Perisai untuk Arduino Dari Tabung VFD Rusia Kuno: Jam, Termometer, Pengukur Volt: 21 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:54

Proyek ini memakan waktu hampir setengah tahun untuk diselesaikan. Saya tidak dapat menjelaskan berapa banyak pekerjaan yang dilakukan untuk proyek ini. Melakukan proyek ini sendirian akan membawa saya selamanya jadi saya mendapat bantuan dari teman-teman saya. Di sini Anda dapat melihat pekerjaan kami dikompilasi dalam satu instruksi yang sangat panjang.

Fitur proyek ini:

• Hanya kompatibel dengan papan Arduino UNO
• Menggerakkan empat tabung VFD IV-3/ IV-3a/ IV-6. Tabung-tabung itu sangat hemat daya, bahkan lebih efisien daripada Nixie, dan terlihat sangat keren. Efisiensi energi hampir sama dengan matriks LED. Saya pikir mereka terlihat lebih baik daripada nixie.
• Catu daya 12V DC + 5V DC melalui papan Arduino; diperlukan pasokan 12V yang stabil
• Desain kandang (file CAD) opsional
• kemungkinan aplikasi: jam, termometer, voltmeter, penghitung, papan skor, …
• beberapa contoh sketsa Arduino tersedia

Saya tahu bahwa teks dalam instruksi ini sangat panjang, tetapi coba baca dan perhatikan setiap teks dan foto di sini. Beberapa foto tidak bagus tapi hanya ini yang bisa saya lakukan. Saya tahu saya bukan fotografer terbaik.

Proyek ini awalnya diposting di axiris tetapi saya memodifikasi dan menjelaskan banyak hal kecil tanpa mereka, Anda akan bertanya pada diri sendiri apa yang salah.

Perlengkapan

Anda dapat melihat jumlah setiap bagian, tetapi saya menyarankan Anda untuk mencetak Daftar Bagian.pdf untuk digunakan sebagai daftar belanja dan kemudian untuk menyolder bagian-bagian pada PCB. Saya telah membeli semuanya dari toko lokal atau mematrinya dari perangkat yang tidak berfungsi, tetapi jika Anda tidak dapat melakukan seperti yang saya lakukan, Anda dapat memesan suku cadang dari Aliexpress atau Amazon atau toko lain.

Resistor Film Karbon 1/4W 5% tautan Aliexpress yang memiliki setiap resistor yang Anda perlukan dalam daftar ini

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

Kapasitor Keramik / MKT / MKM

• 1x2.2 nF (222) tautan Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) tautan Aliexpress untuk IV-3 / IV-3a atau 2x 22nF (223) untuk tautan IV-6 Aliexpress
• 1x100 nF (104) tautan Aliexpress

Semikonduktor Elektrolit

• 4x 22 F 50V radial tautan Aliexpress
• 2x 100 F 25V radial tautan Aliexpress

Semikonduktor Diskrit

• 1x 1N400x penyearah dioda Aliexpress tautan
• 4x 1N5819 dioda schottky Aliexpress tautan
• 4x LED 3mm (pilih warna dengan bebas) Aliexpress link
• 13x BC547B NPN transistor Aliexpress tautan
• 12x BC557B transistor PNP Aliexpress tautan
• 1x BC639 NPN "daya" transistor Aliexpress tautan
• 1x BC640 PNP "daya" transistor Aliexpress tautan

Sirkuit terintegrasi

IC timer ICM7555 (harus versi CMOS, jangan gunakan standar 555!) Aliexpress link

Konektor dan Bagian Beragam

• 2x tajuk yang dapat ditumpuk - jarak 2,54 mm /,1” - 8 kutub tautan Aliexpress
• 1x header yang dapat ditumpuk - jarak 2,54 mm /,1” - 6 kutub tautan Aliexpress
• 1x header yang dapat ditumpuk - jarak 2,54 mm /,1” - 10 kutub tautan Aliexpress
• 4x IV-3 atau IV-3a atau IV-6 VFD tabung Aliexpress link
• PCB PCBWay link

Jika Anda ingin membuat jam, Anda dapat menggunakan RTC DS1307 yang didukung baterai opsional, tetapi jika Anda ingin membuatnya cerdas, gunakan esp8266. Anda dapat menggunakan esp8266 besar atau esp8266-01 kecil, tetapi saya sarankan menggunakan yang kecil agar jam terlihat lebih baik. Jika Anda ingin membuatnya lebih pintar, gabungkan esp8266 dengan sensor 1-Wire. Sketsa mendukung DS1820, DS18B20, DS18S20, dan DS1822. Suhu ditampilkan setiap menit.

Jika Anda memiliki pertanyaan tentang proyek ini, email saya. Saya akan mencoba menjawab pertanyaan Anda secepat mungkin

Langkah 1: Ikhtisar Proyek

Perisai Arduino ini mampu menggerakkan 4x tabung VFD tujuh segmen Rusia IV-3, IV-3a atau IV-6. 4x 3mm LED memberikan pencahayaan latar belakang untuk tabung. Desain sepenuhnya didasarkan pada komponen melalui lubang, tidak ada komponen SMD yang digunakan. Dengan demikian, PCB dapat dengan mudah dirakit oleh siapa saja yang memiliki pengalaman menyolder. Selain itu, komponen yang digunakan juga murah dan mudah didapat. Karena ini dirancang sebagai proyek yang lebih mendidik dan mudah dibangun, ini bukanlah solusi terbaik untuk menggerakkan tabung VFD ini dari sudut pandang teknis. Alih-alih transistor BC547 dan BC557, kita bisa menggunakan driver sumber A2982W, atau kita bisa mengganti transistor dengan IC driver sumber tegangan tinggi Supertex dengan register geser internal. Sayangnya, ini mungkin sulit didapat dan sering datang dalam paket SMD.

Langkah 2: Petunjuk Perakitan

PCB yang dapat diinstruksikan ini dirancang untuk seseorang yang memiliki pengalaman tingkat lanjut dalam merakit elektronik. Jika Anda percaya bahwa itu terlalu rumit untuk tingkat keahlian Anda, jangan mencoba untuk merakitnya atau meminta teman untuk membuatnya untuk Anda.

Luangkan waktu Anda - kit ini akan membutuhkan waktu 2-3 jam untuk diselesaikan jika tidak ada gangguan atau lebih. Saya membuatnya kurang dari 2 jam, tetapi saya memiliki lebih dari 2 tahun pengalaman sehari-hari dalam menyolder.

Pastikan area kerja Anda cukup terang (lebih disukai siang hari), bersih dan rapi.

Pasang papan dalam urutan seperti yang dinyatakan dalam instruksi di sini - baca dan pahami setiap langkah sebelum Anda melakukan setiap operasi. Karena setelah melakukan kesalahan hampir tidak ada jalan untuk kembali.

Diasumsikan bahwa Anda memahami bahwa semikonduktor (dioda, IC, transistor) atau kapasitor elektrolitik adalah komponen terpolarisasi. Penandaan yang sesuai disablon pada PCB dan ditampilkan pada skema papan.

Alat dan bahan berikut akan diperlukan untuk merakit PCB:

• Besi solder berkualitas baik (25-40W) dengan ujung kecil (1-2 mm)
• Pemotong kawat dan tang
• Multimeter dasar untuk tes tegangan dan untuk mengidentifikasi resistor.
• Kaca pembesar untuk membaca tanda perangkat kecil sering kali membantu.
• Solder – solder timah / timah lebih disukai. Solder bebas timah, seperti yang sekarang diperlukan untuk digunakan dalam produk komersial di Eropa, memiliki titik leleh yang jauh lebih tinggi dan bisa sangat sulit untuk dikerjakan. Jangan gunakan fluks atau gemuk apa pun.
• Sumbu pematrian (jalinan) dapat berguna jika Anda secara tidak sengaja membuat jembatan solder di antara sambungan solder yang berdekatan.

Sumber Daya listrik

Perisai VFD IV-3/IV-3a/IV-6 membutuhkan Arduino untuk diberi daya dari catu daya 12 V DC agar berfungsi dengan baik. Gunakan hanya adaptor daya switching teregulasi yang mampu mengalirkan 12 V DC / 300 mA.

Jangan gunakan adaptor dinding "gaya transformator" yang tidak diatur. Ini menghasilkan lebih dari 16 V dengan mudah dengan beban ringan dan akan menyebabkan kerusakan pada pelindung VFD IV-3 karena tegangan suplai 12 V cukup kritis. Anda harus sangat berhati-hati untuk tidak membalikkan polaritas catu daya atau Anda berisiko membunuh Arduino, pelindung VFD, catu daya, dan mungkin memicu kebakaran atau menyetrum diri sendiri

Letakkan beberapa selotip pada pelindung logam konektor USB Arduino Anda sebelum menghubungkan pelindung IV-3 untuk menghindari koneksi solder menyentuh logam dan korsleting

Langkah 3: Ikhtisar PCB dan Diagram Sirkuit

Anda dapat memesan PCB dari PCBWay. Jika Anda adalah pengguna baru GUNAKAN LINK INI UNTUK MENDAPATKAN $5 GRATIS SETELAH PENDAFTARAN ANDA setelah itu 5 PCB pertama Anda gratis dan Anda hanya perlu membayar untuk pengiriman sekitar 6 USD dengan China air post. Seperti yang Anda lihat di foto terakhir, ukuran perisainya sama dengan kartu debit saya dari Revolut. Foto yang ditampilkan di sini untuk beberapa orang mungkin terlihat seperti sedang mencoba membaca bahasa Mandarin.

Langkah 4: Perakitan

Akhirnya, kita sampai pada proses perakitan… Pada langkah 5-19 berikut, kita akan merakit PCB langkah demi langkah. Mungkin berguna untuk menyimpan gambaran umum PCB dan diagram sirkuit selama perakitan dengan mencetaknya atau membiarkannya di PC Anda saat menyolder. Setelah setiap langkah, hati-hati membandingkan PCB Anda dengan gambar di sini dan memeriksa kesalahan dan kesalahan solder.

Langkah 5: Dioda dan Soket IC

Pasang dioda berikut:

• D1: 1N400x atau setara
• D2…D5: dioda schottky 1N5819

Perhatikan polaritas dan berhati-hatilah untuk memasang dioda yang tepat di tempat yang tepat

Solder D2 dan D3 dari sisi komponen dan potong kabel di sisi solder sesingkat mungkin dengan posisi di atas pelindung konektor USB logam Arduino.

Pasang soket IC 8 kutub untuk IC1. Jangan letakkan IC1 di soket pada tahap ini.

Langkah 6: Kapasitor Elektrolit

Pasang kapasitor elektrolit berikut:

• C5…C8: kapasitor elektrolit radial 22µF 50V
• C9, C10: kapasitor radial 100µF 25V
• Tekuk lead 90 derajat dan pasang kapasitor rata ke PCB. Perhatikan polaritasnya. Saya tahu saya membuat Anda kesal dengan ini. Perhatikan polaritasnya, tetapi ini sangat penting.

Disarankan untuk menyolder C6, C7, dan C8 dari sisi komponen dan memotong kabel sependek mungkin di sisi solder karena diposisikan di atas pelindung logam konektor USB Arduino

Langkah 7: Kapasitor Keramik

Tidak masalah untuk menggunakan bentuk lain yang penting adalah nilai dan bahan yang sama untuk kapasitor ini.

Pasang kapasitor keramik berikut:

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

Harap dicatat bahwa nilai C1…C3 agak kritis karena C1 mendefinisikan bersama dengan R5 frekuensi operasi dari tripler tegangan dan C2, C3 menentukan arus filamen untuk tabung VFD.

(*) pasang 8n2 untuk tabung IV-3 dan IV-3a, pasang 22nF untuk tabung IV-6.

Langkah 8: Resistor 10K

Pasang resistor 10 kilo-ohm (coklat – hitam – jingga – emas)

R6…R18

Pasang secara vertikal seperti pada gambar.

Langkah 9: Resistor 68K

Pasang resistor 68 kilo-ohm (biru-abu-abu – oranye-emas)

R19…R30

Pasang secara vertikal seperti pada gambar.

Langkah 10: Resistor 220K

Pasang resistor 220 kilo-ohm (merah – merah – kuning – emas)

R43…R54

Pasang secara vertikal seperti pada gambar.

Langkah 11: Resistor 100K

Pasang resistor 100 kilo-ohm (coklat – hitam – kuning – emas)

R31…R42

Pasang secara vertikal seperti pada gambar.

Langkah 12: Resistor yang Tersisa

Pasang resistor yang tersisa:

• R1: 510 ohm (hijau – coklat – coklat – emas)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (coklat – hitam – merah – emas). Anda mungkin perlu menyesuaikan nilainya tergantung pada LED lampu latar tabung yang akan Anda gunakan.
• R4: 2,7 kilo-ohm (merah – ungu – merah – emas)
• R5: 3,9 kilo-ohm (oranye – putih – merah – emas)

Langkah 13: Header Arduino

Pasang header Arduino yang dapat ditumpuk. Header tidak akan benar-benar digunakan untuk menumpuk perisai Arduino lain di atas perisai ini tetapi mereka membantu menentukan ketinggian pemasangan beberapa komponen dan tabung VFD.

Dorong header melalui PCB dan colokkan ke Arduino Anda. Balikkan dan solder 1-2 pin untuk setiap konektor. Jadi jarak konektor akan benar. Lepaskan pelindung dari Arduino dan solder pin yang tersisa.

Langkah 14: Transistor Daya

Pasang transistor berikut:

• T26: BC639
• T27: BC640

Jangan mengganti transistor ini dengan tipe standar. Pasang mereka sehingga bagian atas rumah mereka lebih rendah dari header Arduino.

Masukkan IC1 ICM7555 (*) ke soketnya dan colokkan pelindung ke Arduino dan gunakan daya. Tegangan yang diukur antara katoda D5 dan ground Arduino harus sekitar 32…34V. Saya tidak melakukan ini karena saya yakin pada saya, tetapi Anda lebih baik melakukannya.

Gunakan versi CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), jangan gunakan timer standar 555

Langkah 15: Transistor NPN

Pasang transistor BC547B

T1 … T13

Pasang mereka sehingga bagian atas rumah mereka tetap di bawah (atau rata dengan) header Arduino.

Langkah 16: Transistor PNP

Pasang transistor BC557B

T14 … T25

Pasang mereka sehingga bagian atas rumah mereka tetap di bawah (atau rata dengan) header Arduino.

Langkah 17: LED Lampu Latar Tabung (opsional)

Anda dapat menggunakan LED standar 3mm dalam warna apa pun untuk tujuan lampu latar tabung, bahkan LED warna RGB yang memudar.

Tekuk ujung LED sehingga LED masuk ke lubang 3mm di bawah tabung VFD, lalu solder ke PCB. Perhatikan polaritas. Kabel pendek LED (katoda) disolder ke bantalan yang paling dekat dengan penandaan sablon nama LED (D6 … D9).

Mungkin perlu untuk mengisolasi kabel D9 agar tidak menyentuh konektor ISP pada Arduino.

LED terhubung ke output PWM pada Arduino dan dapat diredupkan menggunakan perangkat lunak. Namun ini tidak akan berfungsi dengan baik bila Anda menggunakan LED warna RGB yang memudar.

Jika lebih mudah bagi Anda, Anda juga dapat memasang LED setelah tabung VFD disolder pada tempatnya. Karena teknik pemasangan, juga mudah untuk mengganti LED nanti jika Anda memutuskan ingin memiliki warna lampu latar lain.

Langkah 18: Pemasangan Tabung VFD

Ini adalah salah satu langkah terpenting dalam membangun perisai Anda

Arahkan kabel tabung dengan lembut melalui lubangnya masing-masing pada PCB. Pastikan ujung pendek pada tabung melewati lubang tanpa bantalan solder.

Sekarang angka harus menghadap ke depan PCB.

Jika Anda kesulitan memasukkan kabel tabung melalui lubang, Anda dapat memotongnya sebagai "spiral" sehingga Anda dapat memindahkan 1 kabel sekaligus melalui lubang. Perhatikan untuk membuat kabel terpendek tidak terlalu pendek karena kita akan memasang tabung agak jauh dari PCB.

Setelah tabung berada di tempatnya, sejajarkan kurang lebih dengan tangan. Bagian bawah tabung harus sekitar 1-2 mm di bawah bagian atas header stackable Arduino.

Jika Anda menggunakan penutup akrilik opsional, Anda dapat menggunakan pelat atas dan bawah sebagai alat pelurus.

Solder dua ujung masing-masing tabung ke PCB. Setelah ini selesai, Anda masih dapat menyesuaikan pelurusan tabung dengan memanaskan kembali sambungan solder.

Jika Anda puas dengan pelurusan tabung, Anda akhirnya dapat menyolder kabel tabung yang tersisa di tempatnya dan memangkas kelebihan kabel dengan pemotong kawat kecil.

Jangan mencoba mengubah kesejajaran tabung setelah disolder di tempatnya karena dapat menyebabkan tekanan mekanis dan dapat menyebabkan tabung rusak

Langkah 19: Tes Akhir

Akhirnya tes… Unggah sketsa demo ke Arduino dan lepaskan Arduino dari port USB komputer.

Pasang pelindung VFD yang sudah jadi di atas Arduino. Pastikan tidak ada bagian logam Arduino yang menyentuh sambungan solder pelindung VFD.

Sambungkan adaptor daya DC 12 V ke konektor daya Arduino dan hidupkan daya.

Setelah beberapa detik, tabung VFD akan mulai menghitung dari 0 hingga 9 dalam putaran tanpa akhir. Titik pemisah desimal dari tabung VFD harus membentuk penghitung biner 4 bit.

Lampu latar tabung akan meredup setiap beberapa detik dan menyala lagi.

Periksa kabel filamen tabung dengan hati-hati. Mereka harus bersinar sangat redup dengan warna merah tua. Jika mereka terlalu bersinar, turunkan nilai C2 dan C3. Di sisi lain, jika filamen hampir tidak bersinar dan angkanya terlalu redup, Anda dapat bereksperimen dengan meningkatkan nilai C2 dan C3.

Langkah 20: Kandang Akrilik (opsional)

2 file pertama adalah file CAD. Saya sarankan Anda membuka "Enclosure for Shield User Manual untuk tampilan di layar.pdf" dan melihat langkah-langkah untuk enclosure Akrilik dari sana.

Langkah 21: Perangkat Lunak

Setiap perpustakaan yang Anda perlukan ada di komentar di awal setiap sketsa.

Akses langsung

Menyediakan akses langsung ke tabung dan LED. Anda dapat menghidupkan dan mematikan segmen dan titik individu dalam tabung, dan mengontrol siklus tugas PWM untuk menerangi LED.

Jam biasa

Hanya jam yang diatur melalui monitor serial dan tidak ada yang terlalu mewah, tetapi setelah sekitar 1 hari jam kembali sekitar 1 menit

Jam Pintar

• Menambahkan dukungan untuk DS1307 RTC yang didukung baterai opsional.
• Dukungan tambahan untuk bekerja hanya dengan esp8266 melalui RX dan TX
• Menambahkan tampilan suhu dalam derajat Celcius saat sensor 1-Wire terhubung. Sketsa mendukung DS18B20, DS18S20, dan DS1822. Suhu ditampilkan setiap menit.

Agar esp8266 bekerja dengan jam, Anda perlu mem-flash esp dan membuat jembatan khusus yang ditunjukkan di sini cara memasukkan mode tidur nyenyak untuk menghemat daya. Juga perlu mengatur kredensial WIFI dan zona waktu dari kode pada esp. Jika Anda tidak memiliki pengalaman dengan esp8266, baca di sini untuk mempelajari lebih lanjut tentang pemasangan papan di Arduino IDE.

Termometer

Bekerja dengan sensor suhu 1-Wire. Program ini mendukung DS1820 (kabel berbeda, periksa di internet), DS18B20, DS18S20, dan DS1822.

Pengukur Volt

Program ini menampilkan tegangan yang diukur pada pin A5.

Demonstrasi

Contoh animasi tabung, animasi PWM LED.