นาฬิกาข้อมือ Nixietube: 6 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

ปีที่แล้วฉันได้รับแรงบันดาลใจจากนาฬิกา Nixitube ฉันคิดว่ารูปลักษณ์ของ Nixietubes นั้นดีมาก ฉันคิดถึงการนำสิ่งนี้ไปใช้กับนาฬิกาที่มีสไตล์พร้อมฟังก์ชันอันชาญฉลาด

ขั้นตอนที่ 1: ต้นแบบสี่หลอด

ฉันเริ่มต้นด้วยการสร้างแผนผังอิเล็กทรอนิกส์สำหรับนาฬิกาสี่หลอด การเป็นนักเรียนอิเล็กทรอนิกส์ ฉันพัฒนาอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เป็นเวลาหลายเดือน

ก่อนอื่นต้องออกแบบแหล่งจ่ายไฟ ฉันเริ่มต้นด้วยการซื้อแหล่งจ่ายไฟโหมดสวิตช์ 170V ที่สร้างไว้ล่วงหน้าจากเว็บเพราะฉันไม่รู้วิธีออกแบบแหล่งจ่ายไฟซึ่งสามารถแปลง 4.2V DC จากแบตเตอรี่เป็น 170V DC สำหรับหลอดได้ PSU ที่ทำไว้ล่วงหน้านั้นมีประสิทธิภาพ 86%

หลังจากได้รับแหล่งจ่ายไฟ ฉันเริ่มค้นคว้าวิธีควบคุม Nixietubes Nixietubes ฉันได้มาจากหลอดแอโนดทั่วไปซึ่งหมายความว่าเมื่อคุณใส่ 170V DC บนแอโนดและ GND บนแคโทดหลอดจะเรืองแสง เพื่อจำกัดกระแสไหลในท่อ ต้องวางตัวต้านทานไว้ด้านหน้าแอโนด ทำให้กระแสถูกจำกัดไว้ที่ 1mA ต่อหลอด เพื่อควบคุมตัวเลขต่างๆ ฉันใช้การลงทะเบียนกะไฟฟ้าแรงสูง IC เหล่านี้สามารถควบคุมได้โดยไมโครคอนโทรลเลอร์

เนื่องจากฉันเป็นแฟนตัวยงของ IoT (Internet of Things) ฉันตัดสินใจใช้โมดูล ESP32 และต้องการรับเวลาปัจจุบันจากอินเทอร์เน็ตผ่าน WiFi ในที่สุดฉันก็ซิงโครไนซ์ RTC (นาฬิกาเรียลไทม์) กับเวลาอินเทอร์เน็ต ช่วยให้ประหยัดพลังงานและมีเวลาว่างอยู่เสมอแม้ไม่มีอินเทอร์เน็ต

ฉันคิดหาวิธีตรวจสอบเวลาและคิดหามาตรความเร่งซึ่งฉันเคยติดตามการเคลื่อนไหวของข้อมือ เมื่อฉันหมุนข้อมือเพื่อจะได้อ่านเวลา นาฬิกาจะกระตุ้นและแสดงให้ฉันเห็น

ฉันยังใช้ปุ่มที่เปิดใช้งานแบบสัมผัสสามปุ่ม เพื่อสร้างเมนูง่ายๆ ที่ฉันสามารถตั้งค่าฟังก์ชันต่างๆ ได้

ไฟ LED RGB สองดวงต้องให้แสงด้านหลังที่สวยงามแก่หลอด

ฉันยังคิดหาวิธีชาร์จแบตเตอรี่ ดังนั้นฉันจึงคิดชาร์จโดยใช้โมดูลเครื่องชาร์จ QI ไร้สาย โมดูลนี้ให้เอาต์พุต 5V แก่ฉัน โมดูลนี้เชื่อมต่อกับวงจรการชาร์จทำให้ฉันสามารถชาร์จแบตเตอรี่ 300 mAh ขนาดเล็กได้

เมื่อการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์พร้อมและทุกวงจรย่อยที่ทดสอบแล้ว ผมก็เริ่มออกแบบ PCB (แผงวงจรพิมพ์) ฉันกำลังสร้างแบบจำลองด้วยกระดาษและชิ้นส่วนต่างๆ (ภาพที่ 1) การวัดความกว้าง ความสูง และความยาวของทุกส่วนประกอบเป็นกระบวนการที่ต้องใช้ความอุตสาหะ หลังจากสัปดาห์ของการออกแบบและวาง PCB พวกเขาได้รับคำสั่งและจัดส่งให้ฉัน (ภาพที่ 2).

ในทุกขั้นตอนของการทำงาน ฉันได้สร้างโปรแกรมทดสอบสำหรับทุกส่วนของนาฬิกา วิธีนี้ทำให้สามารถคัดลอกซอฟต์แวร์สุดท้ายเข้าด้วยกันได้อย่างง่ายดาย

การบัดกรีส่วนประกอบทุกชิ้นสามารถเริ่มต้นและใช้เวลาประมาณหนึ่งวัน

ทดสอบและประกอบนาฬิกาทั้งหมดเข้าด้วยกัน (ภาพที่ 3, 4, 5, 6, 7) ได้ผล

ฉันพิมพ์เคส 3 มิติสำหรับนาฬิกาและพบว่านาฬิกามีขนาดใหญ่เกินไป ดังนั้นฉันจึงตัดสินใจสร้างนาฬิกาเรือนใหม่และทำให้นาฬิกาสี่หลอดเป็นแบบอย่าง

ขั้นตอนที่ 2: การออกแบบใหม่

เมื่อพบว่านาฬิกาสี่ท่อใหญ่เกินไป ฉันจึงเริ่มลดขนาดการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ขั้นแรกโดยใช้เพียงสองหลอดแทนสี่หลอด ประการที่สองโดยใช้ส่วนประกอบที่มีขนาดเล็กลงและสร้างตัวแปลงบูสต์ 170V ของตัวเองตั้งแต่เริ่มต้น การใช้ ESP32 MCU (Micro Controller Unit) ด้วยตัวเองแทนที่จะใช้โมดูลทำให้การออกแบบมีขนาดเล็กลงมาก

การใช้ซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ออกแบบ 3 มิติ (ภาพที่ 1) ฉันออกแบบเคสและใส่ส่วนประกอบไฟฟ้าทั้งหมดให้เรียบร้อยภายใน ด้วยการแบ่งอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ออกเป็นสามบอร์ด ฉันจึงสามารถใช้พื้นที่ในเคสได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใหม่ที่ออกแบบ:

- เลือกมาตรความเร่งที่ประหยัดพลังงานมากขึ้น

-เปลี่ยนปุ่มสัมผัสสำหรับสวิตช์หลายตำแหน่ง

- ใช้วงจรชาร์จใหม่

-เปลี่ยนการชาร์จแบบไร้สายสำหรับการชาร์จ USB เพราะฉันต้องการตัวเรือนอะลูมิเนียม

- ใช้โปรเซสเซอร์ที่ใช้พลังงานต่ำเพื่อประหยัดพลังงานเพิ่มเติม

- เลือก LED พื้นหลังใหม่

- ใช้ IC เกจวัดแบตเตอรี่เพื่อติดตามระดับแบตเตอรี่

ขั้นตอนที่ 3: การประกอบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

หลังจากออกแบบนาฬิกาเรือนใหม่เป็นเวลาหลายเดือนก็สามารถประกอบได้ ฉันใช้เครื่องมือบางอย่างที่มีในโรงเรียนเพื่อประสาน Tiny pitched IC (ภาพที่ 4) ฉันใช้เวลาหลายวันเพราะฉันพบปัญหาบางอย่าง แต่ในที่สุดฉันก็ทำให้อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้งานได้ (ภาพที่ 5)

ขั้นตอนที่ 4: การออกแบบเคส

ฉันออกแบบเคสควบคู่ไปกับการออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ ทุกครั้งที่ตรวจสอบในซอฟต์แวร์คอมพิวเตอร์ 3 มิติว่าทุกองค์ประกอบเหมาะสมหรือไม่ ก่อนที่ CNC (Computer Numerical Control) จะกัดเคส เครื่องพิมพ์ 3D ต้นแบบถูกสร้างขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าทุกอย่างจะพอดี (ภาพที่ 1, 2)

หลังจากออกแบบเคสเสร็จแล้วและอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทำงาน ฉันก็เริ่มค้นคว้าเกี่ยวกับวิธีการตั้งโปรแกรมเครื่อง CNC (ภาพที่ 3) เพื่อนของฉันที่มีความรู้เกี่ยวกับการกัด CNC ช่วยฉันตั้งโปรแกรมเครื่อง CNC ดังนั้นการโม่จึงเริ่มต้นขึ้น (ภาพที่ 4)

หลังจากการกัดเสร็จสิ้น ฉันทำเคสให้เสร็จโดยเจาะรูและขัดตัวเรือน ทุกอย่างลงตัวตั้งแต่ครั้งแรก (ภาพที่ 5, 6, 7)

ฉันออกแบบสลักสำหรับหน้าต่างอะครีลิค แต่สลักถูกสีออกโดยบังเอิญ ฉันใช้เครื่องตัดเลเซอร์เพื่อตัดหน้าต่างอะครีลิกซึ่งติดอยู่ที่ด้านบนของนาฬิกา (ภาพที่ 9)

ขั้นตอนที่ 5: ซอฟต์แวร์และแอพ

ตัวควบคุมบนนาฬิกาโดยทั่วไปจะหลับตลอดเวลาเพื่อประหยัดพลังงาน โปรเซสเซอร์ที่ใช้พลังงานต่ำจะอ่านมาตรความเร่งทุกๆ สองสามมิลลิวินาทีเพื่อตรวจสอบว่าข้อมือของฉันถูกหมุนหรือไม่ เมื่อหมุนเท่านั้น โปรเซสเซอร์หลักจะปลุกการทำงานและรับเวลาจาก RTC และจะแสดงชั่วโมงและนาทีสั้นๆ บนหลอด

โปรเซสเซอร์หลักยังตรวจสอบกระบวนการชาร์จ ตรวจสอบการเชื่อมต่อ Bluetooth ที่เข้ามา ตรวจสอบสถานะของปุ่มอินพุตและตอบสนองตามนั้น

หากผู้ใช้ไม่โต้ตอบกับนาฬิกาอีกต่อไป โปรเซสเซอร์หลักจะเข้าสู่โหมดสลีปอีกครั้ง

ในการศึกษาของฉัน เราต้องสร้างแอป ดังนั้นฉันจึงคิดว่าจะสร้างแอปสำหรับนาฬิกา nixie แอพเขียนด้วย xamarin จากภาษา Microsoft คือ C #

ฉันต้องสร้างแอพในภาษาดัตช์อย่างน่าเสียดาย แต่โดยทั่วไปมีแท็บการเชื่อมต่อซึ่งแสดงนาฬิกา nixie ที่พบ (ภาพที่ 1) หลังจากนั้นการตั้งค่าจากนาฬิกาจะถูกดาวน์โหลด การตั้งค่าเหล่านี้ถูกบันทึกไว้ในนาฬิกา แท็บสำหรับซิงโครไนซ์เวลาด้วยตนเองหรือโดยอัตโนมัติโดยรับเวลาจากสมาร์ทโฟนของคุณ (ภาพที่ 2) แท็บสำหรับเปลี่ยนการตั้งค่านาฬิกา (ภาพที่ 5) และสุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุดคือแท็บสถานะที่แสดงสถานะแบตเตอรี่ (ภาพที่ 6)

ขั้นตอนที่ 6: คุณสมบัติและความประทับใจ

คุณสมบัตินาฬิกา:

- หลอดนิกซี่ขนาดเล็ก 2 หลอด ประเภท z5900m

- นาฬิกาเวลาจริงที่แม่นยำ

- การคำนวณพบว่าเวลาสแตนด์บาย 350 ชั่วโมงทำได้อย่างง่ายดาย

- Bluetooth สำหรับควบคุมการตั้งค่าและตั้งเวลาของนาฬิกาตลอดจนดูสถานะแบตเตอรี่

- การตั้งค่า Bluetooth บางอย่างรวมถึง: เปิด/ปิดแอนิเมชัน, การเรียกใช้หลอดด้วยตนเองหรือมาตรความเร่ง, เปิด/ปิดไฟ LED ที่พื้นหลัง ปุ่มตั้งโปรแกรมเพื่อดูอุณหภูมิของเปอร์เซ็นต์แบตเตอรี่

- มาตรความเร่งสำหรับกระตุ้นท่อเมื่อหมุนข้อมือ

- แบตเตอรี่ 300 mAh

- RGB นำเพื่อวัตถุประสงค์หลายอย่าง

- IC เกจวัดแก๊สแบตเตอรี่สำหรับตรวจสอบสถานะแบตเตอรี่อย่างแม่นยำ

- micro USB สำหรับชาร์จแบตเตอรี่

- ปุ่มหลายทิศทางหนึ่งปุ่มสำหรับการทริกเกอร์ การเชื่อมต่อ Bluetooth และปุ่มที่ตั้งโปรแกรมได้สำหรับการอ่านอุณหภูมิหรือสถานะแบตเตอรี่ การตั้งเวลาด้วยตนเอง

- ตัวเรือน CNC กลึงจากอลูมิเนียม

- หน้าต่างอะคริลิคสำหรับป้องกัน

- แอปพลิเคชั่นโทรศัพท์ Bluetooth

- การซิงโครไนซ์เวลาเสริมผ่าน WiFi

- มอเตอร์สั่นเสริมเพื่อระบุการแจ้งเตือนของสมาร์ทโฟนเช่น Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS…

- แสดงชั่วโมงก่อนแล้วจึงแสดงนาที

ซอฟต์แวร์สำหรับ MCU บนนาฬิกาเขียนด้วยภาษา C++, C และแอสเซมเบลอร์

ซอฟต์แวร์สำหรับแอปเขียนด้วย xamarin C#

รางวัลที่หนึ่งในการประกวดอุปกรณ์สวมใส่