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Reloj nixie de caoba y latón (con control IR y UART)

April 9     Views(7)

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¡Hola!

En este instructable te mostraré el proceso de hacer un impresionante, steampunk-alike nixie reloj.
Hay muchos proyectos nixie en la Web, pero la mayoría de ellos se centran principalmente en la parte de hardware / software. Algunos de ellos están cerrados en una carcasa de plástico no tan agradable (o no tienen ninguna). Y estos hermosos nixies merecen una carcasa adecuada, ¿no crees? :) Decidí mostrarte el worklog completo de mi reloj, desde el diseño, a través de la programación y la construcción de la carcasa, hasta el resultado final.

Utilicé los tubos IN-12 nixie porque parecen lindos ^^, y son bastante baratos. El reloj está alimentado por una fuente de alimentación de 12V DC y contiene RTC con pilas, lo que hace que siga contando el tiempo incluso si no se suministra alimentación. Puede ser controlado por un mando a distancia IR dedicado. Tiene dos pequeñas bombillas indicadoras en la parte frontal (para la interfaz con el usuario), y un sensor de luz, ya que el brillo de nixies se puede controlar tanto manual como automáticamente. También usé UART para controlar el reloj con una aplicación de PC dedicada escrita en Visual C #. Y escribí otra aplicación como un gestor de arranque.

La carcasa se hizo con laminado FR4 y chapa de caoba, terminado con etiquetas de latón grabado en cloruro férrico. Como puede ver, es un proyecto bastante complejo, pero trataré de describir claramente cada proceso. Bueno, habla lo suficiente, vamos a empezar!

PS Si te gusta este proyecto, tal vez te guste algunos de mis otros. Compruébelo usted mismo en https://www.youtube.com/user/mopsiok . ¡Gracias!

Paso 1: Concepto y diseño

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Quería que los nixies estuvieran parcialmente ocultos dentro de la carcasa, porque los encontré demasiado profundos. También diseñé dos pequeñas bombillas en la parte delantera. Primero se indica si la alarma está activa, y la segunda - cuando el usuario está configurando algunos valores por control remoto. El fondo está montado en los tornillos y se puede quitar en caso de rapair o algo ... También hay un cabezal de 2 pines montado en la pared lateral, que se utiliza para conectar UART. Se puede utilizar para controlar el reloj con la aplicación de PC, o incluso actualizar el software con un gestor de arranque dedicado. Los cargadores de arranque UART típicos usan 3 líneas (TX, RX y GND) - No pude usar la línea TX de hardware, ya que ya estaba usada, por lo que el gestor de arranque requiere un adaptador especial (hace que la línea RX actúe como UART medio dúplex). Lo describiré más tarde.

Utilicé caoba, porque encaja perfectamente con la luz nixie. Decidí utilizar el laminado FR4 regular como paredes laterales y unirlo con soldadura. Es fácil trabajar con, pero todavía durable, que es grande. Entonces podría pegar la chapa de caoba a ella.

He diseñado el reloj en Blender (sí, no es una gran herramienta de CAD: D), se puede descargar y mirar a su alrededor. La mayoría de las dimensiones son críticas, principalmente las distancias entre la carcasa de laminado y PCB, por lo que cuando se va a construir el reloj, prestar mucha atención a eso.

Paso 2: Circuito del reloj

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Acerca del circuito, información de calibración

El reloj se controla con ATmega168P utilizando oscilador RC interno. Se fija a 8MHz porque los ánodos de los nixies se multiplexan. Para ello, usé circuitos de conmutación HV típicos (SMBTA42 y PMBTA92 en los esquemas). Los cátodos son controlados por 4028 (BCD al decodificador binario) que conduce transistores de SMBTA42. IN-12 nixies requieren alrededor de 150V para funcionar correctamente - Estoy utilizando la aplicación típica de MC34063 regulador de conmutación. Mientras que los interruptores IRFR220N, la carga se suministra con alto voltaje que se puede ajustar (150-170V) usando HVC0 y HVC1 entradas. Cuando R41 y R42 todavía estén sin soldar, alimente el circuito y utilice el potenciómetro R34 para calibrar el regulador (debe dar alrededor de 164V).

El circuito RTC es una aplicación típica de PCF8563. Utiliza una batería de 3V CRC2032, que todavía encenderá el RTC en caso de accidente de fuente de alimentación. El C4 se utiliza para calibrar el contador y usted necesita elegir su valor experimental. Eso es porque depende de muchas cosas, pero usted puede comenzar con 44pF. Antes de calibrar el circuito, es necesario soldar blindajes de cobre (el grande para el regulador de conmutación, y las placas pequeñas debajo del tablero). Cuando termine, también debe soldar el blindaje para el circuito RTC. Necesitaba desoldarla (y no soldarla de vuelta), lo que hace que algunos problemas ahora: + -4s al día no es un mejor resultado. Da 24 minutos al año, y es demasiado. Necesito soldarla algún día;).

De todos modos, también hay un pequeño PCB montado en el panel frontal de la carcasa. Contiene un fototransistor que se utiliza para bajar automáticamente la tensión por la noche. Además, el brillo de nixies se puede ajustar con el mando a distancia. Puede que tenga que cambiar el valor R29 (predeterminado 270k) si utiliza otro fototransistor. Aparte de eso, hay 2 bombillas pequeñas que se describen anteriormente. Se controlan con PWM, por lo que cambia su brillo con voltaje nixies. También hay un TSOP2236 - se utiliza para recibir la señal del controlador remoto IR. Funciona mejor con un portador de 36kHz, pero debería funcionar lo suficientemente bueno con 34-38kHz. Usted debe soldar todas estas piezas a fondo, de lo contrario podría ser un problema con la instalación con laminado y chapa.

Nota importante sobre el socket UART

En una de las paredes laterales, hay una toma UART. Tiene una línea GND y una línea RX, porque la línea TX se usa para cambiar los ánodos (el reloj en sí no envía ningún dato, así que está bien). Era un problema, porque necesitaba implementar un cargador de arranque UART para actualizar fácilmente el firmware; Y el cargador de arranque necesita comunicarse en ambos sentidos. He utilizado una solución que se presenta aquí (se puede leer sobre el principio de funcionamiento): http: //nerdralph.blogspot.ca/2014/01/avr-half-dup ... Por lo tanto, en un funcionamiento normal, puedo usar mi UART como una señal RX normal, pero cuando quiero ejecutar un gestor de arranque, sólo conectar un pequeño PCB y luego se puede utilizar como un estándar de TX / RX UART. La captura es, cuando tengo que enviar algunos datos de AVR, tengo que reconfigurar el pin como un GPIO, a continuación, a través de programación enviar datos, y configurar de nuevo el pin para RX interrupción. Pero lo describiré en otro paso.

Aquí puede descargar todos los archivos necesarios:

  1. clock_Kicad.rar: esquemas y PCB en KiCad (versión 07/07/2013)
  2. clock_partlist.lst: lista de piezas generado para este proyecto
  3. clock_firmware.rar:
    • Fusebits.png - programa estos valores antes de enviar el archivo HEX
    • Complete.hex - código de la aplicación y del cargador de arranque, solución lista para usar
    • Application.hex - sólo código de aplicación
    • Bootloader.hex - sólo puede programar bootloader y luego enviar application.hex a través de UART

Paso 3: La carcasa - base principal

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Como escribí en la introducción, he utilizado laminado como una base principal de la carcasa. Puede descargar el dibujo necesario a continuación. Cuando imprima, asegúrese de no escalarla (o ajustar la escala al 100%). Primero de todo, usted necesita transferirlo en el cobre, como si fuera un PCB estándar. Es muy útil cuando se trata de cortar y lijar.

Para montar los PCB para laminar, usé tornillos M2 y tuercas (las tuercas se pueden soldar al cobre). Asegúrese de que las tuercas estén soldadas exactamente donde debería estar, porque afectará al resultado final. Al soldar el laminado, trate de colocar los lados lo más perpendicular posible. Puede utilizar tableros adicionales y separadores de distancia, como se muestra en las imágenes.

Paso 4: Grabado de etiquetas

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Aguafuerte

Aquí llega la hora de las etiquetas de latón. Decidí grabarlas con cloruro férrico (FeCl3) en lugar de B327, porque funcionaba mejor con las placas de latón que tenía. Limpié el plato con papel de lija y acetona, luego transferí la impresión (ver adjuntos a continuación). He cubierto todas las superficies no utilizadas con cinta adhesiva para evitar que se graben. Como se puede ver en las imágenes, después de grabado en FeCl3, hubo algunos pitting. Es por eso que debe grabar al menos dos piezas de cada etiqueta. Usted acaba de elegir este que se ve mejor.

Refinamiento

Después de aguafuerte, lijé las etiquetas una vez más y pinté con marcador negro. Cuando se secó, eliminé cualquier exceso con papel de lija (~ 400-600). Entonces empecé a dar forma a las etiquetas. Utilicé una herramienta parecida a Dremel para hacer eso. Después de eso, lo terminé con laca en aerosol - tiene que ser aplicado en varias capas muy delgadas. Cuando se seca, la pintura negra se disuelve, por lo que no se pueden mover las etiquetas. De lo contrario la pintura saldrá del patrón grabado.

Paso 5: Acabado de la carcasa

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Chapas y etiquetas

El proceso de montaje de Magohany fue difícil, así que decidí terminarlo antes de pegarlo al laminado. Corté 5 piezas, lijé con papel de lija 600 y terminé con la misma laca de rocío. Imprimí dibujos (ver ficheros abajo) y los adjunté al otro lado de las piezas del verneer. Cuando lo corté al tamaño esperado, usé el pegamento estupendo para conectarlo con la base laminada.

Paredes superiores e inferiores (de madera)

No tengo habilidad en carpintería así que he elegido balsa, porque es muy fácil trabajar con. Necesitaba combinar dos piezas ya que eran demasiado estrechas. Al final lo lijé y también decidí suavizar los bordes.

Hice muchas pruebas con la mancha rústica de caoba. Al principio, traté de ponerlo en algún pedazo de balsa, esperar hasta que se seque, y luego terminar con laca de acrílico. El resultado fue ... no muy agradable :). Entonces mezclé la mancha con la laca y apliqué dos capas de ella. Y eso fue mucho mejor! Eventualmente, terminé con mancha y laca en 1: 1 proporción de volumen, aplicado tres veces (1.5-2h intervalos).

Cuando la madera estaba seca, pegué la pared superior a la carcasa. Luego perforé cuatro agujeros en la pared inferior (para tornillos de montaje). Al final agregé almohadillas antideslizantes y pegué cuatro esquinas de latón para ocultar las uniones.

Paso 6: Control remoto

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Hardware

El mando a distancia está usando ATtiny13 con oscilador RC interno ajustado a 1.2MHz. Se alimenta de la batería CR2032 a bordo. En funcionamiento normal, el AVR está en modo de desconexión: la batería debe durar varios años. Cualquier interruptor en el teclado despierta el AVR y luego comienza a transmitir el código de clave correspondiente en el protocolo SIRC ligeramente modificado. También hay un LED rojo que parpadea al transmitir.

El controlador puede utilizarse para:

  • Establecer fecha, hora y alarma
  • Cambiar la visualización entre la fecha, la hora y la alarma (por defecto es el tiempo)
  • Ejecutar un temporizador
  • Cambiar el brillo de la pantalla (nixies e indicadores)
  • Desactivar la alarma (o establecer una siesta)
  • Encender / apagar la pantalla

Software

Descargue el archivo HEX adjunto a continuación. Antes de usar, asegúrese de cambiar los fusibles a los valores predeterminados (lFuse: 0x6A; hFuse: 0xFF).

Caja

La carcasa se hace de la misma manera que el reloj. La única diferencia es que en vez de caoba he utilizado cerezo americano chapa. Las puntas de los botones están estampadas en hojas de latón de 0,2 mm y pulidas. Sólo tienes que seguir las fotos :).

Paso 7: Panel de control de la PC (Visual C #)

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Puede controlar el reloj utilizando una aplicación de PC dedicada. Se escribe en Visual C #, por lo que necesita .NET Framework (4.0 o posterior) para utilizarlo. El archivo adjunto a continuación contiene el directorio del proyecto y el final, listo para ejecutar la aplicación.

Configuración de la aplicación

En primer lugar, encienda el reloj y conecte las líneas UART usando el PCB externo descrito anteriormente. Sólo puede conectar las líneas GND y RXD (sin el PCB), pero no podrá utilizar el gestor de arranque.

A continuación, ejecute la aplicación en la primera ejecución que necesita para cambiar algunos ajustes. Establezca el nombre de puerto adecuado (haga clic en el botón de actualización si es necesario) y deje la velocidad en baudios en 10k - está preprogramada en el firmware del reloj. Ahora elija la ruta del cargador de arranque haciendo clic en el botón Abrir y, a continuación, haga clic en Aceptar para guardar la configuración.

Uso de la aplicación

En primer lugar, debe abrir el puerto: para ello, haga clic en el botón Conectar. Ahora puede ingresar a la ventana Set, que le permite ajustar la fecha, hora y alarma del reloj. También puede establecer temporalmente los dígitos de cada nixie, por ejemplo, para la presentación. Volverá a mostrar el tiempo después de ~ 20s.

En la ventana principal, hay un icono especial llamado de-envenenamiento. Se desplaza sobre cada dígito de cada lámpara - que se llama catodo depoisoning y se utiliza para extender la vida de nixies. El reloj no depoisoning automáticamente una vez por hora, pero pensé que este efecto es bastante agradable y decidió ejecutarlo en la demanda :).

Cuando desee utilizar un cargador de arranque, puede hacer clic en Ejecutar el cargador de arranque que se coloca en la ventana de configuración. Se ejecutará el programa y llenar toda la información necesaria para usted.

Paso 8: Cargador de arranque de UART medio dúplex (Visual C #)

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

Para este proyecto escribí una segunda aplicación, también en Visual C #. Se utiliza para actualizar el firmware del reloj sin abrirlo. Para utilizar esta aplicación, debe conectar el PCB externo para que la línea RX sea semidúplex. El archivo adjunto a continuación contiene el directorio del proyecto y el final, listo para ejecutar la aplicación.

Información importante

Bootloader es un programa que se ejecuta antes de que se inicie el programa principal. Esto significa que si desea actualizar el software, debe reiniciar el dispositivo y ejecutar la aplicación antes de que se produzca el tiempo de espera. Esto puede ser difícil, y es por eso que debe utilizar la opción de "restablecimiento de software". Cuando el reloj recibe un comando especial, se reinicia (y ejecuta el gestor de arranque). Necesita establecer el comando correcto (para el reloj es \ x00060402 \ x0A) y baudrate (10000), de lo contrario el dispositivo no se reiniciará.

Si no desea utilizar el restablecimiento del software, todavía puede utilizar la aplicación, pero tiene que reiniciar el dispositivo manualmente antes de hacer clic en "leer desde el dispositivo", "info" y "enviar" botones.

Uso de la aplicación

Antes de utilizar la aplicación, debe elegir un nombre de puerto correcto (haga clic en el botón de actualización si es necesario). Todos los demás ajustes se cargarán automáticamente cuando ejecute el gestor de arranque desde el panel de control (haciendo clic en Ejecutar el cargador de arranque).

En primer lugar, para comprobar si todo funciona bien, haga clic en el botón Información. Se reiniciará el reloj y le mostrará toda la información acerca de su gestor de arranque. A continuación, seleccione el archivo HEX haciendo clic en el botón "Flash (.hex)" y haga clic en Enviar para escribir el nuevo firmware en el reloj. Verá una barra de progreso a continuación - cuando se trata de finalizar, el reloj se reiniciará con el nuevo firmware.

La actualización de la EEPROM desde la aplicación no es compatible con esta versión. Acabo de hacer el botón y el cuadro de texto para uso futuro.

Paso 9: Pensamientos finales

Caoba & amp; Reloj nixie de latón (con control IR y UART)

¡Fue un proyecto bonito! Pasé unos 7 meses para hacerlo, pero creo que el resultado final es bueno :). El costo total fue de alrededor de $ 35, pero yo "desperdició" mucho más por la creación de prototipos, etc

Si tuviera que cambiar algo, me gustaría añadir un pequeño módulo WiFi y utilizarlo para sincronizar con un servidor NTP. Quiero decir...

! ¿No es una belleza? : D Funciona a través de UART, así que tal vez lo use algún día ...

Siéntase libre de preguntar, estaré encantado de responder a sus preguntas. Y una última cosa: si te gusta este reloj, tal vez estarías interesado en mis otros proyectos. Echa un vistazo a mi canal de Youtube: https://www.youtube.com/user/mopsiok . ¡Nos vemos!

Tags: Relojes
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