Shield per Arduino dai vecchi tubi VFD russi: orologio, termometro, voltmetro: 21 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo progetto ha richiesto quasi sei mesi per essere completato. Non posso descrivere quanto lavoro è stato messo in questo progetto. Fare questo progetto da solo mi avrebbe richiesto un'eternità, quindi ho avuto l'aiuto dei miei amici. Qui puoi vedere il nostro lavoro compilato in un tutorial molto lungo.

Caratteristiche di questo progetto:

• Compatibile solo con schede Arduino UNO
• Aziona quattro tubi VFD IV-3/ IV-3a/ IV-6. Quelle valvole sono molto efficienti dal punto di vista energetico, sono persino più efficienti di Nixie e sembrano piuttosto belle. L'efficienza energetica è quasi uguale a una matrice LED. Penso che abbiano un aspetto migliore di Nixie.
• Alimentazione 12V DC + 5V DC tramite scheda Arduino; è necessaria un'alimentazione stabilizzata a 12V
• Design dell'involucro (file CAD) opzionale
• possibili applicazioni: orologio, termometro, voltmetro, contatore, tabellone segnapunti, …
• più schizzi di esempio Arduino disponibili

So che il testo in questo tutorial è molto lungo, ma per favore prova a leggere e guardare ogni testo e foto qui. Alcune foto non sono eccezionali, ma questo è tutto ciò che posso fare. So di non essere il miglior fotografo.

Questo progetto è stato originariamente pubblicato in axiris ma ho modificato e spiegato molte piccole cose senza di loro ti starai chiedendo cosa è andato storto.

Forniture

Puoi vedere il conteggio di ogni parte, ma ti consiglio di stampare Part List.pdf per usarlo per una lista della spesa e successivamente per saldare le parti sul PCB. Ho comprato tutto da negozi locali o l'ho dissaldato da dispositivi non funzionanti, ma se non puoi fare come ho fatto io, puoi ordinare le parti da Aliexpress o Amazon o un altro negozio.

Resistori a film di carbonio Collegamento Aliexpress da 1/4 W 5% che ha tutti i resistori di cui avrai bisogno in questo elenco

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

Condensatori ceramici/ MKT/ MKM

• 1x 2,2 nF (222) collegamento Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) link Aliexpress per IV-3/IV-3a o 2x 22nF (223) per IV-6 link Aliexpress
• 1x 100 nF (104) collegamento Aliexpress

Semiconduttori elettrolitici

• 4x 22 μF 50 V collegamento radiale Aliexpress
• 2x 100 μF 25 V collegamento radiale Aliexpress

Semiconduttori discreti

• 1x 1N400x diodo raddrizzatore collegamento Aliexpress
• 4x 1N5819 diodo schottky collegamento Aliexpress
• 4x LED 3mm (scegli il colore liberamente) Collegamento Aliexpress
• 13x BC547B transistor NPN collegamento Aliexpress
• 12x BC557B transistor PNP collegamento Aliexpress
• 1x BC639 NPN transistor "power" collegamento Aliexpress
• 1x BC640 PNP transistor "power" collegamento Aliexpress

Circuiti integrati

ICM7555 timer IC (deve essere la versione CMOS, non utilizzare un 555 standard!) Collegamento Aliexpress

Connettori e parti diverse

• 2x header impilabili ‐ spaziatura 2,54 mm /.1” ‐ Collegamento Aliexpress a 8 poli
• 1x header impilabile ‐ spaziatura 2,54 mm /.1” ‐ Collegamento Aliexpress a 6 poli
• 1x header impilabile ‐ spaziatura 2,54 mm /.1” ‐ Collegamento Aliexpress a 10 poli
• 4x tubo VFD IV-3 o IV-3a o IV-6 collegamento Aliexpress
• PCB PCBWay collegamento

Se vuoi creare un orologio puoi usare un RTC DS1307 con batteria tampone opzionale, ma se vuoi renderlo intelligente usa un esp8266. Puoi usare il grande esp8266 o il piccolo esp8266-01, ma ti consiglio di usare il piccolo perché l'orologio abbia un aspetto migliore. Se vuoi renderlo ancora più intelligente, combina esp8266 con un sensore 1-Wire. Lo schizzo supporta DS1820, DS18B20, DS18S20 e DS1822. La temperatura viene visualizzata ogni minuto.

Se avete domande su questo progetto scrivetemi. Cercherò di rispondere alle tue domande il più velocemente possibile

Fase 1: Panoramica del progetto

Questo shield Arduino è in grado di pilotare 4 tubi VFD russi a sette segmenti IV-3, IV-3a o IV-6. 4 LED da 3 mm forniscono l'illuminazione di sfondo per i tubi. Il design è completamente basato su componenti a foro passante, non sono stati utilizzati componenti SMD. In quanto tale, il PCB può essere facilmente assemblato da chiunque abbia esperienza di saldatura. Inoltre, i componenti utilizzati sono economici e facilmente reperibili. Poiché questo è stato progettato come un progetto più educativo e facile da costruire, non è la migliore soluzione possibile per guidare questi tubi VFD da un punto di vista tecnico. Invece dei transistor BC547 e BC557, avremmo potuto utilizzare i driver source A2982W, oppure avremmo potuto sostituire i transistor con un driver IC source ad alta tensione Supertex con un registro a scorrimento interno. Sfortunatamente, questi possono essere difficili da ottenere e vengono molto spesso nei pacchetti SMD.

Passaggio 2: Suggerimenti per l'assemblaggio

Questo PCB istruibile è progettato per qualcuno che ha esperienza avanzata con l'assemblaggio di componenti elettronici. Se ritieni che sia troppo complicato per il tuo livello di abilità, non provare a assemblarlo o chiedi a un amico di farlo per te.

Prenditi il tuo tempo: questo kit dovrebbe richiedere 2-3 ore per essere completato se ininterrotto o più. Lo faccio per meno di 2 ore, ma ho più di 2 anni di esperienza quotidiana nella saldatura.

Assicurati che la tua area di lavoro sia ben illuminata (preferibilmente alla luce del giorno), pulita e ordinata.

Assemblare la scheda nell'ordine indicato nelle istruzioni qui: leggere e comprendere ogni passaggio prima di eseguire ogni operazione. Perché dopo un errore non si torna quasi più indietro.

Si presume che tu capisca che i semiconduttori (diodi, circuiti integrati, transistor) o i condensatori elettrolitici sono componenti polarizzati. I contrassegni appropriati sono serigrafati sul PCB e mostrati sullo schema della scheda.

I seguenti strumenti e materiali saranno necessari per assemblare il PCB:

• Un saldatore di buona qualità (25-40 W) con una punta piccola (1-2 mm)
• Tagliafili e pinze
• Multimetro di base per prove di tensione e per l'identificazione delle resistenze.
• Spesso è utile una lente d'ingrandimento per leggere i piccoli segni del dispositivo.
• Saldatura: è preferibile la saldatura piombo/stagno. La saldatura senza piombo, come ora è richiesto per essere utilizzata nei prodotti commerciali in Europa, ha un punto di fusione molto più alto e può essere molto difficile da lavorare. Non utilizzare alcun flusso o grasso.
• Lo stoppino dissaldante (treccia) può essere utile se si creano accidentalmente ponti di saldatura tra giunti di saldatura adiacenti.

Alimentazione elettrica

Lo shield VFD IV-3/IV-3a/IV-6 richiede che Arduino sia alimentato da un alimentatore da 12 V CC per funzionare correttamente. Utilizzare solo un adattatore di alimentazione a commutazione regolato in grado di fornire 12 V CC / 300 mA.

Non utilizzare un adattatore da parete "stile trasformatore" non regolamentato. Questi forniscono facilmente più di 16 V con un carico leggero e danneggeranno lo schermo VFD IV-3 poiché la tensione di alimentazione di 12 V è piuttosto critica. Devi stare molto attento a non invertire la polarità dell'alimentatore o rischi di uccidere Arduino, lo scudo VFD, l'alimentatore e possibilmente innescare un incendio o fulminarti

Metti del nastro isolante sulla schermatura metallica del connettore USB del tuo Arduino prima di collegare la schermatura IV-3 per evitare che le connessioni di saldatura tocchino il metallo e vengano cortocircuitate

Passaggio 3: panoramica del PCB e schema elettrico

Puoi ordinare il PCB da PCBWay. Se sei un nuovo utente USA QUESTO LINK PER OTTENERE 5$ GRATIS DOPO LA TUA REGISTRAZIONE dopodiché i tuoi primi 5 PCB sono gratuiti e devi solo pagare la consegna che è di circa 6 USD con China Air Post. Come puoi vedere nell'ultima foto, lo scudo ha le stesse dimensioni della mia carta di debito di Revolut. Le foto mostrate qui per alcune persone potrebbero sembrare che stiano cercando di leggere il cinese.

Passaggio 4: assemblaggio

Infine, siamo arrivati allo stato di avanzamento dell'assemblaggio… Nei seguenti passaggi 5-19, assemblare il PCB passo dopo passo. Può essere utile tenere a portata di mano la panoramica del PCB e lo schema elettrico durante l'assemblaggio stampandolo o lasciandolo sul PC durante la saldatura. Dopo ogni passaggio, confronta attentamente il tuo PCB con le immagini qui e verifica la presenza di errori e difetti di saldatura.

Passaggio 5: diodi e presa IC

Montare i seguenti diodi:

• D1: 1N400x o equivalente
• D2…D5: diodo Schottky 1N5819

Guarda la polarità e fai attenzione a montare il diodo giusto nel posto giusto

Saldare D2 e D3 dal lato del componente e tagliare i fili sul lato della saldatura il più corti possibile poiché sono posizionati sopra la schermatura metallica del connettore USB dell'Arduino.

Montare la presa IC a 8 poli per IC1. Non inserire IC1 nella presa in questa fase.

Passaggio 6: condensatori elettrolitici

Montare i seguenti condensatori elettrolitici:

• C5…C8: condensatore elettrolitico radiale 22µF 50V
• C9, C10: condensatore radiale 100µF 25V
• Piegare i cavi di 90 gradi e montare i condensatori a filo del PCB. Occhio alla polarità. So che ti sto irritando con questo Guarda già la polarità, ma è molto importante.

Si consiglia di saldare C6, C7 e C8 dal lato dei componenti e di tagliare i cavi il più corti possibile dal lato della saldatura poiché sono posizionati sopra lo schermo metallico del connettore USB Arduino

Passaggio 7: condensatori ceramici

Non è un problema usare un'altra forma, è importante avere lo stesso valore e lo stesso materiale per questi condensatori.

Montare i seguenti condensatori ceramici:

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

Si noti che i valori di C1…C3 sono alquanto critici in quanto C1 definisce insieme a R5 la frequenza operativa del triplicatore di tensione e C2, C3 definiscono la corrente di filamento per i tubi VFD.

(*) montare 8n2 per tubi IV-3 e IV-3a, montare 22nF per tubi IV-6.

Passaggio 8: resistori da 10K

Montare le resistenze da 10 kilo-ohm (marrone – nero – arancione – oro)

R6…R18

Montateli in verticale come in foto.

Passaggio 9: resistori da 68K

Montare le resistenze da 68 kilo-ohm (blu-grigio – arancio-oro)

R19…R30

Montateli in verticale come in foto.

Passaggio 10: resistori da 220K

Montare le resistenze da 220 kilo-ohm (rosso – rosso – giallo – oro)

R43…R54

Montateli in verticale come in foto.

Passaggio 11: resistori da 100K

Montare le resistenze da 100 kilo-ohm (marrone – nero – giallo – oro)

R31…R42

Montateli in verticale come in foto.

Passaggio 12: resistori rimanenti

Montare le resistenze rimanenti:

• R1: 510 ohm (verde – marrone – marrone – oro)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (marrone – nero – rosso – oro). Potrebbe essere necessario regolare il valore in base ai LED di retroilluminazione del tubo che si prevede di utilizzare.
• R4: 2,7 kilo-ohm (rosso – viola – rosso – oro)
• R5: 3,9 kilo-ohm (arancione – bianco – rosso – oro)

Passaggio 13: intestazioni Arduino

Montare le intestazioni impilabili di Arduino. Le intestazioni non verranno realmente utilizzate per impilare altri shield Arduino sopra questo shield, ma aiutano a determinare l'altezza di montaggio di diversi componenti e dei tubi VFD.

Spingi le intestazioni attraverso il PCB e collegale al tuo Arduino. Capovolgere e saldare 1-2 pin per ogni connettore. Quindi la spaziatura del connettore sarà corretta. Rimuovere lo scudo dall'Arduino e saldare i pin rimanenti.

Passaggio 14: transistor di potenza

Montare i seguenti transistor:

• T26: BC639
• T27: BC640

Non sostituire questi transistor con tipi standard. Montali in modo che la parte superiore dei loro alloggiamenti sia più bassa delle intestazioni Arduino.

Inserisci IC1 ICM7555 (*) nella sua presa e collega lo shield a un Arduino e applica l'alimentazione. La tensione misurata tra il catodo di D5 e la massa di Arduino dovrebbe essere di circa 32…34V. Non l'ho fatto perché sono sicuro di me, ma è meglio che tu lo faccia.

Utilizzare una versione CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), non utilizzare un timer 555 standard

Passaggio 15: transistor NPN

Montare i transistor BC547B

T1 … T13

Montali in modo che la parte superiore dei loro alloggiamenti rimanga al di sotto (o sia a filo con) le intestazioni Arduino.

Passaggio 16: transistor PNP

Montare i transistor BC557B

T14 … T25

Montali in modo che la parte superiore dei loro alloggiamenti rimanga al di sotto (o sia a filo con) le intestazioni Arduino.

Passaggio 17: LED di retroilluminazione del tubo (opzionale)

È possibile utilizzare LED standard da 3 mm in qualsiasi colore per scopi di retroilluminazione del tubo, anche LED a sbiadimento del colore RGB.

Piegare i cavi dei LED in modo che i LED si inseriscano nei fori da 3 mm sotto i tubi VFD, quindi saldarli al PCB. Attenzione alla polarità. Il cavo corto del LED (catodo) è saldato al pad più vicino alla marcatura serigrafica del nome del LED (D6 … D9).

Potrebbe essere necessario isolare i cavi di D9 per evitare che tocchino il connettore ISP su Arduino.

I LED sono collegati a un'uscita PWM su Arduino e possono essere dimmerati tramite il software. Tuttavia, questo non funzionerà correttamente quando si utilizzano LED con dissolvenza del colore RGB.

Se è più facile per te, è anche possibile montare i LED dopo che i tubi VFD sono stati saldati in posizione. Grazie alla tecnica di montaggio, è anche facile sostituire i LED in un secondo momento se decidi che desideri avere un altro colore di retroilluminazione.

Passaggio 18: montaggio del tubo VFD

Questo è uno dei passaggi più importanti per costruire il tuo scudo

Guidare delicatamente i fili del tubo attraverso i rispettivi fori sul PCB. Assicurarsi che il cavo corto sui tubi passi attraverso il foro senza pad di saldatura.

Ora le cifre dovrebbero essere rivolte verso la parte anteriore del PCB.

Se hai difficoltà a far passare i fili dei tubi attraverso i fori puoi tagliarli a "spirale" in modo da poter spostare 1 filo alla volta attraverso i fori. Prestare attenzione a non rendere troppo corto il filo più corto in quanto andremo a montare i tubi a una certa distanza dal PCB.

Una volta posizionati i tubi, allinearli più o meno a mano. La parte inferiore dei tubi dovrebbe trovarsi a circa 1-2 mm sotto la parte superiore delle intestazioni impilabili Arduino.

Se si utilizza l'involucro in acrilico opzionale, è possibile utilizzare le piastre superiore e inferiore come strumento di allineamento.

Saldare due cavi di ogni tubo al PCB. Fatto ciò, è ancora possibile regolare l'allineamento del tubo riscaldando nuovamente i giunti di saldatura.

Se sei soddisfatto dell'allineamento del tubo, puoi finalmente saldare i restanti fili del tubo in posizione e tagliare i cavi in eccesso con un piccolo tagliafili.

Non tentare di modificare l'allineamento di un tubo dopo che è stato saldato in posizione poiché ciò potrebbe causare stress meccanico e potrebbe portare a un tubo difettoso

Passaggio 19: test finale

Finalmente il test… Carica lo sketch demo su Arduino e scollega Arduino dalla porta USB del computer.

Collega lo shield VFD finito sopra l'Arduino. Assicurati che nessuna parte metallica di Arduino tocchi i giunti di saldatura dello shield VFD.

Collega l'adattatore di alimentazione da 12 V CC al connettore di alimentazione di Arduino e accendi l'unità.

Dopo pochi secondi i tubi VFD dovrebbero iniziare a contare da 0 a 9 in un ciclo infinito. I punti separatori decimali dei tubi VFD dovrebbero formare un contatore binario a 4 bit.

La retroilluminazione del tubo dovrebbe diminuire ogni pochi secondi e riaccendersi.

Controllare attentamente i fili del filamento del tubo. Dovrebbero brillare molto debolmente con un colore rosso intenso. Se brillano troppo, abbassare i valori di C2 e C3. D'altra parte, se il filamento si illumina appena e le cifre sono troppo deboli, puoi sperimentare aumentando i valori per C2 e C3.

Passaggio 20: custodia in acrilico (opzionale)

I primi 2 file sono file CAD. Ti consiglio di aprire "Enclosure for Shield User Manual for on-screen views.pdf" e di osservare i passaggi per la custodia in acrilico da lì.

Passo 21: Software

Ogni libreria di cui avrai bisogno è nei commenti all'inizio di ogni schizzo.

Accesso diretto

Fornisce l'accesso diretto ai tubi e ai LED. È possibile attivare e disattivare singoli segmenti e punti nei tubi e controllare un ciclo di lavoro PWM per l'illuminazione dei LED.

Orologio ordinario

Solo l'orologio impostato tramite il monitor seriale e niente di eccezionale, ma dopo circa 1 giorno l'orologio torna indietro di circa 1 minuto

Orologio intelligente

• Aggiunto supporto per DS1307 RTC opzionale con batteria tampone.
• Aggiunto supporto per lavorare solo con esp8266 tramite RX e TX
• Aggiunta la visualizzazione della temperatura in gradi Celsius quando è collegato un sensore 1-Wire. Lo schizzo supporta DS18B20, DS18S20 e DS1822. La temperatura viene visualizzata ogni minuto.

Affinché esp8266 funzioni con l'orologio, è necessario eseguire il flashing dell'ESP e creare un bridge speciale mostrato qui come mettere in modalità di sospensione profonda per risparmiare energia. Inoltre sarà necessario impostare le credenziali WIFI e il fuso orario dal codice sull'esp. Se non hai esperienza con esp8266 leggi qui per saperne di più sull'installazione della scheda in Arduino IDE.

Termometro

Funziona con sensori di temperatura a 1 filo. Il programma supporta DS1820 (cablaggio diverso, verificarlo su Internet), DS18B20, DS18S20 e DS1822.

Voltmetro

Questo programma visualizza la tensione misurata sul pin A5.

Dimostrazione

Esempio di animazione di tubi, animazione PWM di LED.