Shield for Arduino From Old Russian VFD Tubes: Clock, Thermometer, Volt Meter : 21 Hakbang (na may Mga Larawan)

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Ang proyektong ito ay tumagal ng halos kalahating taon upang makumpleto. Hindi ko mailalarawan kung gaano karaming trabaho ang napunta sa proyektong ito. Ang paggawa sa proyektong ito nang mag-isa ay magdadala sa akin magpakailanman kaya't may tulong ako mula sa aking mga kaibigan. Makikita mo rito ang aming gawain na naipon sa isang napakahabang pagtuturo.

Mga tampok ng proyektong ito:

• Mga katugmang lamang sa mga board ng Arduino UNO
• Nagmamaneho ng apat na IV-3 / IV-3a / IV-6 VFD tubes. Ang mga tubo na iyon ay napaka husay ng kuryente, kahit na mas mahusay kaysa sa Nixie, at mukhang astig. Ang kahusayan ng enerhiya ay halos katumbas ng isang LED matrix. Mas maganda yata sila kaysa kay nixie.
• Pag-supply ng kuryente 12V DC + 5V DC sa pamamagitan ng Arduino board; kinakailangan ng isang nagpapatatag na 12V na supply
• Opsyonal ang disenyo ng enclosure (mga file ng CAD)
• mga posibleng aplikasyon: orasan, thermometer, voltmeter, counter, scoreboard,…
• magagamit ang maraming mga sketch ng halimbawa ng Arduino

Alam ko na ang teksto sa itinuturo na ito ay napakahaba ngunit mangyaring subukang basahin at panoorin ang bawat teksto at larawan dito. Ang ilang mga larawan ay hindi mahusay ngunit ito ang lahat ng magagawa ko. Alam kong hindi ako ang pinakamagaling na litratista.

Ang proyektong ito ay orihinal na nai-post sa axiris ngunit binago ko at ipinaliwanag ang maraming maliliit na bagay nang wala ang mga ito ay tatanungin mo ang iyong sarili kung ano ang maling nangyari.

Mga gamit

Maaari mong makita ang bilang ng bawat bahagi, ngunit inirerekumenda ko sa iyo na i-print ang Listahan ng Bahagi.pdf upang magamit ito para sa isang listahan ng pamimili at sa paglaon para sa paghihinang ng mga bahagi sa PCB. Nabili ko ang lahat mula sa mga lokal na tindahan o sinira ito mula sa mga hindi gumaganang aparato, ngunit kung hindi mo maaaring gawin tulad ng ginawa ko, maaari kang mag-order ng mga bahagi mula sa Aliexpress o Amazon o ibang tindahan.

Carbon Film Resistors 1 / 4W 5% na link sa Aliexpress na mayroong bawat resistor na kakailanganin mo sa listahang ito

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

Mga Ceramic / MKT / MKM Capacitor

• 1x 2.2 nF (222) link sa Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) Aliexpress link para sa IV-3 / IV-3a o 2x 22nF (223) para sa link ng IV-6 Aliexpress
• 1x100 nF (104) link sa Aliexpress

Electrolytic Semiconductors

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

Discrete Semiconductors

• 1x 1N400x rectifier diode Aliexpress link
• 4x 1N5819 schottky diode Aliexpress link
• 4x LED 3mm (malayang pumili ng kulay) Aliexpress link
• 13x BC547B NPN transistor Aliexpress na link
• 12x BC557B link ng transistor Aliexpress ng PNP
• 1x BC639 NPN link na "kapangyarihan" transistor Aliexpress
• 1x BC640 PNP “power” transistor Aliexpress link

Pinagsamang Circuits

ICM7555 timer IC (dapat na bersyon ng CMOS, huwag gumamit ng isang karaniwang 555!) Aliexpress link

Mga Konektor at magkakaibang Mga Bahagi

• 2x stackable header - spacing 2.54 mm /.1 "- 8 poste na link ng Aliexpress
• 1x stackable header - spacing 2.54 mm /.1”- 6 poste na link ng Aliexpress
• 1x stackable header - spacing 2.54 mm /.1 "- 10 poste ng link ng Aliexpress
• 4x IV ‐ 3 o IV-3a o IV-6 VFD tube Aliexpress link
• Link ng PCB PCBWay

Kung nais mong gumawa ng isang orasan maaari kang gumamit ng opsyonal na naka-back na baterya ng RTC DS1307, ngunit kung nais mong gawin itong matalino gumamit ng isang esp8266. Maaari mong gamitin ang malaking esp8266 o ang maliit na esp8266-01, ngunit inirerekumenda kong gamitin ang maliit para sa orasan upang magmukhang mas mahusay. Kung nais mong gawin itong mas matalinong pagsamahin ang esp8266 sa isang 1-Wire sensor. Sinusuportahan ng sketch ang DS1820, DS18B20, DS18S20, at DS1822. Ang temperatura ay ipinapakita bawat minuto.

Kung mayroon kang anumang mga katanungan tungkol sa proyektong ito mag-email sa akin. Susubukan kong sagutin ang iyong mga katanungan sa lalong madaling panahon

Hakbang 1: Pangkalahatang-ideya ng Proyekto

Ang Arduino kalasag na ito ay may kakayahang magmaneho ng 4x Russian IV-3, IV-3a o IV-6 pitong-segment na mga tubo ng VFD. Ang 4x 3mm LEDs ay nagbibigay ng pag-iilaw sa background para sa mga tubo. Ang disenyo ay ganap na batay sa mga through-hole na bahagi, walang ginamit na mga sangkap ng SMD. Tulad ng naturan, ang PCB ay madaling tipunin ng sinumang may karanasan sa paghihinang. Gayundin, ang mga sangkap na ginamit ay mura at madaling magagamit. Dahil ito ay dinisenyo bilang isang mas pang-edukasyon, madaling bumuo ng proyekto hindi ito ang pinakamahusay na posibleng solusyon upang himukin ang mga VFD tubes na ito mula sa isang teknikal na pananaw. Sa halip na ang BC547 at BC557 transistors, maaari naming magamit ang mga driver ng mapagkukunan ng A2982W, o mapalitan natin ang mga transistor ng isang supertex na mapagkukunang driver ng supertex na IC na may isang panloob na rehistro ng paglilipat. Sa kasamaang palad, maaaring mahirap makuha at madalas itong dumating sa mga SMD package.

Hakbang 2: Mga Pahiwatig ng Assembly

Ang itinuturo na PCB na ito ay dinisenyo para sa isang taong may advanced na karanasan sa pag-iipon ng electronics. Kung naniniwala kang ito ay masyadong kumplikado para sa antas ng iyong kasanayan mangyaring huwag subukan na tipunin ito o hilingin sa isang kaibigan na gawin ito para sa iyo.

Dalhin ang iyong oras - ang kit na ito ay dapat tumagal ng 2-3 oras upang makumpleto kung hindi nagambala o higit pa. Ginagawa ko ito nang mas mababa sa 2 oras, ngunit may higit sa 2 taon akong pang-araw-araw na karanasan sa paghihinang.

Tiyaking ang lugar ng iyong pinagtatrabahuhan ay naiilawan nang mabuti (mas gusto ng daylight), malinis at malinis.

Ipunin ang pisara sa pagkakasunud-sunod tulad ng nakasaad sa mga tagubilin dito - basahin at unawain ang bawat hakbang bago mo isagawa ang bawat operasyon. Dahil pagkatapos ng isang pagkakamali ay halos walang pag-urong.

Ipinapalagay na naiintindihan mo na ang semiconductors (diode, ICs, transistors) o electrolytic capacitors ay mga bahagi ng polarized. Ang mga naaangkop na marka ay naka-screen ng sutla sa PCB at ipinapakita sa board eskematiko.

Ang mga sumusunod na tool at materyales ay kinakailangan upang tipunin ang PCB:

• Isang mahusay na kalidad na bakal na panghinang (25-40W) na may isang maliit na tip (1-2 mm)
• Wirecutter at pliers
• Pangunahing multimeter para sa mga pagsubok sa boltahe at para sa pagkilala sa mga resistors.
• Ang isang magnifying glass na basahin ang maliit na mga marka ng aparato ay madalas na kapaki-pakinabang.
• Panghinang - ginustong / tingga ng lata na lata. Ang lead-free solder, tulad ng kinakailangan ngayon upang magamit sa mga komersyal na produkto sa Europa, ay may isang mas mataas na natutunaw na punto at maaaring maging napakahirap magtrabaho. Huwag gumamit ng anumang pagkilos ng bagay o grasa.
• Ang pag-urong ng wick (tirintas) ay maaaring maging kapaki-pakinabang kung hindi mo sinasadyang lumikha ng mga solder tulay sa pagitan ng katabing mga solder joint.

Supply ng kuryente

Ang IV-3 / IV-3a / IV-6 VFD na kalasag ay nangangailangan ng Arduino upang mapagana mula sa isang 12 V DC power supply upang gumana nang maayos. Gumamit lamang ng isang kinokontrol na switching power adapter na may kakayahang maghatid ng 12 V DC / 300 mA.

Huwag gumamit ng isang unregulated na "style ng transpormer" na adapter sa dingding. Madaling maghatid ng higit sa 16 V na may isang magaan na pag-load at magdudulot ng pinsala sa IV-3 VFD na kalasag dahil ang 12 V supply boltahe ay kritikal. Dapat kang maging maingat na hindi maibalik ang polarity ng suplay ng kuryente o nanganganib kang patayin ang Arduino, kalasag ng VFD, supply ng kuryente at posibleng magsimula ng sunog o magpakuryente sa iyong sarili

Maglagay ng ilang insulate tape sa metal na kalasag ng konektor ng USB ng iyong Arduino bago ikonekta ang IV-3 na kalasag upang maiwasan ang mga koneksyon ng solder na hawakan ang metal at maiikling

Hakbang 3: Pangkalahatang-ideya ng PCB at Diagram ng Circuit

Maaari kang mag-order ng PCB mula sa PCBWay. Kung ikaw ay isang bagong gumagamit GAMITIN ANG LINK NA ITO upang makakuha ng 5 $ PARA SA LIBRE MATAPOS ANG IYONG REGISTRATION pagkatapos na ang iyong unang 5 PCB ay libre at kailangan mo lamang magbayad para sa paghahatid na humigit-kumulang na 6 USD na may post sa hangin ng China. Tulad ng nakikita mo sa huling larawan ang kalasag ay pareho ang laki ng aking debit card mula sa Revolut. Ang mga larawang ipinakita dito para sa ilang mga tao ay maaaring magmukhang sinusubukan nilang basahin ang Intsik.

Hakbang 4: Assembly

Sa wakas, nakarating kami sa pagsulong ng pagpupulong … Sa mga sumusunod na hakbang 5-19, tipunin namin ang PCB nang sunud-sunod. Maaari itong maging kapaki-pakinabang upang mapanatili ang pangkalahatang ideya ng PCB at ang diagram ng circuit sa kamay sa pagpupulong sa pamamagitan ng pag-print nito o iiwan ito sa iyong PC habang nag-i-solder. Pagkatapos ng bawat hakbang, maingat na ihambing ang iyong PCB sa mga larawan dito at suriin kung may mga error at solder faults.

Hakbang 5: Mga Diode at IC Socket

I-mount ang mga sumusunod na diode:

• D1: 1N400x o katumbas
• D2… D5: 1N5819 schottky diode

Panoorin ang polarity at mag-ingat na mai-mount ang tamang diode sa tamang lugar

Ang solder D2 at D3 mula sa bahagi ng bahagi at i-trim ang mga wire sa solder side hangga't maaari hangga't nakaposisyon sa itaas ng metal USB konektor na nagtatanggol ng Arduino.

I-mount ang 8 poste ng IC poste para sa IC1. Huwag ilagay ang IC1 sa socket sa yugtong ito.

Hakbang 6: Mga Electrolytic Capacitor

I-mount ang mga sumusunod na electrolytic capacitor:

• C5… C8: 22µF 50V radial electrolytic capacitor
• C9, C10: 100µF 25V radial capacitor
• Bend ang mga lead 90 degree at i-mount ang mga capacitor sa flush sa PCB. Panoorin ang polarity. Alam kong naiinis kita sa Panoorin ang polarity na, ngunit napakahalaga.

Inirerekumenda na maghinang C6, C7 at C8 mula sa bahagi ng bahagi at i-trim ang mga lead hangga't maaari sa solder side habang nakaposisyon sa itaas ng metal na kalasag ng Arduino USB konektor

Hakbang 7: Mga Ceramic Capacitor

Walang problema na gumamit ng ibang hugis na mahalaga upang maging pareho ang halaga at materyal para sa mga capacitor na ito.

I-mount ang mga sumusunod na ceramic capacitor:

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

Mangyaring tandaan na ang mga halaga ng C1… C3 ay medyo kritikal tulad ng C1 tumutukoy kasama ang R5 ang dalas ng operating ng boltahe tripler at C2, C3 tukuyin ang kasalukuyang filament para sa VFD tubes.

(*) i-mount ang 8n2 para sa IV-3 at IV-3a tubes, i-mount ang 22nF para sa IV-6 tubes.

Hakbang 8: 10K Mga Resistor

I-mount ang 10 kilo-ohm resistors (kayumanggi - itim - kahel - ginto)

R6… R18

I-mount ang mga ito nang patayo tulad ng nasa larawan.

Hakbang 9: 68K Mga Resistor

I-mount ang 68 kilo-ohm resistors (asul-grey - orange-gold)

R19… R30

I-mount ang mga ito nang patayo tulad ng nasa larawan.

Hakbang 10: 220K Mga Resistor

I-mount ang 220 kilo-ohm resistors (pula - pula - dilaw - ginto)

R43… R54

I-mount ang mga ito nang patayo tulad ng nasa larawan.

Hakbang 11: 100K Mga Resistor

I-mount ang 100 kilo-ohm resistors (kayumanggi - itim - dilaw - ginto)

R31… R42

I-mount ang mga ito nang patayo tulad ng nasa larawan.

Hakbang 12: Mga Natitirang Resistor

I-mount ang natitirang resistors:

• R1: 510 ohm (berde - kayumanggi - kayumanggi - ginto)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (kayumanggi - itim - pula - ginto). Maaaring kailanganin mong ayusin ang halaga depende sa mga tubong backlight LED na balak mong gamitin.
• R4: 2.7 kilo-ohm (pula - bayolet - pula - ginto)
• R5: 3.9 kilo-ohm (orange - puti - pula - ginto)

Hakbang 13: Mga Header ng Arduino

I-mount ang mga naka-stack na header ng Arduino. Ang mga header ay hindi talaga gagamitin upang mai-stack ang iba pang mga kalasag ng Arduino sa tuktok ng kalasag na ito ngunit tumutulong sila upang matukoy ang tumataas na taas ng maraming mga bahagi at mga tubo ng VFD.

Itulak ang mga header sa pamamagitan ng PCB at i-plug ang mga ito sa iyong Arduino. Baligtarin at maghinang ng 1-2 mga pin para sa bawat konektor. Kaya't ang spacing ng konektor ay magiging tama. Alisin ang kalasag mula sa Arduino at solder ang natitirang mga pin.

Hakbang 14: Mga Power Transistor

I-mount ang mga sumusunod na transistor:

• T26: BC639
• T27: BC640

Huwag palitan ang mga transistor na ito ng mga karaniwang uri. I-mount ang mga ito upang ang tuktok ng kanilang mga bahay ay mas mababa kaysa sa mga header ng Arduino.

Ipasok ang IC1 ICM7555 (*) sa socket nito at isaksak ang kalasag sa isang Arduino at ilapat ang lakas. Ang boltahe na sinusukat sa pagitan ng cathode ng D5 at ng Arduino ground ay dapat na nasa paligid ng 32… 34V. Hindi ko nagawa ito dahil sigurado ako sa akin, ngunit mas mabuti mong gawin ito.

Gumamit ng isang bersyon ng CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555,…), huwag gumamit ng isang karaniwang 555 timer

Hakbang 15: Mga Transistor ng NPN

I-mount ang mga transistor ng BC547B

T1… T13

I-mount ang mga ito upang ang tuktok ng kanilang mga pabahay ay manatili sa ibaba (o mapula sa) mga header ng Arduino.

Hakbang 16: Mga Transistor ng PNP

I-mount ang mga transistor ng BC557B

T14… T25

I-mount ang mga ito upang ang tuktok ng kanilang mga pabahay ay manatili sa ibaba (o mapula sa) mga header ng Arduino.

Hakbang 17: Mga Tube Backlighting LED (opsyonal)

Maaari mong gamitin ang 3mm karaniwang mga LED sa anumang kulay para sa mga layunin ng backlighting ng tubo, kahit na ang mga lumulubog na LED na kulay ng RGB.

Bend ang mga lead ng LEDs upang ang mga LED ay magkasya sa 3mm na butas sa ilalim ng mga tubo ng VFD, pagkatapos ay ihihinang ito sa PCB. Magbayad ng pansin sa polarity. Ang maikling lead ng LED (cathode) ay na-solder sa pad na pinakamalapit sa LED na namarkahan ng screen ng seda (D6… D9).

Maaaring kailanganin na insulate ang mga lead ng D9 upang maiwasan na hawakan nila ang konektor ng ISP sa Arduino.

Ang mga LED ay konektado sa isang output ng PWM sa Arduino at maaaring madilim gamit ang software. Gayunpaman, hindi ito gagana nang maayos kapag gumamit ka ng mga LED na kulay ng RGB.

Kung mas madali ito para sa iyo, posible ring i-mount ang mga LED pagkatapos na ang mga VFD tubes ay na-solder sa lugar. Dahil sa mounting technique, madali ring palitan ang mga LED sa paglaon kung magpasya kang nais na magkaroon ng isa pang kulay ng backlighting.

Hakbang 18: Pag-mount ng VFD Tube

Ito ang isa sa pinakamahalagang hakbang ng pagbuo ng iyong kalasag

Gabayan ang mga wire ng tubo nang marahan sa kani-kanilang mga butas sa PCB. Tiyaking ang maikling tingga sa mga tubo ay dumadaan sa butas nang walang solder pad.

Ngayon ang mga digit ay dapat harapin ang harap ng PCB.

Kung nahihirapan kang makuha ang mga wire ng tubo sa pamamagitan ng mga butas maaari mong i-cut ang mga ito bilang isang "spiral" upang mailipat mo ang 1 wire nang paisa-isa sa mga butas. Magbayad ng pansin upang gawin ang pinakamaikling kawad na hindi masyadong maikli habang ilalagay namin ang mga tubo na may ilang distansya mula sa PCB.

Kapag ang mga tubo ay nasa lugar na ihanay ang mga ito nang higit pa o mas kaunti sa pamamagitan ng kamay. Ang ilalim ng mga tubo ay dapat na humigit-kumulang na 1-2 mm sa ibaba ng tuktok ng mga naka-stack na header ng Arduino.

Kung gumagamit ka ng opsyonal na encrylic ng acrylic, maaari mong gamitin ang mga plate sa itaas at ibaba bilang isang tool sa pagkakahanay.

Naghinang ng dalawang lead ng bawat tubo sa PCB. Kapag tapos na ito, maaari mo pa ring ayusin ang pagkakahanay ng tubo sa pamamagitan ng pag-reheate ng mga joint ng solder.

Kung nasiyahan ka sa pagkakahanay ng tubo, maaari mo ring panghinang ang natitirang mga wire ng tubo sa lugar at putulin ang labis na mga lead sa isang maliit na pamutol ng wire.

Huwag subukang baguhin ang pagkakahanay ng isang tubo matapos itong ma-solder sa lugar dahil maaaring magdulot ito ng stress sa mekanikal at maaaring humantong sa isang may sira na tubo

Hakbang 19: Pangwakas na Pagsubok

Sa wakas ang pagsubok … I-upload ang demo sketch sa Arduino at idiskonekta ang Arduino mula sa USB port ng computer.

I-plug ang tapos na kalasag na VFD sa tuktok ng Arduino. Siguraduhin na walang bahagi ng metal ang Arduino na nakakabit sa mga solder joint ng VFD Shield.

Ikonekta ang 12 V DC power adapter sa Arduino power konektor at i-on ang kuryente.

Pagkatapos ng ilang segundo ang VFD tubes ay dapat magsimulang bilangin mula 0 hanggang 9 sa isang walang katapusang loop. Ang mga tuldok ng paghihiwalay ng decimal ng VFD tubes ay dapat na bumuo ng isang binary 4 bit counter.

Dapat na lumabo ang backlighting ng tubo bawat ilang segundo at muling i-on.

Maingat na suriin ang mga wire ng filament ng tubo. Dapat silang kuminang nang mahina sa isang malalim na pulang kulay. Kung sila ay masyadong kumikinang, babaan ang mga halaga ng C2 at C3. Sa kabilang banda, kung ang filament ay bahagyang kumikinang at ang mga digit ay masyadong malabo, maaari kang mag-eksperimento sa pamamagitan ng pagtaas ng mga halaga para sa C2 at C3.

Hakbang 20: Acrylic Enclosure (opsyonal)

Ang Unang 2 mga file ay mga CAD file. Inirerekumenda ko na buksan mo ang "Enclosure for Shield User Manual para sa on-screen na pagtingin.pdf" at pinapanood ang mga hakbang para sa encrylic ng Acrylic mula doon.

Hakbang 21: Software

Ang bawat library na kakailanganin mo ay nasa mga komento sa simula ng bawat sketch.

Direktang Pag-access

Nagbibigay ng direktang pag-access sa mga tubo at LED. Maaari mong i-on at i-off ang mga indibidwal na segment at tuldok sa mga tubo, at makontrol ang isang ikot ng tungkulin ng PWM para sa pag-iilaw ng mga LED.

Ordinaryong orasan

Orasan lamang na na-set up sa pamamagitan ng serial monitor at wala masyadong magarbong, ngunit pagkatapos ng 1 araw na ang relo ay bumalik na may halos 1 minuto

Smart Clock

• Nagdagdag ng suporta para sa opsyonal na baterya na sinusuportahan ng DS1307 RTC.
• Nagdagdag ng suporta upang gumana lamang sa esp8266 sa pamamagitan ng RX at TX
• Idinagdag ang pagpapakita ng temperatura sa Celsius degree kapag ang isang 1-Wire sensor ay konektado. Sinusuportahan ng sketch ang DS18B20, DS18S20, at DS1822. Ang temperatura ay ipinapakita bawat minuto.

Para sa esp8266 upang gumana sa orasan kakailanganin mong i-flash ang esp at gumawa ng isang espesyal na tulay na ipinapakita dito kung paano ilagay sa malalim na mode ng pagtulog upang makatipid ng kuryente. Kailangan ding i-set up ang mga kredensyal ng WIFI at ang time zone mula sa code sa esp. Kung wala kang karanasan sa esp8266 basahin dito upang malaman ang higit pa tungkol sa pag-install ng board sa Arduino IDE.

Thermometer

Gumagana sa mga sensor ng temperatura ng 1-Wire. Sinusuportahan ng programa ang DS1820 (iba't ibang mga kable, suriin ito sa internet), DS18B20, DS18S20, at DS1822.

Sukat ng Bolta

Nagpapakita ang program na ito ng boltahe na sinusukat sa pin A5.

Pagpapakita

Halimbawa ng animasyon ng mga tubo, PWM na animasyon ng mga LED.