تماشای لوله نیکسی: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

من در اوایل سال جاری یک ساعت ساختم تا ببینم آیا می توانم چیزی کاربردی بسازم. من 3 الزام اصلی طراحی داشتم

1. زمان دقیق را حفظ کنید
2. باتری تمام روز داشته باشید
3. آنقدر کوچک باشید که راحت بپوشید

من موفق شدم 2 شرط اول را برآورده کنم ، اما مورد سوم کمی پیچیده است. شما متوجه این طرح می شوید که روی مچ دست نشسته است ، اما قابل استفاده نیست. من می خواهم فرایند طراحی را مرور کنم و نشان دهم که در این پروژه چه چیزی درست و چه چیزی اشتباه بوده است. من فایل ها را برای استفاده ارسال می کنم ، اما همانطور که توضیح می دهم توصیه می کنم هنگام ساختن مدل خود ، برخی از انتخاب های طراحی را تغییر دهید.

هشدار ایمنی

این پروژه شامل بستن دستگاهی به مچ دست شما است که 150 ولت DC تولید می کند. در صورت عدم توجه ، این امر به طور جدی صدمه می زند یا باعث آسیب می شود.

مرحله 1: قطعات مورد نیاز

هنگامی که ساعت خود را طراحی می کنید ، باید با انتخاب اجزای خود شروع کنید.

لوله های نیکسی

کوچکتر بهتر. من از IN-17 استفاده کردم که رد پای کمی دارد ، اما نسبتاً بلند است. لوله ای که دارای سربی زیر عدد است ممکن است بتواند در ناحیه کوچکتری فشرده شود.

منبع تغذیه ولتاژ بالا

از آنجا که این باتری کار می کند ، ما باید 3 ولت پوند را به حداقل 150 ولت تبدیل کنیم. من از برد Taylor Electronics 1363 استفاده کردم. این امکان وجود دارد که تخته خود را طراحی کنید ، اما باید به طراحی آن توجه زیادی داشته باشید. استفاده از یک تخته از پیش ساخته شده به من اجازه داد تا اندازه تخته را به نصف آنچه که با لحیم کاری دستی می شود کاهش دهم ، و در نهایت کارآمدتر و زنگ کمتری نسبت به طرح من داشت.

کلیدهای ولتاژ بالا

بیشتر میکروکنترلرها 3-5 ولت کار می کنند نه 150 ولت. برای برقراری ارتباط با آنها به یک شیفت رجیستر ، ترانزیستور یا سایر دستگاههای سوئیچینگ با ولتاژ بالا نیاز داریم. من برای این برد از HV5523 Shift Register استفاده کردم - از نظر فنی آنها به منطق 5 ولت نیاز دارند اما متوجه شدم آنها بدون مشکل 3.3 ولت کار می کنند.

میکروکنترلر

کوچکترین MCU که دارای پین کافی برای اجرای همه دستگاه های شما است مورد نیاز است. برای این کار از ATMega2560 استفاده نکنید زیرا بیش از حد است. من ATTiny841 را انتخاب کردم زیرا دقیقاً تعداد IO مورد نیاز را داشت و از Arduino IDE پشتیبانی می کرد.

RTC

برای حفظ زمان دقیق به تراشه RTC نیاز دارید. من از DS3231 استفاده کردم.

قسمت های دیگر

• تنظیم کننده ولتاژ

• رابط برای تنظیم زمان یا روشن کردن صفحه نمایش

  من از یک سنسور حرکت/مجاورت APDS-9960 با موفقیت محدود استفاده کردم

• راهی برای اطمینان از اینکه همه چیز در حال کار است

  من یک پورت سریال نمایان شده و یک LED RGB داشتم تا وضعیت دستگاه فعلی را نشان دهد

• همچنین ممکن است روشی را برای شارژ باتری بدون برداشتن آن بخواهید.

مرحله 2: مرور عملکردی

من برخی از یادداشت های اولیه خود را برای برنامه ریزی طرح مدار و یک بلوک دیاگرام از اجزای اصلی آنچه که در نهایت از آنها استفاده کردم بارگذاری کرده ام.

طرف ولتاژ بالا دارای HVPS است که +150 ولت را از طریق مقاومت محدود کننده جریان به پایانه آند مشترک (+) لوله های نیکسی تأمین می کند. Shift Register به هر یک از ارقام لوله ها متصل می شود. Shift Register یک دستگاه Open Drain است. هر پین را می توان مستقیماً به زمین وصل کرد یا از مدار جدا شد. این بدان معناست که تمام سیم های جدا شده لوله نیکسی در صورت عدم استفاده 150 ولت اندازه گیری می کنند.

سمت ولتاژ پایین دارای تنظیم کننده باک/تقویت کننده 3.3 ولت است که ولتاژ را از باتری لیپو تنظیم می کند. این امر با کاهش ولتاژ لیپو از 3.7 به 3.0 ولت ، مدار را در 3.3 ولت نگه می دارد. اتوبوس Attiny841 i2C به سنسور حرکت و RTC متصل می شود. اتصال LED و سریال RGB نشان داده نشده است.

هنگام اجرای MCU ، سنسور حرکت را برای اطلاعات نزدیکی بررسی می کند. برای جلوگیری از فعال شدن صفحه نمایش ، لازم است سنسور حداقل 1 ثانیه باز شود ، سپس حداقل 1 ثانیه پوشانده شود ، سپس برای فعال کردن یک عمل ، باز شود. نسخه اولیه ساعت زمان را یکبار نمایش می دهد همانطور که در آخرین تصویر توضیح داده شده است. من آن را به روز کرده ام تا بتواند با نگه داشتن طولانی مدت سنسور روی حالت همیشه روشن قرار گیرد.

مرحله 3: طراحی تخته

من در مورد نحوه ساخت PCB به جزئیات زیادی نمی پردازم زیرا اطلاعات زیادی در این زمینه وجود دارد. برخی از ردپای مفید لوله نیکسی در اینجا موجود است.

هنگامی که PCB خود را طراحی کردم ، دو تخته کوچکتر را روی هم چیدم تا ردپایی را که هنگام مچ دست من بسته می شود کاهش دهد. به نظرم چاپ و برش یک نسخه کاغذی از PCB مفید بود تا مطمئن شوم که تمام رد پای من در یک خط قرار گرفته و اتصالات تراز شده اند. با اجازه فضا سعی کنید پدهای شکست را برای i2C و دیگر خطوط داده بگذارید تا در حین آزمایش نیز کاوش یا لحیم شوند.

Eagle دارای ویژگی است که به شما امکان می دهد یک مدل سه بعدی را به یک جزء اختصاص دهید ، سپس یک مدل سه بعدی از برد خود را به برنامه دیگری صادر کنید. وقتی از آن استفاده می کردم اشکال داشت اما برای اطمینان از عدم تداخل قطعات با یکدیگر بسیار مفید است.

برای صرفه جویی در فضا ، من یک شارژر باتری را داخل ساعت قرار ندادم. در عوض من برخی از اتصالات زن DuPont را در کنار ساعت دارم. آخرین تصویر از این مجموعه سیم کشی مورد استفاده را نشان می دهد. سمت چپ داخل ساعت است ، سمت راست بیرون است. برای شارژ ساعت ، سیم های بیرونی را به شارژر خارجی وصل می کنید. خط آبی نزدیک باتری منفی نشان دهنده یک شکاف کلید دار برای جلوگیری از قرار دادن شارژر به عقب است. برای روشن کردن ساعت ، از یک کابل بلوز کوچک (سبز) برای اتصال باتری + به VCC مدار واقعی استفاده می کنید. این باعث می شود در صورت بروز مشکل ، خطای سریع ایجاد شود. به دلیل چیدمان شما نمی توانید به طور تصادفی کوتاه کنید یا مدار را به عقب متصل کنید.

مرحله 4: مونتاژ PCB

من تخته های خود را از OSHPark سفارش دادم زیرا آنها بسیار سریع ، ارزان و دارای رنگ بنفش دوست داشتنی بودند: D

همچنین از هر برد 3 عدد دریافت می کنید ، بنابراین می توانید 2 ساعت بسازید و یک صفحه سوم برای آزمایش روی آن داشته باشید.

ابتدا بسته های QFN را با هوای گرم انجام دهید ، سپس همه چیز را با قطعات کوچکتر با دست لحیم کنید. لوله های نیکسی یا HVPS خود را سیم کشی نکنید. اگر استنسیل لحیم کاری و توستر دارید ، کار شما بسیار خوب است. برای بررسی وجود شورت روی PCB خود از اهم متر استفاده کنید. اگر مقاومت متوسط متوسط را کوتاه اندازه گیری کنید ، ممکن است مقدار زیادی باقی مانده شار روی تخته داشته باشید. HV5523 دارای پین های بسیار ظریف است و نمی توانید ببینید آیا آنها زیر IC قرار گرفته اند یا خیر. اگر به مدت طولانی در حال کار مجدد آن هستید ، به هیئت مدیره خود فرصت دهید تا خنک شود.

هنگامی که اجزای ولتاژ پایین مونتاژ شدند ، برنامه ای را اجرا کنید که تمام ارقام موجود در شیفت رجیستر را دور بزند. از یک آنالیزور منطقی یا مولتی متر برای تأیید اینکه پین ها در پایین انتظار کشیده می شوند ، استفاده کنید. همچنین مطمئن شوید که RTC و سایر دستگاه های شما مطابق انتظار پاسخ می دهند.

HVPS ، سپس لوله های نیکسی را لحیم کنید. برای لوله های نیکسی 1 پا را لحیم کنید و حرارت را زیاد روشن نکنید. در صورت امکان ، پای خود را بین PCB و شیشه با انبردست نگه دارید تا به عنوان هیت سینک عمل کند. به لوله ها فرصت دهید تا بین لحیم کاری هر پا سرد شوند.

اگر با قطعه ای که کار نمی کند مشکل دارید و نمی دانید که اتصال دهنده لحیم کاری است ، می توانید لحیم کاری "dead bug" را امتحان کنید. تراشه را از روی تخته بردارید و از سیم خوب برای لحیم مستقیم هر پد استفاده کنید. مطمئن شوید که از سیم با روکش مینای دندان استفاده می کنید تا هیچ یک از سیم ها با هم کوتاه نشوند.

مرحله 5: طراحی مورد

با استفاده از توابع Eagles MCAD ، به راحتی می توان یک مدل سه بعدی از مدار را تهیه کرد تا قاب اطراف آن ایجاد شود. بندهای ساعت با اندازه استاندارد در داروخانه/فروشگاه بزرگ موجود است. اگر سوراخ نصب روی PCB خود ایجاد کرده اید ، می توانید در مدل خود مشکل ایجاد کنید و به سرعت تخته را محکم کنید. مشکلات من به وسیله لوله نیکسی قطع شد و قابل استفاده نبود - من از Sugru برای اطمینان از ثابت ماندن آن در یک مکان استفاده کردم.

مرحله 6: فایلهای پروژه و مشکلات پیش روی آنها

فایلهای Eagle و Solidworks

کد قوی تر

من تمام پرونده هایی را که هنگام کار بر روی این پروژه ایجاد کرده ام پیوند داده ام. اینها همانطور که هستند بارگذاری می شوند ، بدون ویرایش یا پرداخت. مطمئن نیستم که این خوب است یا بد … شما می توانید طرح کلی ، طراحی تابلو ، فایل های Solidworks و کد Arduino را مشاهده کنید. من توضیح دادم که چه انتخاب هایی کردم ، و این فایل ها باید به شما کمک کنند که چگونه این انتخاب ها را در ساعت شخصی خود پیاده سازی کنید.

در فایلهای Eagle ، HV.brd شامل رد پای Nixie ، HV5523 ، کانکتور HVPS و APDS-9960 است. APDS-9960 در صفحه دوم قرار دارد زیرا از فایل برد بریکت 9960 Sparkfun کپی شده است. Schematic.brd شامل همه موارد فشار قوی است. من فکر می کنم کتابخانه های مورد نیاز همه گنجانده شده است.

پوشه Solidworks یک آشفتگی بزرگ است - صادرات از عقاب فایل های جداگانه ای برای هر مقاومت ایجاد کرده و همه چیز را ریخته است. "Assem8" فایلی است که برای مشاهده همه چیز جفت شده و مونتاژ شده باید به آن نگاه کنید. پوشه های "Export" فایلهای STL هستند که دارای پارامترهای متفاوت از آزمایش هستند.

طرح آردوینو در کد اول همان چیزی است که در ویدیو در صفحه بعدی نشان داده شده است و برای همه اسناد موجود در این سند استفاده می شود. پیوند دوم دارای یک نسخه جدیدتر است که شامل چندین حالت نمایش است. اگر RTC روی این طرح بازنشانی شود ، زمان روشن شدن بعدی زمان را روی 12 ظهر تنظیم می کند. از این رو می توان از ساعت به عنوان ساعت رومیزی که همیشه به برق متصل است استفاده کرد.

اگر تصمیم دارید از فایل های من به عنوان نقطه شروع استفاده کنید ، باید از چند مسئله ای که من آنها را حل نکرده ام آگاه باشید.

1. APDS-9960 با Attiny Arduino Core سازگار نیست. تشخیص مجاورت کار می کند ، اما من نمی توانم کد را برای اطمینان از سیگنال وقفه برای حرکات دریافت کنم.
2. سرصفحه ISP آینه شده است و یکی از پین ها متصل نشده است.
3. هدر ISC VCC به سمت اشتباه تنظیم کننده ولتاژ می رود. اگر این دستگاه قطع نشود ، تنظیم کننده ولتاژ فوراً سرخ می شود
4. نگهدارنده باتری CR چند میلی متر با سربرگ i2C همپوشانی دارد

مرحله 7: نتیجه نهایی

در پایان این ادیسه من یک ساعت Nixie کار می کنم. تا حدودی قابل استفاده است ، اما بیشتر اثبات مفهوم است تا ساعت مچی روزانه. تخته دوم به ساعت رومیزی تبدیل شد و تخته سوم در حین ساخت از بین رفت.

اگر قصد دارید ساعت خود را طراحی کنید ، برخی از پیوندهای مفید:

گروه Google Nixie Tube

لیست پخش EEVBlog Nixie

صادرات عقاب به فیوژن