SteamPunk Radio: 10 passaggi (con immagini)

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:02

Progetto: SteamPunk Radio

Data: maggio 2019 – agosto 2019

PANORAMICA

Questo progetto è senza dubbio il più complesso da me intrapreso, con sedici tubi VFD IV-11, due schede Arduino Mega, dieci circuiti LED Neon light, un servo, un elettromagnete, due IC Chip MAX6921AWI, cinque alimentatori DC, un alimentatore HV alimentatore, due voltmetri CC, un misuratore di amperaggio CC, radio stereo FM, amplificatore di potenza da 3 W, schermo LCD e tastiera. Oltre all'elenco delle parti di cui sopra, sono stati sviluppati da zero due programmi software e infine la costruzione dell'intera radio ha richiesto circa 200 ore di lavoro.

Ho deciso di includere questo progetto nel sito di Instructables non aspettandomi che i membri riproducano questo progetto nella sua interezza, ma piuttosto di selezionare gli elementi che interessano a loro. Due aree di particolare interesse per i membri del sito potrebbero essere il controllo dei 16 tubi IV-11 VDF utilizzando due chip MAX6921AWI e il relativo cablaggio e le comunicazioni tra due schede Mega 2650.

I vari componenti inclusi in questo progetto sono stati acquistati localmente, ad eccezione dei tubi IV-11 e dei chip MAX6921AWI entrambi ottenuti su eBay. Volevo riportare in vita vari oggetti che altrimenti languerebbero nelle scatole per anni. Tutte le valvole HF sono state fornite con la consapevolezza che tutte le unità erano guaste.

Passaggio 1: ELENCO DELLE PARTI

1. 2 x Arduino Mega 2560 R3

2. Radio FM RDA5807M

3. Amplificatore PAM8403 3W

4. 2 altoparlanti da 20 W

5. Dipolo FM Ariel

6. 16 tubi VDF IV-11

7. 2 x chip CI MAX6921AWI

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

9. Modulo 2 x XL6009 400KHz Buck automatico

10. Modulo a 1 canale, trigger a basso livello 5V per Arduino ARM PIC AVR DSP

11. Modulo Shield a 2 canali 5V a 2 canali per Arduino ARM PIC AVR DSP

12. Elettromagnete elettrico a ventosa con solenoide da 2,5 kg/25 N DC 6V

13. Il motore passo-passo a 4 fasi può essere azionato dal chip ULN2003

14. 20*4 LCD 20X4 5V schermo blu LCD2004 modulo display LCD

15. Modulo di interfaccia seriale IIC/I2C

16. 6 x Bit 7 X WS2812 5050 RGB LED Ring Lamp Light con driver integrati Neo Pixel

17. 3 x LED Ring 12 x WS2812 5050 LED RGB con driver integrati Neo Pixel

18. 2 x LED Ring 16 x WS2812 5050 RGB LED con driver integrati Neo Pixel

19. Striscia LED flessibile RGB 5 m di lunghezza

20. Tastiera con interruttore a membrana a 12 tasti Tastiera con interruttore a matrice a matrice di matrice 4 x 3

21. Sensore di altitudine della pressione barometrica digitale BMP280 3,3 V o 5 V per Arduino

22. Modulo orologio in tempo reale RTC di precisione del modulo IIC DS3231 AT24C32

23. 2 x Potenziometro rotativo lineare con albero zigrinato 50K

24. Adattatore di alimentazione 12V 1 Amp

Fase 2: TUBI IV-11 VDF E CHIP IC MAX6921AWI

L'uso di questo progetto del chip MAX6921AWI si basa sul mio precedente progetto di Sveglia. Ogni set di otto tubi IV-11 è controllato tramite un singolo chip MAX6921AWI utilizzando il metodo di controllo Multiplex. I due PDF allegati mostrano il cablaggio del set di otto tubi e come il chip MAX6921AWI è collegato al set di tubi e, a sua volta, collegato all'Arduino Mega 2560. È necessaria una codifica a colori rigorosa del cablaggio per garantire quel segmento e Le linee di tensione di rete sono mantenute separate. È molto importante identificare le uscite del tubo, vedere il PDF allegato, questo include i pin 1 e 11 del riscaldatore da 1,5 V, il pin dell'anodo da 24 V (2) e infine i pin a otto segmenti e "dp", 3 - 10. A questo tempo, vale anche la pena testare ogni segmento e "dp" utilizzando un semplice banco di prova prima di iniziare a cablare il set di tubi. Ogni pin del tubo è cablato in serie con il successivo lungo la linea di tubi fino all'ultimo tubo in cui viene aggiunto un cablaggio extra per consentire il collegamento remoto al chip MAX6921AWI. Questo stesso processo è continuato per i due pin 1 e 11 delle linee di alimentazione del riscaldatore. Ho usato un filo colorato per ciascuna delle 11 linee, quando ho esaurito i colori ho ricominciato la sequenza dei colori ma ho aggiunto una banda nera attorno a ciascuna estremità del filo usando il termoretraibile. L'eccezione alla sequenza di cablaggio di cui sopra è per il pin 2, l'alimentazione a 24 anodi che ha un filo singolo cablato tra il pin 2 e le uscite di alimentazione dell'anodo sul chip MAX6921. Vedere il PDF allegato per i dettagli del chip e delle sue connessioni. Non si può mai sottolineare che in nessun momento durante il funzionamento del chip il chip dovrebbe surriscaldarsi, riscaldarsi dopo alcune ore di utilizzo sì, ma mai caldo. Lo schema di cablaggio del chip mostra le tre connessioni al Mega, pin 27, 16 e 15, l'alimentazione da 3,5 V-5 V dal pin 27 Mega, il suo GND al pin 14 Mega e il pin 1 di alimentazione 24 V. Non superare mai i 5 V di alimentazione e mantenere l'intervallo di potenza dell'anodo tra 24 V e 30 V massimo. Prima di continuare, utilizzare un tester di continuità per testare ciascun filo tra i punti più distanti.

Ho usato la versione AWI di questo chip perché era il formato più piccolo con cui ero disposto a lavorare. La fabbricazione del chip e del suo supporto inizia con due set di 14 pin PCB posizionati su una breadboard, il supporto del chip posizionato sopra i pin con il pin 1 in alto a sinistra. Usando il flusso e la saldatura, saldare i pin e "stagnare" ciascuno dei 28 piedini del chip. Una volta completato, posiziona il chip del porta chip facendo molta attenzione ad allineare le gambe del chip con i cuscinetti per le gambe e assicurandoti che la tacca nel chip sia rivolta verso il pin 1. Ho trovato che usare un pezzo di nastro adesivo su un lato del chip ha aiutato stabilizzare il chip prima della saldatura. Durante la saldatura, assicurarsi che il flusso sia stato applicato ai cuscinetti delle gambe e che il saldatore sia pulito. Premi generalmente verso il basso su ciascuna gamba del chip, questo la piegherà leggermente sul pad della gamba e dovresti vedere la saldatura correre. Ripeti questo per tutte le 28 gambe, non dovresti aver bisogno di aggiungere alcuna saldatura al saldatore durante questo processo.

Una volta completato, pulire il supporto del chip dal flusso e quindi, utilizzando un tester di continuità, testare ogni gamba posizionando una sonda sulla gamba del chip e l'altra sul pin del PCB. Infine, assicurati sempre che tutte le connessioni siano state effettuate al supporto del chip prima che venga applicata l'alimentazione effettiva, se il chip inizia a surriscaldarsi, spegni immediatamente e controlla tutte le connessioni.

Passaggio 3: CORDA LUMINOSA RGB E ANELLO LUCE NEON

Questo progetto ha richiesto dieci elementi luminosi, tre corde luminose RGB e sette anelli luminosi NEON di varie dimensioni. Cinque degli anelli di luce NEON sono stati cablati in una serie di tre anelli. Questi tipi di anelli luminosi sono molto versatili nel controllo e nei colori che possono visualizzare, ho usato solo i tre colori primari che erano accesi o spenti. Il cablaggio consisteva in tre fili, 5 V, GND e una linea di controllo controllata tramite lo slave Mega, vedere l'elenco Arduino allegato "SteampunkRadioV1Slave" per i dettagli. Le righe da 14 a 20 sono importanti soprattutto il numero definito di unità luminose, queste devono corrispondere al numero fisico altrimenti l'anello non funzionerà correttamente.

Le funi luminose RGB hanno richiesto la costruzione di un'unità di controllo che prendesse tre linee di controllo dal Mega, ciascuna controllando i tre colori primari, rosso, blu e verde. L'unità di controllo consisteva di nove transistor TIP122 N-P-N, vedere la scheda tecnica TIP122 allegata, ogni circuito è costituito da tre transistor TIP122 in cui una gamba è collegata a terra, la seconda gamba è collegata a un alimentatore da 12 V e la gamba centrale è collegata alla linea di controllo Mega. L'alimentazione della fune RGB è composta da quattro linee, una singola linea GND e tre linee di controllo, una da ciascuna delle tre gambe centrali del TIP122. Questo fornisce i tre colori primari, l'intensità della luce è controllata utilizzando un comando di scrittura analogico con un valore di 0, per spento, e 255 per il massimo.

Fase 4: COMUNICAZIONI ARDUINO MEGA 2560

Questo aspetto del progetto era nuovo per me e come tale richiedeva la costruzione ex novo di un quadro di distribuzione IC2 e la connessione di ciascuno dei Mega GND. La scheda di distribuzione IC2 ha permesso di collegare le due schede Mega tramite i pin 21 e 22, la scheda è stata utilizzata anche per collegare lo schermo LCD, il sensore BME280, l'orologio in tempo reale e la radio FM. Vedere il file Arduino allegato "SteampunkRadioV1Master" per i dettagli delle comunicazioni a carattere singolo dall'unità Master all'unità Slave. Le righe di codice critiche sono la riga 90, che definisce il secondo Mega come unità slave, la riga 291 è una tipica chiamata di procedura di richiesta di azione slave, la procedura inizia dalla riga 718, infine la riga 278 che ha una risposta restituita dalla procedura slave, tuttavia I deciso di non implementare completamente questa funzione.

Il file "SteampunkRadioV1Slave" allegato descrive in dettaglio il lato slave di questa comunicazione, le linee critiche sono la linea 57, definisce l'indirizzo IC2 dello slave, le linee 119 e 122 e la procedura "receiveEvent" che inizia a 133.

C'è un ottimo articolo su You Tube: Arduino IC2 Communications di DroneBot Workshop che è stato molto utile per comprendere questo argomento.

Fase 5: CONTROLLO DELL'ELETTROMAGNETE

Ancora una volta, un nuovo elemento in questo progetto è stato l'uso di un elettromagnete. Ho usato un'unità 5V, controllata tramite un relè a canale singolo. Questa unità è stata utilizzata per spostare la chiave del codice Morse e ha funzionato molto bene con impulsi brevi o lunghi fornendo i suoni "punto" e "trattino" che esibisce un tipico tasto Morse. Tuttavia, si è verificato un problema quando è stata utilizzata questa unità, ha introdotto un back EMF nel circuito che ha avuto l'effetto di ripristinare il Mega collegato. Per superare questo problema, ho aggiunto un diodo in parallelo con l'elettromagnete che ha risolto il problema poiché avrebbe catturato l'EMF posteriore prima che influisse sul circuito di alimentazione.

Passaggio 6: RADIO FM E AMPLIFICATORE 3W

Come suggerisce il nome del progetto, questa è una radio e ho deciso di utilizzare un modulo FM RDA5807M. Sebbene questa unità funzionasse bene, il suo formato richiede molta cura nell'attaccare i cavi per creare una scheda PCB. Le linguette di saldatura su questa unità sono molto deboli e si romperanno rendendo molto difficile saldare un filo su quella connessione. Il PDF allegato mostra il cablaggio di questa unità, le linee di controllo SDA e SDL forniscono il controllo a questa unità dal Mega, la linea VCC richiede 3,5 V, non superare questa tensione o danneggerà l'unità. La linea GND e la linea ANT sono evidenti, le linee Lout e Rout alimentano un jack per cuffie standard da 3,5 mm. Ho aggiunto un mini jack per l'antenna FM e un'antenna FM a dipolo e la ricezione è molto buona. Non volevo usare le cuffie per ascoltare la radio, quindi ho aggiunto due altoparlanti da 20 W collegati tramite un amplificatore PAM8403 da 3 W con l'ingresso all'amplificatore utilizzando lo stesso connettore per cuffie da 3,5 mm femmina e un cavo connettore maschio-maschio da 3,5 mm commerciale. È stato a questo punto che ho riscontrato un problema con l'uscita dell'RDA5807M che ha travolto l'amplificatore e ha causato una distorsione significativa. Per superare questo problema, ho aggiunto due resistori da 1M, e 470 ohm in serie, a ciascuna delle linee di canale e questo ha rimosso la distorsione. Con questo formato non sono stato in grado di ridurre il volume dell'unità a 0, anche impostando l'unità su 0 tutto il suono non è stato completamente rimosso, quindi ho aggiunto un comando "radio.setMute(true)" quando il volume è stato impostato su 0 e questo ha effettivamente rimosso tutti i suoni. Gli ultimi tre tubi IV-11 sulla riga inferiore dei tubi normalmente mostrano la temperatura e l'umidità, tuttavia se si utilizza il controllo del volume questo display viene modificato per mostrare il volume corrente con un massimo di 15 e un minimo di 0. Questo display del volume è visualizzato finché il sistema non aggiorna i tubi superiori dalla visualizzazione della data alla visualizzazione dell'ora, dopodiché viene nuovamente visualizzata la temperatura.

Passaggio 7: SERVOCONTROLLO

Il servo 5V è stato utilizzato per spostare l'unità dell'orologio. Dopo aver acquistato un meccanismo dell'orologio "solo per parti" e aver rimosso la molla principale e metà del meccanismo, ciò che è rimasto è stato pulito, oliato e quindi alimentato utilizzando il Servo collegando il braccio del Servo a uno degli ingranaggi dell'orologio di ricambio originali. Il codice critico per il funzionamento del Servo si trova nel file “SteampunRadioV1Slave” a partire dalla riga 294, dove 2048 impulsi producono una rotazione di 360 gradi.

Fase 8: COSTRUZIONE GENERALE

La scatola proveniva da una vecchia radio, la vecchia vernice rimossa, anteriore e posteriore rimossa e poi riverniciata. A ciascuna delle cinque valvole sono state rimosse le basi, quindi gli anelli luminosi al NEON sono stati attaccati sia alla parte superiore che a quella inferiore. Le due valvole più arretrate avevano sedici piccoli fori praticati nella base e quindi sedici luci LCD sigillate su ciascun foro, ciascuna luce LCD era collegata alla successiva in serie. Tutte le tubazioni utilizzavano tubi e connessioni in rame da 15 mm. Le partizioni interne erano realizzate in compensato da 3 mm verniciato di nero e la parte anteriore era in Perspex trasparente da 3 mm. Foglio di ottone, con forme pressate è stato utilizzato per rivestire il Perspex anteriore e l'interno di ciascuno degli alloggiamenti per tubi IV-11. I tre controlli anteriori per On/Off, Volume e Frequenza utilizzano tutti potenziometri rotativi lineari fissati tramite un tubo di plastica allo stelo di una valvola a saracinesca. L'antenna sagomata in rame è stata costruita con un filo di rame intrecciato da 5 mm, mentre la bobina a spirale attorno alle due valvole più alte è stata realizzata con un filo di acciaio inossidabile da 3 mm verniciato con vernice color rame. Sono state realizzate tre schede di distribuzione, 12V, 5V e 1,5V, e un'ulteriore scheda distribuisce le connessioni IC2. Quattro alimentatori DC dove forniti con 12V da un adattatore di alimentazione da 12V, 1 Amp. Due forniscono 24 V per alimentare i chip IC MAX6921AWI, uno fornisce un'alimentazione a 5 V per supportare tutti i sistemi di illuminazione e movimento e uno fornisce 1,5 V per i due circuiti di riscaldamento IV-11.

Passaggio 9: SOFTWARE

Il software è stato sviluppato in due parti, Master e Slave. Il programma Master supporta il sensore BME208, Real Time Clock, due chip IC MAX6921AWI e IC2. Il programma Slave controlla tutte le luci, il servo, l'elettromagnete, l'amperometro ed entrambi i voltmetri. Il programma Master supporta i sedici tubi IV-11, il display LCD posteriore e la tastiera a 12 tasti. Il programma Slave supporta tutte le funzioni di illuminazione, servo, elettromagnete, relè, amperometro ed entrambi i voltmetri. Una serie di programmi di test è stata sviluppata per testare ciascuna delle funzioni prima che ciascuna funzione fosse aggiunta ai programmi Master o Slave. Vedere i file Arduino allegati e i dettagli dei file della libreria aggiuntivi necessari per supportare il codice.

Include file: 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.

Fase 10: REVISIONE DEL PROGETTO

Mi è piaciuto lo sviluppo di questo progetto, con i suoi nuovi elementi di comunicazione Mega, elettromagnete, Servo e supporto di sedici tubi VFD IV-11. La complessità dei circuiti a volte era impegnativa e l'uso di connettori Dupont causa problemi di connessione di tanto in tanto, l'uso di colla a caldo per proteggere queste connessioni aiuta a ridurre i problemi di connessione casuale.