nixietube: 6 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Năm ngoái, tôi đã lấy cảm hứng từ đồng hồ Nixitube. Tôi nghĩ vẻ ngoài của Nixietubes rất đẹp. Tôi đã nghĩ đến việc thực hiện điều này trong một chiếc đồng hồ thời trang với các chức năng thông minh.

Bước 1: Bốn nguyên mẫu ống

Tôi bắt đầu bằng cách tạo sơ đồ điện tử cho một chiếc đồng hồ bốn ống. Là một sinh viên điện tử, tôi đã phát triển thiết bị điện tử trong vài tháng.

Đầu tiên, một nguồn cung cấp điện phải được thiết kế. Tôi bắt đầu bằng cách mua một bộ nguồn chuyển đổi chế độ 170V có sẵn trên web vì tôi không biết cách thiết kế bộ nguồn có thể chuyển đổi 4,2V DC từ pin thành 170V DC cho các ống. PSU được tạo trước có hiệu suất 86%.

Sau khi nhận được nguồn điện, tôi bắt đầu nghiên cứu cách điều khiển Nixietubes. Nixietubes mà tôi nhận được ở đó các ống Anode thông thường, nghĩa là khi bạn đặt 170V DC vào Anode và GND trên cathode thì ống sẽ phát sáng. Để hạn chế dòng điện chạy qua máng, người ta phải đặt một điện trở trước cực dương. Khiến dòng điện bị giới hạn 1mA trên mỗi ống. Để kiểm soát các chữ số khác nhau. Tôi đã sử dụng thanh ghi dịch chuyển điện áp cao. Các vi mạch này có thể được điều khiển bởi bất kỳ bộ điều khiển vi mô nào.

Vì tôi là một fan hâm mộ lớn của IoT (Internet of Things). Tôi quyết định sử dụng mô-đun ESP32 và muốn lấy thời gian hiện tại từ Internet thông qua WiFi. Cuối cùng, tôi đã đồng bộ hóa RTC (đồng hồ thời gian thực) với thời gian internet. Cho phép tôi tiết kiệm năng lượng và luôn có thời gian ngay cả khi không có truy cập Internet.

Tôi đã nghĩ về các cách để kiểm tra thời gian và nghĩ ra cách sử dụng Gia tốc kế mà tôi đã sử dụng để theo dõi chuyển động của cổ tay mình. Khi tôi xoay cổ tay của tôi để tôi có thể đọc thời gian. Đồng hồ sẽ kích hoạt và hiển thị nó cho tôi.

Tôi cũng triển khai ba nút kích hoạt bằng cảm ứng để tôi có thể tạo một menu đơn giản, nơi tôi có thể đặt các chức năng khác nhau.

Hai đèn LED RGB phải cung cấp ánh sáng trở lại đẹp mắt cho các ống.

Tôi cũng đã nghĩ về một cách để sạc pin. Do đó, tôi đã nghĩ ra cách sạc nó bằng cách sử dụng mô-đun sạc QI không dây. Mô-đun này đã cho tôi đầu ra 5V. Mô-đun này được kết nối với mạch sạc cho phép tôi sạc viên pin nhỏ 300 mAh.

Khi thiết kế điện tử đã sẵn sàng và tất cả các mạch phụ ở nơi được kiểm tra, tôi bắt đầu thiết kế PCB (Bảng mạch in). Tôi đang tạo mô hình bằng giấy và các bộ phận (hình 1). Đo chiều rộng, chiều cao và chiều dài của mọi thành phần là một quá trình chăm chỉ. Sau nhiều tuần thiết kế và chế tạo PCB, họ đã đặt hàng và vận chuyển cho tôi. (hình 2).

Trong mỗi bước của con đường, tôi đã tạo ra các chương trình thử nghiệm cho mọi bộ phận của đồng hồ. Bằng cách này, phần mềm cuối cùng có thể dễ dàng được sao chép cùng nhau.

Quá trình hàn của mọi thành phần có thể bắt đầu và tôi mất khoảng một ngày.

Thử nghiệm và lắp toàn bộ đồng hồ lại với nhau (Hình 3, 4, 5, 6, 7) Nó đã hoạt động.

Tôi đã in 3D một chiếc vỏ cho đồng hồ và cuối cùng nhận thấy chiếc đồng hồ quá lớn. Vì vậy, tôi quyết định tạo ra một chiếc mới và biến chiếc đồng hồ ống bốn làm nguyên mẫu.

Bước 2: Thiết kế mới

Thấy chiếc đồng hồ 4 ống quá lớn, tôi bắt đầu thu nhỏ thiết kế điện tử. Đầu tiên bằng cách chỉ sử dụng hai ống thay vì bốn ống. Thứ hai bằng cách sử dụng các thành phần nhỏ hơn và tạo bộ chuyển đổi tăng 170V của riêng tôi từ đầu. Việc tự mình triển khai MCU ESP32 (Bộ điều khiển vi mô) thay vì sử dụng một mô-đun cũng làm cho thiết kế nhỏ hơn nhiều.

Sử dụng phần mềm máy tính thiết kế 3D (Hình 1) Tôi đã thiết kế một chiếc vỏ và lắp tất cả các bộ phận điện vào bên trong một cách gọn gàng. Bằng cách chia thiết bị điện tử thành ba bảng, tôi đã có thể sử dụng hiệu quả hơn không gian bên trong thùng máy.

Thiết bị điện tử mới được thiết kế:

-Đã chọn một Gia tốc kế mới tiết kiệm điện hơn.

-Thay đổi các nút cảm ứng cho một công tắc đa vị trí.

-Sử dụng mạch sạc mới.

-Thay đổi sạc không dây thành sạc USB vì tôi muốn có vỏ nhôm.

-Sử dụng bộ xử lý công suất thấp để tiết kiệm điện hơn nữa.

- Đã chọn một đèn LED nền mới.

-Sử dụng một IC đo pin để theo dõi mức pin.

Bước 3: Lắp ráp thiết bị điện tử

Sau nhiều tháng thiết kế chiếc đồng hồ mới, nó cũng có thể được lắp ráp. Tôi đã sử dụng một số công cụ có sẵn trong trường học của mình để hàn IC có đầu nhọn (Hình 4). Việc này khiến tôi mất vài ngày vì tôi gặp phải một số vấn đề nhưng cuối cùng thì thiết bị điện tử cũng hoạt động được (Hình 5).

Bước 4: Thiết kế vỏ máy

Tôi thiết kế vỏ máy song song với thiết kế đồ điện tử. Mỗi lần kiểm tra trong một phần mềm máy tính 3D nếu mọi thành phần phù hợp. Trước khi CNC (Computer Numerical Control) phay vỏ, một nguyên mẫu in 3D đã được thực hiện để đảm bảo mọi thứ sẽ vừa vặn. (Hình 1, 2)

Sau khi hoàn thành thiết kế vỏ máy và thiết bị điện tử hoạt động, tôi bắt đầu nghiên cứu về cách lập trình máy CNC (Hình 3). Một người bạn của tôi có kiến thức về phay CNC đã giúp tôi lập trình máy CNC. Vì vậy, quá trình xay xát có thể bắt đầu. (Hình 4)

Sau khi phay xong, tôi hoàn thành vỏ bằng cách khoan lỗ và đánh bóng vỏ. Mọi thứ được trang bị ngay lần đầu tiên. (Hình 5, 6, 7)

Tôi đã thiết kế một chốt cho một cửa sổ acrylic. Nhưng chiếc chốt đã bị cắt mất một cách tình cờ. Sử dụng máy cắt laser, tôi cắt một cửa sổ từ acrylic, cái này được dán vào mặt trên của đồng hồ (Hình 9).

Bước 5: Phần mềm và ứng dụng

Bộ điều khiển trên đồng hồ về cơ bản luôn ngủ để tiết kiệm điện năng. Bộ xử lý năng lượng thấp đọc gia tốc kế cứ sau vài mili giây để kiểm tra xem cổ tay của tôi có bị xoay hay không. Chỉ khi nó được xoay, nó sẽ đánh thức bộ xử lý chính và lấy thời gian từ RTC và sẽ hiển thị giờ và sau đó là phút ngắn gọn trên các ống.

Bộ xử lý chính cũng kiểm tra quá trình sạc, kiểm tra các kết nối Bluetooth đến, kiểm tra trạng thái của nút đầu vào và phản ứng tương ứng.

Nếu người dùng không tương tác với đồng hồ nữa, bộ xử lý chính sẽ chuyển sang chế độ ngủ lại.

Là một phần trong nghiên cứu của tôi, chúng tôi phải tạo một ứng dụng. Vì vậy, tôi đã nghĩ đến việc tạo ứng dụng cho đồng hồ nixie. Ứng dụng được viết bằng xamarin từ ngôn ngữ của Microsoft là C #.

Thật không may, tôi đã phải tạo ứng dụng bằng tiếng Hà Lan. Nhưng về cơ bản có một tab kết nối hiển thị những chiếc đồng hồ nixie được tìm thấy (Hình 1). Sau đó, các cài đặt từ đồng hồ sẽ được tải xuống. Các cài đặt này được lưu trên đồng hồ. Một tab để đồng bộ hóa thời gian theo cách thủ công hoặc tự động bằng cách lấy thời gian từ điện thoại thông minh của bạn (Hình 2). Một tab để thay đổi cài đặt của đồng hồ (hình 5). Và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là tab trạng thái hiển thị trạng thái pin. (Hình 6)

Bước 6: Tính năng và Ấn tượng

Đồng hồ có các tính năng:

- Hai ống nixie nhỏ loại z5900m.

- Đồng hồ thời gian thực chính xác.

- Tính toán cho thấy có thể dễ dàng đạt được thời gian chờ 350 giờ.

- Bluetooth để kiểm soát cài đặt và cài đặt thời gian của đồng hồ cũng như xem tình trạng pin.

- Một số cài đặt Bluetooth bao gồm: Bật / Tắt hoạt ảnh, Kích hoạt thủ công hoặc gia tốc kế của ống, Bật / Tắt đèn nền. Nút có thể lập trình để xem nhiệt độ của phần trăm pin.

- Gia tốc kế để kích hoạt các ống khi xoay cổ tay

- Pin 300 mAh.

- LED RGB cho nhiều mục đích.

- IC đo khí của ắc quy để theo dõi chính xác trạng thái của ắc quy.

- micro USB để sạc pin.

- Một nút đa hướng để kích hoạt, kết nối Bluetooth và một nút có thể lập trình để đọc nhiệt độ hoặc trạng thái pin, Cài đặt thời gian theo cách thủ công.

- Vỏ máy phay CNC từ nhôm.

- Cửa sổ acrylic để bảo vệ

- Ứng dụng điện thoại Bluetooth.

- Đồng bộ hóa thời gian tùy chọn qua WiFi.

- Động cơ rung tùy chọn để chỉ ra các thông báo trên điện thoại thông minh như Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- Đầu tiên, giờ sau đó hiển thị phút.

Phần mềm cho MCU trên đồng hồ được viết bằng C ++, C và trình hợp dịch.

Phần mềm cho ứng dụng được viết bằng xamarin C #.

Giải nhất cuộc thi thiết bị đeo được