Montre Nixie Tube : 7 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:08

J'ai construit une montre plus tôt cette année pour voir si je pouvais faire quelque chose de fonctionnel. J'avais 3 exigences de conception principales

1. Gardez l'heure exacte
2. Avoir une batterie toute la journée
3. Être assez petit pour être porté confortablement

J'ai réussi à répondre aux 2 premières exigences, mais la troisième est un peu exagérée. Vous remarquez ce design assis sur votre poignet, mais il n'est pas inutilisable. Je veux passer en revue le processus de conception et montrer ce qui s'est bien passé et ce qui n'a pas fonctionné dans ce projet. Je posterai des fichiers à utiliser, mais comme je vais l'expliquer, je recommanderais de modifier certains choix de conception lors de la création de votre propre modèle.

Alerte de sécurité

Ce projet consiste à attacher un appareil à votre poignet qui génère 150 V CC. Cela va sérieusement blesser ou causer des blessures si vous ne faites pas attention.

Étape 1: Pièces nécessaires

Lorsque vous concevez votre montre, vous devez commencer par choisir vos composants.

Tubes Nixie

Plus c'est petit, mieux c'est. J'ai utilisé des IN-17 qui ont un faible encombrement, mais sont assez grands. Un tube dont les fils sortent en dessous du nombre peut être en mesure de se faufiler dans une zone plus petite.

Alimentation haute tension

Comme il s'agit d'une batterie, nous devons convertir ~3V jusqu'à au moins 150V. J'ai utilisé une carte Taylor Electronics 1363. Il est possible de concevoir votre propre planche, mais vous devrez porter une attention particulière à la conception. L'utilisation d'une carte pré-construite m'a permis de réduire la taille de la carte à la moitié de ce qu'elle serait avec la soudure à la main, et a fini par être plus efficace et moins sonnant que ma conception.

Commutateurs haute tension

La plupart des microcontrôleurs fonctionnent sur 3-5V, pas 150V. Pour s'interfacer avec eux, nous avons besoin d'un registre à décalage, de transistors ou d'un autre dispositif de commutation capable de haute tension. J'ai utilisé le registre à décalage HV5523 pour cette carte - techniquement, ils nécessitent une logique 5 V, mais j'ai trouvé qu'ils fonctionnaient sans problème avec 3,3 V.

Microcontrôleur

Le plus petit MCU doté de suffisamment de broches pour exécuter tous vos appareils est nécessaire. N'utilisez pas un ATMega2560 pour cela car c'est excessif. J'ai choisi l'ATTiny841 car il avait exactement le nombre d'E/S nécessaires et prenait en charge l'IDE Arduino.

RTC

Pour garder l'heure exacte, vous avez besoin d'une puce RTC. J'ai utilisé le DS3231.

Autres parties

• Régulateur de tension

• Interface pour régler l'heure ou allumer l'affichage

  J'ai utilisé un capteur de geste/proximité APDS-9960 avec un succès limité

• Un moyen de s'assurer que tout fonctionne

  J'avais un port série exposé et une LED RVB pour afficher l'état actuel de l'appareil

• Vous voudrez peut-être également une méthode pour charger la batterie sans la retirer.

Étape 2: Présentation fonctionnelle

J'ai téléchargé certaines de mes notes initiales pour planifier la disposition du circuit et un schéma fonctionnel des principaux composants de ce que j'ai fini par utiliser.

Le côté haute tension a le HVPS fournissant +150V via une résistance de limitation de courant à la borne d'anode commune (+) des tubes Nixie. Le registre à décalage se connecte à chacun des chiffres des tubes. Le registre à décalage est un dispositif à drain ouvert. Chaque broche peut être soit directement reliée à la terre, soit laissée déconnectée du circuit. Cela signifie que tous les fils déconnectés du tube nixie mesureront 150 V lorsqu'ils ne sont pas utilisés.

Le côté basse tension a un régulateur buck/boost de 3,3 V régulant la tension d'une batterie lipo. Cela maintient le circuit à 3,3 V alors que la tension lipo chute de 3,7 à 3,0 V. Le bus Attiny841 i2C se connecte au capteur Gesture et au RTC. La LED RVB et la connexion série ne sont pas représentées.

Lors de l'exécution, le MCU vérifiera le capteur de geste pour les informations de proximité. Pour éviter qu'un manchon ne déclenche l'affichage, il faut que le capteur soit découvert pendant au moins 1 seconde, puis couvert pendant au moins 1 seconde, puis découvert pour déclencher une action. La version initiale de la montre afficherait l'heure une fois comme décrit dans la dernière image. Je l'ai mis à jour pour qu'il puisse passer en mode toujours allumé en gardant le capteur couvert plus longtemps.

Étape 3: Conception de la carte

Je n'entrerai pas dans trop de détails sur la façon de faire un PCB car il y a déjà beaucoup d'informations à ce sujet. Quelques empreintes utiles de Nixie Tube sont disponibles ici.

Lorsque j'ai conçu mon PCB, j'ai empilé deux cartes plus petites pour réduire l'encombrement qu'il aurait une fois attaché à mon poignet. J'ai trouvé utile d'imprimer et de découper une copie papier du PCB pour m'assurer que toutes mes empreintes étaient alignées et que les connecteurs étaient alignés. Si l'espace le permet, essayez de laisser des pastilles de dérivation pour i2C et d'autres lignes de données à sonder ou à souder également pendant les tests.

Eagle possède une fonctionnalité qui vous permet d'attribuer un modèle 3D à un composant, puis d'exporter un modèle 3D de votre carte vers un autre programme. C'était bogué quand je l'utilisais mais toujours très utile pour s'assurer qu'aucune pièce n'interfère les unes avec les autres.

Pour économiser de l'espace, je n'ai pas inclus de chargeur de batterie à l'intérieur de la montre. Au lieu de cela, j'ai des connecteurs DuPont femelles sur le côté de la montre. La dernière image de cet ensemble montre le câblage que j'ai utilisé. Le côté gauche est à l'intérieur de la montre, le droit est à l'extérieur. Pour charger la montre, vous connectez les fils les plus externes au chargeur externe. La ligne bleue près du négatif de la batterie représente une fente à clé pour empêcher l'insertion du chargeur à l'envers. Pour allumer la montre, vous utilisez un petit câble de démarrage (vert) pour relier la batterie + au VCC du circuit réel. Cela donne une sécurité intégrée rapide en cas de problème. En raison de la disposition, vous ne pouvez pas accidentellement court-circuiter ou connecter le circuit à l'envers.

Étape 4: Assemblage du PCB

J'ai commandé mes planches chez OSHPark car elles étaient assez rapides, bon marché et avaient une belle couleur violette:D

De plus, vous obtenez 3 de chaque planche, vous pouvez donc faire 2 montres et avoir une troisième planche pour les tests.

Faites d'abord les emballages QFN avec de l'air chaud, puis soudez à la main tout le reste en commençant par les plus petits composants. Ne branchez pas vos tubes Nixie ou HVPS. Si vous avez un pochoir à souder et un four grille-pain, vous vous en sortez plutôt bien. Utilisez un ohmmètre pour vérifier les courts-circuits sur votre PCB. Si vous mesurez une résistance moyenne-élevée, il se peut que vous ayez trop de résidus de flux sur la carte. Le HV5523 a des broches à pas très fin et vous ne pouvez pas voir si elles sont pontées sous le circuit intégré. Donnez à votre planche une chance de se rafraîchir si vous la retravaillez pendant longtemps.

Une fois les composants basse tension assemblés, exécutez un programme qui fera défiler tous les chiffres du registre à décalage. Utilisez un analyseur logique ou un multimètre pour confirmer que les broches sont tirées LOW au moment prévu. Assurez-vous également que votre RTC et les autres appareils répondent comme prévu.

Soudez le HVPS, puis les tubes nixie. Pour les tubes Nixie, soudez 1 patte à la fois et ne laissez pas la chaleur allumée trop longtemps. S'il est possible, maintenez la jambe entre le PCB et le verre avec une pince pour faire office de dissipateur thermique. Laissez les tubes refroidir entre chaque bras de soudure.

Si vous rencontrez des problèmes avec une pièce qui ne fonctionne pas et que vous ne savez pas s'il s'agit d'un joint de soudure, vous pouvez essayer la soudure "dead bug". Retirez la puce de la carte et utilisez un fil fin pour souder directement à chaque pastille. Assurez-vous d'utiliser du fil avec un revêtement en émail afin qu'aucun des fils ne court ensemble.

Étape 5: Conception de cas

En utilisant les fonctions Eagles MCAD, il est facile d'obtenir un modèle 3D du circuit pour construire un boîtier autour de celui-ci. Des bracelets de montre de taille standard sont disponibles à la pharmacie/au grand magasin. Si vous avez fait des trous de montage dans votre PCB, vous pouvez créer des entretoises dans votre modèle et fixer rapidement la carte. Mes impasses ont fini par être coupées par le tube Nixie et n'étaient pas utilisables - j'ai utilisé Sugru pour m'assurer qu'il reste au même endroit.

Étape 6: Fichiers de projet et problèmes rencontrés

Fichiers Eagle et Solidworks

Code plus robuste

J'ai lié tous les fichiers que j'ai créés en travaillant sur ce projet. Ceux-ci sont téléchargés tels quels, sans édition ni polissage. Je ne sais pas si c'est bon ou mauvais… Vous pouvez voir mon schéma, la conception de la carte, les fichiers Solidworks et le code Arduino. J'ai expliqué les choix que j'ai faits, et ces fichiers devraient vous aider à voir comment implémenter ces choix dans votre propre montre.

Dans les fichiers Eagle, le HV.brd contient les empreintes nixie, HV5523, le connecteur pour le HVPS et l'APDS-9960. APDS-9960 se trouve sur une deuxième page car il est copié à partir du fichier de carte de dérivation 9960 de Sparkfun. Le Schematic.brd contient tous les éléments basse tension. Je pense que les bibliothèques nécessaires sont toutes incluses.

Le dossier Solidworks est un énorme gâchis - L'exportation à partir d'eagle a créé des fichiers individuels pour chaque résistance et a tout vidé. "Assem8" est le fichier à regarder pour voir tout ce qui est apparié et assemblé. Les dossiers "Exporter" sont des fichiers STL avec des paramètres différents des tests.

L'esquisse Arduino dans le premier code est ce qui est présenté dans la vidéo de la page suivante et c'est ce qui est utilisé pour tous les documents de ce document. Le deuxième lien a une révision plus récente qui inclut plusieurs modes d'affichage. Si le RTC se réinitialise sur ce croquis, il réglera l'heure à midi lors de la prochaine mise sous tension. C'est ainsi que la montre peut être utilisée comme une horloge de bureau qui est toujours branchée.

Si vous décidez d'utiliser mes fichiers comme point de départ, vous devez être conscient de quelques problèmes que je n'ai pas résolus.

1. L'APDS-9960 n'est pas compatible avec le noyau Attiny Arduino. La détection de proximité fonctionne, mais je ne parviens pas à obtenir que le code capte de manière fiable le signal d'interruption pour les gestes.
2. L'en-tête du FAI est mis en miroir et l'une des broches n'était pas connectée.
3. L'en-tête ISP VCC va du mauvais côté du régulateur de tension. S'il n'est pas déconnecté, le régulateur de tension fera instantanément frire
4. Le support de batterie CR chevauche l'en-tête i2C de quelques mm

Étape 7: Résultat final

À la fin de cette odyssée, j'ai une montre Nixie qui fonctionne. C'est un peu utilisable, mais plus une preuve de concept qu'une montre quotidienne. La deuxième carte a été convertie en horloge de bureau et la troisième carte a été détruite pendant le processus de construction.

Quelques liens utiles si vous allez essayer de concevoir votre propre montre:

Groupe Google Tube Nixie

EEVBlog Nixie Playlist

Exportation Eagle vers Fusion