Scut pentru Arduino din tuburi VFD vechi rusești: ceas, termometru, voltmetru : 21 de pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:42

Acest proiect a durat aproape jumătate de an pentru a fi finalizat. Nu pot descrie cât de mult a lucrat acest proiect. A face acest proiect singur m-ar lua pentru totdeauna, așa că am primit ajutor de la prietenii mei. Aici puteți vedea munca noastră compilată într-una foarte instructabilă.

Caracteristicile acestui proiect:

• Compatibil numai cu plăcile Arduino UNO
• Conduce patru tuburi VFD IV-3 / IV-3a / IV-6. Aceste tuburi sunt foarte eficiente din punct de vedere energetic, chiar sunt mai eficiente decât Nixie și arată destul de cool. Eficiența energetică este aproape egală cu o matrice LED. Cred că arată mai bine decât nixie.
• Alimentare 12V DC + 5V DC prin placa Arduino; este necesară o alimentare stabilizată de 12V
• Proiectarea incintei (fișiere CAD) opțional
• aplicații posibile: ceas, termometru, voltmetru, contor, tablou de bord, …
• sunt disponibile mai multe schițe Arduino

Știu că textul din acest instructable este foarte lung, dar vă rugăm să încercați să citiți și să urmăriți fiecare text și fotografie aici. Unele fotografii nu sunt grozave, dar asta este tot ce pot face. Știu că nu sunt cel mai bun fotograf.

Acest proiect a fost inițial postat în axiris, dar am modificat și explicat o mulțime de lucruri mici fără ele, vă veți întreba ce a mers prost.

Provizii

Puteți vedea numărul fiecărei piese, dar vă recomand să imprimați Lista de părți.pdf pentru ao utiliza pentru o listă de cumpărături și ulterior pentru lipirea pieselor de pe PCB. Am cumpărat totul de la magazinele locale sau l-am desoldat de pe dispozitive care nu funcționează, dar dacă nu poți face exact așa cum am făcut, poți comanda piesele de la Aliexpress sau Amazon sau de la un alt magazin.

Rezistențe de film de carbon 1 / 4W 5% link Aliexpress care are fiecare rezistor de care veți avea nevoie în această listă

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

Condensatoare ceramice / MKT / MKM

• 1x 2,2 nF (222) link Aliexpress
• 2x 8,2 nF (822) link Aliexpress pentru IV-3 / IV-3a sau 2x 22nF (223) pentru link IV-6 Aliexpress
• 1x 100 nF (104) Link Aliexpress

Semiconductori electrolitici

• 4x legătură radială Aliexpress 22 μF 50V
• 2x 100 μF 25V link radial Aliexpress

Semiconductori discreți

• 1x 1N400x redresor diodă link Aliexpress
• 4x 1N5819 Schottky diodă Link Aliexpress
• 4x LED 3mm (alege culoarea liber) link Aliexpress
• 13x BC547B NPN tranzistor link Aliexpress
• 12x BC557B PNP tranzistor link Aliexpress
• 1x BC639 NPN "tranzistor" de putere tranzistor link Aliexpress
• 1x BC640 PNP tranzistor „putere” link Aliexpress

Circuite integrate

IC timer ICM7555 (trebuie să fie versiunea CMOS, nu utilizați un standard 555!) Link Aliexpress

Conectori și diverse părți

• 2x antet stivuibil - distanță 2,54 mm /.1”- 8 poli Link-ul Aliexpress
• 1x antet stivuibil - distanță 2,54 mm /.1”- 6 poli Link-ul Aliexpress
• 1x antet stivuibil - distanță 2,54 mm /.1”- 10 poli Link-ul Aliexpress
• 4x IV-3 sau IV-3a sau IV-6 tub VFD link Aliexpress
• Legătură PCB PCBWay

Dacă doriți să creați un ceas, puteți utiliza RTC DS1307 opțional cu baterie, dar dacă doriți să îl faceți inteligent, utilizați un esp8266. Puteți folosi marele esp8266 sau micul esp8266-01, dar vă recomand să folosiți micul pentru ca ceasul să arate mai bine. Dacă doriți să îl faceți și mai inteligent, combinați esp8266 cu un senzor cu 1 fir. Schița acceptă DS1820, DS18B20, DS18S20 și DS1822. Temperatura este afișată în fiecare minut.

Dacă aveți întrebări despre acest proiect, trimiteți-mi un email. Voi încerca să vă răspund la întrebări cât mai repede posibil

Pasul 1: Prezentare generală a proiectului

Acest scut Arduino este capabil să conducă 4x tuburi VFD cu șapte segmente IV-3, IV-3a sau IV-6 rusești. 4x LED-urile de 3 mm asigură iluminarea de fundal a tuburilor. Proiectarea se bazează complet pe componentele orificiului traversant, nu au fost utilizate componente SMD. Ca atare, PCB-ul poate fi asamblat cu ușurință de oricine are o anumită experiență de lipire. De asemenea, componentele utilizate sunt ieftine și ușor disponibile. Deoarece acesta a fost conceput ca un proiect mai educativ, ușor de construit, nu este cea mai bună soluție posibilă pentru a conduce aceste tuburi VFD din punct de vedere tehnic. În loc de tranzistoarele BC547 și BC557, am fi putut folosi drivere sursă A2982W sau am fi putut înlocui tranzistoarele cu un driver de sursă de înaltă tensiune Supertex IC cu un registru de deplasare intern. Din păcate, acestea pot fi greu de obținut și vin foarte des în pachetele SMD.

Pasul 2: Sugestii de asamblare

Acest PCB instructiv este conceput pentru cineva care are o experiență avansată în asamblarea componentelor electronice. Dacă credeți că este prea complicat pentru nivelul de calificare, vă rugăm să nu încercați să-l asamblați sau să rugați un prieten să îl facă pentru dvs.

Luați-vă timpul - acest kit ar trebui să dureze 2-3 ore pentru a fi finalizat dacă este neîntrerupt sau mai mult. Îl fac mai puțin de 2 ore, dar am mai mult de 2 ani de experiență zilnică în lipire.

Asigurați-vă că zona de lucru este bine iluminată (se preferă lumina zilei), curată și ordonată.

Asamblați placa în ordinea indicată în instrucțiunile de aici - citiți și înțelegeți fiecare pas înainte de a efectua fiecare operație. Pentru că după o greșeală aproape că nu mai există întoarcere.

Se presupune că înțelegeți că semiconductorii (diode, circuite integrate, tranzistoare) sau condensatorii electrolitici sunt componente polarizate. Marcajele corespunzătoare sunt ecranate cu mătase pe PCB și afișate pe schemă.

Următoarele instrumente și materiale vor fi necesare pentru asamblarea PCB-ului:

• Un fier de lipit de bună calitate (25-40W) cu vârf mic (1-2 mm)
• Wirecutter și clește
• Multimetru de bază pentru teste de tensiune și pentru identificarea rezistențelor.
• O lupă pentru a citi marcajele mici ale dispozitivului este adesea utilă.
• Lipire - este preferată lipirea cu plumb / tablă. Lipirea fără plumb, așa cum se cere acum pentru a fi utilizată în produsele comerciale din Europa, are un punct de topire mult mai mare și poate fi foarte greu de lucrat. Nu folosiți flux sau grăsimi.
• Fitilul de sudare (împletitură) poate fi util dacă creați în mod accidental punți de lipit între îmbinările de lipire adiacente.

Alimentare electrică

Scutul VFD IV-3 / IV-3a / IV-6 are nevoie ca Arduino să fie alimentat de la o sursă de alimentare de 12 V DC pentru a funcționa corect. Utilizați numai un adaptor de alimentare cu comutare reglementată capabil să furnizeze 12 V c.c. / 300 mA.

Nu utilizați un adaptor de perete „stil transformator” nereglementat. Acestea livrează cu ușurință mai mult de 16 V cu o sarcină ușoară și vor provoca daune ecranului VFD IV-3, deoarece tensiunea de alimentare de 12 V este destul de critică. Trebuie să aveți mare grijă să nu inversați polaritatea sursei de alimentare sau riscați să ucideți Arduino, scutul VFD, sursa de alimentare și, eventual, să declanșați un incendiu sau să vă electrocutați

Puneți niște bandă izolatoare pe ecranul metalic al conectorului USB al dispozitivului dvs. Arduino înainte de a conecta scutul IV-3 pentru a evita conexiunile de lipire care să atingă metalul și să fie scurtcircuitate

Pasul 3: Prezentare generală PCB și diagramă de circuit

Puteți comanda PCB-ul de la PCBWay. Dacă sunteți un utilizator nou UTILIZAȚI ACEST LINK PENTRU OBȚINERE GRATUITĂ DE 5 $ DUPĂ ÎNREGISTRARE, după care primele 5 PCB-uri sunt gratuite și trebuie doar să plătiți livrarea care este de aproximativ 6 USD cu poșta aeriană China. După cum puteți vedea în ultima fotografie, scutul are aceeași dimensiune ca și cardul meu de debit de la Revolut. Fotografiile prezentate aici pentru unele persoane pot părea că încearcă să citească limba chineză.

Pasul 4: Asamblare

În cele din urmă, am ajuns la progresul asamblării … În următorii pași 5-19, vom asambla PCB pas cu pas. Poate fi util să păstrați la îndemână prezentarea generală a PCB-ului și schema circuitului în timpul asamblării, imprimându-l sau lăsându-l pe computer în timpul lipirii. După fiecare pas, comparați cu atenție PCB-ul cu imaginile de aici și verificați dacă există erori și defecte de lipire.

Pasul 5: diode și soclu IC

Montați următoarele diode:

• D1: 1N400x sau echivalent
• D2 … D5: 1N5819 diodă schottky

Urmăriți polaritatea și aveți grijă să montați dioda potrivită la locul potrivit

Lipiți D2 și D3 de pe partea componentă și tăiați firele de pe partea de lipit cât mai scurt posibil, deoarece acestea sunt poziționate deasupra ecranului conectorului metalic USB al Arduino.

Montați mufa IC cu 8 poli pentru IC1. Nu plasați IC1 în soclu în acest stadiu.

Pasul 6: Condensatoare electrolitice

Montați următoarele condensatoare electrolitice:

• C5… C8: condensator electrolitic radial 22µF 50V
• C9, C10: condensator radial 100µF 25V
• Îndoiți cablurile la 90 de grade și montați condensatorii la nivel de PCB. Urmăriți polaritatea. Știu că te enervează cu acest Ceas polarizat deja, dar este foarte important.

Se recomandă lipirea C6, C7 și C8 din partea componentelor și tăierea cablurilor cât mai scurte posibil pe partea de lipire, deoarece acestea sunt poziționate deasupra ecranului metalic al conectorului USB Arduino

Pasul 7: Condensatoare ceramice

Nu este nicio problemă să folosești o altă formă, este important să fie aceeași valoare și material pentru acești condensatori.

Montați următoarele condensatoare ceramice:

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

Vă rugăm să rețineți că valorile lui C1… C3 sunt oarecum critice, deoarece C1 definește împreună cu R5 frecvența de funcționare a triplerului de tensiune și C2, C3 definesc curentul filamentului pentru tuburile VFD.

(*) montați 8n2 pentru tuburile IV-3 și IV-3a, montați 22nF pentru tuburile IV-6.

Pasul 8: rezistențe 10K

Montați rezistențele de 10 kilo-ohm (maro - negru - portocaliu - auriu)

R6… R18

Montați-le pe verticală ca în imagine.

Pasul 9: rezistențe 68K

Montați rezistențele de 68 de kilograme (albastru-gri - portocaliu-auriu)

R19 … R30

Montați-le pe verticală ca în imagine.

Pasul 10: Rezistențe 220K

Montați rezistențele de 220 kilo-ohm (roșu - roșu - galben - auriu)

R43 … R54

Montați-le pe verticală ca în imagine.

Pasul 11: rezistențe 100K

Montați rezistențele de 100 kilo-ohm (maro - negru - galben - auriu)

R31 … R42

Montați-le pe verticală ca în imagine.

Pasul 12: Rezistențe rămase

Montați rezistențele rămase:

• R1: 510 ohm (verde - maro - maro - auriu)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (maro - negru - roșu - auriu). Poate fi necesar să reglați valoarea în funcție de LED-urile de iluminare din spate ale tubului pe care intenționați să le utilizați.
• R4: 2,7 kg-ohm (roșu - violet - roșu - auriu)
• R5: 3,9 kilo-ohm (portocaliu - alb - roșu - auriu)

Pasul 13: Anteturi Arduino

Montați anteturile stivuibile Arduino. Anteturile nu vor fi folosite cu adevărat pentru a stiva alte scuturi Arduino deasupra acestui scut, dar ele ajută la determinarea înălțimii de montare a mai multor componente și a tuburilor VFD.

Împingeți antetele prin PCB și conectați-le la Arduino. Întoarceți-vă cu susul în jos și lipiți 1-2 pini pentru fiecare conector. Deci, distanța conectorului va fi corectă. Scoateți scutul de pe Arduino și lipiți pinii rămași.

Pasul 14: tranzistoare de putere

Montați următoarele tranzistoare:

• T26: BC639
• T27: BC640

Nu înlocuiți aceste tranzistoare cu tipuri standard. Montați-le astfel încât partea superioară a carcasei lor să fie mai mică decât anteturile Arduino.

Introduceți IC1 ICM7555 (*) în priză și conectați scutul la un Arduino și alimentați. Tensiunea măsurată între catodul D5 și masa Arduino ar trebui să fie în jur de 32 … 34V. Nu am făcut asta pentru că sunt sigură în mine, dar mai bine o faci.

Folosiți o versiune CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), nu utilizați un temporizator standard 555

Pasul 15: tranzistoare NPN

Montați tranzistoarele BC547B

T1 … T13

Montați-le astfel încât partea superioară a carcasei să rămână sub (sau să fie la același nivel cu) anteturile Arduino.

Pasul 16: tranzistoare PNP

Montați tranzistoarele BC557B

T14 … T25

Montați-le astfel încât partea superioară a carcasei să rămână sub (sau să fie la același nivel cu) anteturile Arduino.

Pasul 17: LED-uri de iluminare din spate a tubului (opțional)

Puteți utiliza LED-uri standard de 3 mm în orice culoare pentru iluminarea din spate a tubului, chiar și LED-uri RGB de estompare a culorii.

Îndoiți cablurile LED-urilor astfel încât LED-urile să se potrivească în găurile de 3 mm de sub tuburile VFD, apoi lipiți-le pe PCB. Acordați atenție polarității. Conductorul scurt al LED-ului (catodului) este lipit pe pad-ul cel mai apropiat de denumirea LED-ului de marcare a ecranului de mătase (D6… D9).

Poate fi necesar să izolați cablurile D9 pentru a evita atingerea conectorului ISP de pe Arduino.

LED-urile sunt conectate la o ieșire PWM de pe Arduino și pot fi estompate folosind software-ul. Totuși, acest lucru nu va funcționa corect atunci când utilizați LED-uri de estompare a culorilor RGB.

Dacă este mai ușor pentru dvs., este posibil, de asemenea, să montați LED-urile după ce tuburile VFD sunt lipite în loc. Datorită tehnicii de montare, este ușor să înlocuiți LED-urile mai târziu dacă decideți că doriți să aveți o altă culoare de iluminare din spate.

Pasul 18: Montarea tubului VFD

Acesta este unul dintre cei mai importanți pași de construire a scutului tău

Ghidați firele tubului ușor prin orificiile respective de pe PCB. Asigurați-vă că firul scurt de pe tuburi trece prin orificiu fără tampon de lipit.

Acum cifrele ar trebui să fie orientate spre partea din față a PCB-ului.

Dacă aveți dificultăți în a trece firele tuburilor prin găuri, le puteți tăia ca o "spirală", astfel încât să puteți deplasa câte un fir prin găuri. Acordați atenție pentru ca firul cel mai scurt să nu fie prea scurt deoarece vom monta tuburile cu o anumită distanță de PCB.

Odată ce tuburile sunt în poziție, aliniați-le mai mult sau mai puțin manual. Partea inferioară a tuburilor ar trebui să fie la aproximativ 1-2 mm sub partea superioară a anteturilor stivuibile Arduino.

Dacă utilizați carcasa acrilică opțională, puteți utiliza plăcile superioare și inferioare ca instrument de aliniere.

Lipiți două cabluri ale fiecărui tub către PCB. Odată ce ați făcut acest lucru, puteți regla în continuare alinierea tubului prin reîncălzirea îmbinărilor de lipit.

Dacă sunteți mulțumit de alinierea tubului, puteți lipi în cele din urmă firele tubului rămas în loc și tăiați cablurile în exces cu un tăietor de sârmă mic.

Nu încercați să schimbați alinierea unui tub după ce acesta este lipit, deoarece acest lucru poate provoca stres mecanic și poate duce la un tub defect

Pasul 19: Test final

În cele din urmă testul … Încărcați schița demo pe Arduino și deconectați Arduino de la portul USB al computerului.

Conectați scutul VFD terminat pe partea de sus a Arduino. Asigurați-vă că nicio parte metalică a Arduino nu atinge îmbinările de lipit ale scutului VFD.

Conectați adaptorul de alimentare de 12 V DC la conectorul de alimentare Arduino și porniți alimentarea.

După câteva secunde, tuburile VFD ar trebui să înceapă să numere de la 0 la 9 într-o buclă nesfârșită. Punctele separatoare zecimale ale tuburilor VFD ar trebui să formeze un contor binar de 4 biți.

Iluminarea din spate a tubului trebuie să se estompeze la fiecare câteva secunde și să se aprindă din nou.

Verificați cu atenție firele filamentului tubului. Ar trebui să strălucească foarte slab cu o culoare roșie intensă. Dacă strălucesc prea mult, reduceți valorile C2 și C3. Pe de altă parte, dacă filamentul abia luminează și cifrele sunt prea slabe, puteți experimenta mărind valorile pentru C2 și C3.

Pasul 20: Carcasă acrilică (opțional)

Primele 2 fișiere sunt fișiere CAD. Vă recomandăm să deschideți „Manualul de utilizare al carcasei pentru scut pentru vizualizarea pe ecran.pdf” și să urmăriți pașii pentru carcasa acrilică de acolo.

Pasul 21: Software

Fiecare bibliotecă de care veți avea nevoie se află în comentariile de la începutul fiecărei schițe.

Acces direct

Oferă acces direct la tuburi și LED-uri. Puteți activa sau dezactiva segmente și puncte individuale în tuburi și puteți controla un ciclu de funcționare PWM pentru iluminarea LED-urilor.

Ceas obișnuit

Doar ceasul este configurat prin monitorul serial și nimic prea elegant, dar după aproximativ o zi ceasul a revenit cu aproximativ 1 minut

Ceas destept

• A fost adăugat suport pentru DS1307 RTC opțional cu baterie.
• Suport adăugat pentru a lucra numai cu esp8266 prin RX și TX
• S-a adăugat afișarea temperaturii în grade Celsius când este conectat un senzor cu 1 fir. Schița acceptă DS18B20, DS18S20 și DS1822. Temperatura este afișată în fiecare minut.

Pentru ca sp8266 să funcționeze cu ceasul, va trebui să luminați sp-ul și să faceți o punte specială arătată aici cum să puneți în modul de repaus profund pentru a economisi energie. De asemenea, va trebui să configurați acreditările WIFI și fusul orar din codul de pe sp. Dacă nu aveți experiență cu esp8266, citiți aici pentru a afla mai multe despre instalarea plăcii în Arduino IDE.

Termometru

Funcționează cu senzori de temperatură cu 1 fir. Programul acceptă DS1820 (cabluri diferite, verificați-l pe internet), DS18B20, DS18S20 și DS1822.

Voltmetru

Acest program afișează tensiunea măsurată pe pinul A5.

Demonstrație

Exemplu de animație a tuburilor, animație PWM a LED-urilor.