Sköld för Arduino från gamla ryska VFD -rör: Klocka, termometer, voltmätare : 21 steg (med bilder)

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:39

Detta projekt tog nästan ett halvt år att slutföra. Jag kan inte beskriva hur mycket arbete som läggs ner på detta projekt. Att göra det här projektet ensam skulle ta mig för alltid så jag fick lite hjälp av mina vänner. Här kan du se vårt arbete sammanställt i en mycket lång instruerbar.

Funktioner i detta projekt:

• Endast kompatibel med Arduino UNO -kort
• Kör fyra IV-3/ IV-3a/ IV-6 VFD-rör. Dessa rör är mycket energieffektiva, till och med mer effektiva än Nixie, och ser ganska coola ut. Energieffektivitet är nästan lika med en LED -matris. Jag tycker att de ser bättre ut än nixie.
• Strömförsörjning 12V DC + 5V DC via Arduino -kort; en stabiliserad 12V -matning krävs
• Kapslingsdesign (CAD -filer) valfritt
• möjliga tillämpningar: klocka, termometer, voltmeter, räknare, resultattavla, …
• flera Arduino -exempelskisser tillgängliga

Jag vet att texten i denna instruerbara är mycket lång men försök att läsa och titta på varje text och foto här. Vissa bilder är inte bra men det här är allt jag kan göra. Jag vet att jag inte är den bästa fotografen.

Detta projekt publicerades ursprungligen i axiris men jag modifierade och förklarade många små saker utan dem kommer du att fråga dig själv vad som har gått fel.

Tillbehör

Du kan se antalet delar, men jag rekommenderar att du skriver ut Part List.pdf för att använda den för en inköpslista och senare för att löda delarna på PCB. Jag har köpt allt från lokala butiker eller avlödt det från icke-fungerande enheter, men om du inte kan göra precis som jag gjorde kan du beställa delarna från Aliexpress eller Amazon eller en annan butik.

Kolfilmresistorer 1/4W 5% Aliexpress -länk som har alla motstånd som du behöver i den här listan

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

Keramiska/ MKT/ MKM -kondensatorer

• 1x 2,2 nF (222) Aliexpress -länk
• 2x 8,2 nF (822) Aliexpress-länk för IV-3 / IV-3a eller 2x 22nF (223) för IV-6 Aliexpress-länk
• 1x 100 nF (104) Aliexpress -länk

Elektrolytiska halvledare

• 4x 22 μF 50V radiell Aliexpress -länk
• 2x 100 μF 25V radiell Aliexpress -länk

Diskreta halvledare

• 1x 1N400x likriktardiod Aliexpress länk
• 4x 1N5819 schottky -diod Aliexpress -länk
• 4x LED 3 mm (välj färg fritt) Aliexpress -länk
• 13x BC547B NPN -transistor Aliexpress -länk
• 12x BC557B PNP -transistor Aliexpress -länk
• 1x BC639 NPN "power" transistor Aliexpress länk
• 1x BC640 PNP "power" transistor Aliexpress länk

Integrerade kretsar

ICM7555 timer IC (måste vara CMOS -version, använd inte en standard 555!) Aliexpress -länk

Kontaktdon och olika delar

• 2x staplingsrör - avstånd 2,54 mm /.1” - 8 poler Aliexpress -länk
• 1x stapelbar header - avstånd 2,54 mm /.1” - 6 poler Aliexpress -länk
• 1x stapelbar sidhuvud - avstånd 2,54 mm /.1” - 10 poler Aliexpress -länk
• 4x IV ‐ 3 eller IV-3a eller IV-6 VFD-rör Aliexpress-länk
• PCB PCBWay -länk

Om du vill göra en klocka kan du använda RTC DS1307 med batteri som stöd (tillval), men om du vill göra den smart använder du en esp8266. Du kan använda den stora esp8266 eller den lilla esp8266-01, men jag rekommenderar att du använder den lilla för att klockan ska se bättre ut. Om du vill göra det ännu smartare kan du kombinera esp8266 med en 1-trådssensor. Skissen stöder DS1820, DS18B20, DS18S20 och DS1822. Temperaturen visas varje minut.

Maila mig om du har några frågor om detta projekt. Jag ska försöka svara på dina frågor så snabbt som möjligt

Steg 1: Översikt över projektet

Denna Arduino-sköld kan driva 4x ryska IV-3, IV-3a eller IV-6 sju segment VFD-rör. 4x 3 mm lysdioder ger bakgrundsbelysning för rören. Designen är helt baserad på genomgående hålskomponenter, inga SMD-komponenter användes. Som sådan kan kretskortet enkelt monteras av alla som har lödningserfarenhet. Komponenterna som används är också billiga och lättillgängliga. Eftersom detta var utformat som ett mer pedagogiskt, lätt att bygga projekt är det inte den bästa möjliga lösningen att driva dessa VFD -rör ur en teknisk synvinkel. I stället för BC547- och BC557 -transistorerna kunde vi ha använt A2982W -källdrivrutiner, eller så kunde vi ha ersatt transistorerna med en Supertex -högspänningskälldrivrutin IC med ett internt skiftregister. Tyvärr kan dessa vara svåra att få och kommer väldigt ofta i SMD -paket.

Steg 2: Monteringstips

Detta instruerbara kretskort är utformat för någon som har avancerad erfarenhet av att montera elektronik. Om du tror att det är för komplicerat för din skicklighetsnivå, försök inte montera det eller be en vän att göra det åt dig.

Ta dig tid - detta kit bör ta 2-3 timmar att slutföra om det är oavbrutet eller mer. Jag gör det på mindre än 2 timmar, men jag har mer än 2 års daglig erfarenhet av lödning.

Se till att ditt arbetsområde är väl upplyst (dagsljus föredraget), rent och städat.

Montera tavlan i den ordning som anges i instruktionerna här - läs och förstå varje steg innan du utför varje operation. För efter ett misstag finns det nästan ingen återvändo.

Det antas att du förstår att halvledare (dioder, IC, transistorer) eller elektrolytkondensatorer är polariserade komponenter. Lämpliga markeringar är silkescreent på kretskortet och visas på schemat.

Följande verktyg och material krävs för att montera kretskortet:

• Lödkolv av god kvalitet (25-40W) med en liten spets (1-2 mm)
• Wirecutter och tång
• Grundläggande multimeter för spänningstester och för att identifiera motstånden.
• Ett förstoringsglas för att läsa de små enhetens markeringar är ofta till hjälp.
• Lödning - bly/tennlödning är att föredra. Blyfritt lödmedel, som nu krävs för att användas i kommersiella produkter i Europa, har en mycket högre smältpunkt och kan vara mycket svår att arbeta med. Använd inte något flussmedel eller fett.
• Avlödning av veke (fläta) kan vara användbart om du av misstag skapar lödbroar mellan intilliggande lödfogar.

Strömförsörjning

IV-3/IV-3a/IV-6 VFD-skölden måste att Arduino drivs från en 12 V DC-strömförsörjning för att fungera korrekt. Använd endast en reglerad strömadapter som kan leverera 12 V DC / 300 mA.

Använd inte en oreglerad väggadapter i "transformatorstil". Dessa levererar lätt mer än 16 V med en lätt belastning och kommer att orsaka skada på IV-3 VFD-skärmen eftersom 12 V-matningsspänningen är ganska kritisk. Du måste vara mycket försiktig så att du inte vänder strömförsörjningens polaritet, annars riskerar du att döda Arduino, VFD -skölden, strömförsörjningen och eventuellt starta en eld eller störa dig själv

Sätt lite isoleringstejp på metallskyddet på USB-kontakten på din Arduino innan du ansluter IV-3-skärmen för att undvika att lödanslutningar vidrör metallen och blir kortslutna

Steg 3: PCB -översikt och kretsschema

Du kan beställa kretskortet från PCBWay. Om du är ny användare ANVÄND DENNA LÄNK FÖR ATT FÅ 5 $ GRATIS EFTER DIN REGISTRERING efter det är dina första 5 PCB gratis och du behöver bara betala för leveransen som är cirka 6 USD med flygpost från Kina. Som du kan se på det sista fotot är skölden lika stor som mitt bankkort från Revolut. Bilder som visas här för vissa människor kan se ut som om de försöker läsa kinesiska.

Steg 4: Montering

Slutligen kom vi till monteringsförloppet … I följande steg 5-19 kommer vi att montera kretskortet steg för steg. Det kan vara bra att hålla kretskortsöversikten och kretsschemat till hands under montering genom att skriva ut det eller lämna det på din dator under lödning. Efter varje steg, jämför noggrant ditt kretskort med bilderna här och kontrollera om det finns fel och lödningsfel.

Steg 5: Dioder och IC -uttag

Montera följande dioder:

• D1: 1N400x eller motsvarande
• D2… D5: 1N5819 schottky -diod

Titta på polariteten och var försiktig med att montera rätt diod på rätt plats

Löd D2 och D3 från komponentsidan och trimma trådarna på lödsidan så kort som möjligt eftersom de är placerade ovanför metall USB -kontaktskärmen på Arduino.

Montera det 8 -poliga IC -uttaget för IC1. Placera inte IC1 i uttaget i detta skede.

Steg 6: Elektrolytkondensatorer

Montera följande elektrolytkondensatorer:

• C5… C8: 22µF 50V radiell elektrolytkondensator
• C9, C10: 100µF 25V radiell kondensator
• Böj ledningarna 90 grader och montera kondensatorerna spolade mot kretskortet. Titta på polariteten. Jag vet att jag blir irriterad över den här Titta på polariteten redan, men det är väldigt viktigt.

Det rekommenderas att löda C6, C7 och C8 från komponentsidan och trimma ledningarna så kort som möjligt på lödsidan då de är placerade ovanför metallskärmen på Arduino USB -kontakten

Steg 7: Keramiska kondensatorer

Det är inga problem att använda en annan form, det är viktigt att vara samma värde och material för dessa kondensatorer.

Montera följande keramiska kondensatorer:

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

Observera att värdena för C1 … C3 är något kritiska eftersom C1 tillsammans med R5 definierar driftsfrekvensen för spänningsutlösaren och C2, C3 definierar glödtråden för VFD -rören.

(*) fäste 8n2 för IV-3- och IV-3a-rör, montera 22nF för IV-6-rör.

Steg 8: 10K motstånd

Montera motstånden på 10 kilo-ohm (brun-svart-orange-guld)

R6 … R18

Montera dem vertikalt som på bilden.

Steg 9: 68K motstånd

Montera motstånden på 68 kilo-ohm (blågrå-orange-guld)

R19… R30

Montera dem vertikalt som på bilden.

Steg 10: 220K motstånd

Montera motstånden på 220 kilo-ohm (röd-röd-gul-guld)

R43… R54

Montera dem vertikalt som på bilden.

Steg 11: 100K motstånd

Montera motstånden på 100 kilo-ohm (brun-svart-gul-guld)

R31… R42

Montera dem vertikalt som på bilden.

Steg 12: Återstående motstånd

Montera de återstående motstånden:

• R1: 510 ohm (grön - brun - brun - guld)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (brun-svart-röd-guld). Du kan behöva justera värdet beroende på de lysdioder för bakgrundsbelysning som du planerar att använda.
• R4: 2,7 kilo-ohm (röd-violett-röd-guld)
• R5: 3,9 kilo-ohm (orange-vit-röd-guld)

Steg 13: Arduino -rubriker

Montera Arduino stapelbara sidhuvuden. Rubrikerna kommer inte riktigt att användas för att stapla andra Arduino -sköldar ovanpå denna sköld men de hjälper till att bestämma monteringshöjden för flera komponenter och VFD -rören.

Skjut rubrikerna genom kretskortet och anslut dem till din Arduino. Vänd upp och ner och löd 1-2 stift för varje kontakt. Så anslutningsavståndet blir korrekt. Ta bort skärmen från Arduino och löd de återstående stiften.

Steg 14: Strömtransistorer

Montera följande transistorer:

• T26: BC639
• T27: BC640

Ersätt inte dessa transistorer med standardtyper. Montera dem så att toppen på deras höljen är lägre än Arduino -huvuden.

Sätt i IC1 ICM7555 (*) i uttaget och anslut skärmen till en Arduino och slå på strömmen. Spänningen uppmätt mellan katoden i D5 och Arduino -marken bör vara runt 32 … 34V. Jag gjorde inte detta för att jag är säker på mig, men det är bättre att du gör det.

Använd en CMOS -version (ICM7555, TLC555 LMC555, …), använd inte en vanlig 555 -timer

Steg 15: NPN -transistorer

Montera BC547B -transistorerna

T1… T13

Montera dem så att ovansidan av deras höljen förblir under (eller ligger i linje med) Arduino -rubrikerna.

Steg 16: PNP -transistorer

Montera BC557B -transistorerna

T14… T25

Montera dem så att toppen av deras höljen förblir under (eller ligger i linje med) Arduino -rubrikerna.

Steg 17: LED -lysdioder för bakgrundsbelysning (tillval)

Du kan använda 3 mm standard -lysdioder i valfri färg för rörets bakgrundsbelysning, även RGB -färgblekningslampor.

Böj ledarna på lysdioderna så att lysdioderna passar in i 3 mm -hålen under VFD -rören och löd dem sedan på kretskortet. Var uppmärksam på polaritet. Lysdiodens korta ledning (katod) löds till dynan närmast LED-namnet silkesskärmsmärkning (D6… D9).

Det kan vara nödvändigt att isolera ledningarna för D9 för att undvika att de vidrör ISP -kontakten på Arduino.

Lysdioderna är anslutna till en PWM -utgång på Arduino och kan dämpas med hjälp av programvaran. Detta fungerar dock inte som det ska när du använder RGB -färgblekningslampor.

Om det är lättare för dig är det också möjligt att montera lysdioderna efter att VFD -rören är lödda på plats. På grund av monteringstekniken är det också enkelt att byta ut lysdioderna senare om du bestämmer dig för att du vill ha en annan bakgrundsbelysning.

Steg 18: VFD -rörmontering

Detta är ett av de viktigaste stegen för att bygga din sköld

För slangtrådarna försiktigt genom respektive hål på kretskortet. Se till att den korta ledningen på rören går genom hålet utan lödkudde.

Nu ska siffrorna vända mot kretskortets framsida.

Om du har svårt att få rörens ledningar genom hålen kan du klippa dem som en "spiral" så att du kan flytta en tråd i taget genom hålen. Var uppmärksam på att göra den kortaste tråden inte för kort eftersom vi ska montera rören med ett avstånd från kretskortet.

När rören är på plats justerar du dem mer eller mindre för hand. Botten av rören bör vara ungefär 1-2 mm under toppen av Arduino stapelbara rubriker.

Om du använder det valfria akrylhöljet kan du använda topp- och bottenplattorna som ett justeringsverktyg.

Löd två ledningar av varje rör till kretskortet. När detta är gjort kan du fortfarande justera rörets inriktning genom att värma upp lödfogarna igen.

Om du är nöjd med rörjusteringen kan du slutligen löda de återstående rörtrådarna på plats och trimma överskottsledningarna med en liten trådskärare.

Försök inte att ändra inriktningen av ett rör efter att det har lödts på plats eftersom det kan orsaka mekanisk spänning och kan leda till ett defekt rör

Steg 19: Slutprov

Slutligen testet … Ladda upp demoskissen till Arduino och koppla bort Arduino från datorns USB -port.

Anslut den färdiga VFD -skärmen ovanpå Arduino. Se till att ingen metalldel av Arduino vidrör lodfogarna på VFD -skärmen.

Anslut 12 V DC -nätadaptern till Arduino -strömkontakten och slå på strömmen.

Efter några sekunder bör VFD -rören börja räkna från 0 till 9 i en oändlig slinga. Decimalavgränsaren för VFD -rören bör bilda en binär 4 -bitarsräknare.

Rörets bakgrundsbelysning bör dämpas med några sekunders mellanrum och slås på igen.

Kontrollera rörtrådens trådar noggrant. De ska lysa mycket svagt med en djupröd färg. Om de lyser för mycket, sänk värdena för C2 och C3. Å andra sidan, om glödtråden knappt lyser och siffrorna är för svaga kan du experimentera genom att öka värdena för C2 och C3.

Steg 20: Akrylhölje (tillval)

De två första filerna är CAD -filer. Jag rekommenderar dig att öppna "Enclosure for Shield User Manual for on-screen viewing.pdf" och titta på stegen för akrylhölje därifrån.

Steg 21: Programvara

Varje bibliotek du behöver finns i kommentarerna i början av varje skiss.

Direkt tillgång

Ger direkt åtkomst till rören och lysdioderna. Du kan slå på och av enskilda segment och prickar i rören och styra en PWM -driftscykel för att lysa upp lysdioderna.

Vanlig klocka

Bara klocka som är inställd via seriell bildskärm och inget för tjusigt, men efter cirka 1 dag är klockan tillbaka med cirka 1 minut

Smart klocka

• Tillagt stöd för tillval av batteridriven DS1307 RTC.
• Lagt till stöd för att endast fungera med esp8266 genom RX och TX
• Tillagd visning av temperaturen i Celsius grader när en 1-tråds sensor är ansluten. Skissen stöder DS18B20, DS18S20 och DS1822. Temperaturen visas varje minut.

För att esp8266 ska fungera med klockan måste du blinka esp och göra en speciell bro som visas här hur du sätter i djupt viloläge för att spara ström. Du måste också ställa in WIFI -uppgifterna och tidszonen från koden på esp. Om du inte har erfarenhet av esp8266 läs här för att lära dig mer om installation av kortet i Arduino IDE.

Termometer

Fungerar med 1-tråds temperaturgivare. Programmet stöder DS1820 (olika ledningar, kolla efter det på internet), DS18B20, DS18S20 och DS1822.

Voltmätare

Detta program visar spänning mätt på stift A5.

Demonstration

Exempel på animering av rör, PWM -animering av lysdioder.