Nixietube rokas pulkstenis: 6 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Pagājušajā gadā mani iedvesmoja Nixitube pulksteņi. Es domāju, ka Nixietubes izskats ir tik jauks. Es domāju par tā ieviešanu stilīgā pulkstenī ar gudrām funkcijām.

1. solis: četru cauruļu prototips

Es sāku, izveidojot četru cauruļu pulksteņa elektroniskās shēmas. Būdams elektronikas students, es vairākus mēnešus izstrādāju elektroniku.

Vispirms ir jāprojektē barošanas avots. Es sāku, iegādājoties tīmeklī iepriekš sagatavotu 170 V slēdža režīma barošanas avotu, jo es nezināju, kā izveidot barošanas avotu, kas varētu pārveidot 4,2 V līdzstrāvu no akumulatora par 170 V līdzstrāvu caurulēm. Iepriekš izgatavotā PSU efektivitāte bija 86%.

Pēc barošanas avota es sāku pētīt, kā kontrolēt Nixietubes. Nixietubes es saņēmu, kur parastās anoda caurules, kas nozīmē, ka, ievietojot 170 V līdzstrāvu uz anoda un GND uz katoda, caurule spīdēs. Lai ierobežotu caur cauruli plūstošo strāvu, anoda priekšā ir jānovieto rezistors. Tā rezultātā strāva ir ierobežota līdz 1 mA caurulē. Lai kontrolētu dažādus ciparus. Es izmantoju augstsprieguma nobīdes reģistrus. Šos IC var kontrolēt ar jebkuru mikrokontrolleri.

Tā kā esmu liels lietu interneta (IoT) fans. Es nolēmu ņemt ESP32 moduli un vēlējos iegūt pašreizējo laiku no interneta, izmantojot WiFi. Galu galā es sinhronizēju RTC (reālā laika pulksteni) ar interneta laiku. Ļaujot man ietaupīt enerģiju un vienmēr būt pie rokas, pat ja nav piekļuves internetam.

Es domāju par veidiem, kā pārbaudīt laiku, un izdomāju izmantot akselerometru, ko izmantoju, lai izsekotu plaukstas locītavas kustībai. Kad es pagriezu plaukstas locītavu, lai es varētu nolasīt laiku. Pulkstenis iedarbinās un parādīs to man.

Es arī ieviesu trīs skārienjutīgas pogas, lai es varētu izveidot vienkāršu izvēlni, kurā es varētu iestatīt dažādas funkcijas.

Divām RGB gaismas diodēm bija jāpiešķir caurulēm jauks spīdums.

Es arī domāju par veidu, kā uzlādēt akumulatoru. Tāpēc es izdomāju to uzlādēt, izmantojot bezvadu QI lādētāja moduli. Šis modulis man deva 5V izeju. Šis modulis, kas savienots ar uzlādes ķēdi, ļāva man uzlādēt mazo 300 mAh akumulatoru.

Kad elektroniskais dizains bija gatavs un visas apakšshēmas tika pārbaudītas, es sāku veidot PCB (iespiedshēmas plates). Es veidoju maketus ar papīru un detaļām (1. attēls). Katras sastāvdaļas platuma, augstuma un garuma mērīšana bija rūpīgs process. Pēc nedēļu ilgas PCB projektēšanas un izkārtojuma viņi pasūtīja un nosūtīja man. (2. attēls).

Katrā solī es biju izveidojis pārbaudes programmas katrai pulksteņa daļai. Tādā veidā galīgo programmatūru varētu viegli kopēt kopā.

Katra komponenta lodēšana varēja sākties un aizņēma apmēram dienu.

Visa pulksteņa testēšana un salikšana kopā (3., 4., 5., 6., 7. attēls) Tas izdevās.

Es 3D izdrukāju pulksteņa korpusu un galu galā konstatēju, ka pulkstenis ir pārāk liels. Tāpēc es nolēmu izveidot jaunu un četru cauruļu pulksteni padarīju par prototipu.

2. solis: jauns dizains

Atklājot četru cauruļu pulksteni par lielu, es sāku samazināt elektronikas dizainu. Pirmkārt, izmantojot tikai divas caurules, nevis četras. Otrkārt, izmantojot mazākas sastāvdaļas un izgatavojot savu 170V pastiprinātāja pārveidotāju no nulles. ESP32 MCU (mikrokontroles bloka) ieviešana pati, nevis moduļa izmantošana, arī samazināja dizainu.

Izmantojot 3D dizaina datoru programmatūru (1. attēls), es izveidoju korpusu un kārtīgi ievietoju visas elektriskās sastāvdaļas. Sadalot elektroniku trīs plāksnēs, es varēju efektīvāk izmantot telpu korpusa iekšpusē.

Jauna elektronika, ja tā ir izstrādāta:

-Izvēlējās jaunu, efektīvāku akselerometru.

-Mainītas skārienjutīgās pogas vairāku pozīciju slēdzim.

-Izmantoja jaunu uzlādes ķēdi.

-Mainīju bezvadu uzlādi USB uzlādei, jo gribēju alumīnija korpusu.

-Izmantoja mazjaudas procesoru, lai vēl vairāk taupītu enerģiju.

-Izvēlējās jaunu fona LED.

-Izmantoja akumulatora mērītāja IC, lai izsekotu akumulatora līmenim.

3. darbība: elektronikas salikšana

Pēc vairāku mēnešu dizaina jaunā pulksteņa to varēja arī salikt. Es izmantoju dažus manā skolā pieejamos rīkus, lai lodētu sīkos IC (4. attēls). Tas aizņēma vairākas dienas, jo saskāros ar dažām problēmām, bet galu galā elektronika sāka darboties (5. attēls).

4. solis: korpusa projektēšana

Es izstrādāju lietu paralēli elektronikas projektēšanai. Katru reizi pārbaudot 3D datora programmatūru, vai visi komponenti ir piemēroti. Pirms CNC (datoru ciparu vadības) frēzēšanas korpusā tika izgatavots 3D drukāts prototips, lai pārliecinātos, ka viss ir piemērots. (1., 2. attēls)

Pēc korpusa dizaina un elektronikas darba es sāku pētīt, kā jāprogrammē CNC mašīnas (3. attēls). Mans draugs, kuram ir zināšanas par CNC frēzēšanu, palīdzēja man ieprogrammēt CNC mašīnu. Tātad frēzēšana varēja sākties. (4. attēls)

Kad frēzēšana bija pabeigta, es pabeidzu lietu, urbjot caurumus un noslīpējot korpusu. Viss bija piemērots pirmo reizi. (5., 6., 7. attēls)

Es biju izveidojis aizbīdni akrila logam. Bet aizbīdnis tika slīpēts nejauši. Izmantojot lāzera griezēju, es izgriezu logu no akrila, tas tika pielīmēts pulksteņa augšpusē (9. attēls).

5. darbība: programmatūra un lietotne

Pulksteņa kontrolieris būtībā visu laiku guļ, lai taupītu enerģiju. Mazjaudas procesors ik pēc dažām milisekundēm nolasa akselerometru, lai pārbaudītu, vai mana plauksta ir pagriezta. Tikai tad, kad tas ir pagriezts, tas pamodinās galveno procesoru un saņems laiku no RTC, un uz mēģenēm īslaicīgi parādīs stundas un pēc tam minūtes.

Galvenais procesors arī pārbauda uzlādes procesu, pārbauda ienākošos Bluetooth savienojumus, pārbauda ievades pogas stāvokli un attiecīgi reaģē.

Ja lietotājs vairs nesazinās ar pulksteni, galvenais procesors atkal ieslēgsies.

Mana pētījuma ietvaros mums bija jāizveido lietotne. Tāpēc es domāju izveidot lietotni nixie pulkstenim. Lietotne tika uzrakstīta xamarin valodā no Microsoft valodas ir C#.

Diemžēl man bija jāizveido lietotne holandiešu valodā. Bet būtībā ir savienojuma cilne, kurā redzami atrastie nixie pulksteņi (1. attēls). Pēc tam pulksteņa iestatījumi tiek lejupielādēti. Šie iestatījumi tiek saglabāti pulkstenī. Cilne laika sinhronizēšanai manuāli vai automātiski, iegūstot laiku no viedtālruņa (2. attēls). Cilne, lai mainītu pulksteņa iestatījumus (5. attēls). Un visbeidzot - statusa cilne, kas parāda akumulatora stāvokli. (6. attēls)

6. darbība: funkcijas un iespaids

Pulkstenim ir šādas īpašības:

- divas mazas z5900m tipa nixie caurules.

- precīzs reālā laika pulkstenis.

- Aprēķini parādīja, ka 350 stundu gaidīšanas laiks bija viegli sasniedzams.

- Bluetooth, lai kontrolētu iestatījumus un iestatītu pulksteņa laiku, kā arī redzētu akumulatora stāvokli.

- Daži Bluetooth iestatījumi ietver: animācijas ieslēgšanu/izslēgšanu, manuālu vai akselerometra palaišanu, fona LED ieslēgšanu/izslēgšanu. Programmējama poga, lai redzētu akumulatora procentuālo temperatūru.

- Akselerometrs cauruļu iedarbināšanai, pagriežot plaukstas locītavu

- 300 mAh akumulators.

- RGB vadīts vairākiem mērķiem.

- Akumulatora gāzes mērītāja IC, lai precīzi uzraudzītu akumulatora stāvokli.

- micro USB akumulatora uzlādēšanai.

- Viena daudzvirzienu poga aktivizēšanai, Bluetooth savienojums un programmējama poga temperatūras nolasīšanai vai akumulatora stāvoklim, laika iestatīšana manuāli.

- CNC frēzēts korpuss no alumīnija.

- Akrila logs aizsardzībai

- Bluetooth tālruņa lietojumprogramma.

- Pēc izvēles laika sinhronizācija, izmantojot WiFi.

- Papildu vibrācijas motors, lai norādītu viedtālruņa paziņojumus, piemēram, Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- Vispirms tiek parādītas stundas, pēc tam minūtes.

Pulksteņa MCU programmatūra ir rakstīta C ++, C un montētājā.

Lietotnes programmatūra ir rakstīta xamarin C#.

Pirmā balva valkājamo priekšmetu konkursā