Yet Another Nixie Clock: 6 passi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ho sempre desiderato un orologio nixie, c'è solo qualcosa in quei numeri luminosi che mi affascina. Così quando ho trovato su ebay degli IN12 non troppo costosi li ho comprati, mi sono meravigliato quando li ho ricevuti ma presto ho scoperto che per farne un orologio avrei avuto bisogno di altre cose. Dato che non riuscivo davvero a trovare una tavola che corrispondesse alle mie specifiche esatte e ai miei desideri, ho messo i tubi in un cassetto e quasi me ne sono dimenticato.

Entra in JLC PCB con prezzi incredibilmente bassi, alla fine ho deciso di crearne uno mio.

Forniture

6 tubi nixie IN12 (altri potrebbero funzionare ma richiedono modifiche sul PCB)

6x SN74141 o K155ID1 decodificatore da BDC a decimale

6x resistenze da 1,5kOhm

4x 180kOhm resistore

4x transistor ad alta tensione MPSA42

4 lampade al neon da 5 mm (puoi anche usare LED arancioni ma questo è un po' contro lo spirito qui)

4x 74HC595 registro a scorrimento

Condensatore ceramico 2x 470nF

1x regolatore LM7805 5V

1x alimentazione HV step-up

1x jack a barilotto CC

1x Wemos D1 Mini

Passaggio 1: progettazione del PCB

Dato che sono un grande fan del software open source, ho usato KiCad EDA per progettare il PCB. Ho esplorato vari modelli di orologi nixie su google e ho deciso di utilizzare i driver russi K155ID1 in combinazione con i registri a scorrimento 74HC595. Il cervello del funzionamento è Wemos D1 mini con funzionalità Wi-Fi. Dato che ho trovato un kit step up HV abbastanza economico su ebay, ho deciso di non farlo da solo sulla scheda. Inoltre avevo la maggior parte dei componenti già a portata di mano e progettare un convertitore step-up avrebbe significato procurarsene qualcuno in più. Forse la prossima volta.

So che ci sono molti possibili miglioramenti sia nello schema che nel layout del PCB, ma questa è stata la prima volta che ho lavorato con KiCad e mi sono concentrato maggiormente sul prodotto finale.

Dopo aver terminato lo schema e averlo provato su una breadboard, ho iniziato a stendere il PCB. Questa è un'arte in sé e un argomento piuttosto ampio, quindi non entrerò nei dettagli qui. Ci sono alcuni video fantastici e approfonditi online.

L'intero progetto KiCad è disponibile sul mio GitHub.

Passaggio 2: ottenere il PCB prodotto

Dopo aver controllato due o tre volte il tuo progetto, è ora di produrlo. Lo facevo a casa con il trasferimento di inchiostro termico e Fe3Cl, ma quel processo è piuttosto disordinato, richiede molta preparazione e ha, nella mia esperienza, risultati abbastanza imprevedibili e incoerenti. Quindi, come detto, ho optato per una pensione professionale. JLC PCB (non sponsorizzato) offre ottimi prezzi e se sei disposto ad aspettare il lungo tempo di spedizione (o pagare 10 volte di più per la spedizione rispetto alle schede) puoi effettivamente ottenere un prodotto professionale che non rompe la tua banca. La boardhouse fornisce ottime istruzioni passo passo su come esportare e caricare i file gerber e prima di impegnarsi, puoi ricontrollare il tuo design nel visualizzatore gerber online. Ora tutto ciò che devi fare è aspettare che i PCB siano prodotti e consegnati. Ecco una bella recensione del processo di produzione. Se stai facendo una cosa una tantum, puoi pensare a cosa fare con 4 PCB rimanenti poiché il minimo che puoi ordinare è 5.

Passaggio 3: saldatura

Una volta consegnati i PCB, è il momento di fare un po' di saldatura, partendo dai componenti più piccoli (o dal profilo più basso) seguiti da quelli più grandi.

Se faccio qualcosa di più grande di pochi componenti, uso sempre una distinta base (BOM), KiCad ha anche un bel plugin per esportare una BOM interattiva.

Passaggio 4: programmazione dell'ESP

Ho fatto la programmazione nel VS Code e ho cercato di rendere il firmware abbastanza flessibile. Al momento funziona ma c'è molto spazio per miglioramenti e più funzionalità.

Il codice completo è disponibile su github:

Passaggio 5: creazione di un allegato

Inizialmente ho progettato solo una semplice scatola da stampare in 3D come custodia, ma spero di realizzare una custodia in legno molto più bella in futuro.

Beh, di solito le soluzioni temporanee diventano permanenti…

Passaggio 6: debug

Così. La scheda è pronta, il firmware è caricato ed è ora di collegare il microcontrollore e metterlo sul muro!

Tranne che due dei tubi non si sono accesi. Dopo alcune esplorazioni e un'ispezione più attenta della scheda, ho scoperto che alcuni dei pad sui registri a scorrimento erano semplicemente fluttuanti anche se erano collegati al piano di massa. Si è scoperto che ero frettoloso e ho caricato i file senza eseguire un ultimo DRC (Controllo delle regole di progettazione) dopo le modifiche dell'ultimo secondo (riempimento Cu), quindi alcune aree erano effettivamente riempite ma non collegate a nulla. Ho anche dimenticato di correggere la traccia di alimentazione HV durante lo spostamento dei fori di montaggio…

Bene, dato che quelle erano solo alcune piccole correzioni, ho preso del cavo bodge e ho collegato le cose galleggianti.

È sempre una buona idea prendere nota dei bug HW e correggerli nella progettazione del PCB, anche solo per riferimento futuro.

Secondo premio nella PCB Design Challenge