Nakładka dla Arduino ze starych rosyjskich lamp VFD: zegar, termometr, woltomierz: 21 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Realizacja tego projektu zajęła prawie pół roku. Nie potrafię opisać ile pracy włożono w ten projekt. Samo wykonanie tego projektu zajęłoby mi wieczność, więc miałem pomoc od moich przyjaciół. Tutaj możesz zobaczyć naszą pracę skompilowaną w jeden bardzo długi instruktaż.

Cechy tego projektu:

• Kompatybilny tylko z płytkami Arduino UNO
• Steruje czterema lampami IV-3/ IV-3a/ IV-6 VFD. Te lampy są bardzo wydajne energetycznie, są nawet wydajniejsze niż Nixie i wyglądają całkiem fajnie. Efektywność energetyczna jest prawie równa matrycy LED. Myślę, że wyglądają lepiej niż nixie.
• Zasilanie 12V DC + 5V DC poprzez płytkę Arduino; wymagane jest stabilizowane zasilanie 12V
• Projekt obudowy (pliki CAD) opcjonalnie
• możliwe zastosowania: zegar, termometr, woltomierz, licznik, tablica wyników, …
• dostępnych jest wiele przykładowych szkiców Arduino

Wiem, że tekst w tej instrukcji jest bardzo długi, ale spróbuj przeczytać i obejrzeć każdy tekst i zdjęcie tutaj. Niektóre zdjęcia nie są świetne, ale to wszystko, co mogę zrobić. Wiem, że nie jestem najlepszym fotografem.

Ten projekt został pierwotnie opublikowany w axiris, ale zmodyfikowałem i wyjaśniłem wiele drobiazgów bez nich będziesz zadawać sobie pytanie, co poszło nie tak.

Kieszonkowe dzieci

Możesz zobaczyć liczbę każdej części, ale polecam wydrukować Part List.pdf, aby użyć go do listy zakupów, a później do lutowania części na PCB. Kupiłem wszystko w lokalnych sklepach lub wylutowałem z niedziałających urządzeń, ale jeśli nie możesz zrobić tak jak ja, możesz zamówić części z Aliexpress lub Amazon lub innego sklepu.

Rezystory z powłoką węglową 1/4W 5% link Aliexpress, który ma każdy rezystor, którego będziesz potrzebować na tej liście

• 1x 510 Ω
• 2x 1KΩ
• 1x2K7Ω
• 1x3K9Ω
• 13x 10KΩ
• 12x 68KΩ
• 12x 100KΩ
• 12x 220KΩ

Kondensatory ceramiczne / MKT / MKM

• 1x 2.2 nF (222) link do Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) Łącze Aliexpress dla IV-3/IV-3a lub 2x 22nF (223) dla IV-6 Łącze Aliexpress
• 1x 100 nF (104) łącze Aliexpress

Półprzewodniki elektrolityczne

• 4x 22 μF 50V promieniowe łącze Aliexpress
• 2x 100 μF 25V promieniowe łącze Aliexpress

Dyskretne półprzewodniki

• 1x 1N400x dioda prostownicza Aliexpress link
• 4x 1N5819 dioda Schottky'ego link Aliexpress
• 4x LED 3mm (dowolnie wybierz kolor) Link do Aliexpress
• 13x tranzystor NPN BC547B Aliexpress link
• 12x tranzystor PNP BC557B Aliexpress link
• 1x BC639 NPN „moc” tranzystora Aliexpress link
• 1x BC640 PNP „moc” tranzystora Aliexpress link

Obwody scalone

IC timera ICM7555 (musi być wersją CMOS, nie używaj standardowego łącza 555!) Aliexpress link

Złącza i różne części

• 2x sztaplowany heder ‐ rozstaw 2,54 mm /.1” ‐ 8 biegunów Łącze Aliexpress
• 1x heder do sztaplowania – rozstaw 2,54 mm /.1” ‐ 6 polowy łącznik Aliexpress
• 1x heder do układania w stos - rozstaw 2,54 mm /.1” ‐ 10 biegunów Łącze Aliexpress
• 4x IV-3 lub IV-3a lub IV-6 VFD rura Aliexpress link
• Łącze PCB PCBWay

Jeśli chcesz zrobić zegar, możesz użyć opcjonalnego RTC DS1307 z zasilaniem bateryjnym, ale jeśli chcesz, aby był inteligentny, użyj esp8266. Możesz użyć dużego esp8266 lub małego esp8266-01, ale polecam użyć małego, aby zegar wyglądał lepiej. Jeśli chcesz, aby był jeszcze mądrzejszy, połącz esp8266 z czujnikiem 1-Wire. Szkic obsługuje DS1820, DS18B20, DS18S20 i DS1822. Temperatura jest wyświetlana co minutę.

Jeśli masz jakieś pytania dotyczące tego projektu, napisz do mnie. Postaram się jak najszybciej odpowiedzieć na Twoje pytania

Krok 1: Przegląd projektu

Ta osłona Arduino jest w stanie wysterować 4 x rosyjskie lampy VFD IV-3, IV-3a lub IV-6 siedmiosegmentowe. 4x 3mm diody LED zapewniają oświetlenie tła dla lamp. Konstrukcja jest całkowicie oparta na elementach przewlekanych, nie zastosowano żadnych elementów SMD. W związku z tym płytkę PCB może z łatwością zmontować każdy, kto ma pewne doświadczenie w lutowaniu. Ponadto zastosowane komponenty są tanie i łatwo dostępne. Ponieważ został zaprojektowany jako projekt bardziej edukacyjny, łatwy do zbudowania, nie jest najlepszym możliwym rozwiązaniem do napędzania lamp VFD z technicznego punktu widzenia. Zamiast tranzystorów BC547 i BC557 moglibyśmy użyć sterowników źródła A2982W lub zastąpić tranzystory układem scalonym sterownika wysokiego napięcia Supertex z wewnętrznym rejestrem przesuwnym. Niestety mogą być one trudne do zdobycia i bardzo często pojawiają się w paczkach SMD.

Krok 2: Wskazówki dotyczące montażu

Ta instruktażowa płytka drukowana jest przeznaczona dla kogoś, kto ma zaawansowane doświadczenie w montażu elektroniki. Jeśli uważasz, że jest to zbyt skomplikowane dla twojego poziomu umiejętności, nie próbuj go składać ani nie proś znajomego, aby zrobił to dla ciebie.

Nie spiesz się - ten zestaw powinien zająć 2-3 godziny, jeśli nie zostanie przerwany lub dłużej. Robię to niecałe 2 godziny, ale na co dzień mam ponad 2 lata doświadczenia w lutowaniu.

Upewnij się, że miejsce pracy jest dobrze oświetlone (najlepiej w świetle dziennym), czyste i uporządkowane.

Złóż tablicę w kolejności podanej w instrukcji - przeczytaj i zrozum każdy krok przed wykonaniem każdej operacji. Bo po błędzie prawie nie ma odwrotu.

Zakłada się, że rozumiesz, że półprzewodniki (diody, układy scalone, tranzystory) lub kondensatory elektrolityczne są elementami spolaryzowanymi. Odpowiednie oznaczenia są sitodrukiem na płytce drukowanej i pokazane na schemacie płytki.

Do montażu PCB potrzebne będą następujące narzędzia i materiały:

• Dobrej jakości lutownica (25-40W) z małą końcówką (1-2 mm)
• Przecinarka i szczypce
• Podstawowy multimetr do prób napięciowych i identyfikacji rezystorów.
• Często pomocne jest szkło powiększające do odczytywania oznaczeń małych urządzeń.
• Lut – preferowany jest lut ołowiowo-cynowy. Lut bezołowiowy, wymagany obecnie do stosowania w produktach komercyjnych w Europie, ma znacznie wyższą temperaturę topnienia i może być bardzo trudny w obróbce. Nie używaj topnika ani smaru.
• Knot rozlutowujący (plecionka) może być przydatny, jeśli przypadkowo utworzysz mostki lutownicze między sąsiednimi złączami lutowniczymi.

Zasilacz

Osłona VFD IV-3/IV-3a/IV-6 wymaga, aby Arduino było zasilane z zasilacza 12 V DC, aby działać poprawnie. Używaj wyłącznie regulowanego zasilacza impulsowego, który może dostarczać 12 V DC / 300 mA.

Nie używaj nieregulowanego adaptera ściennego typu „transformator”. Dostarczają one z łatwością więcej niż 16 V przy lekkim obciążeniu i spowodują uszkodzenie osłony VFD IV-3, ponieważ napięcie zasilania 12 V jest dość krytyczne. Musisz być bardzo ostrożny, aby nie odwrócić polaryzacji zasilania lub ryzykujesz zabicie Arduino, osłony VFD, zasilacza i ewentualnie samoistnego pożaru lub porażenia prądem

Umieść trochę taśmy izolacyjnej na metalowej osłonie złącza USB Arduino przed podłączeniem osłony IV-3, aby uniknąć kontaktu połączeń lutowanych z metalem i zwarcia

Krok 3: Przegląd PCB i schemat obwodu

Płytkę można zamówić w PCBWay. Jeśli jesteś nowym użytkownikiem, SKORZYSTAJ Z TEGO LINKU, ABY OTRZYMAĆ 5 $ ZA DARMO PO REJESTRACJI, po czym pierwsze 5 płytek PCB jest bezpłatnych i musisz tylko zapłacić za dostawę, która wynosi około 6 USD z China air post. Jak widać na ostatnim zdjęciu tarcza ma taki sam rozmiar jak moja karta debetowa z Revolut. Zdjęcia pokazane tutaj dla niektórych osób mogą wyglądać tak, jakby próbowali czytać po chińsku.

Krok 4: Montaż

W końcu dotarliśmy do postępu montażu… W kolejnych krokach 5-19 będziemy montować płytkę PCB krok po kroku. Pomocne może być posiadanie przeglądu PCB i schematu obwodu pod ręką podczas montażu poprzez wydrukowanie go lub pozostawienie na komputerze podczas lutowania. Po każdym kroku dokładnie porównaj swoją płytkę drukowaną ze zdjęciami tutaj i sprawdź, czy nie ma błędów i usterek lutowania.

Krok 5: Diody i gniazdo IC

Zamontuj następujące diody:

• D1: 1N400x lub odpowiednik
• D2…D5: 1N5819 dioda Schottky'ego

Obserwuj polaryzację i uważaj, aby zamontować odpowiednią diodę we właściwym miejscu

Przylutuj D2 i D3 od strony komponentów i przytnij przewody po stronie lutowania tak krótko, jak to możliwe, ponieważ są one umieszczone nad metalowym ekranem złącza USB Arduino.

Zamontuj 8-biegunowe gniazdo IC dla IC1. Na tym etapie nie umieszczaj IC1 w gnieździe.

Krok 6: Kondensatory elektrolityczne

Zamontuj następujące kondensatory elektrolityczne:

• C5…C8: Promieniowy kondensator elektrolityczny 22µF 50V
• C9, C10: kondensator promieniowy 100µF 25V
• Zagnij przewody o 90 stopni i zamontuj kondensatory równo z płytką. Obserwuj polaryzację. Wiem, że już cię denerwuję. Uważaj na polaryzację, ale to bardzo ważne.

Zaleca się lutowanie C6, C7 i C8 od strony podzespołów oraz jak najkrótsze przycinanie wyprowadzeń po stronie lutowania, ponieważ znajdują się one nad metalową osłoną złącza Arduino USB

Krok 7: Kondensatory ceramiczne

Nie ma problemu z użyciem innego kształtu, ważne jest, aby te kondensatory miały taką samą wartość i materiał.

Zamontuj następujące kondensatory ceramiczne:

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

Należy zauważyć, że wartości C1…C3 są nieco krytyczne, ponieważ C1 określa razem z R5 częstotliwość roboczą triplera napięcia, a C2, C3 określa prąd żarzenia dla lamp VFD.

(*) zamontować 8n2 dla lamp IV-3 i IV-3a, zamontować 22nF dla lamp IV-6.

Krok 8: Rezystory 10K

Zamontuj rezystory 10 kiloomów (brązowy – czarny – pomarańczowy – złoty)

R6…R18

Zamontuj je pionowo jak na zdjęciu.

Krok 9: Rezystory 68K

Zamontuj rezystory 68 kiloomów (niebiesko-szary – pomarańczowo-złoty)

R19…R30

Zamontuj je pionowo jak na zdjęciu.

Krok 10: Rezystory 220K

Zamontuj rezystory 220 kiloomów (czerwony – czerwony – żółty – złoty)

R43…R54

Zamontuj je pionowo jak na zdjęciu.

Krok 11: Rezystory 100K

Zamontuj rezystory 100 kiloomów (brązowy – czarny – żółty – złoty)

R31…R42

Zamontuj je pionowo jak na zdjęciu.

Krok 12: Pozostałe rezystory

Zamontuj pozostałe rezystory:

• R1: 510 omów (zielony – brązowy – brązowy – złoty)
• R2, R3: 1 kiloom (brązowy – czarny – czerwony – złoty). Może być konieczne dostosowanie wartości w zależności od diod LED podświetlenia tuby, których zamierzasz użyć.
• R4: 2,7 kiloom (czerwony – fioletowy – czerwony – złoty)
• R5: 3,9 kiloom (pomarańczowy – biały – czerwony – złoty)

Krok 13: Nagłówki Arduino

Zamontuj układane nagłówki Arduino. Nagłówki tak naprawdę nie będą używane do układania innych osłon Arduino na tej osłonie, ale pomagają określić wysokość montażu kilku komponentów i lamp VFD.

Przepchnij nagłówki przez płytkę drukowaną i podłącz je do Arduino. Odwróć do góry nogami i przylutuj 1-2 piny dla każdego złącza. Więc rozstaw złączy będzie prawidłowy. Zdejmij osłonę z Arduino i przylutuj pozostałe piny.

Krok 14: Tranzystory mocy

Zamontuj następujące tranzystory:

• T26: BC639
• T27: BC640

Nie zastępuj tych tranzystorów standardowymi typami. Zamontuj je tak, aby górna część ich obudów była niżej niż złącza Arduino.

Włóż IC1 ICM7555 (*) do gniazda i podłącz nakładkę do Arduino i włącz zasilanie. Napięcie mierzone między katodą D5 a masą Arduino powinno wynosić około 32…34V. Nie zrobiłem tego, ponieważ jestem pewien siebie, ale lepiej zrób to.

Użyj wersji CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), nie używaj standardowego timera 555

Krok 15: Tranzystory NPN

Zamontuj tranzystory BC547B

T1 … T13

Zamontuj je tak, aby górna część ich obudów znajdowała się poniżej (lub równo z) nagłówkami Arduino.

Krok 16: Tranzystory PNP

Zamontuj tranzystory BC557B

T14 … T25

Zamontuj je tak, aby górna część ich obudów znajdowała się poniżej (lub równo z) nagłówkami Arduino.

Krok 17: Diody LED podświetlenia tuby (opcjonalnie)

Możesz użyć standardowych diod LED 3 mm w dowolnym kolorze do celów podświetlenia rur, nawet diod LED z blaknięciem kolorów RGB.

Zagnij przewody diod tak, aby diody pasowały do otworów o średnicy 3 mm pod lampami VFD, a następnie przylutuj je do płytki drukowanej. Zwróć uwagę na polaryzację. Krótki przewód diody LED (katoda) jest przylutowany do podkładki najbliżej nazwy diody LED oznaczona sitodrukiem (D6 … D9).

Może być konieczne zaizolowanie wyprowadzeń D9, aby nie dotykały one złącza ISP w Arduino.

Diody LED są podłączone do wyjścia PWM w Arduino i można je ściemniać za pomocą oprogramowania. Nie będzie to jednak działać prawidłowo, jeśli użyjesz diod LED z zanikaniem kolorów RGB.

Jeśli jest to dla Ciebie łatwiejsze, możliwe jest również zamontowanie diod LED po wlutowaniu lamp VFD. Ze względu na technikę montażu, łatwo jest również później wymienić diody LED, jeśli zdecydujesz się na inny kolor podświetlenia.

Krok 18: Montaż lampy VFD

To jeden z najważniejszych etapów budowy twojej tarczy

Przeprowadź delikatnie przewody rurowe przez odpowiednie otwory na płytce drukowanej. Upewnij się, że krótki przewód na rurkach przechodzi przez otwór bez podkładki lutowniczej.

Teraz cyfry powinny być skierowane do przodu płytki drukowanej.

Jeśli masz trudności z przełożeniem drutów rurek przez otwory, możesz je przeciąć jako „spiralę”, dzięki czemu możesz przesuwać 1 drut na raz przez otwory. Zwróć uwagę, aby najkrótszy przewód nie był zbyt krótki, ponieważ lampy będziemy montować w pewnej odległości od płytki.

Gdy rurki są już na miejscu, wyrównaj je mniej więcej ręcznie. Spód rurek powinien znajdować się około 1-2 mm poniżej górnej części złączy Arduino do układania w stos.

Jeśli używasz opcjonalnej obudowy akrylowej, możesz użyć górnej i dolnej płyty jako narzędzia do wyrównywania.

Przylutuj dwa wyprowadzenia każdej rury do płytki drukowanej. Gdy to zrobisz, nadal możesz dostosować wyrównanie rur, podgrzewając połączenia lutowane.

Jeśli jesteś zadowolony z wyrównania rurek, możesz w końcu przylutować pozostałe przewody rurki na miejscu i przyciąć nadmiar przewodów za pomocą małego obcinaka do drutu.

Nie próbuj zmieniać wyrównania rury po jej lutowaniu, ponieważ może to powodować naprężenia mechaniczne i może prowadzić do uszkodzenia rury

Krok 19: Test końcowy

Na koniec test… Prześlij szkic demonstracyjny do Arduino i odłącz Arduino od portu USB komputera.

Podłącz gotowy ekran VFD na górze Arduino. Upewnij się, że żadna metalowa część Arduino nie dotyka złączy lutowanych osłony VFD.

Podłącz zasilacz 12 V DC do złącza zasilania Arduino i włącz zasilanie.

Po kilku sekundach lampy VFD powinny zacząć liczyć od 0 do 9 w nieskończonej pętli. Kropki separatora dziesiętnego lamp VFD powinny tworzyć binarny 4-bitowy licznik.

Podświetlenie lamp powinno przygasać co kilka sekund i włączać się ponownie.

Sprawdź dokładnie przewody żarowe rurki. Powinny świecić bardzo słabo w kolorze głębokiej czerwieni. Jeśli świecą zbyt mocno, zmniejsz wartości C2 i C3. Z drugiej strony, jeśli żarnik ledwo się świeci, a cyfry są zbyt słabe, możesz poeksperymentować, zwiększając wartości dla C2 i C3.

Krok 20: Obudowa akrylowa (opcjonalnie)

Pierwsze 2 pliki to pliki CAD. Polecam otworzyć "Enclosure for Shield User Manual for on-screen view.pdf" i obejrzeć stamtąd kroki dla obudowy akrylowej.

Krok 21: Oprogramowanie

Każda potrzebna biblioteka znajduje się w komentarzach na początku każdego szkicu.

Dostęp bezpośredni

Zapewnia bezpośredni dostęp do świetlówek i diod LED. Można włączać i wyłączać poszczególne segmenty i kropki w lampach oraz sterować cyklem pracy PWM do oświetlania diod LED.

Zwykły zegar

Tylko zegar ustawiony przez monitor szeregowy i nic nadzwyczajnego, ale po około 1 dniu zegar wraca z około 1 minutą

Mały zegarek

• Dodano obsługę opcjonalnego zegara DS1307 z podtrzymaniem bateryjnym.
• Dodano wsparcie do pracy tylko z esp8266 przez RX i TX
• Dodano wyświetlanie temperatury w stopniach Celsjusza po podłączeniu czujnika 1-Wire. Szkic obsługuje DS18B20, DS18S20 i DS1822. Temperatura jest wyświetlana co minutę.

Aby esp8266 działał z zegarem, musisz sflashować esp i zrobić specjalny mostek pokazany tutaj, jak przejść w tryb głębokiego uśpienia, aby oszczędzać energię. Będzie również musiał skonfigurować dane uwierzytelniające WIFI i strefę czasową z kodu na esp. Jeśli nie masz doświadczenia z esp8266 przeczytaj tutaj, aby dowiedzieć się więcej o instalacji płytki w Arduino IDE.

Termometr

Współpracuje z czujnikami temperatury 1-Wire. Program obsługuje DS1820 (różne okablowanie, sprawdź w Internecie), DS18B20, DS18S20 i DS1822.

Woltomierz

Ten program wyświetla napięcie zmierzone na pinie A5.

Demonstracja

Przykładowa animacja lamp, animacja PWM diod LED.