如何自己制作一个 divergense meter（辉光管时钟）？ - 知乎

安宇雨 - 随手采集
2021-04-26 17:22:10
随手采集
0000-未整理-等待研究

初次看到世界线变动率探测仪是在《命运石之门》动漫中，作为一个工科生，对各种电子设备有种莫名奇妙的热爱，便一直想着自己动手打造一台世界线变动率探测仪，这个想法拖了很久，直到我有了一些零花钱。。。便开始动手制作了。

先来看一下成品效果视频吧。

1:1 世界线变动率探测仪复原

本人比较腼腆，所以不好意思在视频里面配音。又请不起专门的视频大佬剪辑，所以以文字形式对主图视频说明：

0:00： _开机默认是时间模式，可以通过遥控器修改成开机世界线模式，自动保存_
0:05：触摸一下世界线变动率探测仪，便可开启世界线模式。长按则一直跳动，松开后显示随机的世界线。
0:08：双击世界线变动率探测仪，退出世界线模式，切换成时间模式
0:17：无线遥控器 A 按键（从左到右，从上到下依此是ABCD），切换世界线/时间模式。
0:18：无线遥控器 C 按键，随机产生世界线，长按则一直跳动。
0:22：无线遥控器 D 按键，显示预设的世界线，可以在微信里面设置8组，按照顺序依此显示（不仅可以设置世界线，还可以是其他的，比如视频展示的0.337187，521.1314（表白神器），233……，3.141592等等）。
0:33：无线遥控器 B 按键，切换重力加速度感应模式，此模式下世界线的数值会跟随仪器的位姿变化而变化。

作品刚刚做好，随手拍了一些照片。

大致功能介绍：

本文篇幅较长，因此分为了四个部分。

一、世界线变动率探测仪外观设计

1.1 动漫原作

纵观《命运石之门》整部动漫，出现世界线变动率探测仪的镜头有这么几个：

具体时间我没记录了，在看到的时候就截图了。

要复原世界线变动率探测仪，首先做的就是对整个设备的外观尺寸进行确定。因为世界线变动率探测仪用的是洞洞板制作的，所以可以通过洞洞的数量来确定其长度和宽度。

由此可以确定，动漫原版的尺寸比例是60个洞洞：16个洞洞.

接下来要确定每个洞洞的间距，就可以推测出整体的尺寸了。

1.2 世界线变动率探测仪显示面板建模

确定洞洞板的间距是个麻烦的事情，因为涉及到板子所有元器件的布局以及辉光管的选择。在动漫里面，管子的高度和直径比大概是3：1，这个，这里我以辉光管的型号为标准对所有的洞洞的间距尺寸进行了确定。通过对比目前我搜集到的资料，我发现IN14是最适合制作世界线变动率探测仪的，因为IN14的尺寸比例下，几乎所有元器件都能做到与原著一样的比例。

IN14的实际直径是18mm，在动漫中一个辉光管占用了6个洞洞，刚好洞洞的间距是3mm，确定了洞洞的间距之后，整个世界线变动率探测仪尺寸也就确定了。这里绘制出和动漫同款的洞洞板。

再把所有的元器件放上去，就变成了这样：

所有的元器件的大小和尺寸都与原著一致。

1.3 世界线变动率探测仪底座建模

为了更加逼真的还原出原作，我对整个世界线变动率探测仪进行了建模，建模效果如图。整体看起来比例与动漫保持一致。

这里唯一不确定的是底座的高度，这里我还是以管子高度为参考，确定了底座的高度30mm。

1.4 PCB加工

动漫原作里面的PCB，通过颜色可以判断出是用的上古时代的洞洞板，我咨询了几家淘宝的PCB厂家之后，确定了板材用CEM-1，做出了实际效果如下。

颜色基本上和动漫保持一致，唯一不足的就是哪个“KB”，貌似是厂家的logo，去不掉，不过应该问题不大。

比较尴尬的是，不知道为什么第一次做的板子丢了几个洞洞，如图：

于是不得不重新打板子，打好的板子就没有洞洞缺失了，可惜的是浪费了一次打板子的钱。。。。。

上面的是完整的板子，把丢掉的几个洞洞补上了。

做好之后的面板整体图如下：

为了完全复原动漫里面的世界线变动率探测仪，我仔细观察了动漫里面每一个电阻的颜色，每个电阻、电容的颜色和大小，通过购买大量元器件对比，最终找到了几乎与动漫一致的颜色。可以看到，图中的电阻的颜色，甚至四环电阻的每一环颜色都与动漫保持一致，所有的元器件也与原动漫保持一致。

除此之外，我还给每个管子加了底座，可惜的是，IN14的底座颜色太多了，后黑色、红色、白色、灰色，这里只有黑色和灰色比较合适，图中的是黑色的管座，虽然颜色有点差异，但是大小几乎与动漫完全保持一致。

1.5 世界线变动率探测仪底座加工

这里有一张比较清晰的原动漫的底座图，这个颜色用铝合金和不锈钢都能做，但是我觉得不锈钢的颜色更接近，特别的表面的磨砂质感跟动漫非常一致，所以我选择了用铝合金制作，在阳极氧化一下，效果跟动漫基本一样。

原动漫的底座在一开始设计底座的时候，我就在考虑是用拼接的方案还是一体加工，我对比了以下下两种方案的优缺点：

拼接：顾名思义就是用几块平整的铝合金平板拼接起来，边缘处用螺柱进行连接。

优点：成本低，一块铝板就可以把整体的结构拼接出来；易于组装；
缺点：拼接的结构可能会有缝隙，并且边缘处要处理到跟动漫完全一致很难。

一体切割：顾名思义就是用整块铝板作为材料，把里面掏空，外面再进行处理。

优点：可塑性高，可以做到完全跟动漫保持一致；机身整洁，没有缝隙
缺点：加工难度高，成本高

经过一番思考，为了保持与动漫一致，我选择了铝合金一体切割的方案。中间打样失败了一次，因为高度设置的不太合适。经过修改之后，最终拿到了成品。

可以看出，作品几乎与原动漫保持一致了。外壳设计还是经历了很多波折的，但是最后看到成品，心里还是很开心的。整体的成品比例与动漫几乎一模一样。

二、世界线变动率探测仪电路设计

电路的整体框架如下图所示：

系统主要的电路单元和对应功能如下：

STM32单片机中心控制器：高性能ARM处理器，控制整个系统的运作；
重力加速度计：感应三轴重力加速度，可以让世界线变动率的数值根据位姿显示对应数值；
触控感应单元：触摸单元，可以单击、双击、长按，实现时间模式、世界线模式切换、随机显示世界线等功能；
无线收发器：接收无线遥控器的指令，可以切换时间模式、世界线模式，切换重力加速度模块、自定义世界线、随机显示世界线等；
蓝牙收发器：用于微信端联系，可以自定义世界线，切换时间模式、世界线模式，自动同步时间等；
高精度时钟模块：用于掉电走时，年误差最大两分钟，加上自动同步功能，根本不用担心时间不准确。
升压模块：用于将低压升压至高压部分供驱动辉光管；
驱动芯片：用于驱动辉光管显示世界线。

具体功能设计参考下节。

三、世界线变动率探测仪功能设计

3.1 世界线模式

世界线变动率探测仪，顾名思义，肯定主要功能就是显示世界线。为了增加世界线的玩法，我加入了很多好玩的功能。如感应按键、无线遥控器、重力加速度模式、自定义世界线显示等等。特别是哪个感应按键，可谓是给世界线变动率探测仪注入了灵魂。以往别人做的世界线，上面的元器件几乎全都是装饰，而Sadudu给按键加入了非常有趣的交互功能，非常好玩。

1、随机显示世界线模式

此模式下，世界线变动率探测仪会随机跳动，直至显示一个固定的数字，可以由三种方法实现：

触碰世界线顶部的电容：在时间模式下，触摸一次世界线变动率探测仪，就可以迅速切换到世界线变动率模式，此模式下，长按则一直随机跳动，松开会显示一个随机的世界线。双击会返回时间模式。

动图太大了，知乎加载不了，可以移步这里观看gif。

http://www.nixieworld.com/2019/06/09/divergencemetermenu/www.nixieworld.com

无线遥控器按键：在时间模式下，按下无线遥控器的A按键，就可以迅速切换到世界线变动率模式。此模式下，长按C按键世界线变动率探测仪一直随机跳动，松开会显示一个随机的世界线。

动图太大了，知乎加载不了，可以移步这里观看gif。

http://www.nixieworld.com/2019/06/09/divergencemetermenu/www.nixieworld.com

微信控制：微信界面上有一个大大的随机世界线显示按钮，点击一下世界线变动率探测仪一直随机跳动，再次按下会显示一个随机的世界线。

2、重力加速度感应世界线模式

此模式下，世界线变动率探测仪能够感知自身的位置变化，会根据自身的位置显示对应的世界线：

此模式可以在世界线模式下，按一下遥控器的B按键进入，也可以由微信客户端切换。

3、自定义世界线模式

此模式下，世界线变动率探测仪能够显示自定义的世界线数值，最多可以设置8组，可以在微信中修改。

对了，自定义的世界线不一定非要是世界线，还可以是521.1314（表白神器有没有），233…..，3.1415926（没错圆周率也可以显示），6.666666等等。

（可以在送妹子的时候事先定义好世界线的值，一个521.1314，一个19970327，然后背后突然偷偷按一下遥控器（遥控器是无线的，不用正对着世界线操作，可以把手放在口袋里）切换到521.1314，在显示妹子的生日，比如19970327，会让妹子惊讶至极的（亲自实验））。。。要送礼的同学只能帮你到这里了。。。

3.2 时间模式

时间模式下，世界线变动率探测仪可以显示时分秒。时间模式下有五种显示模式，可以在微信小程序里面切换，具体就不详细介绍了。

你可能要问，世界线怎么调时间？

Sadudu：不用调。对，是的，不用调。

世界线变动率探测仪能够全自动同步时间，每次连接到手机都会自动获取手机时间，自动更新，世界线的时间都跟你手机的时间是同步的，而手机的时间又跟网络时间是同步的，所以不管你在世界任何一个地方，完全不用担心各地的时差之类的。并且为了方便不同国家的使用习惯，在微信里面可以修改12小时/24切换。

世界线变动率探测仪内部有高精度时钟模块，年误差最大2分钟，再加上Sadudu独特的自动更新时间机制，所以完全不用担心时间不准。

3.3 AT指令模式

此模式是为了满足高级玩家而定制的ROM，在此模式下，可以通过树莓派、Arduino、笔记本电脑等等外部设备来控制世界线变动率探测仪。

要开启AT指令模式，先将串口线插入世界线变动率探测仪的背面，然后将GND连接至主机（如树莓派）的GND，TX线接入主机的RX，RX线接入主机的TX。

通信的波特率默认为115200，如果需要特殊的波特率可以联系我修改。

开启AT指令控制步骤如下：

发送“AT+ON\R\N” ，开启AT模式；
发送“AT+DIS=Xxxxxxxxyyyyyyyy\R\N”,X是8个辉光管要显示的数字，Y是8个辉光管的小数点，X的范围是“0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，-”，Y的取值有四种，分别是“L，R，：，-”（区分大小写），“L”代表辉光管左边的小数点，“R”代表辉光管右边的小数点，“:”代表辉光管两个小数点同时显示。举个例子，如果想要世界线变动率探测仪显示521.1314，可以发送指令“AT+DIS=521-1314—R—-”。
发送AT+TIME?\R\N，世界线变动率探测仪会返回当前的时间，如TIME=20190612131456\R\N，代表时间是2019年6月12日12点13分56秒，时间格式为24小时制。
发送AT+TIME=20190612131456\R\N，即可设置世界线变动率探测仪时间是2019年6月12日12点13分56秒。

如需关闭AT模块，请发送“AT+OFF\R\N” ，关闭AT模式。