„Arduino“skydas iš senų Rusijos VFD vamzdžių: laikrodis, termometras, voltų matuoklis : 21 žingsnis (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Šiam projektui įgyvendinti prireikė beveik pusės metų. Negaliu apibūdinti, kiek įdėta darbo į šį projektą. Darant šį projektą vienas užtruksiu amžinai, todėl turėjau šiek tiek pagalbos iš savo draugų. Čia galite pamatyti mūsų darbą, surinktą į vieną labai ilgą instrukciją.

Šio projekto ypatybės:

• Suderinamas tik su „Arduino UNO“plokštėmis
• Varo keturis IV-3/ IV-3a/ IV-6 VFD mėgintuvėlius. Šie vamzdeliai yra labai efektyvūs, netgi efektyvesni nei „Nixie“ir atrodo gana šauniai. Energijos vartojimo efektyvumas yra beveik lygus LED matricai. Manau, kad jie atrodo geriau nei Nixie.
• Maitinimas 12V DC + 5V DC per Arduino plokštę; reikalingas stabilizuotas 12 V maitinimas
• Korpuso dizainas (CAD failai) neprivalomas
• galimi pritaikymai: laikrodis, termometras, voltmetras, skaitiklis, rezultatų suvestinė,…
• galimi keli „Arduino“pavyzdiniai eskizai

Žinau, kad šios instrukcijos tekstas yra labai ilgas, bet pabandykite perskaityti ir žiūrėti kiekvieną čia esantį tekstą ir nuotrauką. Kai kurios nuotraukos nėra puikios, bet tai yra viskas, ką galiu padaryti. Žinau, kad nesu geriausias fotografas.

Šis projektas iš pradžių buvo paskelbtas „axiris“, tačiau be jų pakeičiau ir paaiškinau daug smulkmenų, jūs klausiate savęs, kas nutiko.

Prekės

Galite matyti kiekvienos dalies skaičių, tačiau rekomenduoju išspausdinti dalių sąrašą.pdf, kad galėtumėte jį naudoti pirkinių sąraše, o vėliau - lituoti dalis ant PCB. Aš nusipirkau viską iš vietinių parduotuvių arba išardžiau iš neveikiančių įrenginių, bet jei jūs negalite padaryti taip, kaip aš, galite užsisakyti dalių iš „Aliexpress“, „Amazon“ar kitos parduotuvės.

Anglies plėvelės rezistoriai 1/4W 5% „Aliexpress“nuoroda, turinti visus rezistorius, kurių jums reikės šiame sąraše

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

Keraminiai/ MKT/ MKM kondensatoriai

• 1x 2,2 nF (222) „Aliexpress“nuoroda
• 2x 8,2 nF (822) „Aliexpress“nuoroda, skirta IV-3 / IV-3a, arba 2x 22nF (223), skirta IV-6 „Aliexpress“saitui
• 1x 100 nF (104) „Aliexpress“nuoroda

Elektrolitiniai puslaidininkiai

• 4x 22 μF 50V radialinė „Aliexpress“nuoroda
• 2x 100 μF 25V radialinė „Aliexpress“nuoroda

Diskretieji puslaidininkiai

• 1x 1N400x lygintuvo diodas „Aliexpress“nuoroda
• 4x 1N5819 „Schottky“diodas „Aliexpress“nuoroda
• 4x LED 3 mm (laisvai pasirinkite spalvą) „Aliexpress“nuoroda
• 13x BC547B NPN tranzistoriaus „Aliexpress“nuoroda
• 12x BC557B PNP tranzistorius Aliexpress nuoroda
• 1x BC639 NPN „galios“tranzistoriaus „Aliexpress“nuoroda
• 1x BC640 PNP „galios“tranzistoriaus „Aliexpress“nuoroda

Integruoti grandynai

ICM7555 laikmačio IC (turi būti CMOS versija, nenaudokite standartinio 555!) „Aliexpress“nuoroda

Jungtys ir įvairios dalys

• 2x sukraunama antraštė - atstumas 2,54 mm /.1 “- 8 polių„ Aliexpress “nuoroda
• 1 sukraunama antraštė - atstumas 2,54 mm /.1 “- 6 polių„ Aliexpress “nuoroda
• 1 sukraunama antraštė - atstumas 2,54 mm /.1 “- 10 polių„ Aliexpress “nuoroda
• 4x IV ‐ 3 arba IV-3a arba IV-6 VFD vamzdžių „Aliexpress“nuoroda
• PCB PCBWay nuoroda

Jei norite sukurti laikrodį, galite naudoti papildomą baterijomis paremtą RTC DS1307, bet jei norite, kad jis taptų protingas, naudokite esp8266. Galite naudoti didelę esp8266 arba mažą esp8266-01, tačiau rekomenduoju naudoti mažą, kad laikrodis atrodytų geriau. Jei norite padaryti jį dar protingesnį, derinkite esp8266 su 1 laido jutikliu. Eskizas palaiko DS1820, DS18B20, DS18S20 ir DS1822. Temperatūra rodoma kiekvieną minutę.

Jei turite klausimų apie šį projektą, rašykite man el. Pasistengsiu kuo greičiau atsakyti į jūsų klausimus

1 žingsnis: projekto apžvalga

Šis „Arduino“skydas gali valdyti 4 kartus rusiškus IV-3, IV-3a arba IV-6 septynių segmentų VFD vamzdžius. 4x 3 mm šviesos diodai apšviečia vamzdžius. Dizainas visiškai pagrįstas skylių komponentais, nebuvo naudojami SMD komponentai. Taigi PCB gali lengvai surinkti kiekvienas, turintis tam tikrą litavimo patirtį. Be to, naudojami komponentai yra pigūs ir lengvai prieinami. Kadangi šis projektas buvo sukurtas kaip labiau mokantis, lengvai sukuriamas projektas, tai nėra geriausias įmanomas sprendimas vairuoti šiuos VFD vamzdžius techniniu požiūriu. Vietoj tranzistorių BC547 ir BC557 galėjome naudoti A2982W šaltinio tvarkykles arba pakeisti tranzistorius su „Supertex“aukštos įtampos šaltinio tvarkyklės IC su vidiniu poslinkio registru. Deja, juos gali būti sunku gauti ir jie pateikiami labai dažnai SMD pakuotėse.

2 žingsnis: surinkimo patarimai

Ši pamokoma PCB skirta tiems, kurie turi didelę patirtį surenkant elektroniką. Jei manote, kad tai per sudėtinga jūsų įgūdžių lygiui, nebandykite jo surinkti ir neprašykite draugo, kad jis padarytų už jus.

Neskubėkite - šis rinkinys turėtų užtrukti 2–3 valandas, jei nepertraukiamas ar daugiau. Aš gaminu mažiau nei 2 valandas, bet turiu daugiau nei 2 metų kasdienę litavimo patirtį.

Įsitikinkite, kad jūsų darbo vieta yra gerai apšviesta (pageidautina dienos šviesa), švari ir tvarkinga.

Surinkite lentą tokia tvarka, kaip nurodyta čia pateiktose instrukcijose - prieš atlikdami kiekvieną operaciją, perskaitykite ir supraskite kiekvieną žingsnį. Nes po klaidos atgal beveik nebėra.

Manoma, kad suprantate, kad puslaidininkiai (diodai, IC, tranzistoriai) arba elektrolitiniai kondensatoriai yra poliarizuoti komponentai. Atitinkami ženklai yra šilkografuojami ant PCB ir pateikiami lentos schemoje.

Norint surinkti PCB, reikės šių įrankių ir medžiagų:

• Geros kokybės lituoklis (25-40W) su mažu antgaliu (1-2 mm)
• Laidų pjaustytuvas ir replės
• Pagrindinis multimetras įtampos bandymams ir rezistorių identifikavimui.
• Dažnai praverčia padidinamasis stiklas, skirtas smulkiems prietaiso ženklams nuskaityti.
• Lydmetalis - pageidautina švino/alavo lydmetalis. Lydmetalis be švino, kaip dabar reikalaujama naudoti komerciniuose gaminiuose Europoje, turi daug aukštesnę lydymosi temperatūrą ir su juo gali būti labai sunku dirbti. Nenaudokite jokių skysčių ar tepalų.
• Lydymosi dagtis (pynė) gali būti naudinga, jei netyčia sukuriate litavimo tiltus tarp gretimų litavimo siūlių.

Maitinimo šaltinis

Norint tinkamai veikti, „IV-3/IV-3a/IV-6 VFD“skydui reikia, kad „Arduino“būtų maitinamas iš 12 V nuolatinės srovės maitinimo šaltinio. Naudokite tik reguliuojamą perjungimo maitinimo adapterį, galintį tiekti 12 V DC / 300 mA.

Nenaudokite nereguliuojamo „transformatoriaus stiliaus“sieninio adapterio. Jie lengvai tiekia daugiau nei 16 V esant mažai apkrovai ir sugadins IV-3 VFD skydą, nes 12 V maitinimo įtampa yra gana svarbi. Turite būti labai atsargūs, kad nepakeistumėte maitinimo šaltinio poliškumo, kitaip rizikuojate užmušti „Arduino“, VFD skydą, maitinimo šaltinį ir galbūt patys užsiliepsnoti

Prieš prijungdami IV-3 skydą, uždėkite izoliacinę juostą ant „Arduino“USB jungties metalinio skydo, kad lydmetalio jungtys neliestų metalo ir nebūtų sutrumpintos

3 žingsnis: PCB apžvalga ir grandinės schema

PCB galite užsisakyti iš PCBWay. Jei esate naujas vartotojas, NAUDOKITE ŠIĄ NUORODĄ NEMOKAMAI 5 USD po registracijos, po to pirmosios 5 PCB bus nemokamos ir jums reikės sumokėti tik už pristatymą, kuris yra apie 6 USD su Kinijos oro paštu. Kaip matote paskutinėje nuotraukoje, skydas yra tokio paties dydžio kaip mano debeto kortelė iš „Revolut“. Kai kuriems žmonėms čia rodomos nuotraukos gali atrodyti lyg jie bandytų skaityti kinų kalbą.

4 žingsnis: Surinkimas

Galiausiai, mes pasiekėme surinkimo eigą … Vykdydami šiuos 5–19 veiksmus, žingsnis po žingsnio surinksime PCB. Gali būti naudinga surinkimo metu po ranka laikyti PCB apžvalgą ir grandinės schemą, ją atspausdinti arba palikti lituojant. Po kiekvieno žingsnio atidžiai palyginkite savo PCB su čia esančiomis nuotraukomis ir patikrinkite, ar nėra klaidų ir litavimo klaidų.

5 žingsnis: diodai ir IC lizdas

Sumontuokite šiuos diodus:

• D1: 1N400x arba lygiavertis
• D2… D5: 1N5819 škotiškas diodas

Stebėkite poliškumą ir atsargiai pritvirtinkite tinkamą diodą tinkamoje vietoje

Lituokite D2 ir D3 iš komponento pusės ir nukirpkite lydmetalio laidus kuo trumpiau, nes jie yra virš metalinio „Arduino“USB jungties ekrano.

Sumontuokite 8 polių IC lizdą, skirtą IC1. Šiuo metu nedėkite IC1 į lizdą.

6 žingsnis: elektrolitiniai kondensatoriai

Sumontuokite šiuos elektrolitinius kondensatorius:

• C5… C8: 22µF 50 V radialinis elektrolitinis kondensatorius
• C9, C10: 100µF 25V radialinis kondensatorius
• Sulenkite laidus 90 laipsnių kampu ir pritvirtinkite kondensatorius tiesiai prie PCB. Stebėkite poliškumą. Žinau, kad jau erzinu dėl šio stebėjimo poliškumo, bet tai labai svarbu.

Rekomenduojama lituoti C6, C7 ir C8 iš komponento pusės ir lydmetalio pusėje nukirpti laidus kuo trumpiau, nes jie yra virš metalinio „Arduino“USB jungties skydo

7 žingsnis: keraminiai kondensatoriai

Nėra problemų naudoti kitą formą, svarbu, kad šių kondensatorių vertė ir medžiaga būtų tokia pati.

Sumontuokite šiuos keraminius kondensatorius:

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

Atkreipkite dėmesį, kad C1… C3 reikšmės yra šiek tiek kritinės, nes C1 kartu su R5 apibrėžia įtampos trigubėjimo veikimo dažnį, o C2, C3 - VFD vamzdžių kaitinamųjų siūlų srovę.

(*) IV-3 ir IV-3a vamzdžių montavimas 8n2, IV-6 vamzdžių-22nF.

8 žingsnis: 10K rezistoriai

Sumontuokite 10 kilogramų omų rezistorius (ruda-juoda-oranžinė-auksinė)

R6… R18

Sumontuokite juos vertikaliai, kaip parodyta paveikslėlyje.

9 žingsnis: 68K rezistoriai

Sumontuokite 68 kilogramų omų rezistorius (mėlyna-pilka-oranžinė-auksinė)

R19… R30

Sumontuokite juos vertikaliai, kaip parodyta paveikslėlyje.

10 žingsnis: 220K rezistoriai

Sumontuokite 220 kilogramų omų rezistorius (raudona-raudona-geltona-auksinė)

R43… R54

Sumontuokite juos vertikaliai, kaip parodyta paveikslėlyje.

11 žingsnis: 100 000 rezistorių

Sumontuokite 100 kilogramų omų rezistorius (ruda-juoda-geltona-auksinė)

R31… R42

Sumontuokite juos vertikaliai, kaip parodyta paveikslėlyje.

12 žingsnis: likę rezistoriai

Sumontuokite likusius rezistorius:

• R1: 510 omų (žalia - ruda - ruda - auksinė)
• R2, R3: 1 kg omų (ruda-juoda-raudona-auksinė). Jums gali tekti koreguoti vertę, atsižvelgiant į vamzdžio apšvietimo šviesos diodus, kuriuos planuojate naudoti.
• R4: 2,7 kg omų (raudona-violetinė-raudona-auksinė)
• R5: 3,9 kg omų (oranžinė-balta-raudona-auksinė)

13 žingsnis: „Arduino“antraštės

Sumontuokite sukraunamas „Arduino“antraštes. Antraštės tikrai nebus naudojamos kitiems „Arduino“skydams sukrauti ant šio skydo, tačiau jos padeda nustatyti kelių komponentų ir VFD vamzdžių montavimo aukštį.

Stumkite antraštes per PCB ir prijunkite jas prie „Arduino“. Apverskite aukštyn kojomis ir lituokite 1-2 kaiščius kiekvienai jungčiai. Taigi jungčių tarpai bus teisingi. Nuimkite skydą nuo „Arduino“ir lituokite likusius kaiščius.

14 žingsnis: galios tranzistoriai

Sumontuokite šiuos tranzistorius:

• T26: BC639
• T27: BC640

Nepakeiskite šių tranzistorių standartiniais tipais. Sumontuokite juos taip, kad jų korpuso viršutinė dalis būtų žemiau nei „Arduino“antraštės.

Įdėkite IC1 ICM7555 (*) į lizdą ir prijunkite skydą prie „Arduino“ir įjunkite maitinimą. Įtampa, išmatuota tarp D5 katodo ir Arduino žemės, turėtų būti apie 32… 34 V. Aš to nepadariau, nes esu įsitikinęs, bet geriau padaryk tai.

Naudokite CMOS versiją (ICM7555, TLC555 LMC555, …), nenaudokite standartinio 555 laikmačio

15 žingsnis: NPN tranzistoriai

Sumontuokite tranzistorius BC547B

T1… T13

Sumontuokite juos taip, kad jų korpuso viršus liktų žemiau (arba būtų lygus) „Arduino“antraštėms.

16 žingsnis: PNP tranzistoriai

Sumontuokite tranzistorius BC557B

T14… T25

Sumontuokite juos taip, kad jų korpuso viršus liktų žemiau (arba būtų lygus) „Arduino“antraštėms.

17 veiksmas: vamzdžių apšvietimo šviesos diodai (neprivaloma)

Vamzdžių foniniam apšvietimui galite naudoti 3 mm standartinius bet kokios spalvos šviesos diodus, net RGB spalvų blukimo šviesos diodus.

Sulenkite šviesos diodų laidus taip, kad šviesos diodai tilptų į 3 mm skyles po VFD vamzdeliais, tada lituokite juos prie PCB. Atkreipkite dėmesį į poliškumą. Trumpas šviesos diodo laidas (katodas) yra lituojamas prie trinkelės, esančios arčiausiai šviesos diodo pavadinimo šilkografijos žymėjimo (D6… D9).

Gali prireikti izoliuoti D9 laidus, kad jie neliestų „Arduino“ISP jungties.

Šviesos diodai yra prijungti prie „Arduino“PWM išvesties ir gali būti pritemdyti naudojant programinę įrangą. Tačiau tai neveiks tinkamai, kai naudosite RGB spalvų blukimo šviesos diodus.

Jei jums lengviau, taip pat galima sumontuoti šviesos diodus po to, kai VFD vamzdžiai yra lituojami. Dėl montavimo technikos taip pat lengva vėliau pakeisti šviesos diodus, jei nuspręsite, kad norite turėti kitą apšvietimo spalvą.

18 žingsnis: VFD vamzdžių montavimas

Tai yra vienas iš svarbiausių jūsų skydo kūrimo žingsnių

Švelniai perveskite vamzdžių laidus per atitinkamas skyles PCB. Įsitikinkite, kad trumpas vamzdžių laidas eina per skylę be lydmetalio.

Dabar skaitmenys turėtų būti nukreipti į PCB priekinę dalį.

Jei jums sunku išleisti vamzdžių laidus per skyles, galite juos perpjauti kaip „spiralę“, kad vienu metu per skylutes galėtumėte perkelti 1 laidą. Atkreipkite dėmesį, kad trumpiausias laidas nebūtų per trumpas, nes ketiname montuoti vamzdžius tam tikru atstumu nuo PCB.

Kai vamzdeliai yra vietoje, juos daugiau ar mažiau sulygiuokite rankomis. Vamzdžių dugnas turi būti maždaug 1-2 mm žemiau „Arduino“sukraunamų antraščių viršaus.

Jei naudojate papildomą akrilo gaubtą, viršutinę ir apatinę plokštes galite naudoti kaip išlyginimo įrankį.

Lituokite du kiekvieno vamzdžio laidus prie PCB. Kai tai bus padaryta, vis tiek galite reguliuoti vamzdžių išlyginimą, pašildydami litavimo siūles.

Jei esate patenkinti vamzdžių išlygiavimu, pagaliau galite lituoti likusius vamzdžių laidus ir nupjauti perteklinius laidus mažu vielos pjaustytuvu.

Nemėginkite pakeisti vamzdžio išlygiavimo po to, kai jis yra lituojamas, nes tai gali sukelti mechaninį įtempį ir sugadinti vamzdį

19 žingsnis: galutinis testas

Galiausiai bandymas … Įkelkite demonstracinį eskizą į „Arduino“ir atjunkite „Arduino“nuo kompiuterio USB prievado.

Prijunkite gatavą VFD skydą ant „Arduino“. Įsitikinkite, kad jokia metalinė „Arduino“dalis neliečia VFD skydo litavimo jungčių.

Prijunkite 12 V nuolatinės srovės maitinimo adapterį prie „Arduino“maitinimo jungties ir įjunkite maitinimą.

Po kelių sekundžių VFD vamzdžiai turėtų pradėti skaičiuoti nuo 0 iki 9 begalinėje kilpoje. VFD vamzdžių dešimtainiai skyrikliai turi sudaryti dvejetainį 4 bitų skaitiklį.

Vamzdžių apšvietimas turėtų pritemdyti kas kelias sekundes ir vėl įsijungti.

Atidžiai patikrinkite vamzdžių gijų laidus. Jie turėtų švytėti labai silpnai ir būti ryškiai raudonos spalvos. Jei jie šviečia per daug, sumažinkite C2 ir C3 reikšmes. Kita vertus, jei gija vos šviečia, o skaitmenys per silpni, galite eksperimentuoti padidindami C2 ir C3 reikšmes.

20 veiksmas: akrilo gaubtas (neprivaloma)

Pirmieji 2 failai yra CAD failai. Rekomenduoju atidaryti skyrių „Enclosure for Shield“vartotojo vadovas, skirtas žiūrėti ekrane.pdf “ir iš ten stebėti akrilo gaubto veiksmus.

21 žingsnis: programinė įranga

Kiekviena biblioteka, kurios jums reikės, yra kiekvieno eskizo pradžioje esančiuose komentaruose.

Tiesioginė prieiga

Suteikia tiesioginę prieigą prie vamzdžių ir šviesos diodų. Galite įjungti ir išjungti atskirus segmentus ir taškus vamzdeliuose ir valdyti PWM darbo ciklą, kad apšviestų šviesos diodus.

Įprastas laikrodis

Tiesiog laikrodis, nustatytas per serijinį monitorių, ir nieko per daug įmantraus, bet maždaug po 1 dienos laikrodis grįžta maždaug po 1 minutės

Išmanusis laikrodis

• Papildomas papildomas su baterijomis paremtas DS1307 RTC palaikymas.
• Pridėta parama darbui tik su esp8266 per RX ir TX
• Pridėtas temperatūros rodymas Celsijaus laipsniais, kai prijungtas 1 laido jutiklis. Eskizas palaiko DS18B20, DS18S20 ir DS1822. Temperatūra rodoma kiekvieną minutę.

Kad esp8266 veiktų su laikrodžiu, turėsite blykstelėti esp ir sukurti specialų tiltelį, parodytą čia, kaip įjungti gilaus miego režimą, kad būtų taupoma energija. Taip pat reikės nustatyti WIFI prisijungimo duomenis ir laiko juostą iš kodo, esančio esp. Jei neturite patirties su esp8266, skaitykite čia ir sužinokite daugiau apie plokštės diegimą „Arduino IDE“.

Termometras

Veikia su 1 laidų temperatūros jutikliais. Programa palaiko DS1820 (skirtingus laidus, patikrinkite juos internete), DS18B20, DS18S20 ir DS1822.

Voltmetras

Ši programa rodo įtampą, išmatuotą ant kaiščio A5.

Demonstracija

Vamzdžių animacijos pavyzdys, šviesos diodų animacija PWM.