Escut per a Arduino de tubs antics de VFD russos: rellotge, termòmetre, voltímetre : 21 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Aquest projecte va trigar gairebé mig any a finalitzar-se. No puc descriure la quantitat de treball dedicat a aquest projecte. Fer aquest projecte en solitari em portaria per sempre, així que vaig tenir ajuda dels meus amics. Aquí podeu veure el nostre treball compilat en un de molt llarg instructable.

Característiques d'aquest projecte:

• Compatible només amb les plaques Arduino UNO
• Condueix quatre tubs VFD IV-3 / IV-3a / IV-6. Aquests tubs són molt eficients, fins i tot són més eficients que Nixie, i tenen un aspecte bastant genial. L'eficiència energètica és gairebé igual a una matriu LED. Crec que tenen un aspecte millor que Nixie.
• Alimentació 12V DC + 5V DC mitjançant placa Arduino; cal un subministrament estabilitzat de 12V
• Disseny del recinte (fitxers CAD) opcional
• possibles aplicacions: rellotge, termòmetre, voltímetre, comptador, marcador, …
• hi ha disponibles diversos esbossos d'exemple d'Arduino

Sé que el text d’aquest instructiu és molt llarg, però si us plau intenteu llegir i mirar tots els textos i fotografies aquí. Algunes fotos no són fantàstiques, però això és tot el que puc fer. Sé que no sóc el millor fotògraf.

Aquest projecte es va publicar originalment a axiris, però he modificat i explicat moltes coses petites sense que us preguntareu què ha fallat.

Subministraments

Podeu veure el recompte de cada part, però us recomano que imprimiu List.pdf de peces per utilitzar-lo per a una llista de la compra i, posteriorment, per soldar les peces del PCB. He comprat tot a les botigues locals o l'he dessoldat a dispositius que no funcionen, però si no podeu fer el mateix que jo, podeu demanar les peces a Aliexpress o Amazon o a una altra botiga.

Enllaç Aliexpress de resistències de pel·lícules de carboni 1 / 4W 5% que conté totes les resistències que necessiteu en aquesta llista

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

Condensadors de ceràmica / MKT / MKM

• 1x 2,2 nF (222) enllaç Aliexpress
• Enllaç 2x 8,2 nF (822) Aliexpress per a IV-3 / IV-3a o 2x 22nF (223) per a enllaç Aliexpress IV-6
• Enllaç 1x 100 nF (104) Aliexpress

Semiconductors electrolítics

• 4x enllaç radial Aliexpress de 22 μF 50V
• Enllaç radial Aliexpress 2x 100 μF 25V

Semiconductors discrets

• 1x 1N400x diode rectificador enllaç Aliexpress
• 4x 1N5819 diode schottky enllaç Aliexpress
• 4x LED de 3 mm (tria el color lliurement) enllaç Aliexpress
• 13x BC547B Enllaç Aliexpress de transistor NPN
• Enllaç Aliexpress 12x transistor PNP BC557B
• 1x enllaç Aliexpress de transistor "de potència" BC639 NPN
• 1x enllaç Aliexpress de transistor "de potència" BC640 PNP

Circuits integrats

IC del temporitzador ICM7555 (ha de ser la versió CMOS, no utilitzeu un 555 estàndard!) Enllaç Aliexpress

Connectors i diverses parts

• 2x capçal apilable - espaiat de 2,54 mm /.1”- enllaç Aliexpress de 8 pols
• 1 capçalera apilable - espaiat de 2,54 mm /.1”- enllaç Aliexpress de 6 pols
• 1 capçalera apilable - espaiat de 2,54 mm /.1”- enllaç Aliexpress de 10 pols
• 4x IV-3 o IV-3a o IV-6 tub VFD enllaç Aliexpress
• Enllaç PCB PCBWay

Si voleu crear un rellotge, podeu utilitzar RTC DS1307 amb bateria opcional, però si voleu que sigui intel·ligent, utilitzeu un esp8266. Podeu utilitzar el gran esp8266 o el petit esp8266-01, però us recomano fer servir el petit perquè el rellotge es vegi millor. Si voleu que sigui encara més intel·ligent, combineu esp8266 amb un sensor de 1 cable. L’esbós admet DS1820, DS18B20, DS18S20 i DS1822. La temperatura es mostra cada minut.

Si teniu cap pregunta sobre aquest projecte, envieu-me un correu electrònic. Intentaré respondre les vostres preguntes el més ràpidament possible

Pas 1: Visió general del projecte

Aquest escut Arduino és capaç de conduir 4x tubs VFD russos IV-3, IV-3a o IV-6 de 7 segments. Els LED de 3 mm de 4x proporcionen il·luminació de fons per als tubs. El disseny es basa completament en components de forats passants, no es van utilitzar components SMD. Com a tal, el PCB el pot muntar fàcilment qualsevol persona que tingui experiència en soldar. A més, els components utilitzats són econòmics i fàcilment disponibles. Com que es va dissenyar com un projecte més educatiu i fàcil de construir, no és la millor solució possible per conduir aquests tubs VFD des del punt de vista tècnic. En lloc dels transistors BC547 i BC557, podríem haver utilitzat controladors de font A2982W, o bé hauríem pogut substituir els transistors per un controlador IC de font d’alt voltatge Supertex amb un registre de desplaçament intern. Malauradament, pot ser que siguin difícils d’aconseguir i que arribin molt sovint en paquets SMD.

Pas 2: Consells de muntatge

Aquest PCB instructiu està dissenyat per a algú que tingui experiència avançada en el muntatge d’electrònica. Si creieu que és massa complicat per al vostre nivell d’habilitat, no intenteu muntar-lo ni demaneu a un amic que el faci per vosaltres.

Preneu-vos el temps: aquest kit hauria de trigar 2-3 hores en completar-se si és ininterromput o més. Faig menys de 2 hores, però tinc més de 2 anys d’experiència diària en soldadura.

Assegureu-vos que la vostra àrea de treball estigui ben il·luminada (preferible a la llum del dia), neta i ordenada.

Munteu el tauler en l'ordre tal com s'indica a les instruccions aquí: llegiu i enteneu cada pas abans de realitzar cada operació. Perquè després d’un error gairebé no hi ha marxa enrere.

Se suposa que enteneu que els semiconductors (díodes, circuits integrats, transistors) o condensadors electrolítics són components polaritzats. Les marques adequades estan serigrafiades al PCB i es mostren al tauler esquemàtic.

Es necessitaran les següents eines i materials per muntar el PCB:

• Un soldador de bona qualitat (25-40W) amb una punta petita (1-2 mm)
• Filferro i alicates
• Multímetre bàsic per a proves de tensió i per identificar les resistències.
• Sovint és útil una lupa per llegir les marques petites del dispositiu.
• Soldadura: es prefereix la soldadura de plom / estany. La soldadura sense plom, com ara s’ha d’utilitzar en productes comercials a Europa, té un punt de fusió molt més alt i pot ser molt difícil de treballar. No utilitzeu flux ni greixos.
• La metxa dessoldable (trena) pot ser útil si es creen ponts de soldadura accidentalment entre juntes de soldadura adjacents.

Font d'alimentació

L’escut VFD IV-3 / IV-3a / IV-6 necessita que l’Arduino s’alimenti des d’una font d’alimentació de 12 V CC per funcionar correctament. Utilitzeu només un adaptador de potència de commutació regulat capaç de subministrar 12 V CC / 300 mA.

No utilitzeu un adaptador de paret no regulat "estil transformador". Aquests subministren fàcilment més de 16 V amb una càrrega lleugera i causaran danys al blindatge VFD IV-3, ja que la tensió d’alimentació de 12 V és força crítica. Heu de tenir molta cura de no invertir la polaritat de la font d’alimentació o bé arrisqueu a matar l’Arduino, l’escut VFD, la font d’alimentació i, possiblement, iniciar un foc o electrocutar-vos

Poseu una mica de cinta aïllant a la pantalla metàl·lica del connector USB del vostre Arduino abans de connectar la pantalla IV-3 per evitar que les connexions de soldadura toquin el metall i siguin curtcircuitades

Pas 3: Visió general del PCB i diagrama de circuits

Podeu demanar el PCB a PCBWay. Si sou un usuari nou, utilitzeu aquest enllaç per obtenir 5 $ GRATU AFTS DESPRÉS DE LA VOSTRA INSCRIPCIÓ. Després, els vostres primers 5 PCB seran gratuïts i només haureu de pagar el lliurament aproximat de 6 USD amb el correu aeri de la Xina. Com podeu veure a la darrera foto, l'escut té la mateixa mida que la meva targeta de dèbit de Revolut. Les fotos que es mostren aquí per a algunes persones poden semblar que intenten llegir xinès.

Pas 4: Muntatge

Finalment, vam arribar al progrés del muntatge … En els següents passos 5-19, anem a muntar el PCB pas a pas. Pot ser útil mantenir a la mà la visió general del PCB i el diagrama del circuit durant el muntatge, imprimint-lo o deixant-lo al vostre PC durant la soldadura. Després de cada pas, compareu detingudament el vostre PCB amb les imatges aquí i comproveu si hi ha errors o defectes de soldadura.

Pas 5: díodes i sòcol IC

Munteu els díodes següents:

• D1: 1N400x o equivalent
• D2 … D5: 1N5819 díode schottky

Vigileu la polaritat i tingueu cura de muntar el díode adequat al lloc adequat

Soldeu D2 i D3 des del costat dels components i retalleu els cables del costat de soldadura el més curts possible ja que es situen per sobre del blindatge metàl·lic del connector USB de l’Arduino.

Munteu el sòcol IC de 8 pols per IC1. No col·loqueu IC1 al sòcol en aquest moment.

Pas 6: Condensadors electrolítics

Munteu els condensadors electrolítics següents:

• C5 … C8: condensador electrolític radial 22µF 50V
• C9, C10: condensador radial 100µF 25V
• Doblegueu els cables de 90 graus i munteu els condensadors a la mateixa placa. Mireu la polaritat. Ja sé que us molesto amb aquest programa. Vegeu la polaritat, però és molt important.

Es recomana soldar C6, C7 i C8 des del costat dels components i retallar els cables el més curts possibles al costat de soldadura, ja que es col·loquen sobre el blindatge metàl·lic del connector USB Arduino

Pas 7: condensadors de ceràmica

No és cap problema utilitzar una altra forma, és important ser el mateix valor i material per a aquests condensadors.

Munteu els condensadors ceràmics següents:

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

Tingueu en compte que els valors de C1 … C3 són una mica crítics ja que C1 defineix juntament amb R5 la freqüència de funcionament del tripler de tensió i C2, C3 defineix el corrent de filament per als tubs VFD.

(*) muntar 8n2 per a tubs IV-3 i IV-3a, muntar 22nF per a tubs IV-6.

Pas 8: resistències 10K

Munteu les resistències de 10 quilos (marró - negre - taronja - daurat)

R6 … R18

Munteu-los verticalment com a la imatge.

Pas 9: resistències de 68 k

Munteu les resistències de 68 quilos-ohm (blau-gris - taronja-daurat)

R19 … R30

Munteu-los verticalment com a la imatge.

Pas 10: resistències de 220 k

Munteu les resistències de 220 quilos (vermell - vermell - groc - daurat)

R43 … R54

Munteu-los verticalment com a la imatge.

Pas 11: resistències 100K

Munteu les resistències de 100 quilos (marró - negre - groc - daurat)

R31 … R42

Munteu-los verticalment com a la imatge.

Pas 12: Resistències restants

Munteu la resta de resistències:

• R1: 510 ohm (verd - marró - marró - daurat)
• R2, R3: 1 quilo-ohm (marró - negre - vermell - daurat). És possible que hàgiu d’ajustar el valor en funció dels LED de llum de fons del tub que vulgueu utilitzar.
• R4: 2,7 quilos-ohm (vermell - violeta - vermell - daurat)
• R5: 3,9 quilos-ohm (taronja - blanc - vermell - daurat)

Pas 13: Capçaleres Arduino

Muntar les capçaleres apilables Arduino. Les capçaleres no s’utilitzaran realment per apilar altres blindatges Arduino a sobre d’aquest blindatge, però ajuden a determinar l’altura de muntatge de diversos components i dels tubs VFD.

Introduïu les capçaleres a través del PCB i connecteu-les al vostre Arduino. Capgirar i soldar 1-2 pins per a cada connector. Per tant, l’espaiat del connector serà correcte. Traieu l'escut de l'Arduino i soldeu els pins restants.

Pas 14: transistors de potència

Munteu els transistors següents:

• T26: BC639
• T27: BC640

No substituïu aquests transistors per tipus estàndard. Munteu-los de manera que la part superior dels seus allotjaments sigui inferior a les capçaleres Arduino.

Inseriu IC1 ICM7555 (*) al sòcol i connecteu el blindatge a un Arduino i torneu a alimentar-lo. La tensió mesurada entre el càtode de D5 i la terra Arduino hauria d’estar al voltant dels 32 … 34V. No ho vaig fer perquè estic segur de mi, però és millor que ho feu.

Utilitzeu una versió CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), no utilitzeu un temporitzador estàndard 555

Pas 15: transistors NPN

Munteu els transistors BC547B

T1 … T13

Munteu-los de manera que la part superior de les carcasses quedi a sota (o estigui al mateix nivell) de les capçaleres Arduino.

Pas 16: transistors PNP

Munteu els transistors BC557B

T14 … T25

Munteu-los de manera que la part superior de les carcasses quedi a sota (o estigui al mateix nivell) de les capçaleres Arduino.

Pas 17: LEDs de retroiluminació de tubs (opcional)

Podeu utilitzar LED estàndard de 3 mm en qualsevol color amb finalitats de retroil·luminació de tubs, fins i tot LEDs de color RGB que s’esvaeixen.

Doblegueu els cables dels LED de manera que els LED s’adaptin als forats de 3 mm que hi ha a sota dels tubs VFD i, a continuació, soldeu-los al PCB. Presteu atenció a la polaritat. El cable curt del LED (càtode) es solda al coixinet més proper al marcatge de serigrafia del nom del LED (D6 … D9).

Pot ser necessari aïllar els cables de D9 per evitar que toquin el connector ISP de l'Arduino.

Els LED estan connectats a una sortida PWM de l’Arduino i es poden atenuar mitjançant el programari. Tanmateix, això no funcionarà correctament si utilitzeu LEDs de color RGB que s’esvaeixen.

Si és més fàcil per a vosaltres, també és possible muntar els LED després de soldar els tubs VFD al seu lloc. A causa de la tècnica de muntatge, també és fàcil substituir els LED més endavant si decidiu que voleu tenir un altre color de retroil·luminació.

Pas 18: muntatge del tub VFD

Aquest és un dels passos més importants per construir el vostre escut

Guieu els cables del tub suaument pels seus forats respectius a la placa. Assegureu-vos que el cable curt dels tubs travessa el forat sense coixinet de soldadura.

Ara els dígits haurien d’anar cap a la part frontal del PCB.

Si teniu dificultats per fer passar els cables dels tubs pels forats, podeu tallar-los com una "espiral" per poder moure 1 cable a la vegada pels forats. Presteu atenció perquè el cable més curt no sigui massa curt ja que muntarem els tubs a una certa distància del PCB.

Un cop els tubs estiguin al seu lloc, alineeu-los més o menys a mà. La part inferior dels tubs ha d’estar aproximadament 1-2 mm per sota de la part superior de les capçaleres apilables Arduino.

Si feu servir el recinte acrílic opcional, podeu utilitzar les plaques superior i inferior com a eina d'alineació.

Soldeu dos cables de cada tub al PCB. Un cop fet això, encara podeu ajustar l'alineació del tub escalfant les juntes de soldadura.

Si esteu satisfet amb l'alineació del tub, podeu soldar els cables de tub restants al seu lloc i retallar els cables sobrants amb un petit tallador de filferro.

No intenteu canviar l'alineació d'un tub després de soldar-lo al seu lloc, ja que pot provocar tensions mecàniques i provocar un tub defectuós

Pas 19: prova final

Finalment la prova … Pengeu l'esbós de demostració a l'Arduino i desconnecteu l'Arduino del port USB de l'ordinador.

Connecteu l’escut VFD acabat a la part superior de l’Arduino. Assegureu-vos que cap part metàl·lica de l’Arduino toqui les juntes de soldadura de l’escut VFD.

Connecteu l'adaptador d'alimentació de 12 V CC al connector d'alimentació Arduino i enceneu-lo.

Al cap d’uns segons, els tubs VFD haurien de començar a comptar de 0 a 9 en un bucle sense fi. Els punts separadors decimals dels tubs VFD haurien de formar un comptador binari de 4 bits.

La retroil·luminació del tub s’hauria de disminuir cada pocs segons i s’hauria d’encendre de nou.

Comproveu acuradament els cables del filament del tub. Han de brillar molt dèbilment amb un color vermell intens. Si brillen massa, reduïu els valors de C2 i C3. En canvi, si el filament amb prou feines brilla i els dígits són massa foscos, podeu experimentar augmentant els valors de C2 i C3.

Pas 20: recinte acrílic (opcional)

Els primers 2 fitxers són fitxers CAD. Us recomano que obriu "Manual d'usuari del recinte per a escut per a la visualització en pantalla.pdf" i que observeu els passos per al recinte acrílic.

Pas 21: programari

Totes les biblioteques que necessiteu apareixen als comentaris al començament de cada esbós.

Accés directe

Proporciona accés directe als tubs i als LED. Podeu activar i desactivar segments i punts individuals als tubs i controlar un cicle de treball PWM per il·luminar els LED.

Rellotge ordinari

Només un rellotge configurat a través del monitor en sèrie i res massa elegant, però al cap d'1 dia el rellotge torna a ser amb aproximadament 1 minut

Rellotge intel·ligent

• S'ha afegit suport per a DS1307 RTC amb bateria opcional.
• S'ha afegit suport per treballar només amb esp8266 a través de RX i TX
• S'ha afegit la visualització de la temperatura en graus centígrads quan es connecta un sensor d'1 cable. L’esbós admet DS18B20, DS18S20 i DS1822. La temperatura es mostra cada minut.

Perquè l’esp8266 funcioni amb el rellotge, haureu de fer flash l’esp i fer un pont especial que es mostri aquí com posar-vos en mode de repòs profund per estalviar energia. També haurà de configurar les credencials WIFI i la zona horària des del codi a l'esp. Si no teniu experiència amb esp8266, llegiu aquí per obtenir més informació sobre la instal·lació de la placa a Arduino IDE.

Termòmetre

Funciona amb sensors de temperatura de 1 fil. El programa admet DS1820 (cablejat diferent, comproveu-lo a Internet), DS18B20, DS18S20 i DS1822.

Mesurador de voltatge

Aquest programa mostra la tensió mesurada al pin A5.

Demostració

Exemple d’animació de tubs, animació PWM de LEDs.