ニキシー管時計(IN-16、ESP32仕様)の製作

ニキシー管時計(IN-16、ESP32仕様)の製作

少し前に部品が揃わないということでニキシー管時計の周辺部分だけを作りました。
ようやく待ちに待った部品が届きましたので、これですべてが実装できるということでようやく完成に至りました。
今回はいつもに増してクオリティが高いですよ?

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メイン基板

今回はメイン制御をESP32に採用しました。
メイン基板の外観
今まではATmega328PだったりATmega32U4だったので、それと比べると性能がかなり向上しました。

1ヶ所だけミスがあって、UARTの部分のTXとRXの逆接が...
凡ミスなので今回は目をつぶりました。
ダンピング抵抗をつける用のパッドを配置していたので、そこを利用してごまかすことができました。

実装部品の小型化、特にチップ抵抗やチップコンデンサでは1005サイズを積極的に採用しています。
フォトカプラのピンの間に抵抗を入れるという少々危ないこともしています、真似してはいけませんよ。

ニキシー管のドライバには、いつも通り74141の互換ICを使っているんですが、今回は表面実装部品のKF155ID1というICをつかっているためかなり小型化できています。

ただし入手性はかなり悪いです。
eBayのしかも上記のセラーさんからしか買えないようです。
実はこのICがコロナに影響で届くのが遅れまして、5ヶ月ほど待っていました。
これ以外は揃っていたんですけどね...

フォトカプラは今まではTLP627だったのですが、古い部品ですのでTLP188を採用しました。

これも少々入手性が悪いです。
普通のフォトカプラより高いですし、RSコンポーネンツやDigi-Keyなどのちょっと価格が高くて敬遠してしまうところでしか買えないようです。
同じような性能で安価なフォトカプラを探し中です。

ニキシー管は基板に直にはんだ付けするのではなく、ソケットを採用しました。

もしもニキシー管が劣化したとしても交換を楽にできるようにするためです。
といっても今使っている時計のニキシー管が劣化でつかなくなったのは今のところ初期不良くらいですので、そんなに頻繁な交換はないんですけどね。

サブ基板

こちらは部品が揃うのを待ちきれなくて先行して作っていました。
ですので以前に記事にしてします。
詳しくはそちらを見ていただいたほうが早いかもしれません。

ニキシー管時計の周辺部モジュール
昇圧回路やGPS、明るさセンサ、設定用スイッチを載せています。
以前と違うのはマイコンが搭載されていてメインCPUは、ここ載っているマイコンと通信してセンサやスイッチの情報を取得しています。

制御

時刻ソース

ESP32は安くて高スペックであるのに加えてWi-Fiが使えます。
Wi-Fiでインターネットに接続できるのでNTPサーバが時刻ソースの1つとして追加されました。
これの何がいいかというと屋内でGPSが補足できない場合でも、高精度な時刻が取得できるということです。
GPSが最優先の時刻ソースで、次にNTP、どちらも取得できなければRTCから時刻を取得して表示という制御になっています。

設定インターフェース

USB経由のシリアル通信で設定ができるようになっています。
また、機器の状態も確認できます。
シリアルポートからの設定
機能は少ないですけど、この辺りは今後増やせたらいいですね。
増やしても基本的には時計なので、時を刻んでくれるだけで機能としてはそれだけで十分なんですけど...

それから、Wi-Fiでネットワークに接続できるということでWebで設定ができるようにもしました。
Webからの設定

時計にココまでの機能がいるか?と問われれば、いらないとは思うんですけどね。
やはり細部にまでこだわってしまうのです...

外観

今回も以前と同様、アクリルケースにすっぽりと収めています。
ニキシー管時計
後ろから見るとこんな感じです。
後ろから見ると
電源とUSB接続用、それからスイッチの穴と一応PCBアンテナ用に四角い穴をあけています。

かなり細かいこだわりなのですが、11mmという中途半端な長さのスペーサを使っています。
これだとピンソケットとピンヘッダの間がピッタリなんですよ。
スペーサのこだわり
これはよくある長さが10mmのスペーサだとスペーサの方のネジ部が1mmほど浮いてしまうので、今までは小型のワッシャを2枚重ねていました。
誰も見ないところですし、見ても気にしないところですが、一度気になってしまうとこだわり抜いてしまうのが性なんです。
今回は奮発して、11mmのスペーサをこの為だけに買いました。

50個入しかなかったんですよ。
この作品には2個しか使わないんですけどね。

アクリルのケースは、「はざいや」で注文しました。

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穴加工はもちろんのこと、台座も好みだったので採用しました。
セミオーダーの範囲で頼めるのが良かったです。
フルオーダーだとケースのコストが馬鹿にならないので助かります。

スイッチ延長用の部品はミスミの寸法指定セミオーダーで注文しました。

アクリルで加工してもらうと、どうしても高くなってしまうのでPOMで価格を抑えています。
それでも1個320円ですけどね。

6年前の作品のリメイク

「今回は」「今までは」と何度も言っていますが、このニキシー管時計は6年前にユニバーサル基板で作った時計のリメイクなんです。

ニキシー管時計 アクリルケース入
6年間、故障せず今も正確に時を刻んでくれています。
この頃だってGPS搭載ですからね。

今になって見るとよく動いてるなと感心してしまうレベルの配線だったりします。
今だから見せられる裏側
表面実装部品をしっかり固定できてないところとか不安定なところがあってグラグラしていたり、怖いです。
一応レイアウト的には高圧側と低圧側は分けられているのかな・・・?
私が電子工作を初めて数年で、今と比べて知識がとても浅い頃に苦労して作ったのを覚えていますので、なんとなく愛着が湧いています。
捨てるに捨てられないので並べて置くことも考えています(笑)

それ以降にも何度か腕試しでプリント基板で作ったりしていますが、機能の向上はほとんどなくプリント基板に置き換えただけな感じがしました。

結果として展示のサンプル用くらいの立ち位置になっちゃんたんですよね。
そこで「今度こそは」とより一層のハイクオリティを目指して作ったのが今回の作品です。
既に何回か作っているニキシー管時計ですが、作るたびに見違えたようなクオリティになっていると自負しております。


次はもっと大きいニキシー管を使った作品を作ろうと思います。
ここまでできてたら管を変えるだけでほぼ完成な気がするんですけどね。
ニキシー管はどんどん貴重になってきており、金額も上昇していると感じています。
早いうちに作っていおたほうが良さそうではあります。
時計ではなく、何か違う作品でニキシー管をお見せできたらいいなと考えていますがなかなか...

ニキシー管時計(IN-16、ESP32仕様)の製作

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