Ràdio SteamPunk: 10 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:13

Projecte: SteamPunk Radio

Data: maig de 2019 - agost de 2019

VISIÓ GENERAL

Aquest projecte és, sens dubte, el més complex que he dut a terme, amb setze tubs VFD IV-11, dues targetes Arduino Mega, deu circuits de llum de neó LED, un servo, un electroimant, dos xips MAX6921AWI IC, cinc fonts d’alimentació de CC, una alimentació d’alta tensió subministrament, dos mesuradors de voltatge continu, un mesurador de corrent continu, ràdio estèreo FM, amplificador de potència de 3 W, pantalla LCD i teclat. A part de la llista de parts anterior, dos programes de programari van haver de desenvolupar-se des de zero i, finalment, la construcció de tota la ràdio va requerir unes 200 hores de treball.

Vaig decidir incloure aquest projecte al lloc d’Instructables sense esperar que els membres reproduïssin aquest projecte en la seva totalitat, sinó més aviat escollir els elements que els interessessin. Dues àrees d’interès particular per als membres del lloc poden ser el control dels 16 tubs VDF IV-11 mitjançant dos xips MAX6921AWI i el seu cablejat associat, i les comunicacions entre dues targetes Mega 2650.

Els diversos components inclosos en aquest projecte s’han obtingut localment, excepte els tubs IV-11 i els xips MAX6921AWI obtinguts a EBay. Volia tornar a la vida de diversos articles que d’altres maneres es quedarien en caixes durant anys. Totes les vàlvules HF es van obtenir amb la comprensió que totes van ser unitats fallides.

Pas 1: LLISTA DE PARTS

1. 2 x Arduino Mega 2560 R3

2. Ràdio FM RDA5807M

3. Amplificador PAM8403 3W

4. 2 altaveus de 20W

5. Di-pol FM Ariel

6. 16 tubs VDF X IV-11

7. 2 x xip MAX6921AWI IC

8. 2 x MT3608 2A Max DC-DC Step Up Power Power Module Booster Power Module

9. Mòdul automàtic Buck de 2 x XL6009 400KHz

10. Mòdul d'1 canal, activador de baix nivell de 5V per a Arduino ARM PIC AVR DSP

11. Escut del mòdul de 2 canals 5V 2 canals per Arduino ARM PIC AVR DSP

12. Imant elèctric elevador 2,5KG / 25N solenoide xucro electroimant DC 6V

13. El motor pas a pas de 4 fases es pot accionar mitjançant xip ULN2003

14. 20 * 4 LCD 20X4 5V Pantalla blava LCD2004 mòdul de pantalla LCD

15. Mòdul d’interfície sèrie IIC / I2C

16. 6 x Bits 7 X WS2812 5050 RGB Llum de llum LED amb controladors integrats Neo Pixel

17. 3 x anells LED 12 x WS2812 5050 LED RGB amb controladors integrats Neo Pixel

18. 2 x anells LED 16 x WS2812 5050 LED RGB amb controladors integrats Neo Pixel

19. Tira LED flexible RGB de 5 m de longitud

20. Teclat de commutació de membrana de 12 tecles 4 x 3 Teclat de commutació de teclat Matrix Array Matrix

21. Sensor d’altitud de pressió baromètrica digital BMP280 3,3V o 5V per Arduino

22. DS3231 AT24C32 Mòdul IIC Mòdul de rellotge en temps real RTC de precisió

23. 2 x Potenciòmetre rotatiu lineal d'eix rodat 50K

24. Adaptador de potència de 12 V 1 Amp

Pas 2: TUBS VDF IV-11 I XIP MAX6921AWI IC

L’ús del xip MAX6921AWI per aquest projecte es basa en el meu projecte anterior de despertador. Cada joc de vuit tubs IV-11 es controla mitjançant un sol xip MAX6921AWI mitjançant el mètode de control Multiplex. Els dos fitxers PDF adjunts mostren el cablejat del conjunt de vuit tubs i com es connecta el xip MAX6921AWI al conjunt de tubs i, al seu torn, a l’Arduino Mega 2560. Es requereix una codificació estricta en color del cablejat per assegurar aquest segment i Les línies de tensió de la xarxa es mantenen separades. És molt important identificar les sortides del tub; vegeu el PDF adjunt, que inclou els pins 1 i 11 de l’escalfador de 1,5 V, el pin d’ànode de 24 V (2) i, finalment, els pins de vuit segments i “dp”, de 3 a 10. temps, també val la pena provar cada segment i "dp" mitjançant una plataforma de prova senzilla abans de començar a connectar el conjunt de tubs. Cada pas de tub es connecta en sèrie amb el següent cap avall per la línia de tubs fins a l'últim tub on s'afegeix cablejat addicional per permetre la connexió remota al xip MAX6921AWI. Aquest mateix procés es continua per a les dues línies de subministrament d’escalfadors pins 1 i 11. Vaig utilitzar filferro de colors per a cadascuna de les 11 línies, quan em vaig quedar sense colors, vaig començar de nou la seqüència de colors però vaig afegir una banda negra al voltant de cada extrem del fil mitjançant la reducció de calor. L’excepció a la seqüència de cablejat anterior és per al pin 2, el subministrament de 24 ànodes que té un cable individual cablejat entre el pin 2 i les sortides de potència de l’ànode del xip MAX6921. Consulteu el PDF adjunt per obtenir informació sobre el xip i les seves connexions. No es pot subratllar que en cap moment durant el funcionament del xip el xip hauria d’escalfar-se, escalfar-se al cap d’unes hores, sí, però mai calent. El diagrama de cablejat del xip mostra les tres connexions al Mega, els pins 27, 16 i 15, el subministrament de 3,5 V a 5 V del Mega pin 27, el seu GND al Mega pin 14 i el pin de subministrament de 24 V. No superi mai el subministrament de 5V i mantingueu el rang de potència de l’ànode entre 24V i 30V màxim. Abans de continuar, utilitzeu un provador de continuïtat per provar cada cable entre els seus punts més llunyans.

Vaig utilitzar la versió AWI d’aquest xip, ja que era el format més petit amb el qual estava disposat a treballar. La fabricació del xip i el seu portador comença amb dos jocs de 14 pins de PCB col·locats sobre una taula de pa, el portador de xips situat sobre els passadors amb el pin 1 a la part superior esquerra. Utilitzant el flux i la soldadura, soldeu els passadors i “esteneu” cadascun dels 28 coixinets de pota. Un cop completat, col·loqueu el xip del porta-xips amb molta cura d’alinear les potes del xip amb els coixinets de les cames i assegurant-vos que la osca del xip estigui orientada cap al pin 1. Vaig trobar que utilitzant un tros de cinta adhesiva sobre un dels laterals del xip ajudava fixar el xip abans de soldar. Quan soldeu, assegureu-vos que s’ha aplicat flux a les coixinets de les cames i que el soldador està net. Premeu generalment cap avall sobre cada pota del xip, cosa que la doblegarà lleugerament sobre el coixinet de la cama i hauríeu de veure la soldadura funcionar. Repetiu-ho per a les 28 potes, no haureu d'afegir cap soldadura al soldador durant aquest procés.

Un cop completat, netegeu el portador de xip de flux i, a continuació, utilitzeu un provador de continuïtat per provar cada pota col·locant una sonda a la pota del xip i l’altra al pin del PCB. Finalment, assegureu-vos sempre que totes les connexions s’han establert amb el portador de xips abans que s’apliqui la potència real, si el xip comença a apagar-se immediatament i comproveu totes les connexions.

Pas 3: CORDA LLUM RGB I ANELL LLUM DE NEÓ

Aquest projecte requeria deu elements d’il·luminació, tres cordes de llum RGB i set anells de llum NEON de diverses mides. Cinc dels anells de llum NEON es van connectar en una sèrie de tres anells. Aquest tipus d’anells d’il·luminació són molt versàtils en el seu control i quins colors poden mostrar, només he utilitzat els tres colors primaris que estaven activats o apagats. El cablejat constava de tres cables, 5V, GND i una línia de control que es controlava mitjançant l’esclau Mega. Per obtenir més informació, vegeu el llistat d’Arduino adjunt “SteampunkRadioV1Slave”. Les línies 14 a 20 són importants, sobretot el nombre definit d'unitats de llum, que han de coincidir amb el nombre físic, en cas contrari, l'anell no funcionarà correctament.

Les cordes lleugeres RGB requerien la construcció d’una unitat de control que prenia tres línies de control del Mega controlant cadascuna els tres colors primaris, vermell, blau i verd. La unitat de control estava formada per nou transistors TIP122 N-P-N, consulteu el full de dades TIP122 adjunt, cada circuit consta de tres transistors TIP122 on una pota està connectada a terra, la segona pota està connectada a una font d’alimentació de 12V i la pota mitjana està connectada a la línia de control Mega. El subministrament de corda RGB consta de quatre línies, una única línia GND i tres línies de control, una de cadascuna de les tres potes mitjanes TIP122. Això proporciona els tres colors primaris, la intensitat de la llum es controla mitjançant una ordre d'escriptura analògica amb un valor de 0, per a apagat i 255 per al màxim.

Pas 4: COMUNICACIONS ARDUINO MEGA 2560

Aquest aspecte del projecte era nou per a mi i, com a tal, requeria la construcció de zero d’una placa de distribució IC2 i la connexió de cadascun dels Mega GND. La placa de distribució IC2 va permetre connectar les dues targetes Mega mitjançant els pins 21 i 22, la placa també es va utilitzar per connectar la pantalla LCD, el sensor BME280, el rellotge en temps real i la ràdio FM. Consulteu el fitxer Arduino adjunt “SteampunkRadioV1Master” per obtenir informació sobre les comunicacions d’un sol caràcter des del mestre fins a la unitat esclau. Les línies de codi crítiques són la línia 90, que defineix el segon Mega com a unitat esclava, la línia 291 és una trucada típica de procediment de sol·licitud d’acció esclava, el procediment comença a la línia 718, finalment la línia 278 que té una resposta retornada del procediment esclau, va decidir no implementar completament aquesta característica.

El fitxer adjunt "SteampunkRadioV1Slave" detalla el costat esclau d'aquesta comunicació, les línies crítiques són la línia 57, defineix l'adreça IC2 esclava, les línies 119 i 122 i el procediment "receiveEvent" que inicia un 133.

Hi ha un article molt bo de You Tube: Arduino IC2 Communications de DroneBot Workshop, que va ser molt útil per entendre aquest tema.

Pas 5: CONTROL ELECTROMAGNET

De nou, un element nou en aquest projecte va ser l’ús d’un electroimant. He utilitzat una unitat de 5 V, controlada mitjançant un relé d’un sol canal. Aquesta unitat es va utilitzar per moure la tecla de codi Morse i funcionava molt bé amb polsos curts o llargs proporcionant els sons "punt" i "guió" que presenta una tecla Morse típica. No obstant això, es va produir un problema quan es va utilitzar aquesta unitat, ja que va introduir un CEM posterior al circuit que va tenir com a efecte restablir el Mega adjunt. Per superar aquest problema, vaig afegir un díode en paral·lel a l'electroimant que resolia el problema, ja que atraparia el CEM posterior abans que afectés el circuit d'alimentació.

Pas 6: RÀDIO FM i AMPLIFICADOR de 3 W

Com el nom del projecte indica, es tracta d’una ràdio i vaig decidir utilitzar un mòdul FM RDA5807M. Tot i que aquesta unitat funcionava bé, el seu format requereix molta cura en connectar cables per crear una placa PCB. Les pestanyes de soldadura d’aquesta unitat són molt febles i es trenquen, cosa que fa que sigui molt difícil soldar un cable a aquesta connexió. Al PDF adjunt es mostra el cablejat d’aquesta unitat, les línies de control SDA i SDL proporcionen control a aquesta unitat des del Mega, la línia VCC requereix 3,5 V, no excedeixi aquesta tensió o perjudicarà la unitat. La línia GND i la línia ANT són evidents, les línies Lout i Rout alimenten un connector per a auriculars femella estàndard de 3,5 mm. He afegit un mini punt de connexió aèria FM i una antena FM di-pole i la recepció és molt bona. No volia fer servir els auriculars per escoltar la ràdio, així que vaig afegir dos altaveus de 20 W connectats mitjançant un amplificador PAM8403 de 3 W amb l’entrada a l’amplificador mitjançant el mateix endoll per a auriculars femella de 3,5 mm i un cable comercial de 3,5 mm per a connectors masculí a masculí. Va ser en aquest moment que vaig trobar un problema amb la sortida del RDA5807M que va desbordar l’amplificador i va provocar una distorsió important. Per superar aquest problema, he afegit dues resistències 1M i 470 ohms en sèrie a cadascuna de les línies del canal i això ha eliminat la distorsió. Amb aquest format no vaig poder reduir el volum de la unitat a 0, fins i tot establint la unitat a 0 tot el so no es va eliminar completament, de manera que vaig afegir una ordre "radio.setMute (true)" quan el volum es va establir a 0 i això va eliminar efectivament tot el so. Els últims tres tubs IV-11 de la línia inferior dels tubs normalment mostren la temperatura i la humitat, però, si s’utilitza el control de volum, aquesta pantalla canvia per mostrar el volum actual amb un màxim de 15 i un mínim de 0. Aquesta visualització del volum és es mostra fins que el sistema actualitza els tubs superiors des de mostrar la data enrere fins a mostrar l'hora, amb la qual cosa es torna a mostrar la temperatura.

Pas 7: CONTROL DE SERVO

El Servo de 5V es feia servir per moure la unitat de rellotge. Després d’adquirir un mecanisme de rellotge “només per a peces” i després d’eliminar el ressort principal i la meitat del mecanisme, el que quedava es va netejar, greixar i alimentar mitjançant el Servo fixant el braç del Servo a un dels engranatges de rellotge originals de recanvi. El codi crític per al funcionament del Servo es pot trobar al fitxer "SteampunRadioV1Slave" a partir de la línia 294, on els polsos 2048 produeixen una rotació de 360 graus.

Pas 8: CONSTRUCCIÓ GENERAL

La caixa provenia d’una antiga ràdio, es va retirar el vernís vell, es van retirar la part davantera i la posterior i es va tornar a envernissar. Es van retirar les bases de cadascuna de les cinc vàlvules i es van unir els anells de llum NEON a la part superior i inferior. Les dues vàlvules situades darrere tenien setze petits forats a la base i després setze llums LCD segellats a cada forat; cada llum LCD estava connectada a la següent de la sèrie. Totes les canonades utilitzaven canonades de coure de 15 mm i connexions. Les particions internes es feien amb capes de 3 mm pintades de negre i la part frontal era de Perspex transparent de 3 mm. Es va utilitzar una làmina de llautó amb formes premsades per revestir el pèrpex frontal i l'interior de cadascuna de les obertures de tubs IV-11. Els tres controls frontals per a On / Off, Volume i Frequency utilitzen potenciòmetres rotatius lineals connectats mitjançant un tub de plàstic a la tija d’una vàlvula de comporta. L'antena en forma de coure es va construir a partir de filferro de coure cadenat de 5 mm, mentre que la bobina espiral al voltant de les dues vàlvules més altes es va fer a partir de filferro d'acer inoxidable de 3 mm pintat amb pintura de coure. Es construeixen tres taules de distribució, 12V, 5V i 1,5V, i una altra placa distribueix les connexions IC2. Quatre fonts d'alimentació de CC subministrades amb 12V d'un adaptador de 12V, 1 Amp. Dos subministren 24 V per alimentar els xips IC MAX6921AWI, un subministra 5 V per donar suport a tots els sistemes d'il·luminació i moviment i un subministra 1,5 V per als dos circuits d'escalfadors IV-11.

Pas 9: PROGRAMARI

El programari es va desenvolupar en dues parts, Master i Slave. El programa Master admet el sensor BME208, el rellotge en temps real, dos xips MAX6921AWI IC i IC2. El programa Slave controla totes les llums, servo, electroimant, amperímetre i ambdós voltímetres. El programa Master admet els setze tubs IV-11, la pantalla posterior LCD i el teclat de 12 tecles. El programa Slave admet totes les funcions d’il·luminació, servo, electroimant, relés, amperímetre i ambdós mesuradors de voltatge. S'ha desenvolupat una sèrie de programes de prova per provar cadascuna de les funcions abans que cada funció s'afegís als programes Master o Slave. Vegeu fitxers Arduino adjunts i detalls dels fitxers de biblioteca addicionals necessaris per donar suport al codi.

Inclou fitxers: Arduino.h, Wire.h, radio.h, RDA5807M.h, SPI.h, LiquidCrystal_I2C.h, Wire.h, SparkFunBME280.h, DS3231.h, Servo.h, Adafruit_NeoPixel.h, Stepper-28BYJ -48.h.

Pas 10: REVISIÓ DEL PROJECTE

Em va agradar el desenvolupament d’aquest projecte, amb els seus nous elements de comunicacions Mega, electroimant, Servo i suport de setze tubs VFD IV-11. La complexitat dels circuits era de vegades difícil i l’ús de connectors Dupont causa problemes de connexió de tant en tant, l’ús de cola calenta per assegurar aquestes connexions ajuda a reduir els problemes de connexió aleatòria.