Наручные часы Nixietube: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

В прошлом году меня вдохновили часы Nixitube. Я думаю, что у Nixietubes такой красивый вид. Я подумал о том, чтобы воплотить это в стильных часах с умным функционалом.

Шаг 1: прототип с четырьмя трубками

Я начал с создания электронной схемы для часов с четырьмя лампами. Будучи студентом-электронщиком, я разрабатывал электронику в течение нескольких месяцев.

Сначала нужно спроектировать источник питания. Я начал с покупки готового импульсного блока питания на 170 В в Интернете, потому что я не знал, как разработать блок питания, который мог бы преобразовать 4,2 В постоянного тока от батареи в 170 В постоянного тока для ламп. Готовый блок питания имел КПД 86%.

После получения источника питания я начал исследовать, как управлять Nixietubes. Я получил Nixietubes там, где обычные анодные лампы, что означает, что когда вы подключаете 170 В постоянного тока к аноду и GND на катоде, трубка будет светиться. Для ограничения тока, протекающего через трубку, перед анодом должен быть установлен резистор. Ограничение тока до 1 мА на трубку. Для управления разными цифрами. Я использовал регистры сдвига высокого напряжения. Эти микросхемы могут управляться любым микроконтроллером.

Поскольку я большой поклонник IoT (Интернет вещей). Я решил взять модуль ESP32 и хотел узнать текущее время из Интернета через Wi-Fi. В конце концов я синхронизировал RTC (часы реального времени) со временем в Интернете. Это позволяет мне экономить энергию и всегда иметь под рукой время даже без доступа в Интернет.

Я подумал о способах проверки времени и придумал акселерометр, который я использовал для отслеживания движения моего запястья. Когда я поворачиваю запястье, чтобы читать время. Часы сработают и покажут мне это.

Я также реализовал три кнопки, активируемые касанием, чтобы я мог сделать простое меню, в котором я мог бы устанавливать различные функции.

Два светодиода RGB должны были дать лампам хорошее обратное свечение.

Еще подумал о способе зарядки аккумулятора. Поэтому я придумал заряжать его с помощью беспроводного зарядного модуля QI. Этот модуль дал мне выход 5 В. Этот модуль, подключенный к цепи зарядки, позволил мне зарядить небольшую батарею емкостью 300 мАч.

Когда электронная конструкция была готова и все подсхемы были протестированы, я приступил к проектированию печатной платы. Делал макеты из бумаги и деталей (фото 1). Измерение ширины, высоты и длины каждого компонента было кропотливым процессом. После нескольких недель проектирования и выкладки печатной платы они были заказаны и отправлены мне. (рисунок 2).

На каждом этапе пути я создавал тестовые программы для каждой детали часов. Таким образом, окончательное программное обеспечение можно было легко скопировать вместе.

Можно было начать пайку каждого компонента, и это заняло у меня около суток.

Тестирование и сборка всех часов (фото 3, 4, 5, 6, 7) Сработало.

Я напечатал на 3D-принтере корпус для часов и в конце концов обнаружил, что часы слишком большие. Поэтому я решил создать новый и сделал часы с четырьмя лампами в качестве прототипа.

Шаг 2: новый дизайн

Я обнаружил, что часы с четырьмя лампами слишком велики, и начал сокращать конструкцию электроники. Во-первых, используя только две трубки вместо четырех. Во-вторых, я использовал более мелкие компоненты и сделал свой собственный повышающий преобразователь на 170 В с нуля. Самостоятельная реализация ESP32 MCU (Micro Controller Unit) вместо использования модуля также сделала дизайн намного меньше.

Используя компьютерную программу для 3D-проектирования (рис. 1), я спроектировал корпус и аккуратно поместил все электрические компоненты внутрь. Разделив электронику на три платы, я смог более эффективно использовать пространство внутри корпуса.

Разработана новая электроника:

- Выбрал новый более энергоэффективный акселерометр.

-Изменены сенсорные кнопки на многопозиционный переключатель.

-Использовал новую схему зарядки.

-Изменена беспроводная зарядка на зарядку по USB, так как я хотел алюминиевый корпус.

-Используется процессор с низким энергопотреблением для дальнейшего энергосбережения.

-Подбирал новый фон светодиодный.

-Использовал микросхему датчика заряда батареи для отслеживания уровня заряда батареи.

Шаг 3: Сборка электроники

После нескольких месяцев разработки новых часов их также можно было собрать. Я использовал некоторые инструменты, доступные в моей школе, чтобы припаять крошечные микросхемы (рис. 4). Это заняло у меня несколько дней, потому что я столкнулся с некоторыми проблемами, но в конце концов электроника заработала (фото 5).

Шаг 4: Разработка корпуса

Я проектировал корпус параллельно с проектированием электроники. Каждый раз проверяю в 3D компьютерном программном обеспечении, подходит ли каждый компонент. Перед фрезерованием корпуса с помощью ЧПУ (числового программного управления) был изготовлен прототип, напечатанный на 3D-принтере, чтобы убедиться, что все подходит. (Фото 1, 2)

После того, как был разработан дизайн корпуса и электроника заработала, я начал исследование того, как нужно программировать станки с ЧПУ (Рисунок 3). Мой друг, который разбирается в фрезеровании с ЧПУ, помог мне запрограммировать станок с ЧПУ. Итак, фрезерование могло начаться. (Рисунок 4)

После завершения фрезерования я закончил корпус, просверлив отверстия и отполировав корпус. С первого раза все подошло как надо. (Фото 5, 6, 7)

Я разработал защелку для акрилового окна. Но защелка отколотилась случайно. С помощью лазерного резака я вырезал из акрила окно, которое было приклеено к верхней части часов (фото 9).

Шаг 5. Программное обеспечение и приложение

Контроллер на часах в основном все время спит для экономии энергии. Процессор с низким энергопотреблением считывает показания акселерометра каждые несколько миллисекунд, чтобы проверить, поворачивается ли мое запястье. Только когда его повернут, он разбудит главный процессор и получит время от RTC, а также на короткое время покажет часы, а затем минуты на лампах.

Главный процессор также проверяет процесс зарядки, он проверяет входящие соединения Bluetooth, он проверяет состояние кнопки ввода и соответствующим образом реагирует.

Если пользователь больше не взаимодействует с часами, главный процессор снова перейдет в спящий режим.

В рамках моего исследования нам нужно было создать приложение. Я подумал о создании приложения для часов nixie. Приложение написано на xamarin из Microsoft, язык C #.

К сожалению, мне пришлось создать приложение на голландском языке. Но в основном есть вкладка подключения, на которой показаны найденные часы nixie (Рисунок 1). После этого загружаются настройки с часов. Эти настройки сохраняются на часах. Вкладка для ручной или автоматической синхронизации времени, получая время со смартфона (Рисунок 2). Вкладка для изменения настроек часов (рисунок 5). И наконец, что не менее важно, вкладка состояния, которая показывает состояние батареи. (Рисунок 6)

Шаг 6: особенности и впечатление

Особенности часов:

- Две маленькие газовые трубки типа z5900m.

- Точные часы реального времени.

- Расчеты показали, что 350 часов работы в режиме ожидания легко достижимы.

- Bluetooth для управления настройками и установки времени часов, а также для просмотра состояния батареи.

- Некоторые настройки Bluetooth включают: включение / выключение анимации, запуск трубок вручную или акселерометром, включение / выключение фонового светодиода. Программируемая кнопка для просмотра температуры батареи в процентах.

- Акселерометр для срабатывания трубок при повороте запястья

- аккумулятор на 300 мАч.

- Светодиод RGB для различных целей.

- Датчик уровня заряда батареи IC для точного контроля состояния батареи.

- micro USB для зарядки аккумулятора.

- Одна многонаправленная кнопка для запуска, соединение Bluetooth и программируемая кнопка для считывания температуры или состояния батареи, установка времени вручную.

- Корпус из алюминия, фрезерованный с ЧПУ.

- Акриловое окно для защиты

- Приложение для телефона с Bluetooth.

- Дополнительная синхронизация времени через Wi-Fi.

- Дополнительный вибромотор для индикации уведомлений смартфона, таких как Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- Сначала отображаются часы, затем минуты.

Программное обеспечение для микроконтроллера на часах написано на C ++, C и ассемблере.

Программное обеспечение для приложения написано на xamarin C #.

Первый приз в конкурсе носимых устройств