Arduino vairogs no vecām krievu VFD caurulēm: pulkstenis, termometrs, voltu mērītājs : 21 soļi (ar attēliem)

2025 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2025-01-23 14:59

Šī projekta pabeigšana prasīja gandrīz pusgadu. Es nevaru aprakstīt, cik daudz darba tika ieguldīts šajā projektā. Šī projekta īstenošana vienatnē prasītu mani mūžīgi, tāpēc man bija palīdzība no draugiem. Šeit jūs varat redzēt mūsu darbu, kas apkopots vienā ļoti garā pamācībā.

Šī projekta iezīmes:

• Savietojams tikai ar Arduino UNO dēļiem
• Darbina četras IV-3/ IV-3a/ IV-6 VFD caurules. Šīs caurules ir ļoti energoefektīvas, pat efektīvākas nekā Nixie un izskatās diezgan foršas. Energoefektivitāte ir gandrīz vienāda ar LED matricu. Es domāju, ka viņi izskatās labāk nekā Niksija.
• Barošanas avots 12V DC + 5V DC, izmantojot Arduino plati; nepieciešama stabilizēta 12V barošana
• Korpusa dizains (CAD faili) pēc izvēles
• iespējamie pielietojumi: pulkstenis, termometrs, voltmetrs, skaitītājs, rezultātu tablo …
• pieejamas vairākas Arduino piemēru skices

Es zinu, ka šīs pamācības teksts ir ļoti garš, taču, lūdzu, mēģiniet izlasīt un noskatīties katru tekstu un fotoattēlu šeit. Dažas fotogrāfijas nav lieliskas, bet tas ir viss, ko es varu darīt. Es zinu, ka neesmu labākais fotogrāfs.

Šis projekts sākotnēji tika ievietots axiris, bet es pārveidoju un izskaidroju daudzas mazas lietas bez tām, jūs jautāsiet sev, kas ir nogājis greizi.

Piegādes

Jūs varat redzēt katras daļas skaitu, bet es iesaku izdrukāt detaļu sarakstu.pdf, lai to izmantotu iepirkumu sarakstam un vēlāk detaļu lodēšanai uz PCB. Es visu esmu iegādājies vietējos veikalos vai atdalījis no nestrādājošām ierīcēm, bet, ja jūs nevarat rīkoties tāpat kā es, jūs varat pasūtīt detaļas no Aliexpress vai Amazon vai cita veikala.

Oglekļa plēves rezistori 1/4W 5% Aliexpress saite, kurai ir viss šajā sarakstā nepieciešamais rezistors

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

Keramikas/ MKT/ MKM kondensatori

• 1x 2,2 nF (222) Aliexpress saite
• 2x 8,2 nF (822) Aliexpress saite IV-3 / IV-3a vai 2x 22nF (223) IV-6 Aliexpress saitei
• 1x 100 nF (104) Aliexpress saite

Elektrolītiskie pusvadītāji

• 4x 22 μF 50V radiālā Aliexpress saite
• 2x 100 μF 25V radiālā Aliexpress saite

Diskrētie pusvadītāji

• 1x 1N400x taisngriežu diode Aliexpress saite
• 4x 1N5819 schottky diodes Aliexpress saite
• 4x LED 3mm (brīvi izvēlieties krāsu) Aliexpress saite
• 13x BC547B NPN tranzistora Aliexpress saite
• 12x BC557B PNP tranzistora Aliexpress saite
• 1x BC639 NPN “jaudas” tranzistora Aliexpress saite
• 1x BC640 PNP “jaudas” tranzistora Aliexpress saite

Integrētās shēmas

ICM7555 taimera IC (jābūt CMOS versijai, neizmantojiet standarta 555!) Aliexpress saite

Savienotāji un dažādas detaļas

• 2x sakraujama galvene - attālums 2,54 mm /.1” - 8 polu Aliexpress saite
• 1x sakraujama galvene - attālums 2,54 mm /.1” - 6 polu Aliexpress saite
• 1x sakraujama galvene - attālums 2,54 mm /.1” - 10 polu Aliexpress saite
• 4x IV ‐ 3 vai IV-3a vai IV-6 VFD caurule Aliexpress saite
• PCB PCBWay saite

Ja vēlaties izveidot pulksteni, varat izmantot papildu akumulatoru nodrošināto RTC DS1307, bet, ja vēlaties to padarīt gudru, izmantojiet esp8266. Jūs varat izmantot lielo esp8266 vai mazo esp8266-01, bet es iesaku izmantot mazo, lai pulkstenis izskatītos labāk. Ja vēlaties to padarīt vēl gudrāku, apvienojiet esp8266 ar 1 vadu sensoru. Skice atbalsta DS1820, DS18B20, DS18S20 un DS1822. Temperatūra tiek parādīta katru minūti.

Ja jums ir kādi jautājumi par šo projektu, rakstiet man uz e -pastu. Es centīšos pēc iespējas ātrāk atbildēt uz jūsu jautājumiem

1. darbība: projekta pārskats

Šis Arduino vairogs spēj vadīt 4x krievu IV-3, IV-3a vai IV-6 septiņu segmentu VFD caurules. 4x 3 mm gaismas diodes nodrošina fona apgaismojumu caurulēm. Dizains ir pilnībā balstīts uz caurumiem caurumiem, netika izmantoti SMD komponenti. Tādējādi PCB var viegli salikt ikviens, kam ir zināma lodēšanas pieredze. Turklāt izmantotās sastāvdaļas ir lētas un viegli pieejamas. Tā kā šis projekts tika izstrādāts kā izglītojošāks, viegli uzbūvējams projekts, tas nav labākais iespējamais risinājums, lai vadītu šīs VFD caurules no tehniskā viedokļa. BC547 un BC557 tranzistoru vietā mēs būtu varējuši izmantot A2982W avota draiverus vai arī nomainīt tranzistorus ar Supertex augstsprieguma avota draivera IC ar iekšēju nobīdes reģistru. Diemžēl tos var būt grūti iegūt, un tie ir ļoti bieži pieejami SMD iepakojumos.

2. darbība. Padomi par montāžu

Šī pamācāmā PCB ir paredzēta tiem, kam ir augsta pieredze elektronikas montāžā. Ja uzskatāt, ka tas ir pārāk sarežģīts jūsu prasmju līmenim, lūdzu, nemēģiniet to salikt un nelūdziet draugam to pagatavot jums.

Nesteidzieties - šī komplekta pabeigšanai vajadzētu būt 2-3 stundām, ja tas tiek nepārtraukti vai vairāk. Es to gatavoju mazāk nekā 2 stundas, bet man ir vairāk nekā 2 gadu ikdienas pieredze lodēšanā.

Pārliecinieties, ka jūsu darba zona ir labi apgaismota (vēlams dienasgaismā), tīra un sakopta.

Salieciet dēli tādā secībā, kā norādīts šeit sniegtajos norādījumos - pirms katras darbības veikšanas izlasiet un izprotiet katru darbību. Jo pēc kļūdas gandrīz nav atgriešanās.

Tiek pieņemts, ka jūs saprotat, ka pusvadītāji (diodes, IC, tranzistori) vai elektrolītiskie kondensatori ir polarizētas sastāvdaļas. Atbilstošie marķējumi tiek pārklāti uz zīda uz PCB un parādīti uz shēmas.

PCB montāžai būs nepieciešami šādi rīki un materiāli:

• Labas kvalitātes lodāmurs (25-40W) ar nelielu galu (1-2 mm)
• Stiepļu griezējs un knaibles
• Pamata multimetrs sprieguma testiem un rezistoru identificēšanai.
• Palielināmais stikls, lai lasītu mazo ierīču marķējumus, bieži vien ir noderīgs.
• Lodēšana - priekšroka dodama svina/alvas lodēšanai. Lodmetālam bez svina, kas tagad ir jāizmanto komerciālos produktos Eiropā, ir daudz augstāka kušanas temperatūra, un ar to var būt ļoti grūti strādāt. Nelietojiet plūsmu vai smērvielu.
• Lodēšanas dakts (pinums) var būt noderīgs, ja nejauši izveidojat lodēšanas tiltus starp blakus esošajiem lodēšanas savienojumiem.

Enerģijas padeve

Lai pareizi darbotos, IV-3/IV-3a/IV-6 VFD vairogam ir nepieciešams, lai Arduino tiktu darbināts no 12 V līdzstrāvas barošanas avota. Izmantojiet tikai regulētu komutācijas strāvas adapteri, kas spēj piegādāt 12 V DC / 300 mA.

Neizmantojiet neregulētu "transformatora stila" sienas adapteri. Tie viegli piegādā vairāk nekā 16 V ar nelielu slodzi un sabojās IV-3 VFD vairogu, jo 12 V barošanas spriegums ir diezgan kritisks. Jums jābūt ļoti uzmanīgam, lai nemainītu barošanas avota polaritāti, pretējā gadījumā jūs riskējat nogalināt Arduino, VFD vairogu, barošanas avotu un, iespējams, pats izraisīt ugunsgrēku vai elektriskās strāvas triecienu

Pirms IV-3 vairoga pievienošanas ielieciet izolācijas lenti uz Arduino USB savienotāja metāla vairoga, lai izvairītos no lodēšanas savienojumiem, kas pieskaras metālam un nav īss

3. darbība: PCB pārskats un shēmas shēma

Jūs varat pasūtīt PCB no PCBWay. Ja esat jauns lietotājs, IZMANTOJIET ŠO SAITI, lai pēc reģistrēšanās BEZ MAKSAS saņemtu 5 USD, pēc tam pirmās 5 PCB ir bez maksas, un jums ir jāmaksā tikai par piegādi, kas ir aptuveni 6 USD ar Ķīnas gaisa pastu. Kā redzat pēdējā fotoattēlā, vairogs ir tāda paša izmēra kā mana debetkarte no Revolut. Šeit redzamie fotoattēli dažiem cilvēkiem var šķist, ka viņi mēģina lasīt ķīniešu valodu.

4. solis: montāža

Visbeidzot, mēs nonācām pie montāžas procesa … Turpmākajos soļos 5-19 mēs soli pa solim saliksim PCB. Var būt noderīgi, ja montāžas laikā PCB pārskats un shēma ir pa rokai, to izdrukājot vai atstājot uz datora lodēšanas laikā. Pēc katra soļa rūpīgi salīdziniet savu PCB ar attēliem šeit un pārbaudiet, vai nav kļūdu un lodēšanas kļūdu.

5. solis: diodes un IC ligzda

Uzstādiet šādas diodes:

• D1: 1N400x vai līdzvērtīgs
• D2… D5: 1N5819 skotijas diode

Skatieties polaritāti un uzmanīgi uzstādiet pareizo diodi pareizajā vietā

Lodējiet D2 un D3 no detaļas puses un sagrieziet vadus lodēšanas pusē pēc iespējas īsāk, jo tie atrodas virs Arduino metāla USB savienotāja ekranējuma.

Uzmontējiet 8 polu IC ligzdu IC1. Nenovietojiet IC1 kontaktligzdā šajā posmā.

6. solis: elektrolītiskie kondensatori

Uzstādiet šādus elektrolītiskos kondensatorus:

• C5… C8: 22µF 50V radiālais elektrolītiskais kondensators
• C9, C10: 100µF 25V radiālais kondensators
• Salieciet vadus par 90 grādiem un uzstādiet kondensatorus vienā līmenī ar PCB. Skatīties polaritāti. Es zinu, ka es tevi jaucinu ar šo Skatīties polaritāti, bet tas ir ļoti svarīgi.

Ieteicams lodēt C6, C7 un C8 no detaļas puses un apgriezt vadus pēc iespējas īsākus lodēšanas pusē, jo tie atrodas virs Arduino USB savienotāja metāla vairoga

7. solis: keramikas kondensatori

Nav problēmu izmantot citu formu, ir svarīgi, lai šiem kondensatoriem būtu tāda pati vērtība un materiāls.

Uzstādiet šādus keramikas kondensatorus:

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

Lūdzu, ņemiet vērā, ka C1… C3 vērtības ir nedaudz kritiskas, jo C1 kopā ar R5 nosaka sprieguma trīskāršā darba frekvenci un C2, C3 nosaka kvēldiega strāvu VFD caurulēm.

(*) stiprinājums 8n2 IV-3 un IV-3a caurulēm, 22nF stiprinājums IV-6 caurulēm.

8. solis: 10K rezistori

Uzstādiet 10 kilo omu rezistorus (brūns-melns-oranžs-zelts)

R6… R18

Uzstādiet tos vertikāli, kā parādīts attēlā.

9. solis: 68K rezistori

Uzstādiet 68 kilo omu rezistorus (zili pelēks-oranži zelts)

R19… R30

Uzstādiet tos vertikāli, kā parādīts attēlā.

10. solis: 220K rezistori

Uzstādiet 220 kilo omu rezistorus (sarkans-sarkans-dzeltens-zelts)

R43… R54

Uzstādiet tos vertikāli, kā parādīts attēlā.

11. solis: 100K rezistori

Uzstādiet 100 kilo omu rezistorus (brūns-melns-dzeltens-zelts)

R31… R42

Uzstādiet tos vertikāli, kā parādīts attēlā.

12. solis: Atlikušie rezistori

Uzstādiet atlikušos rezistorus:

• R1: 510 omi (zaļš - brūns - brūns - zelts)
• R2, R3: 1 kilo-omi (brūns-melns-sarkans-zelts). Jums, iespējams, būs jāpielāgo vērtība atkarībā no caurules fona apgaismojuma gaismas diodēm, kuras plānojat izmantot.
• R4: 2,7 kilo-omi (sarkans-violets-sarkans-zelts)
• R5: 3,9 kilo-omi (oranža-balta-sarkana-zelta)

13. darbība: Arduino galvenes

Uzstādiet Arduino sakraujamas galvenes. Galvenes īsti netiks izmantotas citu Arduino vairogu sakraušanai virs šī vairoga, taču tās palīdz noteikt vairāku komponentu un VFD cauruļu montāžas augstumu.

Izvelciet galvenes caur PCB un pievienojiet tās Arduino. Pagrieziet otrādi un lodējiet 1-2 tapas katram savienotājam. Tātad atstarpe starp savienotājiem būs pareiza. Noņemiet vairogu no Arduino un pielodējiet atlikušās tapas.

14. solis: jaudas tranzistori

Uzstādiet šādus tranzistorus:

• T26: BC639
• T27: BC640

Nenomainiet šos tranzistorus ar standarta tipiem. Uzstādiet tos tā, lai to korpusa augšdaļa būtu zemāka par Arduino galvenēm.

Ievietojiet IC1 ICM7555 (*) kontaktligzdā un pievienojiet vairogu Arduino un ieslēdziet strāvu. Spriegumam, kas mērīts starp D5 katodu un Arduino zemi, jābūt aptuveni 32… 34 V. Es to nedarīju, jo esmu pārliecināts par sevi, bet labāk dari to.

Izmantojiet CMOS versiju (ICM7555, TLC555 LMC555,…), neizmantojiet standarta 555 taimeri

15. solis: NPN tranzistori

Uzstādiet tranzistorus BC547B

T1… T13

Uzstādiet tos tā, lai to korpusa augšdaļa paliktu zem Arduino galvenēm (vai būtu vienā līmenī).

16. solis: PNP tranzistori

Uzstādiet tranzistorus BC557B

T14… T25

Uzstādiet tos tā, lai to korpusa augšdaļa paliktu zem Arduino galvenēm (vai būtu vienā līmenī).

17. solis: cauruļu fona apgaismojuma gaismas diodes (pēc izvēles)

Cauruļu apgaismojuma nolūkos varat izmantot 3 mm standarta gaismas diodes jebkurā krāsā, pat RGB krāsu izbalēšanas gaismas diodes.

Salieciet gaismas diodes vadus tā, lai gaismas diodes ietilptu 3 mm caurumos zem VFD caurulēm, un pielodējiet tos pie PCB. Pievērsiet uzmanību polaritātei. Gaismas diodes īsais vads (katods) ir pielodēts pie spilventiņa, kas ir vistuvāk LED nosaukumam zīda ekrāna marķējums (D6… D9).

Var būt nepieciešams izolēt D9 vadus, lai tie nepieskartos Arduino ISP savienotājam.

Gaismas diodes ir savienotas ar PWM izeju Arduino, un tās var aptumšot, izmantojot programmatūru. Tomēr tas nedarbosies pareizi, ja izmantojat RGB krāsu izbalēšanas gaismas diodes.

Ja jums ir vieglāk, gaismas diodes ir iespējams uzstādīt arī pēc tam, kad VFD caurules ir pielodētas. Sakarā ar montāžas tehniku, vēlāk ir viegli nomainīt gaismas diodes, ja nolemjat, ka vēlaties citu apgaismojuma krāsu.

18. solis: VFD cauruļu montāža

Šis ir viens no svarīgākajiem vairoga veidošanas posmiem

Viegli izvelciet caurules vadus caur attiecīgajiem PCB caurumiem. Pārliecinieties, ka cauruļu īsais vads iet caur caurumu bez lodēšanas spilventiņa.

Tagad cipariem jābūt vērstiem uz PCB priekšpusi.

Ja jums ir grūtības izvilkt cauruļu vadus caur caurumiem, varat tos sagriezt kā "spirāli", lai pa caurumiem varētu pārvietot vienu vadu vienlaikus. Pievērsiet uzmanību, lai īsākais vads nebūtu pārāk īss, jo mēs uzstādīsim caurules noteiktā attālumā no PCB.

Kad caurules ir savās vietās, tās vairāk vai mazāk izlīdziniet ar rokām. Cauruļu apakšai jābūt aptuveni 1-2 mm zem Arduino sakraujamo galviņu augšdaļas.

Ja izmantojat papildu akrila korpusu, augšējo un apakšējo plāksni varat izmantot kā izlīdzināšanas rīku.

Lodējiet divus katras caurules vadus pie PCB. Kad tas ir izdarīts, jūs joprojām varat pielāgot caurules izlīdzināšanu, atkārtoti sasildot lodēšanas savienojumus.

Ja esat apmierināts ar cauruļu izlīdzināšanu, varat beidzot pielodēt atlikušos cauruļu vadus un sagriezt liekos vadus ar nelielu stiepļu griezēju.

Nemēģiniet mainīt caurules izlīdzinājumu pēc tam, kad tā ir pielodēta, jo tas var izraisīt mehānisku spriedzi un cauruli

19. solis: galīgais tests

Visbeidzot tests… Augšupielādējiet demonstrācijas skici Arduino un atvienojiet Arduino no datora USB porta.

Pievienojiet gatavo VFD vairogu virs Arduino. Pārliecinieties, ka neviena Arduino metāla daļa nepieskaras VFD vairoga lodēšanas savienojumiem.

Pievienojiet 12 V līdzstrāvas adapteri Arduino strāvas savienotājam un ieslēdziet strāvu.

Pēc dažām sekundēm VFD caurulēm jāsāk skaitīt no 0 līdz 9 bezgalīgā ciklā. VFD lampu decimāldaļu atdalītāju punktiem jāveido binārs 4 bitu skaitītājs.

Cauruļu fona apgaismojumam vajadzētu aptumšoties ik pēc dažām sekundēm un atkal ieslēgties.

Rūpīgi pārbaudiet caurules kvēldiega vadus. Viņiem vajadzētu mirdzēt ļoti vāji ar tumši sarkanu krāsu. Ja tie spīd pārāk daudz, pazeminiet C2 un C3 vērtības. No otras puses, ja kvēldiegs kvēlo tik tikko un cipari ir pārāk blāvi, varat eksperimentēt, palielinot C2 un C3 vērtības.

20. darbība: akrila korpuss (pēc izvēles)

Pirmie divi faili ir CAD faili. Es iesaku jums atvērt sadaļu “Enclosure for Shield User Manual for the screen screen.pdf” un skatīties akrila korpusa darbības.

21. solis: programmatūra

Katra bibliotēka, kas jums būs nepieciešama, ir komentāros katras skices sākumā.

Tieša piekļuve

Nodrošina tiešu piekļuvi caurulēm un gaismas diodēm. Jūs varat ieslēgt un izslēgt atsevišķus segmentus un punktus caurulēs, kā arī kontrolēt PWM darba ciklu, lai apgaismotu gaismas diodes.

Parasts pulkstenis

Vienkārši pulkstenis, kas ir iestatīts caur seriālo monitoru, un nekas nav pārāk izsmalcināts, bet pēc aptuveni 1 dienas pulkstenis atgriežas ar aptuveni 1 minūti

Viedpulkstenis

• Pievienots papildu aprīkojums ar akumulatoru nodrošinātai DS1307 RTC.
• Pievienots atbalsts darbam tikai ar esp8266 caur RX un TX
• Pievienots temperatūras rādījums Celsija grādos, kad ir pievienots 1 vadu sensors. Skice atbalsta DS18B20, DS18S20 un DS1822. Temperatūra tiek parādīta katru minūti.

Lai esp8266 darbotos ar pulksteni, jums būs jābloķē esp un jāizveido īpašs tilts, kas parādīts šeit, kā ieslēgt dziļā miega režīmu, lai taupītu enerģiju. Tāpat būs jāiestata WIFI akreditācijas dati un laika josla no koda esp. Ja jums nav pieredzes ar esp8266, izlasiet šeit, lai uzzinātu vairāk par tāfeles uzstādīšanu Arduino IDE.

Termometrs

Darbojas ar 1 vadu temperatūras sensoriem. Programma atbalsta DS1820 (dažādus vadus, pārbaudiet to internetā), DS18B20, DS18S20 un DS1822.

Voltmetrs

Šī programma parāda spriegumu, kas izmērīts uz tapas A5.

Demonstrācija

Cauruļu animācijas piemērs, gaismas diodes PWM animācija.