Đồng hồ Nixie Tube: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Tôi đã chế tạo một chiếc đồng hồ vào đầu năm nay để xem liệu tôi có thể tạo ra thứ gì đó hoạt động được hay không. Tôi đã có 3 yêu cầu thiết kế chính

1. Giữ thời gian chính xác
2. Có pin cả ngày
3. Đủ nhỏ để mặc thoải mái

Tôi đã quản lý để đáp ứng 2 yêu cầu đầu tiên, tuy nhiên yêu cầu thứ ba là một chút căng thẳng. Bạn nhận thấy thiết kế này nằm trên cổ tay của bạn, nhưng nó không phải là không sử dụng được. Tôi muốn xem lại quá trình thiết kế và chỉ ra những gì đúng và sai trong dự án này. Tôi sẽ đăng các tệp để sử dụng, nhưng như tôi sẽ giải thích, tôi khuyên bạn nên thay đổi một số lựa chọn thiết kế khi tạo mô hình của riêng bạn.

Cảnh báo an toàn

Dự án này liên quan đến việc buộc một thiết bị vào cổ tay của bạn để tạo ra 150V DC. Điều này sẽ làm tổn thương nghiêm trọng hoặc gây thương tích nếu bạn không chú ý.

Bước 1: Các bộ phận cần thiết

Khi bạn thiết kế đồng hồ của mình, bạn cần bắt đầu bằng cách chọn ra các thành phần của mình.

Ống Nixie

Càng nhỏ càng tốt. Tôi đã sử dụng IN-17 có kích thước nhỏ, nhưng khá cao. Một ống có các dây dẫn đi ra dưới con số có thể ép vào một khu vực nhỏ hơn.

Nguồn điện cao áp

Vì đây là nguồn pin, chúng tôi cần phải chuyển đổi ~ 3V lên ít nhất 150V. Tôi đã sử dụng bảng điều khiển Taylor Electronics 1363. Có thể thiết kế bảng của riêng bạn, nhưng bạn sẽ cần phải chú ý đến thiết kế. Việc sử dụng một bảng được xây dựng sẵn cho phép tôi thu nhỏ kích thước của bảng xuống một nửa so với kích thước của nó bằng cách hàn tay, và kết quả là hiệu quả hơn và ít kêu hơn so với thiết kế của tôi.

Công tắc điện áp cao

Hầu hết các bộ vi điều khiển chạy từ 3-5V, không phải 150V. Để giao tiếp với chúng, chúng ta cần một thanh ghi dịch chuyển, bóng bán dẫn hoặc thiết bị chuyển mạch khác có khả năng điện áp cao. Tôi đã sử dụng Đăng ký Shift HV5523 cho bảng này - về mặt kỹ thuật, chúng yêu cầu logic 5V nhưng tôi thấy chúng hoạt động ở 3.3V mà không có vấn đề gì.

Vi điều khiển

MCU nhỏ nhất có đủ chân để chạy tất cả các thiết bị của bạn là cần thiết. Không sử dụng ATMega2560 cho việc này vì nó quá mức cần thiết. Tôi chọn ATTiny841 vì nó có chính xác số lượng IO cần thiết và hỗ trợ Arduino IDE.

RTC

Để giữ thời gian chính xác, bạn cần một chip RTC. Tôi đã sử dụng DS3231.

Những khu vực khác

• Bộ điều chỉnh điện áp

• Giao diện đặt thời gian hoặc bật màn hình

  Tôi đã sử dụng cảm biến cử chỉ / tiệm cận APDS-9960 với thành công hạn chế

• Một cách để đảm bảo mọi thứ đang hoạt động

  Tôi có một cổng nối tiếp bị lộ và đèn LED RGB để hiển thị trạng thái thiết bị hiện tại

• Bạn cũng có thể muốn một phương pháp sạc pin mà không cần tháo nó ra.

Bước 2: Tổng quan về chức năng

Tôi đã tải lên một số ghi chú ban đầu của mình để lập kế hoạch bố trí mạch và sơ đồ khối của các thành phần chính của những gì tôi đã sử dụng.

Phía Điện áp cao có HVPS cung cấp + 150V thông qua một điện trở giới hạn dòng điện đến cực Anode chung (+) của ống Nixie. Thanh ghi Shift kết nối với từng chữ số của ống. Thanh ghi dịch chuyển là một thiết bị Thoát nước Mở. Mỗi chân có thể được buộc trực tiếp vào đất hoặc được ngắt kết nối khỏi mạch điện. Điều này có nghĩa là tất cả các dây dẫn bị ngắt kết nối của ống nixie sẽ đo 150V khi không được sử dụng.

Phía Điện áp thấp có bộ điều chỉnh tăng / giảm 3.3V điều chỉnh điện áp từ pin lipo. Điều này giữ cho mạch ở 3,3V khi điện áp lipo giảm từ 3,7 xuống 3,0V. Xe buýt Attiny841 i2C kết nối với cảm biến Cử chỉ và RTC. Không hiển thị là đèn LED RGB và kết nối nối tiếp.

Khi chạy MCU sẽ kiểm tra cảm biến cử chỉ để biết thông tin về độ gần. Để tránh một tay áo kích hoạt màn hình, nó yêu cầu cảm biến được mở ra trong ít nhất 1 giây, sau đó được che trong ít nhất 1 giây, sau đó được mở ra để kích hoạt một hành động. Phiên bản ban đầu của đồng hồ sẽ hiển thị thời gian một lần như được mô tả trong hình ảnh cuối cùng. Tôi đã cập nhật nó để nó có khả năng chuyển sang chế độ luôn bật bằng cách giữ cho cảm biến được bao phủ lâu hơn.

Bước 3: Thiết kế bảng

Tôi sẽ không đi quá chi tiết về cách tạo ra một PCB vì đã có rất nhiều thông tin về điều đó. Một số dấu chân Nixie Tube hữu ích có sẵn tại đây.

Khi tôi thiết kế PCB của mình, tôi đã xếp chồng hai bảng nhỏ hơn để giảm dấu chân mà nó sẽ có khi đeo vào cổ tay của tôi. Tôi thấy rất hữu ích khi in ra và cắt ra một bản sao trên giấy của PCB để đảm bảo tất cả các dấu chân của tôi được xếp thẳng hàng và các đầu nối đều thẳng hàng. Không gian cho phép, hãy cố gắng để lại các tấm đệm phá vỡ cho i2C và các đường dữ liệu khác để thăm dò hoặc hàn trong quá trình thử nghiệm.

Eagle có một tính năng cho phép bạn gán mô hình 3D cho một thành phần, sau đó xuất mô hình 3D của bo mạch của bạn sang một chương trình khác. Nó có lỗi khi tôi đang sử dụng nó nhưng vẫn rất hữu ích để đảm bảo không có bộ phận nào can thiệp vào nhau.

Để tiết kiệm không gian, tôi đã không bao gồm bộ sạc pin bên trong đồng hồ. Thay vào đó, tôi có một số đầu nối DuPont nữ ở mặt bên của đồng hồ. Hình ảnh cuối cùng của bộ này cho thấy hệ thống dây điện mà tôi đã sử dụng. Mặt bên trái ở bên trong đồng hồ, bên phải ở bên ngoài. Để sạc đồng hồ, bạn kết nối dây ngoài cùng với bộ sạc bên ngoài. Đường màu xanh lam gần cực âm của pin thể hiện một khe có khóa để ngăn việc cắm ngược bộ sạc. Để bật đồng hồ, bạn sử dụng cáp jumper nhỏ (màu xanh lá cây) để nối pin + với VCC của mạch thực tế. Điều này mang lại sự an toàn dự phòng nhanh chóng trong trường hợp gặp sự cố. Do cách bố trí, bạn không thể vô tình đoản mạch hoặc nối ngược mạch điện.

Bước 4: Lắp ráp PCB

Mình đặt mua bo mạch của mình từ OSHPark vì bán khá nhanh, rẻ và có màu tím rất đáng yêu: D

Ngoài ra, bạn nhận được 3 trong mỗi bảng, vì vậy bạn có thể làm 2 đồng hồ và có một bảng thứ ba để thử nghiệm.

Thực hiện các gói QFN với không khí nóng trước, sau đó hàn thủ công mọi thứ khác bắt đầu với các thành phần nhỏ hơn. Không nối dây các ống Nixie hoặc HVPS của bạn. Nếu bạn có một miếng giấy nến hàn và một lò nướng bánh mì thì bạn đang làm khá tốt. Sử dụng đồng hồ đo ohm để kiểm tra lỗi ngắn trên PCB của bạn. Nếu bạn đo điện trở ngắn giữa mức cao, bạn có thể có quá nhiều dư lượng thông lượng trên bảng. HV5523 có các chân có độ cao rất tốt và bạn không thể nhìn thấy chúng có được bắc cầu bên dưới vi mạch hay không. Cho hội đồng quản trị của bạn một cơ hội để nguội nếu bạn làm lại nó trong một thời gian dài.

Sau khi các thành phần điện áp thấp được lắp ráp, hãy chạy một chương trình sẽ quay vòng qua tất cả các chữ số trên thanh ghi dịch chuyển. Sử dụng máy phân tích logic hoặc đồng hồ vạn năng để xác nhận rằng các chân đang được kéo THẤP khi dự kiến. Đồng thời đảm bảo RTC và các thiết bị khác của bạn phản hồi như mong đợi.

Hàn HVPS, sau đó hàn các ống nixie. Đối với Nixie Tubes hàn từng chân một và không để nhiệt quá lâu. Nếu có thể giữ chân giữa PCB và kính bằng kìm để hoạt động như một bộ tản nhiệt. Tạo cơ hội cho các ống nguội đi giữa quá trình hàn từng chân.

Nếu bạn gặp vấn đề với một bộ phận không hoạt động và bạn không biết đó có phải là mối nối hàn hay không, bạn có thể thử hàn "lỗi chết". Tháo chip khỏi bo mạch và dùng dây mảnh hàn trực tiếp vào từng miếng đệm. Đảm bảo rằng bạn sử dụng dây có lớp tráng men để không có dây nào bị ngắn lại với nhau.

Bước 5: Thiết kế vỏ máy

Sử dụng các chức năng MCAD của Eagles, thật dễ dàng để có được mô hình 3d của mạch để xây dựng vỏ xung quanh nó. Dây đồng hồ có kích thước tiêu chuẩn có sẵn tại cửa hàng thuốc / cửa hàng bách hóa. Nếu bạn đã tạo các lỗ gắn trên PCB, bạn có thể tạo ra các điểm chờ trong mô hình của mình và nhanh chóng gắn bo mạch xuống. Các thiết bị chờ của tôi cuối cùng đã bị cắt bởi ống Nixie và không thể sử dụng được - Tôi đã sử dụng Sugru để đảm bảo nó ở nguyên một chỗ.

Bước 6: Tệp dự án và các vấn đề phải đối mặt

Tệp Eagle và Solidworks

Mã mạnh mẽ hơn

Tôi đã liên kết tất cả các tệp mà tôi đã tạo khi làm việc trong dự án này. Chúng được tải lên nguyên trạng, không chỉnh sửa hay đánh bóng. Không chắc điều này là tốt hay xấu… Bạn có thể xem sơ đồ, thiết kế bảng, các tệp Solidworks và mã Arduino của tôi. Tôi đã giải thích những lựa chọn tôi đã thực hiện và những tệp này sẽ giúp bạn biết cách triển khai những lựa chọn đó trong đồng hồ của riêng bạn.

Trong tệp Eagle, HV.brd chứa các dấu chân nixie, HV5523, đầu nối cho HVPS và APDS-9960. APDS-9960 nằm trên trang thứ hai vì nó được sao chép từ tệp bảng đột phá 9960 của Sparkfun. Schematic.brd chứa tất cả các thứ điện áp thấp. Tôi nghĩ rằng tất cả các thư viện cần thiết đều được bao gồm.

Thư mục Solidworks là một mớ hỗn độn khổng lồ - Việc xuất từ Eagle đã tạo ra các tệp riêng lẻ cho từng điện trở và hủy mọi thứ. "Assem8" là tệp cần xem để xem mọi thứ được phối và lắp ráp. Các thư mục "Xuất" là các tệp STL với các tham số khác nhau từ thử nghiệm.

Bản phác thảo Arduino trong mã đầu tiên là những gì được trình diễn trong video ở trang tiếp theo và là những gì được sử dụng cho tất cả các tài liệu trong tài liệu này. Liên kết thứ hai có một bản sửa đổi mới hơn bao gồm nhiều chế độ hiển thị. Nếu RTC đặt lại trên bản phác thảo này, nó sẽ đặt thời gian là 12 giờ trưa khi bật nguồn tiếp theo. Điều này để đồng hồ có thể được sử dụng như một chiếc đồng hồ để bàn luôn được cắm điện.

Nếu bạn quyết định sử dụng các tệp của tôi làm điểm khởi đầu, bạn nên biết một số vấn đề mà tôi chưa giải quyết được.

1. APDS-9960 không tương thích với Attiny Arduino Core. Tính năng phát hiện vùng lân cận hoạt động, tuy nhiên, tôi không thể lấy mã để nhận tín hiệu ngắt cho cử chỉ một cách đáng tin cậy.
2. Tiêu đề ISP được sao chép và một trong các chân không được kết nối.
3. Tiêu đề ISP VCC đi sai phía của bộ điều chỉnh điện áp. Nếu điều này không được ngắt kết nối, bộ điều chỉnh điện áp sẽ ngay lập tức bị cháy
4. Giá đỡ pin CR chồng lên đầu cắm i2C vài mm

Bước 7: Kết quả cuối cùng

Vào cuối cuộc phiêu lưu này, tôi có một chiếc Nixie Watch đang hoạt động. Nó phần nào có thể sử dụng được, nhưng giống như một bằng chứng về khái niệm hơn là một chiếc đồng hồ đeo tay hàng ngày. Bảng thứ hai được chuyển thành đồng hồ để bàn và bảng thứ ba đã bị phá hủy trong quá trình xây dựng.

Một số liên kết hữu ích nếu bạn định thử thiết kế đồng hồ của riêng mình:

Nhóm Google của Nixie Tube

Danh sách phát trên EEVBlog Nixie

Xuất khẩu Eagle sang Fusion