Montre-bracelet Nixietube : 6 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

L'année dernière, je me suis inspiré des horloges Nixitube. Je pense que l'apparence des Nixietubes est si belle. J'ai pensé à l'implémenter dans une montre élégante avec des fonctionnalités intelligentes.

Étape 1: Prototype à quatre tubes

J'ai commencé par créer les schémas électroniques d'une montre à quatre tubes. Etant étudiant en électronique, j'ai développé l'électronique sur plusieurs mois.

Tout d'abord, une alimentation électrique doit être conçue. J'ai commencé par acheter une alimentation à découpage 170V préfabriquée sur le Web car je ne savais pas comment concevoir une alimentation capable de convertir 4,2V DC d'une batterie en 170V DC pour les tubes. Le bloc d'alimentation préfabriqué était efficace à 86 %.

Après avoir reçu l'alimentation, j'ai commencé à rechercher comment contrôler les Nixietubes. Les Nixietubes que j'ai eus étaient des tubes anodiques communs, ce qui signifie que lorsque vous mettez 170V DC sur l'anode et GND sur la cathode, le tube brillera. Pour limiter le courant circulant dans le tube, une résistance doit être placée devant l'anode. Entraînant la limitation du courant à 1 mA par tube. Pour contrôler les différents chiffres. J'ai utilisé des registres à décalage haute tension. Ces circuits intégrés peuvent être contrôlés par n'importe quel microcontrôleur.

Depuis que je suis un grand fan de l'IoT (Internet des Objets). J'ai décidé de prendre un module ESP32 et je voulais obtenir l'heure actuelle à partir d'Internet via le WiFi. Finalement, je synchronisais une RTC (horloge en temps réel) avec l'heure Internet. Cela me permet d'économiser de l'énergie et d'avoir toujours du temps à portée de main même sans accès à Internet.

J'ai réfléchi à des moyens de vérifier l'heure et j'ai proposé d'utiliser un accéléromètre que j'ai utilisé pour suivre le mouvement de mon poignet. Quand je tourne mon poignet pour lire l'heure. La montre se déclenchera et me le montrera.

J'ai également implémenté trois boutons tactiles afin de pouvoir créer un menu simple où je pourrais définir différentes fonctions.

Deux LED RVB devaient redonner une belle lueur aux tubes.

J'ai aussi pensé à un moyen de recharger la batterie. Par conséquent, j'ai proposé de le charger en utilisant un module de chargeur sans fil QI. Ce module m'a donné une sortie 5V. Ce module connecté à un circuit de charge m'a permis de recharger la petite batterie de 300 mAh.

Lorsque la conception électronique était prête et que tous les sous-circuits ont été testés, j'ai commencé à concevoir le PCB (Printed Circuit Board). Je faisais des maquettes avec du papier et les pièces (photo 1). Mesurer la largeur, la hauteur et la longueur de chaque composant était un processus minutieux. Après des semaines de conception et de mise en place du PCB, ils m'ont été commandés et expédiés. (photo 2).

À chaque étape du processus, j'avais créé des programmes de test pour chaque partie de la montre. De cette façon, le logiciel final pourrait facilement être copié ensemble.

La soudure de chaque composant a pu commencer et m'a pris environ une journée.

Tester et assembler l'ensemble de la montre (Photo 3, 4, 5, 6, 7) Cela a fonctionné.

J'ai imprimé en 3D un boîtier pour la montre et j'ai finalement trouvé que la montre était trop grande. J'ai donc décidé d'en créer une nouvelle et j'ai fait de la montre à quatre tubes un prototype.

Étape 2: le nouveau design

Trouvant la montre à quatre tubes trop grande, j'ai commencé à réduire la conception électronique. D'abord en n'utilisant que deux tubes au lieu de quatre. Deuxièmement, en utilisant des composants plus petits et en créant mon propre convertisseur boost 170V à partir de zéro. La mise en œuvre de l'ESP32 MCU (Micro Controller Unit) moi-même au lieu d'utiliser un module a également rendu la conception beaucoup plus petite.

À l'aide d'un logiciel informatique de conception 3D (Photo 1), j'ai conçu un boîtier et j'ai soigneusement inséré tous les composants électriques à l'intérieur. En divisant l'électronique en trois cartes, j'ai pu utiliser plus efficacement l'espace à l'intérieur du boîtier.

Nouvelle électronique là où elle a été conçue:

-Choisi un nouvel accéléromètre plus économe en énergie.

-Changement des boutons tactiles pour un interrupteur multi-positions.

-Utilisé un nouveau circuit de charge.

-Changement de la charge sans fil pour la charge USB car je voulais un boîtier en aluminium.

-Utilisation d'un processeur basse consommation pour économiser davantage d'énergie.

-Choisir une nouvelle LED d'arrière-plan.

-Utilisé un IC de jauge de batterie pour suivre le niveau de la batterie.

Étape 3: Assemblage de l'électronique

Après des mois de conception de la nouvelle montre, elle a également pu être assemblée. J'ai utilisé des outils disponibles dans mon école pour souder les circuits intégrés Tiny pitched (Photo 4). Cela m'a pris plusieurs jours car j'ai rencontré des problèmes mais j'ai finalement réussi à faire fonctionner l'électronique (Photo 5).

Étape 4: Conception du boîtier

J'ai conçu le boîtier en parallèle de la conception de l'électronique. À chaque fois, vérifier dans un logiciel informatique 3D si chaque composant conviendrait. Avant le fraisage du boîtier par CNC (contrôle numérique par ordinateur), un prototype imprimé en 3D a été réalisé pour s'assurer que tout conviendrait. (Photo 1, 2)

Une fois la conception du boîtier terminée et l'électronique fonctionnelle, j'ai commencé des recherches sur la façon dont les machines CNC doivent être programmées (image 3). Un de mes amis qui a des connaissances sur le fraisage CNC m'a aidé à programmer la machine CNC. Le broyage pouvait donc commencer. (Photo 4)

Une fois le fraisage terminé, j'ai terminé le boîtier en perçant des trous et en polissant le boîtier. Tout s'est bien passé du premier coup. (Photo 5, 6, 7)

J'avais conçu un loquet pour une fenêtre en acrylique. Mais le loquet a été fraisé par accident. À l'aide d'un cutter laser, j'ai découpé une fenêtre en acrylique qui a été collée sur le dessus de la montre (photo 9).

Étape 5: Le logiciel et l'application

Le contrôleur de la montre dort essentiellement tout le temps pour économiser de l'énergie. Un processeur basse consommation lit l'accéléromètre toutes les quelques millisecondes pour vérifier si mon poignet est tourné. Ce n'est que lorsqu'il est tourné qu'il réveillera le processeur principal et obtiendra l'heure du RTC et affichera brièvement les heures puis les minutes sur les tubes.

Le processeur principal vérifie également le processus de charge, il vérifie les connexions Bluetooth entrantes, il vérifie l'état du bouton d'entrée et réagit en conséquence.

Si l'utilisateur n'interagit plus avec la montre, le processeur principal se remettra en veille.

Dans le cadre de mon étude, nous avons dû créer une application. J'ai donc pensé créer l'application pour la montre nixie. L'application a été écrite en xamarin à partir du langage Microsoft est C#.

J'ai malheureusement dû créer l'application en néerlandais. Mais fondamentalement, il y a un onglet de connexion qui montre les montres nixie trouvées (image 1). Après cela, les paramètres de la montre sont téléchargés. Ces paramètres sont enregistrés sur la montre. Un onglet pour synchroniser l'heure manuellement ou automatiquement en récupérant l'heure depuis votre smartphone (Photo 2). Un onglet pour modifier les paramètres de la montre (image 5). Et enfin, un onglet d'état qui indique l'état de la batterie. (Photo 6)

Étape 6: Caractéristiques et impression

La montre comprend:

- Deux petits tubes nixie de type z5900m.

- Horloge précise en temps réel.

- Les calculs ont montré que 350 heures d'autonomie en veille étaient facilement réalisables.

- Bluetooth pour contrôler les paramètres et régler l'heure de la montre ainsi que voir l'état de la batterie.

- Certains paramètres Bluetooth incluent: Animation On/Off, Déclenchement manuel ou accéléromètre des tubes, LED de fond On/Off. Bouton programmable pour voir la température du pourcentage de batterie.

- Accéléromètre pour déclencher les tubes lorsque le poignet est tourné

- Batterie 300mAh.

- Led RVB à des fins multiples.

- IC jauge de gaz de batterie pour surveiller avec précision l'état de la batterie.

- micro USB pour charger la batterie.

- Un bouton multidirectionnel pour le déclenchement, la connexion Bluetooth et un bouton programmable pour la lecture de la température ou l'état de la batterie, Réglage de l'heure manuellement.

- Boîtier fraisé CNC en aluminium.

- Fenêtre acrylique pour la protection

- Application téléphone Bluetooth.

- Synchronisation de l'heure en option via WiFi.

- Moteur de vibration en option pour indiquer les notifications du smartphone comme Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- D'abord les heures puis les minutes sont affichées.

Le logiciel du MCU sur la montre est écrit en C++, C et assembleur.

Le logiciel de l'application est écrit en xamarin C#.

Premier prix du concours Wearables