Relógio de pulso Nixietube: 6 etapas (com fotos)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:36

No ano passado me inspirei nos relógios Nixitube. Eu acho que o visual dos Nixietubes é tão bom. Pensei em implementar isso em um relógio estiloso com funcionalidades inteligentes.

Etapa 1: Protótipo de Quatro Tubos

Comecei criando o esquema eletrônico de um relógio de quatro válvulas. Sendo um estudante de eletrônica, desenvolvi a eletrônica ao longo de vários meses.

Primeiro, uma fonte de alimentação deve ser projetada. Comecei comprando na web uma fonte de alimentação comutada de 170 V pré-fabricada porque não sabia como projetar uma fonte de alimentação que pudesse converter 4,2 V DC de uma bateria em 170 V DC para as válvulas. A PSU pré-fabricada foi 86% eficiente.

Depois de receber a fonte de alimentação, comecei a pesquisar como controlar os Nixietubes. Os Nixietubes que peguei eram tubos de ânodo comuns, o que significa que quando você coloca 170 Vcc no ânodo e GND no cátodo, o tubo acende. Para limitar o fluxo de corrente através do tubo, um resistor deve ser colocado na frente do ânodo. Fazendo com que a corrente seja limitada a 1mA por tubo. Para controlar os diferentes dígitos. Usei registradores de mudança de alta tensão. Esses ICs podem ser controlados por qualquer microcontrolador.

Pois sou um grande fã de IoT (Internet of Things). Decidi fazer um módulo ESP32 e queria obter a hora atual da internet via wi-fi. Eventualmente, eu estava sincronizando um RTC (relógio de tempo real) com o horário da Internet. Permitindo-me poupar energia e ter sempre o tempo disponível mesmo sem acesso à Internet.

Pensei em maneiras de verificar a hora e pensei em usar um acelerômetro que usava para rastrear o movimento do meu pulso. Quando eu viro meu pulso para poder ler as horas. O relógio vai disparar e mostrar para mim.

Também implementei três botões ativados por toque para que pudesse fazer um menu simples onde pudesse definir diferentes funções.

Dois LEDs RGB tinham que dar um bom brilho de volta aos tubos.

Também pensei em uma maneira de carregar a bateria. Portanto, comecei a carregá-lo usando um módulo de carregador QI sem fio. Este módulo me deu uma saída de 5V. Este módulo conectado a um circuito de carga me permitiu carregar a pequena bateria de 300 mAh.

Quando o projeto eletrônico ficou pronto e todos os sub-circuitos foram testados, comecei a projetar a PCB (Placa de Circuito Impresso). Estava fazendo maquetes com papel e as peças (foto 1). Medir a largura, altura e comprimento de cada componente foi um processo meticuloso. Após semanas de design e layout do PCB, eles foram encomendados e enviados para mim. (foto 2).

Durante cada etapa do caminho, criei programas de teste para todas as partes do relógio. Desta forma, o software final pode ser facilmente copiado em conjunto.

A soldagem de cada componente poderia começar e me levou cerca de um dia.

Testar e montar o relógio inteiro (Figura 3, 4, 5, 6, 7) Funcionou.

Imprimi em 3D uma caixa para o relógio e acabei descobrindo que o relógio era muito grande. Então decidi criar um novo e fiz do relógio de quatro válvulas um protótipo.

Etapa 2: o novo design

Achando o relógio de quatro válvulas muito grande, comecei a diminuir o design eletrônico. Primeiro, usando apenas dois tubos em vez de quatro. Em segundo lugar, usando componentes menores e fazendo meu próprio conversor boost de 170V do zero. Implementar o ESP32 MCU (Micro Controller Unit) sozinho em vez de usar um módulo também tornou o design muito menor.

Usando um software de design 3D (Figura 1), projetei uma caixa e encaixei todos os componentes elétricos perfeitamente dentro dela. Ao dividir a parte eletrônica em três placas, consegui usar o espaço dentro do gabinete com mais eficiência.

Novos eletrônicos foram projetados:

- Escolhido um novo acelerômetro mais eficiente em termos de energia.

-Alterado os botões de toque para um interruptor de várias posições.

-Usado um novo circuito de carregamento.

-Alterado o carregamento sem fio para carregamento USB porque eu queria uma caixa de alumínio.

-Usado um processador de baixo consumo de energia para economizar ainda mais energia.

- Escolheu um novo LED de fundo.

-Usado um medidor de bateria IC para rastrear o nível da bateria.

Etapa 3: montagem dos eletrônicos

Depois de meses projetando o novo relógio, ele também poderia ser montado. Usei algumas ferramentas disponíveis na minha escola para soldar os CI's Tiny pitched (Figura 4). Demorei vários dias porque tive alguns problemas, mas acabei por fazer a electrónica funcionar (Figura 5).

Etapa 4: Projetando o caso

Eu projetei o caso em paralelo com o projeto da eletrônica. A cada vez, verifique em um software de computador 3D se todos os componentes caberiam. Antes de fresar a caixa por CNC (Computer Numerical Control), um protótipo impresso em 3D foi feito para garantir que tudo caberia. (Figura 1, 2)

Depois que o projeto do case foi feito e a eletrônica funcionou, comecei a pesquisar como as máquinas CNC devem ser programadas (Figura 3). Um amigo meu que tem conhecimento sobre fresamento CNC me ajudou a programar a máquina CNC. Assim, a moagem pode começar. (Figura 4)

Depois que a fresagem foi concluída, terminei a caixa fazendo furos e polindo a caixa. Tudo se encaixou bem na primeira vez. (Foto 5, 6, 7)

Eu havia projetado uma trava para uma janela de acrílico. Mas a trava foi removida por acidente. Com um cortador a laser cortei uma janela de acrílico que foi colada na parte superior do relógio (Figura 9).

Etapa 5: o software e o aplicativo

O controlador do relógio basicamente dorme o tempo todo para economizar energia. Um processador de baixa potência lê o acelerômetro a cada poucos milissegundos para verificar se meu pulso está girado. Somente quando for girado, ele despertará o processador principal e obterá a hora do RTC e mostrará as horas e os minutos brevemente nos tubos.

O processador principal também verifica o processo de carregamento, verifica se há conexões Bluetooth de entrada, verifica o estado do botão de entrada e reage de acordo.

Se o usuário não estiver mais interagindo com o relógio, o processador principal entrará em hibernação novamente.

Como parte do meu estudo, tivemos que criar um aplicativo. Então pensei em criar o aplicativo para o relógio nixie. O aplicativo foi escrito em xamarin da linguagem da Microsoft é C #.

Tive que criar o aplicativo em holandês, infelizmente. Mas basicamente há uma guia de conexão que mostra os relógios nixie encontrados (Figura 1). Depois disso, as configurações do relógio são baixadas. Essas configurações são salvas no relógio. Uma guia para sincronizar a hora de forma manual ou automática obtendo a hora do seu smartphone (Figura 2). Uma guia para alterar as configurações do relógio (figura 5). E por último, mas não menos importante, uma guia de status que mostra o status da bateria. (Figura 6)

Etapa 6: recursos e impressão

O relógio apresenta:

- Dois pequenos tubos nixie do tipo z5900m.

- Relógio em tempo real preciso.

- Os cálculos mostraram que o tempo de espera de 350 horas era facilmente alcançável.

- Bluetooth para controlar as configurações e definir a hora do relógio, bem como ver o status da bateria.

- Algumas configurações de Bluetooth incluem: Ativação / desativação de animação, acionamento manual ou acelerômetro de tubos, LED de fundo ativado / desativado. Botão programável para ver a temperatura da porcentagem da bateria.

- Acelerômetro para acionar os tubos quando o pulso é girado

- Bateria de 300 mAh.

- Led RGB para múltiplas finalidades.

- Indicador de gás da bateria IC para monitorar com precisão o estado da bateria.

- micro USB para carregar a bateria.

- Um botão multi-direção para acionar, conexão Bluetooth e um botão programável para leitura de temperatura ou status da bateria, definindo a hora manualmente.

- Carcaça fresada CNC em Alumínio.

- Janela de acrílico para proteção

- Aplicativo de telefone Bluetooth.

- Sincronização de tempo opcional via WiFi.

- Motor de vibração opcional para indicar notificações de smartphone como Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Primeiro as horas, depois os minutos.

O software para o MCU do relógio é escrito em C ++, C e assembler.

O software do aplicativo foi escrito em xamarin C #.

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