Nixie Tüp İzle: 7 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:19

İşlevsel bir şey yapıp yapamayacağımı görmek için bu yılın başlarında bir saat yaptım. 3 ana tasarım gereksinimim vardı

1. Doğru zamanı koru
2. Tüm gün pil ömrüne sahip olun
3. Rahatça giyecek kadar küçük olun

İlk 2 gereksinimi karşılamayı başardım, ancak üçüncüsü biraz gergin. Bu tasarımın bileğinize oturduğunu fark ediyorsunuz ama kullanılamaz durumda değil. Tasarım sürecini gözden geçirmek ve bu projede neyin doğru neyin yanlış olduğunu göstermek istiyorum. Kullanılacak dosyaları yayınlayacağım ama anlatacağım gibi kendi modelinizi yaparken bazı tasarım seçimlerini değiştirmenizi tavsiye ederim.

Güvenlik uyarısı

Bu proje, 150V DC üreten bir cihazı bileğinize bağlamayı içerir. Dikkat etmezseniz bu ciddi şekilde canınızı yakar veya yaralanmanıza neden olur.

Adım 1: Gerekli Parçalar

Saatinizi tasarlarken, bileşenlerinizi seçerek başlamanız gerekir.

Nixie Tüpler

Ne kadar küçükse o kadar iyi. Az yer kaplayan, ancak oldukça uzun olan IN-17'yi kullandım. Sayının altında çıkan kablolara sahip bir tüp daha küçük bir alana sıkışabilir.

Yüksek Gerilim Güç Kaynağı

Bu pille çalıştığı için ~3V'u en az 150V'a dönüştürmemiz gerekiyor. Taylor Electronics 1363 kartı kullandım. Kendi tahtanızı tasarlamanız mümkündür, ancak tasarıma çok dikkat etmeniz gerekecektir. Önceden oluşturulmuş bir tahta kullanmak, tahtanın boyutunu elle lehimlemenin yarısı kadar küçültmeme izin verdi ve sonunda tasarımımdan daha verimli ve daha az çınlama oldu.

Yüksek Gerilim Anahtarları

Çoğu mikrodenetleyici 150V değil 3-5V ile çalışır. Onlarla arayüz oluşturmak için bir kaydırma yazmacına, transistörlere veya yüksek voltaj yapabilen başka bir anahtarlama cihazına ihtiyacımız var. Bu kart için HV5523 Shift Register'ı kullandım - teknik olarak 5V mantığı gerektiriyorlar ancak 3.3V'da sorunsuz çalıştıklarını gördüm.

mikrodenetleyici

Tüm cihazlarınızı çalıştırmak için yeterli pime sahip en küçük MCU gereklidir. Aşırıya kaçtığı için bunun için bir ATMega2560 kullanmayın. ATTiny841'i seçtim çünkü tam olarak gereken IO sayısına sahipti ve Arduino IDE'yi destekliyordu.

RTC

Doğru zamanı korumak için bir RTC çipine ihtiyacınız var. DS3231'i kullandım.

Diğer bölümler

• Voltaj regülatörü

• Saati ayarlamak veya ekranı açmak için arayüz

  Sınırlı bir başarı ile bir APDS-9960 Hareket/Yakınlık sensörü kullandım

• Her şeyin çalıştığından emin olmanın bir yolu

  Mevcut cihaz durumunu göstermek için açık bir seri bağlantı noktam ve bir RGB LED'im vardı

• Pili çıkarmadan şarj etmek için bir yöntem de isteyebilirsiniz.

2. Adım: İşlevsel Genel Bakış

Devre düzenini planlamak için ilk notlarımdan bazılarını ve sonunda kullandıklarımın ana bileşenlerinin bir blok şemasını yükledim.

Yüksek Voltaj tarafında, Nixie Tüplerinin Ortak Anot (+) terminaline bir akım sınırlama direnci aracılığıyla +150V sağlayan HVPS bulunur. Shift Register, tüplerin her bir rakamına bağlanır. Shift Register bir Açık Tahliye cihazıdır. Her pim ya doğrudan toprağa bağlanabilir ya da devreden bağlantısız bırakılabilir. Bu, kullanılmadığında nixie tüpünün tüm bağlantısı kesilmiş uçlarının 150V ölçeceği anlamına gelir.

Alçak Voltaj tarafında, bir lipo pilden gelen voltajı düzenleyen bir 3.3V buck/boost regülatörü bulunur. Bu, lipo voltajı 3,7'den 3,0V'a düştüğü için devreyi 3,3V'da tutar. Attiny841 i2C veri yolu, Hareket sensörüne ve RTC'ye bağlanır. RGB led ve seri bağlantı gösterilmemiştir.

MCU çalıştırıldığında, yakınlık bilgisi için hareket sensörünü kontrol eder. Bir manşonun ekranı tetiklemesini önlemek için, sensörün en az 1 saniye açık kalması, ardından en az 1 saniye örtülmesi ve ardından bir eylemi tetiklemek için açılması gerekir. Saatin ilk versiyonu, son resimde açıklandığı gibi zamanı bir kez gösterecekti. Sensörü daha uzun süre kapalı tutarak her zaman açık moda geçebilmesi için güncelledim.

Adım 3: Pano Tasarımı

Bu konuda zaten çok fazla bilgi olduğu için bir PCB'nin nasıl yapılacağı konusunda çok fazla ayrıntıya girmeyeceğim. Bazı faydalı Nixie Tube ayak izleri burada mevcuttur.

PCB'mi tasarladığımda, bileğime bağlandığında sahip olacağı ayak izini azaltmak için iki küçük tahta istifledim. Tüm ayak izlerimin hizalandığından ve konektörlerin hizalandığından emin olmak için PCB'nin bir kağıt kopyasını yazdırmayı ve kesmeyi faydalı buldum. Alan izin verdiği ölçüde, test sırasında i2C ve diğer veri hatları için de problama veya lehimleme için koparma pedleri bırakmaya çalışın.

Eagle, bir bileşene 3B model atamanıza ve ardından panonuzun 3B modelini başka bir programa aktarmanıza izin veren bir özelliğe sahiptir. Kullanırken sorunluydu ama yine de hiçbir parçanın birbirine müdahale etmeyeceğinden emin olmak için çok kullanışlıydı.

Yerden tasarruf etmek için saatin içine pil şarj cihazı koymadım. Bunun yerine saatin yan tarafında bazı dişi DuPont konektörleri var. Bu setin son görüntüsü kullandığım kablolamayı gösteriyor. Sol taraf saatin içinde, sağ taraf dışarıda. Saati şarj etmek için en dıştaki kabloları harici şarj cihazına bağlarsınız. Pilin eksi yanındaki mavi çizgi, şarj cihazının geriye doğru takılmasını önlemek için anahtarlı bir yuvayı temsil eder. Saati açmak için pili + ile gerçek devrenin VCC'sini köprülemek için küçük bir atlama kablosu (yeşil) kullanın. Bu, sorun olması durumunda hızlı bir arıza güvenliği sağlar. Düzen nedeniyle, devreyi yanlışlıkla kısa devre yaptıramaz veya ters bağlayamazsınız.

Adım 4: PCB Montajı

Panolarımı oldukça hızlı, ucuz ve hoş bir mor renge sahip oldukları için OSHPark'tan sipariş ettim:D

Ayrıca her tahtadan 3 tane alırsınız, böylece 2 saat yapabilir ve test etmek için üçüncü bir tahtaya sahip olabilirsiniz.

QFN paketlerini önce sıcak havayla yapın, ardından daha küçük bileşenlerden başlayarak diğer her şeyi elle lehimleyin. Nixie tüplerinizi veya HVPS'nizi kablolamayın. Bir lehim kalıbınız ve bir tost makinesi fırınınız varsa, o zaman oldukça iyi gidiyorsunuz. PCB'nizde kısa devre olup olmadığını kontrol etmek için bir ohm metre kullanın. Orta-yüksek direnci kısa devre ölçerseniz, tahtada çok fazla akı kalıntısı olabilir. HV5523'ün çok ince eğimli pimleri vardır ve bunların IC altında köprülenip köprülenmediklerini göremezsiniz. Uzun süredir yeniden çalışıyorsanız, tahtanıza soğuma şansı verin.

Alçak gerilim bileşenleri monte edildikten sonra, kaydırma yazmacındaki tüm rakamlar arasında geçiş yapacak bir program çalıştırın. Pimlerin beklendiğinde DÜŞÜK çekildiğini doğrulamak için bir mantık analizörü veya multimetre kullanın. Ayrıca RTC'nizin ve diğer cihazlarınızın beklendiği gibi yanıt verdiğinden emin olun.

HVPS'yi, ardından nixie tüplerini lehimleyin. Nixie Tubes için her seferinde 1 bacağı lehimleyin ve ısıyı çok uzun süre açık bırakmayın. Mümkünse PCB ile cam arasındaki bacağını soğutucu görevi görmesi için pense ile tutun. Tüplere, her bacağı lehimleme arasında soğuma şansı verin.

Bir parçanın çalışmaması ile ilgili sorunlarınız varsa ve bunun lehim bağlantısı olup olmadığını bilmiyorsanız, "ölü böcek" lehimlemeyi deneyebilirsiniz. Çipi tahtadan çıkarın ve her bir pede doğrudan lehimlemek için ince tel kullanın. Emaye kaplamalı tel kullandığınızdan emin olun, böylece tellerin hiçbiri birbirine kısa devre yapmaz.

Adım 5: Kasa Tasarımı

Eagles MCAD fonksiyonlarını kullanarak devrenin 3 boyutlu bir modelini almak ve çevresinde bir durum oluşturmak kolaydır. Standart boyutlu saat kayışları eczanede/mağazada mevcuttur. PCB'nizde montaj delikleri açtıysanız, modelinizde zıtlıklar oluşturabilir ve kartı hızla sabitleyebilirsiniz. Duruşlarım Nixie tüpü tarafından kesildi ve kullanılamaz hale geldi - tek bir yerde kaldığından emin olmak için Sugru'yu kullandım.

Adım 6: Proje Dosyaları ve Karşılaşılan Sorunlar

Eagle ve Solidworks Dosyaları

Daha Sağlam Kod

Bu proje üzerinde çalışırken yaptığım tüm dosyaları bağladım. Bunlar olduğu gibi yüklenir, düzenleme veya cilalama yapılmaz. Bu iyi mi kötü mü emin değilim… Şematik, pano tasarımım, Solidworks dosyalarım ve Arduino kodumu görebilirsiniz. Hangi seçimleri yaptığımı açıkladım ve bu dosyalar, bu seçimleri kendi saatinizde nasıl uygulayacağınızı görmenize yardımcı olacaktır.

Eagle dosyalarında HV.brd, HVPS ve APDS-9960 için bağlayıcı olan HV5523 nixie ayak izlerini içerir. APDS-9960, Sparkfun'un 9960 devre kartı dosyasından kopyalandığı için ikinci sayfadadır. Schematic.brd, tüm alçak gerilim öğelerini içerir. Gerekli kütüphanelerin hepsinin dahil edildiğini düşünüyorum.

Solidworks klasörü büyük bir karmaşa - Eagle'dan dışa aktarma, her direnç için ayrı dosyalar oluşturdu ve her şeyi attı. "Assem8", eşleştirilen ve monte edilen her şeyi görmek için bakılacak dosyadır. "Dışa Aktar" klasörleri, testten farklı parametrelere sahip STL dosyalarıdır.

İlk koddaki Arduino taslağı, bir sonraki sayfadaki videoda gösterilen şeydir ve bu belgedeki tüm belgeler için kullanılan şeydir. İkinci bağlantı, birden çok görüntüleme modunu içeren daha yeni bir revizyona sahiptir. RTC bu çizimde sıfırlanırsa, bir sonraki açılışta zamanı öğlen 12'ye ayarlayacaktır. Bu, saatin her zaman fişe takılı bir masa saati olarak kullanılabilmesi içindir.

Başlangıç noktası olarak benim dosyalarımı kullanmaya karar verirseniz, çözemediğim birkaç sorunun farkında olmalısınız.

1. APDS-9960, Attiny Arduino Core ile uyumlu değildir. Yakınlık algılama çalışıyor, ancak kodun hareketler için kesme sinyalini güvenilir bir şekilde almasını sağlayamıyorum.
2. ISP başlığı yansıtılmış ve pinlerden biri bağlı değil.
3. ISP VCC başlığı, voltaj regülatörünün yanlış tarafına gider. Bu bağlantı kesilmezse voltaj regülatörü anında kızarır.
4. CR pil tutucu, i2C başlığıyla birkaç mm örtüşüyor

7. Adım: Nihai Sonuç

Bu maceranın sonunda, çalışan bir Nixie Watch'ım var. Biraz kullanışlıdır, ancak günlük bir saatten daha çok bir konsept kanıtıdır. İkinci tahta masa saatine dönüştürüldü ve üçüncü tahta yapım sürecinde imha edildi.

Kendi saatinizi tasarlamayı deneyecekseniz bazı faydalı linkler:

Nixie Tüp Google Grubu

EEVBlog Nixie Oynatma Listesi

Eagle'dan Fusion'a ihracat