Kilpi Arduinolle vanhoilta venäläisiltä VFD -putkilta: kello, lämpömittari, jännitemittari : 21 vaihetta (kuvilla)

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tämä projekti kesti lähes puoli vuotta. En voi kuvata kuinka paljon työtä tähän projektiin meni. Tämän projektin tekeminen yksin vie minut ikuisesti, joten sain apua ystäviltäni. Täällä voit nähdä työmme koottuina yhteen erittäin opettavaiseen.

Tämän projektin ominaisuudet:

• Yhteensopiva vain Arduino UNO -levyjen kanssa
• Toimii neljällä IV-3/ IV-3a/ IV-6 VFD-putkella. Nämä putket ovat erittäin energiatehokkaita, jopa tehokkaampia kuin Nixie ja näyttävät aika siisteiltä. Energiatehokkuus on melkein sama kuin LED -matriisi. Minusta ne näyttävät paremmilta kuin Nixie.
• Virtalähde 12 V DC + 5 V DC Arduino -kortin kautta; tarvitaan vakaa 12 V: n syöttö
• Kotelon suunnittelu (CAD -tiedostot) valinnainen
• mahdolliset sovellukset: kello, lämpömittari, voltimittari, laskuri, tulostaulu,…
• saatavilla useita Arduinon esimerkkiluonnoksia

Tiedän, että tämän ohjeen teksti on hyvin pitkä, mutta yritä lukea ja katsoa jokainen teksti ja valokuva täällä. Jotkut kuvat eivät ole hienoja, mutta tämä on kaikki mitä voin tehdä. Tiedän, etten ole paras valokuvaaja.

Tämä projekti julkaistiin alun perin axiriksessa, mutta muutin ja selitin paljon pieniä asioita ilman niitä, ja kysyt itseltäsi, mikä on mennyt pieleen.

Tarvikkeet

Näet jokaisen osan määrän, mutta suosittelen, että tulostat Osaluettelo.pdf, jotta voit käyttää sitä ostoslistaan ja myöhemmin osien juottamiseen piirilevylle. Olen ostanut kaiken paikallisista kaupoista tai irrotanut sen toimimattomista laitteista, mutta jos et voi tehdä aivan kuten minä, voit tilata osat Aliexpressistä tai Amazonista tai toisesta kaupasta.

Hiilikalvovastukset 1/4W 5% Aliexpress -linkki, jossa on kaikki tarvitsemasi vastukset tässä luettelossa

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

Keraamiset/ MKT/ MKM -kondensaattorit

• 1x 2,2 nF (222) Aliexpress -linkki
• 2x 8,2 nF (822) Aliexpress-linkki IV-3 / IV-3a: lle tai 2x 22nF (223) IV-6-Aliexpress-linkille
• 1x 100 nF (104) Aliexpress -linkki

Elektrolyyttiset puolijohteet

• 4x 22 μF 50V säteittäinen Aliexpress -linkki
• 2x 100 μF 25V säteittäinen Aliexpress -linkki

Erilliset puolijohteet

• 1x 1N400x tasasuuntaajan diodi Aliexpress -linkki
• 4x 1N5819 schottky -diodi Aliexpress -linkki
• 4x LED 3mm (valitse väri vapaasti) Aliexpress -linkki
• 13x BC547B NPN -transistori Aliexpress -linkki
• 12x BC557B PNP -transistori Aliexpress -linkki
• 1x BC639 NPN "tehotransistori" Aliexpress -linkki
• 1x BC640 PNP "tehotransistori" Aliexpress -linkki

Integroidut piirit

ICM7555 ajastimen IC (täytyy olla CMOS -versio, älä käytä vakiomallista 555!) Aliexpress -linkki

Liittimet ja monipuoliset osat

• 2x pinottava otsikko - väli 2,54 mm /.1” - 8 -napainen Aliexpress -linkki
• 1 pinottava otsikko - väli 2,54 mm /.1” - 6 -napainen Aliexpress -linkki
• 1 pinottava otsikko - väli 2,54 mm /.1” - 10 napaa Aliexpress -linkki
• 4x IV ‐ 3 tai IV-3a tai IV-6 VFD-putki Aliexpress-linkki
• PCB PCBWay -linkki

Jos haluat tehdä kellon, voit käyttää lisävarusteena saatavaa paristokäyttöistä RTC DS1307 -laitetta, mutta jos haluat tehdä siitä älykkään, käytä esp8266. Voit käyttää suurta esp8266 tai pientä esp8266-01, mutta suosittelen pienen käyttöä, jotta kello näyttää paremmalta. Jos haluat tehdä siitä vieläkin älykkäämmän, yhdistä esp8266 1-johtimiseen anturiin. Luonnos tukee DS1820, DS18B20, DS18S20 ja DS1822. Lämpötila näytetään minuutin välein.

Jos sinulla on kysyttävää tästä projektista, lähetä minulle sähköpostia. Yritän vastata kysymyksiinne mahdollisimman nopeasti

Vaihe 1: Yleiskatsaus projektista

Tämä Arduino-kilpi pystyy käyttämään 4x venäläisiä IV-3, IV-3a tai IV-6 seitsemän segmentin VFD-putkia. 4x 3mm LEDit tarjoavat taustavalon putkille. Suunnittelu perustuu täysin reiän läpi oleviin komponentteihin, eikä SMD-komponentteja käytetty. Siten PCB voidaan helposti koota kaikille, joilla on jonkin verran juotoskokemusta. Lisäksi käytetyt komponentit ovat halpoja ja helposti saatavilla. Koska tämä suunniteltiin opettavaisemmaksi, helposti rakennettavaksi projektiksi, se ei ole paras mahdollinen ratkaisu näiden VFD -putkien käyttämiseen teknisestä näkökulmasta. BC547- ja BC557 -transistorien sijasta olisimme voineet käyttää A2982W -lähdeohjaimia tai korvata transistorit Supertex -suurjännitelähteen ohjaimella, jossa on sisäinen siirtorekisteri. Valitettavasti näitä voi olla vaikea saada ja ne tulevat hyvin usein SMD -pakkauksissa.

Vaihe 2: Vinkkejä kokoonpanoon

Tämä ohjeellinen piirilevy on suunniteltu henkilölle, jolla on pitkää kokemusta elektroniikan kokoonpanosta. Jos uskot, että se on liian monimutkainen taitotasollesi, älä yritä koota sitä tai pyydä ystävääsi tekemään se puolestasi.

Ota aikaa - tämän paketin valmistuminen kestää 2-3 tuntia, jos se on keskeytymätöntä tai enemmän. Teen sitä alle 2 tuntia, mutta minulla on yli 2 vuoden päivittäinen kokemus juotoksesta.

Varmista, että työalueesi on hyvin valaistu (mieluiten päivänvalo), puhdas ja siisti.

Kokoa levy tässä järjestyksessä annettujen ohjeiden mukaisesti - lue ja ymmärrä jokainen vaihe ennen jokaista toimenpidettä. Koska virheen jälkeen ei ole paluuta takaisin.

Oletetaan, että ymmärrät, että puolijohteet (diodit, IC: t, transistorit) tai elektrolyyttikondensaattorit ovat polarisoituja komponentteja. Asianmukaiset merkinnät on silkkipainettu piirilevylle ja ne on esitetty kaaviossa.

PCB: n kokoamiseen tarvitaan seuraavat työkalut ja materiaalit:

• Laadukas juotosrauta (25-40W), pieni kärki (1-2 mm)
• Lankaleikkuri ja pihdit
• Perusyleismittari jännitetesteille ja vastuksien tunnistamiselle.
• Suurennuslasi pienien laitteiden merkintöjen lukemiseen on usein hyödyllinen.
• Juotos - lyijy/tinajuote on edullinen. Lyijyttömän juotteen, jota nyt vaaditaan käytettäväksi kaupallisissa tuotteissa Euroopassa, sulamispiste on paljon korkeampi ja sen kanssa voi olla erittäin vaikea työskennellä. Älä käytä nestettä tai rasvaa.
• Juotteenpoistokanyyli (punos) voi olla hyödyllinen, jos luot vahingossa juotosiltoja vierekkäisten juotosliitosten väliin.

Virtalähde

IV-3/IV-3a/IV-6 VFD-suoja vaatii, että Arduino saa virtansa 12 V: n tasavirtalähteestä toimiakseen kunnolla. Käytä vain säädeltyä kytkentävirtasovitinta, joka pystyy syöttämään 12 V DC / 300 mA.

Älä käytä sääntelemätöntä muuntajatyyppistä seinäadapteria. Nämä antavat helposti yli 16 V: n kevyellä kuormituksella ja vahingoittavat IV-3 VFD -suojaa, koska 12 V: n syöttöjännite on varsin kriittinen. Sinun on oltava erittäin varovainen, ettet käännä virtalähteen napaisuutta, tai olet vaarassa tappaa Arduinon, VFD -suojan, virtalähteen ja mahdollisesti sytyttää tulipalon tai sähköiskun

Aseta eristävä teippi Arduino-laitteen USB-liittimen metallikilpeen ennen IV-3-suojan liittämistä, jotta juotosliitännät eivät kosketa metallia ja oikosulku

Vaihe 3: Piirilevyjen yleiskatsaus ja piirikaavio

Voit tilata piirilevyn PCBWaysta. Jos olet uusi käyttäjä, KÄYTÄ TÄTÄ LINKkiä, jotta saat 5 dollaria ILMAISEKSI REKISTERÖINNIN JÄLKEEN, sen jälkeen ensimmäiset 5 PCB: tä ovat ilmaisia ja sinun on maksettava vain toimitus, joka on noin 6 USD Kiinan lentopostilla. Kuten viimeisessä kuvassa näkyy, kilpi on samankokoinen kuin Revolutin maksukorttini. Tässä näytetyt valokuvat voivat joillekin näyttää siltä, että he yrittävät lukea kiinaa.

Vaihe 4: Kokoonpano

Lopuksi pääsimme kokoonpanon etenemiseen… Seuraavissa vaiheissa 5-19 kokoamme PCB: n askel askeleelta. PCB -yleiskatsauksen ja kytkentäkaavion pitäminen käsillä kokoonpanon aikana voi olla hyödyllistä tulostamalla se tai jättämällä se tietokoneeseen juottamisen aikana. Vertaa piirilevyäsi huolellisesti jokaisen vaiheen jälkeen tässä olevien kuvien kanssa ja tarkista virheet ja juotosviat.

Vaihe 5: Diodit ja IC -kanta

Asenna seuraavat diodit:

• D1: 1N400x tai vastaava
• D2… D5: 1N5819 schottky -diodi

Katso napaisuutta ja kiinnitä oikea diodi oikeaan paikkaan

Juottaa D2 ja D3 komponenttipuolelta ja leikata juotospuolen johdot mahdollisimman lyhyiksi, koska ne ovat Arduinon metallisen USB -liittimen suojan yläpuolella.

Asenna 8 -napainen IC -liitin IC1: lle. Älä aseta IC1: tä pistorasiaan tässä vaiheessa.

Vaihe 6: Elektrolyyttikondensaattorit

Asenna seuraavat elektrolyyttikondensaattorit:

• C5… C8: 22µF 50V säteittäinen elektrolyyttikondensaattori
• C9, C10: 100µF 25V säteittäinen kondensaattori
• Taivuta johtimia 90 astetta ja asenna kondensaattorit tasaisesti piirilevyyn. Varo napaisuutta. Tiedän, että ärsytän jo tätä Watch -napaisuutta, mutta se on erittäin tärkeää.

On suositeltavaa juottaa C6, C7 ja C8 komponenttipuolelta ja leikata johtimet mahdollisimman lyhyiksi juotospuolelta, koska ne on sijoitettu Arduino -USB -liittimen metallisen suojan yläpuolelle

Vaihe 7: Keraamiset kondensaattorit

Ei ole ongelma käyttää toista muotoa, ja on tärkeää olla sama arvo ja materiaali näille kondensaattoreille.

Asenna seuraavat keraamiset kondensaattorit:

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

Huomaa, että arvot C1… C3 ovat jonkin verran kriittisiä, koska C1 määrittelee yhdessä R5: n kanssa jännitteen kolmoislaitteen toimintataajuuden ja C2, C3 määrittää hehkulangan virran VFD -putkille.

(*) kiinnitys 8n2 IV-3- ja IV-3a-putkille, 22nF-kiinnike IV-6-putkille.

Vaihe 8: 10K vastukset

Asenna 10 kilo-ohmin vastukset (ruskea-musta-oranssi-kulta)

R6… R18

Asenna ne pystysuoraan kuten kuvassa.

Vaihe 9: 68K vastukset

Asenna 68 kilo-ohmin vastukset (siniharmaa-oranssi-kultainen)

R19… R30

Asenna ne pystysuoraan kuten kuvassa.

Vaihe 10: 220K vastukset

Asenna 220 kilo-ohmin vastukset (punainen-punainen-keltainen-kulta)

R43… R54

Asenna ne pystysuoraan kuten kuvassa.

Vaihe 11: 100K vastukset

Asenna 100 kilo-ohmin vastukset (ruskea-musta-keltainen-kulta)

R31… R42

Asenna ne pystysuoraan kuten kuvassa.

Vaihe 12: Jäljellä olevat vastukset

Asenna loput vastukset:

• R1: 510 ohmia (vihreä - ruskea - ruskea - kulta)
• R2, R3: 1 kilo-ohmi (ruskea-musta-punainen-kulta). Saatat joutua säätämään arvoa sen mukaan, mitä putken taustavalon LED -valoja aiot käyttää.
• R4: 2,7 kilo-ohmia (punainen-violetti-punainen-kulta)
• R5: 3,9 kilo-ohmia (oranssi-valkoinen-punainen-kulta)

Vaihe 13: Arduino -otsikot

Asenna pinottavat Arduinon otsikot. Otsikoita ei todellakaan käytetä muiden Arduino -kilpien pinoamiseen tämän kilven päälle, mutta ne auttavat määrittämään useiden komponenttien ja VFD -putkien asennuskorkeuden.

Työnnä otsikot piirilevyn läpi ja kytke ne Arduinoon. Käännä ylösalaisin ja juota 1-2 nastaa kullekin liittimelle. Liittimien etäisyys on siis oikea. Poista suojus Arduinosta ja juota loput nastat.

Vaihe 14: Tehotransistorit

Asenna seuraavat transistorit:

• T26: BC639
• T27: BC640

Älä vaihda näitä transistoreita vakiotyyppeihin. Asenna ne niin, että koteloiden yläosa on Arduinon otsikoita matalampi.

Aseta IC1 ICM7555 (*) pistorasiaan ja kytke suoja Arduinoon ja kytke virta. D5: n katodin ja Arduinon maan välillä mitatun jännitteen tulisi olla noin 32… 34 V. En tehnyt tätä, koska olen varma minusta, mutta sinun on parempi tehdä se.

Käytä CMOS -versiota (ICM7555, TLC555 LMC555,…), älä käytä tavallista 555 -ajastinta

Vaihe 15: NPN -transistorit

Asenna BC547B -transistorit

T1… T13

Kiinnitä ne niin, että koteloiden yläosa pysyy Arduino -otsikoiden alapuolella (tai on niiden kanssa).

Vaihe 16: PNP -transistorit

Asenna BC557B -transistorit

T14… T25

Kiinnitä ne niin, että koteloiden yläosa pysyy Arduino -otsikoiden alapuolella (tai on niiden kanssa).

Vaihe 17: Putken taustavalon LEDit (valinnainen)

Voit käyttää 3 mm: n vakio -LED -valoja missä tahansa värissä putken taustavaloa varten, jopa RGB -värin häivyttäviä LED -valoja.

Taivuta LED -valojen johdot niin, että LEDit sopivat VFD -putkien alla oleviin 3 mm: n reikiin, ja juota ne sitten piirilevyyn. Kiinnitä huomiota napaisuuteen. LEDin lyhyt johdin (katodi) on juotettu tyynyyn, joka on lähinnä LED-nimeä silkkipaino (D6… D9).

Saattaa olla tarpeen eristää D9 -johdot, jotta ne eivät kosketa Arduinon ISP -liitintä.

LEDit on kytketty Arduinon PWM -lähtöön, ja ne voidaan himmentää ohjelmiston avulla. Tämä ei kuitenkaan toimi kunnolla, kun käytät RGB -värin häivyttäviä LED -valoja.

Jos se on sinulle helpompaa, on myös mahdollista asentaa LEDit VFD -putkien juottamisen jälkeen. Asennustekniikan ansiosta LEDit on myös helppo vaihtaa myöhemmin, jos päätät saada toisen taustavalon värin.

Vaihe 18: VFD -putken asennus

Tämä on yksi tärkeimmistä vaiheista kilven rakentamisessa

Vedä putkijohdot varovasti piirilevyn reikien läpi. Varmista, että putkien lyhyt johdin kulkee reiän läpi ilman juotoslevyä.

Nyt numeroiden tulee olla piirilevyn etuosaa kohti.

Jos sinulla on vaikeuksia saada putkien johdot reikien läpi, voit leikata ne "spiraaliksi", jotta voit siirtää yhden langan kerrallaan reikien läpi. Kiinnitä huomiota siihen, että lyhin lanka ei ole liian lyhyt, koska aiomme asentaa putket jonkin matkan päähän piirilevystä.

Kun putket ovat paikoillaan, kohdista ne enemmän tai vähemmän käsin. Putkien pohjan tulee olla noin 1-2 mm pinottavien Arduino-otsikoiden yläosan alapuolella.

Jos käytät lisävarusteena saatavaa akryylikoteloa, voit käyttää ylä- ja alalevyä kohdistustyökaluna.

Juotos jokaisen putken kaksi johdinta piirilevyyn. Kun tämä on tehty, voit silti säätää putken suuntausta lämmittämällä juotosliitoksia uudelleen.

Jos olet tyytyväinen putken kohdistukseen, voit lopulta juottaa loput putkijohdot paikoilleen ja leikata ylimääräiset johdot pienellä lankaleikkurilla.

Älä yritä muuttaa putken suuntausta sen jälkeen, kun se on juotettu paikalleen, koska se voi aiheuttaa mekaanista rasitusta ja johtaa vialliseen putkeen

Vaihe 19: Lopullinen testi

Lopuksi testi… Lataa esitysluonnos Arduinolle ja irrota Arduino tietokoneen USB -portista.

Liitä valmis VFD -suoja Arduinon päälle. Varmista, että mikään Arduinon metalliosa ei kosketa VFD -suojan juotosliitoksia.

Liitä 12 V DC -virtasovitin Arduino -virtaliittimeen ja kytke virta päälle.

Muutaman sekunnin kuluttua VFD -putkien pitäisi alkaa laskea nollasta 9: ään loputtomassa silmukassa. VFD -putkien desimaalierotuspisteiden tulisi muodostaa binaarinen 4 -bittinen laskuri.

Putken taustavalon pitäisi himmentyä muutaman sekunnin välein ja syttyä uudelleen.

Tarkista putken filamenttijohdot huolellisesti. Niiden pitäisi hehkua hyvin heikosti syvänpunaisella värillä. Jos ne hehkuvat liikaa, laske C2- ja C3 -arvoja. Toisaalta, jos hehkulanka tuskin hehkuu ja numerot ovat liian himmeitä, voit kokeilla lisäämällä C2- ja C3 -arvoja.

Vaihe 20: Akryylikotelo (valinnainen)

Kaksi ensimmäistä tiedostoa ovat CAD -tiedostoja. Suosittelen avaamaan "Enclosure for Shield User Manual for the screen view.pdf" ja seuraamaan akryylikotelon vaiheita sieltä.

Vaihe 21: Ohjelmisto

Jokainen tarvitsemasi kirjasto on jokaisen luonnoksen alussa olevissa kommenteissa.

Suora pääsy

Tarjoaa suoran pääsyn putkiin ja LEDeihin. Voit kytkeä päälle ja pois yksittäisiä segmenttejä ja pisteitä putkissa ja ohjata PWM -käyttöjaksoa LED -valojen sytyttämiseksi.

Tavallinen kello

Vain kello, joka on asetettu sarjamonitorin kautta eikä mitään kovin hienoa, mutta noin 1 päivän kuluttua kello on palannut noin 1 minuutin kuluttua

Älykäs kello

• Lisätty lisävarusteena saatava paristokäyttöinen DS1307 RTC.
• Lisätty tuki vain esp8266: n kautta RX: n ja TX: n kanssa
• Lisätty lämpötilan näyttö celsiusasteina, kun 1-johtiminen anturi on kytketty. Luonnos tukee DS18B20, DS18S20 ja DS1822. Lämpötila näytetään minuutin välein.

Jotta esp8266 toimisi kellon kanssa, sinun on salattava esp ja tehtävä erityinen silta, joka on esitetty tässä, kuinka laittaa syvään lepotilaan virran säästämiseksi. Sinun on myös määritettävä WIFI -tunnukset ja aikavyöhyke esp -koodista. Jos sinulla ei ole kokemusta esp8266: sta, lue täältä saadaksesi lisätietoja levyn asentamisesta Arduino IDE: hen.

Lämpömittari

Toimii 1-johtimisilla lämpötila-antureilla. Ohjelma tukee DS1820 (eri johdotus, tarkista se Internetistä), DS18B20, DS18S20 ja DS1822.

Volttimittari

Tämä ohjelma näyttää pinasta A5 mitatun jännitteen.

Esittely

Esimerkki putkien animaatiosta, LEDien PWM -animaatio.