Štít pre Arduino zo starých ruských trubíc VFD: hodiny, teplomer, voltmetr : 21 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:56

Dokončenie tohto projektu trvalo takmer pol roka. Nedokážem opísať, koľko práce vynaložil tento projekt. Samotné vykonanie tohto projektu by mi trvalo večnosť, takže som mal pomoc od svojich priateľov. Tu môžete vidieť našu prácu zostavenú v jednom veľmi dlhom návode.

Vlastnosti tohto projektu:

• Kompatibilné iba s doskami Arduino UNO
• Poháňa štyri skúmavky VFD IV-3/ IV-3a/ IV-6. Tieto trubice sú veľmi energeticky účinné, dokonca sú účinnejšie ako Nixie a vyzerajú celkom cool. Energetická účinnosť sa takmer rovná matici LED. Myslím, že vyzerajú lepšie ako nixie.
• Napájanie 12V DC + 5V DC cez dosku Arduino; je potrebný stabilizovaný zdroj 12V
• Dizajn krytu (súbory CAD) voliteľný
• možné aplikácie: hodiny, teplomer, voltmetr, počítadlo, tabuľa s výsledkami, …
• k dispozícii je niekoľko príkladov náčrtov Arduina

Viem, že text v tomto návode je veľmi dlhý, ale skúste si prečítať a pozrieť si každý text a fotografiu tu. Niektoré fotografie nie sú skvelé, ale toto je všetko, čo môžem urobiť. Viem, že nie som najlepší fotograf.

Tento projekt bol pôvodne uverejnený v programe axiris, ale upravil som a vysvetlil veľa malých vecí, bez nich sa budete pýtať, čo sa stalo.

Zásoby

Môžete vidieť počet všetkých dielov, ale odporúčam vám vytlačiť si zoznam dielov.pdf a použiť ho na nákupný zoznam a neskôr na spájkovanie dielov na doske plošných spojov. Kúpil som všetko v miestnych obchodoch alebo som to odpojil od nefungujúcich zariadení, ale ak nemôžete robiť rovnako ako ja, môžete si diely objednať z Aliexpress alebo Amazon alebo z iného obchodu.

Rezistory z uhlíkových filmov 1/4W 5% Aliexpress odkaz, ktorý má každý odpor, ktorý budete potrebovať v tomto zozname

• 1x 510 Ω
• 2x 1K Ω
• 1x 2K7 Ω
• 1x 3K9 Ω
• 13x 10K Ω
• 12x 68K Ω
• 12x 100K Ω
• 12 x 220 K Ω

Keramické/ MKT/ MKM kondenzátory

• 1x odkaz 2,2 nF (222) Aliexpress
• 2x 8,2 nF (822) Aliexpress link pre IV-3 / IV-3a alebo 2x 22nF (223) pre IV-6 Aliexpress link
• 1x 100 nF (104) odkaz na Aliexpress

Elektrolytické polovodiče

• 4x 22 μF 50V radiálny odkaz Aliexpress
• 2x 100 μF 25V radiálny odkaz Aliexpress

Diskrétne polovodiče

• 1x usmerňovacia dióda 1N400x, odkaz na Aliexpress
• 4x 1N5819 schottky dióda Aliexpress odkaz
• 4x LED 3mm (voľte farbu ľubovoľne) odkaz Aliexpress
• 13x BC547B NPN tranzistor Aliexpress odkaz
• 12x BC557B PNP tranzistor Aliexpress odkaz
• 1x BC639 NPN „výkonový“tranzistor Aliexpress odkaz
• 1x BC640 PNP „výkonový“tranzistor, odkaz na Aliexpress

Integrované obvody

ICM7555 časovač IC (musí byť vo verzii CMOS, nepoužívajte štandardný 555!), Odkaz na Aliexpress

Konektory a rôzne diely

• 2x stohovateľná hlavička - rozstup 2,54 mm /.1” - 8 pólov odkaz Aliexpress
• 1x stohovateľná hlavička - rozteč 2,54 mm /.1” - 6 pólov odkaz Aliexpress
• 1x stohovateľná hlavička - rozteč 2,54 mm /.1” - 10 pólov odkaz Aliexpress
• 4x rúrka Aliexpress IVF-IV alebo IV-3a alebo IV-6 VFD
• PCB PCBWay prepojenie

Ak chcete vyrobiť hodiny, môžete použiť voliteľný RTC DS1307 s batériou, ale ak chcete, aby bol šikovný, použite esp8266. Môžete použiť veľký esp8266 alebo malý esp8266-01, ale pre lepšie hodiny odporúčam použiť malé hodiny. Ak chcete byť ešte múdrejší, skombinujte esp8266 s 1-vodičovým senzorom. Skica podporuje DS1820, DS18B20, DS18S20 a DS1822. Teplota sa zobrazuje každú minútu.

Ak máte akékoľvek otázky týkajúce sa tohto projektu, napíšte mi. Pokúsim sa zodpovedať vaše otázky čo najskôr

Krok 1: Prehľad projektu

Tento štít Arduino je schopný poháňať 4x ruské sedemsegmentové VFD trubice IV-3, IV-3a alebo IV-6. 4x 3mm LED diódy poskytujú osvetlenie rúrok. Konštrukcia je úplne založená na prvkoch s priechodným otvorom, neboli použité žiadne súčiastky SMD. Dosku plošných spojov ako takú môže ľahko zostaviť každý, kto má nejaké skúsenosti s spájkovaním. Použité komponenty sú tiež lacné a ľahko dostupné. Pretože bol tento projekt navrhnutý ako viac vzdelávací a ľahko zostaviteľný, nie je to najlepšie možné riešenie na pohon týchto trubíc VFD z technického hľadiska. Namiesto tranzistorov BC547 a BC557 sme mohli použiť zdrojové ovládače A2982W, alebo sme mohli nahradiť tranzistory integrovaným radičom IC zdroja zdroja Supertex s vnútorným posuvným registrom. Bohužiaľ, v balíkoch SMD môže byť ťažké ich získať a prísť veľmi často.

Krok 2: Tipy na montáž

Táto inštrukčná doska plošných spojov je navrhnutá pre niekoho, kto má pokročilé skúsenosti so zostavovaním elektroniky. Ak sa domnievate, že je to pre vašu úroveň znalostí príliš komplikované, nepokúšajte sa ho zostaviť alebo požiadajte priateľa, aby ho vyrobil za vás.

Nájdite si čas - dokončenie tejto súpravy by malo trvať 2 - 3 hodiny, ak nie je prerušené alebo viac. Vyrábam to menej ako 2 hodiny, ale mám viac ako 2 roky každodenných skúseností s spájkovaním.

Zaistite, aby bol váš pracovný priestor dobre osvetlený (uprednostňuje sa denné svetlo), čistý a uprataný.

Zostavte dosku v poradí, ako je uvedené v pokynoch tu - pred vykonaním každej operácie si prečítajte a pochopte každý krok. Pretože po chybe takmer niet cesty späť.

Predpokladá sa, že chápete, že polovodiče (diódy, integrované obvody, tranzistory) alebo elektrolytické kondenzátory sú polarizované súčiastky. Príslušné značenie je na PCB sieťotlačené a je uvedené na schéme dosky.

Na zostavenie DPS budú potrebné nasledujúce nástroje a materiály:

• Kvalitná spájkovačka (25-40 W) s malým hrotom (1-2 mm)
• Krovinorez a kliešte
• Základný multimetr na skúšky napätia a na identifikáciu odporov.
• Lupa na čítanie označení malých zariadení je často nápomocná.
• Spájka - uprednostňuje sa spájka olovo/cín. Bezolovnatá spájka, ako sa teraz požaduje v komerčných výrobkoch v Európe, má oveľa vyšší bod topenia a dá sa s ňou veľmi ťažko pracovať. Nepoužívajte žiadne tavidlo ani tuk.
• Odspájkovací knôt (vrkoč) môže byť užitočný, ak omylom vytvoríte spájacie mostíky medzi susednými spájkovacími spojmi.

Zdroj

Štít VFD IV-3/IV-3a/IV-6 potrebuje na správnu funkciu Arduino napájanie z 12 V DC zdroja. Používajte iba regulovaný spínaný napájací adaptér schopný dodávať 12 V DC / 300 mA.

Nepoužívajte neregulovaný nástenný adaptér v štýle „transformátora“. Tieto dodávajú ľahko viac ako 16 V s malým zaťažením a spôsobia poškodenie štítu IV-3 VFD, pretože napájacie napätie 12 V je veľmi dôležité. Musíte byť veľmi opatrní, aby ste neprevrátili polaritu napájacieho zdroja, inak riskujete, že zabijete Arduino, štít VFD, napájací zdroj a prípadne založíte oheň alebo zasiahnete elektrickým prúdom

Pred pripojením krytu IV-3 položte na kovový štít USB konektora vášho Arduina izolačnú pásku, aby sa spájkovacie spojenia nedotýkali kovu a neboli skratované

Krok 3: Prehľad plošných spojov a schéma zapojenia

DPS si môžete objednať na PCBWay. Ak ste nový používateľ, POUŽIJTE TENTO ODKAZ A ZÍSKEJTE 5 $ ZADARMO PO REGISTRÁCII, potom bude prvých 5 DPS zadarmo a budete musieť zaplatiť iba za doručenie, ktoré je u čínskej leteckej pošty približne 6 USD. Ako vidíte na poslednej fotografii, štít má rovnakú veľkosť ako moja debetná karta od Revolut. Fotografie tu zobrazené pre niektorých ľudí môžu vyzerať, že sa pokúšajú čítať čínštinu.

Krok 4: Zostavenie

Nakoniec sme sa dostali k postupu montáže … V nasledujúcich krokoch 5-19 sa chystáme zostaviť DPS krok za krokom. Pri montáži môže byť užitočné mať k dispozícii prehľad plošných spojov a schému zapojenia tak, že ich vytlačíte alebo necháte pri spájkovaní na počítači. Po každom kroku starostlivo porovnajte svoju DPS s obrázkami tu a skontrolujte chyby a chyby spájky.

Krok 5: Diódy a zásuvka IC

Namontujte nasledujúce diódy:

• D1: 1N400x alebo ekvivalent
• D2… D5: 1N5819 schottky dióda

Sledujte polaritu a dávajte pozor, aby ste správnu diódu namontovali na správne miesto

Spájkujte D2 a D3 zo strany súčiastky a orežte vodiče na spájkovacej strane čo najkratšie, pretože sú umiestnené nad kovovým tienením USB konektora Arduina.

Namontujte 8 -pólovú zásuvku IC pre IC1. V tejto fáze neumiestňujte IC1 do zásuvky.

Krok 6: Elektrolytické kondenzátory

Namontujte nasledujúce elektrolytické kondenzátory:

• C5… C8: radiálny elektrolytický kondenzátor 22 µF 50 V
• C9, C10: radiálny kondenzátor 100 µF 25V
• Ohnite vodiče o 90 stupňov a namontujte kondenzátory v jednej rovine s doskou plošných spojov. Sledujte polaritu. Viem, že vás už otravujem s touto polaritou, ale je to veľmi dôležité.

Odporúča sa spájkovať C6, C7 a C8 zo strany komponentu a orezať káble na strane spájky čo najkratšie, pretože sú umiestnené nad kovovým tienením USB konektora Arduino

Krok 7: Keramické kondenzátory

Nie je problém použiť iný tvar, dôležité je mať rovnakú hodnotu a materiál pre tieto kondenzátory.

Namontujte nasledujúce keramické kondenzátory:

• C1: 2n2
• C2, C3: 8n2 alebo 22nF (*)
• C4: 100n

Upozorňujeme, že hodnoty C1 … C3 sú trochu kritické, pretože C1 definuje spolu s R5 pracovnú frekvenciu trojnásobného zosilňovača napätia a C2, C3 definujú prúd vlákna pre VFD elektrónky.

(*) držiak 8n2 pre skúmavky IV-3 a IV-3a, držiak 22nF pre skúmavky IV-6.

Krok 8: 10K odpory

Namontujte 10 kiloohmové odpory (hnedá-čierna-oranžová-zlatá)

R6… R18

Namontujte ich zvisle ako na obrázku.

Krok 9: Rezistory 68K

Namontujte 68 kiloohmové odpory (modro-sivé-oranžovo-zlaté)

R19 … R30

Namontujte ich zvisle ako na obrázku.

Krok 10: 220K odpory

Namontujte odpory 220 kiloohmov (červená-červená-žltá-zlatá)

R43… R54

Namontujte ich zvisle ako na obrázku.

Krok 11: Rezistory 100K

Namontujte 100 kiloohmové odpory (hnedá-čierna-žltá-zlatá)

R31 … R42

Namontujte ich zvisle ako na obrázku.

Krok 12: Zostávajúce odpory

Namontujte zostávajúce odpory:

• R1: 510 ohmov (zelená - hnedá - hnedá - zlatá)
• R2, R3: 1 kiloohm (hnedá-čierna-červená-zlatá). Možno budete musieť upraviť hodnotu v závislosti od diód LED podsvietenia trubice, ktoré plánujete použiť.
• R4: 2,7 kiloohmu (červená-fialová-červená-zlatá)
• R5: 3,9 kiloohmu (oranžová-biela-červená-zlatá)

Krok 13: Hlavičky Arduino

Namontujte stohovateľné hlavičky Arduino. Záhlavia v skutočnosti nebudú použité na stohovanie ďalších štítov Arduino na vrch tohto štítu, ale pomáhajú určiť montážnu výšku niekoľkých komponentov a trubíc VFD.

Zasuňte záhlavia cez dosku plošných spojov a zapojte ich do svojho Arduina. Prevráťte hore nohami a spájkujte 1–2 piny pre každý konektor. Rozstup konektorov bude teda správny. Odstráňte štít z Arduina a spájkujte zvyšné kolíky.

Krok 14: Výkonové tranzistory

Namontujte nasledujúce tranzistory:

• T26: BC639
• T27: BC640

Nenahrádzajte tieto tranzistory štandardnými typmi. Namontujte ich tak, aby bola horná časť ich puzdier nižšia ako hlavičky Arduino.

Vložte IC1 ICM7555 (*) do jeho zásuvky a zapojte štít do Arduina a zapojte napájanie. Napätie namerané medzi katódou D5 a zemou Arduino by malo byť okolo 32… 34V. Neurobil som to, pretože som si istý, ale ty to radšej urob.

Použite verziu CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), nepoužívajte štandardný časovač 555

Krok 15: Tranzistory NPN

Namontujte tranzistory BC547B

T1… T13

Namontujte ich tak, aby horná časť ich puzdier zostala pod (alebo bola zarovnaná) s hlavičkami Arduino.

Krok 16: Tranzistory PNP

Namontujte tranzistory BC557B

T14 … T25

Namontujte ich tak, aby horná časť ich puzdier zostala pod (alebo bola zarovnaná) s hlavičkami Arduino.

Krok 17: LED diódy podsvietenia trubice (voliteľné)

Na účely podsvietenia trubice môžete použiť 3 mm štandardné diódy LED v akejkoľvek farbe, dokonca aj LED diódy s vyblednutím farby RGB.

Ohnite vodiče LED diód tak, aby LED diódy zapadli do 3 mm otvorov pod rúrkami VFD, a potom ich spájkujte s plošnými spojmi. Dávajte pozor na polaritu. Krátky vodič LED (katóda) je spájkovaný s podložkou najbližšie k označeniu sieťotlačou s názvom LED (D6… D9).

Možno bude potrebné izolovať vodiče D9, aby sa nedotkli konektora ISP na Arduine.

LED diódy sú pripojené k výstupu PWM na Arduino a je možné ich pomocou softvéru stlmiť. To však nebude fungovať správne, ak použijete LED diódy s vyblednutím farby RGB.

Ak je to pre vás jednoduchšie, je tiež možné namontovať LED diódy po spájkovaní trubíc VFD na miesto. Vďaka technike montáže je tiež ľahké neskôr vymeniť diódy LED, ak sa rozhodnete, že by ste chceli inú farbu podsvietenia.

Krok 18: Montáž trubice VFD

Toto je jeden z najdôležitejších krokov pri stavbe štítu

Vodiče trubice jemne veďte cez ich príslušné otvory na doske plošných spojov. Zaistite, aby krátky kábel na rúrkach prechádzal otvorom bez spájkovacej podložky.

Číslice by teraz mali smerovať k prednej časti DPS.

Ak máte problémy s prechodom drôtov rúrok cez otvory, môžete ich odstrihnúť ako „špirálu“, aby ste dierami mohli presunúť vždy 1 drôt. Dávajte pozor, aby najkratší vodič nebol príliš krátky, pretože budeme montovať rúrky v určitej vzdialenosti od dosky plošných spojov.

Akonáhle sú skúmavky na mieste, zarovnajte ich viac -menej ručne. Spodok trubíc by mal byť približne 1-2 mm pod hornou časťou stohovateľných hlavičiek Arduino.

Ak používate voliteľný akrylový kryt, môžete ako zarovnávací nástroj použiť hornú a dolnú dosku.

Pripojte dva vodiče každej skúmavky k PCB. Akonáhle to urobíte, stále môžete nastaviť zarovnanie rúr zahriatím spájkovacích spojov.

Ak ste spokojní so zarovnaním trubiek, môžete zvyšné rúrkové vodiče nakoniec spájkovať na mieste a prebytočné vodiče orezať malou nožnicou na drôt.

Nepokúšajte sa zmeniť zarovnanie trubice po jej spájkovaní na mieste, pretože to môže spôsobiť mechanické napätie a viesť k poruche trubice

Krok 19: Záverečný test

Nakoniec test … Nahrajte demo náčrt do Arduina a odpojte Arduino z USB portu počítača.

Hotový štít VFD zapojte na vrch Arduina. Zaistite, aby sa žiadna kovová časť Arduina nedotýkala spájkovacích spojov štítu VFD.

Pripojte napájací adaptér 12 V DC k napájaciemu konektoru Arduino a zapnite napájanie.

Po niekoľkých sekundách by skúmavky VFD mali začať počítať od 0 do 9 v nekonečnej slučke. Bodky oddeľovača desatinných miest skúmaviek VFD by mali tvoriť binárne 4 -bitové počítadlo.

Podsvietenie trubice by malo každých niekoľko sekúnd stmavnúť a znova sa zapnúť.

Starostlivo skontrolujte drôty trubicových vlákien. Mali by veľmi slabo žiariť sýto červenou farbou. Ak príliš žiaria, znížte hodnoty C2 a C3. Na druhej strane, ak vlákno sotva svieti a číslice sú príliš slabé, môžete experimentovať zvýšením hodnôt pre C2 a C3.

Krok 20: Akrylová skriňa (voliteľné)

Prvé 2 súbory sú súbory CAD. Odporúčame vám otvoriť si "Návod na používanie skrinky pre štít na prezeranie na obrazovke.pdf" a odtiaľto sledovať kroky pre akrylové kryty.

Krok 21: Softvér

Každá knižnica, ktorú budete potrebovať, je v komentároch na začiatku každého náčrtu.

Priamy prístup

Poskytuje priamy prístup k trubiciam a diódam LED. Jednotlivé segmenty a bodky v tubách môžete zapínať a vypínať a ovládať pracovný cyklus PWM na osvetlenie diód LED.

Obyčajné hodiny

Len hodiny, ktoré sú nastavené pomocou sériového monitora, a nič moc fantastické, ale asi po 1 dni sa hodiny vrátia asi o 1 minútu

Múdre hodiny

• Pridaná podpora pre voliteľný DS1307 RTC s batériou.
• Pridaná podpora pre prácu iba s esp8266 cez RX a TX
• Pridané zobrazenie teploty v stupňoch Celzia, keď je pripojený 1-vodičový snímač. Skica podporuje DS18B20, DS18S20 a DS1822. Teplota sa zobrazuje každú minútu.

Aby esp8266 fungoval s hodinami, budete musieť blikať esp a vytvoriť špeciálny mostík, ako je tu uvedené, ako prepnúť do režimu hlbokého spánku, aby ste ušetrili energiu. Tiež bude potrebné nastaviť prihlasovacie údaje WIFI a časové pásmo z kódu na esp. Ak nemáte skúsenosti s esp8266, prečítajte si sem, aby ste sa dozvedeli viac o inštalácii dosky v Arduino IDE.

Teplomer

Funguje s 1-vodičovými snímačmi teploty. Program podporuje DS1820 (rôzne zapojenia, overte si to na internete), DS18B20, DS18S20 a DS1822.

Voltmeter

Tento program zobrazuje napätie namerané na pine A5.

Ukážka

Príklad animácie elektrónok, PWM animácia LED diód.