Reloj de pulsera Nixietube: 6 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

El año pasado me inspiré en los relojes Nixitube. Creo que el aspecto de los Nixietubes es muy agradable. Pensé en implementar esto en un reloj elegante con funcionalidades inteligentes.

Paso 1: Prototipo de cuatro tubos

Comencé creando los esquemas electrónicos para un reloj de cuatro tubos. Siendo un estudiante de electrónica, desarrollé la electrónica durante varios meses.

Primero se debe diseñar una fuente de alimentación. Comencé comprando una fuente de alimentación conmutada de 170 V prefabricada en la web porque no sabía cómo diseñar una fuente de alimentación que pudiera convertir 4,2 V CC de una batería en 170 V CC para los tubos. La fuente de alimentación prefabricada tenía una eficiencia del 86%.

Después de recibir la fuente de alimentación, comencé a investigar cómo controlar los Nixietubes. Los Nixietubes que obtuve eran tubos de ánodo comunes, lo que significa que cuando pones 170 V CC en el ánodo y GND en el cátodo, el tubo brillará. Para limitar la corriente que fluye a través del tubo, se debe colocar una resistencia frente al ánodo. Causando que la corriente se limite a 1 mA por tubo. Para controlar los diferentes dígitos. Usé registros de desplazamiento de alto voltaje. Estos circuitos integrados pueden ser controlados por cualquier microcontrolador.

Ya que soy un gran fan de IoT (Internet of Things). Decidí tomar un módulo ESP32 y quería obtener la hora actual de Internet a través de WiFi. Finalmente, estaba sincronizando un RTC (reloj en tiempo real) con la hora de Internet. Permitiéndome ahorrar energía y tener siempre el tiempo a mano incluso sin acceso a Internet.

Pensé en formas de verificar la hora y se me ocurrió usar un acelerómetro que usé para rastrear el movimiento de mi muñeca. Cuando giro mi muñeca para poder leer la hora. El reloj se activará y me lo mostrará.

También implementé tres botones táctiles activados para poder hacer un menú simple donde podría configurar diferentes funciones.

Dos LED RGB tenían que dar un bonito brillo trasero a los tubos.

También pensé en una forma de cargar la batería. Por lo tanto, se me ocurrió cargarlo usando un módulo de cargador QI inalámbrico. Este módulo me dio una salida de 5V. Este módulo conectado a un circuito de carga me permitió cargar la pequeña batería de 300 mAh.

Cuando el diseño electrónico estuvo listo y todos los subcircuitos fueron probados, comencé a diseñar la PCB (placa de circuito impreso). Estaba haciendo maquetas con papel y las partes (imagen 1). Medir el ancho, alto y largo de cada componente fue un proceso minucioso. Después de semanas de diseñar y diseñar el PCB, me ordenaron y me lo enviaron. (imagen 2).

Durante cada paso del camino, había creado programas de prueba para cada parte del reloj. De esta forma, el software final se podría copiar fácilmente.

La soldadura de cada componente pudo comenzar y me llevó alrededor de un día.

Probar y armar todo el reloj (Imagen 3, 4, 5, 6, 7) Funcionó.

Imprimí en 3D una caja para el reloj y finalmente descubrí que el reloj era demasiado grande. Así que decidí crear uno nuevo e hice un prototipo del reloj de cuatro tubos.

Paso 2: el nuevo diseño

Al encontrar el reloj de cuatro tubos demasiado grande, comencé a encoger el diseño de la electrónica. Primero usando solo dos tubos en lugar de cuatro. En segundo lugar, utilizando componentes más pequeños y haciendo mi propio convertidor elevador de 170 V desde cero. Implementar la ESP32 MCU (Unidad de microcontrolador) yo mismo en lugar de usar un módulo también hizo que el diseño fuera mucho más pequeño.

Usando software de computadora de diseño 3D (Imagen 1) diseñé una caja y coloqué todos los componentes eléctricos cuidadosamente en su interior. Al dividir la electrónica en tres placas, pude usar de manera más eficiente el espacio dentro de la caja.

Nueva electrónica donde se diseñó:

-Seleccionó un nuevo acelerómetro más eficiente en energía.

-Cambió los botones táctiles por un interruptor de múltiples posiciones.

-Utilizó un nuevo circuito de carga.

-Cambié la carga inalámbrica para la carga USB porque quería una carcasa de aluminio.

-Utilizó un procesador de baja potencia para ahorrar aún más energía.

-Seleccionó un nuevo LED de fondo.

-Utilizó un indicador de batería IC para rastrear el nivel de la batería.

Paso 3: Montaje de la electrónica

Después de meses de diseñar el nuevo reloj, también se pudo ensamblar. Usé algunas herramientas disponibles en mi escuela para soldar los circuitos integrados de tono Tiny (Imagen 4). Esto me tomó varios días porque encontré algunos problemas, pero finalmente conseguí que la electrónica funcionara (Imagen 5).

Paso 4: diseño de la carcasa

Diseñé la carcasa en paralelo con el diseño de la electrónica. Cada vez, verifique en un software de computadora 3D si todos los componentes encajarían. Antes de fresar la caja con CNC (Computer Numerical Control), se hizo un prototipo impreso en 3D para asegurarse de que todo encajara. (Imagen 1, 2)

Después de que se hizo el diseño de la caja y funcionó la electrónica, comencé a investigar sobre cómo se deben programar las máquinas CNC (Imagen 3). Un amigo mío que tiene conocimientos sobre fresado CNC me ayudó a programar la máquina CNC. Para que pudiera comenzar el fresado. (Imagen 4)

Después de que se completó el fresado, terminé la caja perforando agujeros y puliendo la caja. Todo encajó bien a la primera. (Imagen 5, 6, 7)

Había diseñado un pestillo para una ventana acrílica. Pero el pestillo se quitó por accidente. Usando un cortador láser corté una ventana de acrílico que estaba pegada a la parte superior del reloj (Imagen 9).

Paso 5: el software y la aplicación

El controlador del reloj básicamente duerme todo el tiempo para ahorrar energía. Un procesador de baja potencia lee el acelerómetro cada pocos milisegundos para comprobar si mi muñeca está girada. Solo cuando se enciende, activará el procesador principal y obtendrá la hora del RTC y mostrará las horas y luego los minutos brevemente en los tubos.

El procesador principal también verifica el proceso de carga, verifica las conexiones Bluetooth entrantes, verifica el estado del botón de entrada y reacciona en consecuencia.

Si el usuario ya no interactúa con el reloj, el procesador principal volverá a dormir.

Como parte de mi estudio, tuvimos que crear una aplicación. Así que pensé en crear la aplicación para el reloj nixie. La aplicación fue escrita en xamarin del lenguaje de Microsoft es C #.

Desafortunadamente, tuve que crear la aplicación en holandés. Pero básicamente hay una pestaña de conexión que muestra los relojes nixie encontrados (Imagen 1). Después de eso, se descargan los ajustes del reloj. Estos ajustes se guardan en el reloj. Una pestaña para sincronizar la hora de forma manual o automática obteniendo la hora de su teléfono inteligente (Imagen 2). Una pestaña para cambiar la configuración del reloj (imagen 5). Y por último, pero no menos importante, una pestaña de estado que muestra el estado de la batería. (Imagen 6)

Paso 6: características e impresión

Características del reloj:

- Dos pequeños tubos nixie de tipo z5900m.

- Reloj de tiempo real preciso.

- Los cálculos mostraron que 350 horas de tiempo de espera eran fácilmente alcanzables.

- Bluetooth para controlar la configuración y configurar la hora del reloj, así como ver el estado de la batería.

- Algunas configuraciones de Bluetooth incluyen: activación / desactivación de animación, activación manual o acelerómetro de tubos, LED de fondo encendido / apagado. Botón programable para ver la temperatura del porcentaje de batería.

- Acelerómetro para activar los tubos cuando se gira la muñeca

- Batería de 300 mAh.

- Led RGB para múltiples propósitos.

- Indicador de gas de la batería IC para controlar con precisión el estado de la batería.

- micro USB para cargar la batería.

- Un botón multidireccional para el disparo, conexión Bluetooth y un botón programable para lectura de temperatura o estado de la batería, configuración manual de la hora.

- Carcasa fresada CNC de aluminio.

- Ventana acrílica para protección.

- Aplicación de teléfono Bluetooth.

- Sincronización horaria opcional a través de WiFi.

- Motor de vibración opcional para indicar notificaciones de teléfonos inteligentes como Whatsapp, Facebook, Snapchat, SMS …

- Primero se muestran las horas y luego los minutos.

El software para la MCU del reloj está escrito en C ++, C y ensamblador.

El software de la aplicación está escrito en xamarin C #.

Primer premio en el Concurso de Wearables