Lá chắn cho Arduino từ các ống VFD cũ của Nga: Đồng hồ, Nhiệt kế, Đồng hồ đo vôn : 21 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Dự án này mất gần nửa năm để hoàn thành. Tôi không thể mô tả bao nhiêu công việc đã đi vào dự án này. Thực hiện dự án này một mình tôi sẽ mất mãi mãi vì vậy tôi đã có một số sự giúp đỡ từ bạn bè của mình. Ở đây bạn có thể thấy công việc của chúng tôi được biên soạn trong một hướng dẫn rất dài.

Đặc điểm của dự án này:

• Chỉ tương thích với bo mạch Arduino UNO
• Chạy bốn ống IV-3 / IV-3a / IV-6 VFD. Những ống này rất tiết kiệm điện, thậm chí còn hiệu quả hơn Nixie và trông khá tuyệt. Hiệu quả năng lượng gần như tương đương với ma trận LED. Tôi nghĩ chúng trông đẹp hơn nixie.
• Nguồn cấp 12V DC + 5V DC qua board Arduino; cần có nguồn cung cấp 12V ổn định
• Thiết kế bao vây (tệp CAD) tùy chọn
• các ứng dụng có thể có: đồng hồ, nhiệt kế, vôn kế, bộ đếm, bảng điểm,…
• nhiều bản phác thảo ví dụ Arduino có sẵn

Tôi biết rằng văn bản trong hướng dẫn này rất dài nhưng hãy cố gắng đọc và xem mọi văn bản và ảnh ở đây. Một số bức ảnh không tuyệt vời nhưng đây là mọi thứ tôi có thể làm. Tôi biết mình không phải là nhiếp ảnh gia giỏi nhất.

Dự án này ban đầu được đăng trong axiris nhưng tôi đã sửa đổi và giải thích rất nhiều điều nhỏ nếu không có chúng, bạn sẽ tự hỏi mình đã xảy ra sai sót gì.

Quân nhu

Bạn có thể xem số lượng của mọi bộ phận, nhưng tôi khuyên bạn nên in Part List.pdf để sử dụng nó cho danh sách mua sắm và sau đó để hàn các bộ phận trên PCB. Tôi đã mua mọi thứ từ các cửa hàng địa phương hoặc desolded nó từ các thiết bị không hoạt động, nhưng nếu bạn không thể làm như tôi đã làm, bạn có thể đặt hàng các bộ phận từ Aliexpress hoặc Amazon hoặc cửa hàng khác.

Điện trở màng carbon 1 / 4W 5% liên kết Aliexpress có mọi điện trở mà bạn sẽ cần trong danh sách này

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

Tụ gốm / MKT / MKM

• 1x 2.2 nF (222) liên kết Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) liên kết Aliexpress cho IV-3 / IV-3a hoặc 2x 22nF (223) cho IV-6 liên kết Aliexpress
• 1x 100 nF (104) liên kết Aliexpress

Chất bán dẫn điện phân

• 4x 22 μF 50V liên kết Aliexpress xuyên tâm
• 2x 100 μF 25V liên kết Aliexpress xuyên tâm

Chất bán dẫn rời rạc

• 1x diode chỉnh lưu 1N400x liên kết Aliexpress
• 4x 1N5819 schottky diode Aliexpress liên kết
• 4x LED 3mm (chọn màu tự do) liên kết Aliexpress
• Liên kết Aliexpress transistor 13x BC547B NPN
• 12x BC557B PNP bóng bán dẫn liên kết Aliexpress
• 1x bóng bán dẫn "nguồn" NPN BC639 liên kết Aliexpress
• 1x bóng bán dẫn "nguồn" PNP BC640 liên kết Aliexpress

Mạch tích hợp

IC hẹn giờ ICM7555 (phải là phiên bản CMOS, không sử dụng 555 tiêu chuẩn!) Liên kết Aliexpress

Đầu nối và các bộ phận đa dạng

• 2x tiêu đề có thể xếp chồng - khoảng cách 2,54 mm /.1”- 8 cực liên kết Aliexpress
• 1x tiêu đề có thể xếp chồng - khoảng cách 2,54 mm /.1”- 6 cực liên kết Aliexpress
• 1x tiêu đề có thể xếp chồng - khoảng cách 2,54 mm /.1”- 10 cực liên kết Aliexpress
• 4x IV ‐ 3 hoặc IV-3a hoặc IV-6 VFD ống liên kết Aliexpress
• Liên kết PCB PCBWay

Nếu bạn muốn tạo đồng hồ, bạn có thể sử dụng RTC DS1307 được hỗ trợ bằng pin tùy chọn, nhưng nếu bạn muốn làm cho nó thông minh thì hãy sử dụng esp8266. Bạn có thể sử dụng esp8266 lớn hoặc esp8266-01 nhỏ, nhưng tôi khuyên bạn nên sử dụng loại nhỏ để đồng hồ trông đẹp hơn. Nếu bạn muốn làm cho nó thông minh hơn nữa, hãy kết hợp esp8266 với cảm biến 1 dây. Bản phác thảo hỗ trợ DS1820, DS18B20, DS18S20 và DS1822. Nhiệt độ được hiển thị mỗi phút.

Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào về dự án này, hãy gửi email cho tôi. Tôi sẽ cố gắng trả lời câu hỏi của bạn nhanh nhất có thể

Bước 1: Tổng quan về dự án

Lá chắn Arduino này có khả năng điều khiển 4x ống VFD bảy đoạn của Nga IV-3, IV-3a hoặc IV-6. Đèn LED 4x 3mm cung cấp ánh sáng nền cho các ống. Thiết kế hoàn toàn dựa trên các thành phần xuyên lỗ, không có thành phần SMD nào được sử dụng. Do đó, PCB có thể dễ dàng được lắp ráp bởi bất kỳ ai có kinh nghiệm hàn. Ngoài ra, các thành phần được sử dụng là rẻ và dễ dàng có sẵn. Vì điều này được thiết kế như một dự án giáo dục hơn, dễ xây dựng nên không phải là giải pháp tốt nhất có thể để điều khiển các ống VFD này theo quan điểm kỹ thuật. Thay vì các bóng bán dẫn BC547 và BC557, chúng tôi có thể đã sử dụng các trình điều khiển nguồn A2982W, hoặc chúng tôi có thể thay thế các bóng bán dẫn bằng một IC điều khiển nguồn điện áp cao Supertex với một thanh ghi dịch chuyển bên trong. Thật không may, những thứ này có thể khó lấy và rất thường xuyên xuất hiện trong các gói SMD.

Bước 2: Gợi ý lắp ráp

PCB có hướng dẫn này được thiết kế cho những người đã có kinh nghiệm lắp ráp thiết bị điện tử cao cấp. Nếu bạn tin rằng nó quá phức tạp so với trình độ kỹ năng của bạn, vui lòng không cố gắng lắp ráp nó hoặc nhờ bạn bè làm cho bạn.

Hãy dành thời gian của bạn - bộ này sẽ mất 2-3 giờ để hoàn thành nếu không bị gián đoạn hoặc lâu hơn. Tôi làm nó trong chưa đầy 2 giờ, nhưng tôi đã có hơn 2 năm kinh nghiệm hàng ngày trong nghề hàn.

Đảm bảo khu vực làm việc của bạn được chiếu sáng tốt (ưu tiên ánh sáng ban ngày), sạch sẽ và gọn gàng.

Lắp ráp bảng theo thứ tự như đã nêu trong hướng dẫn ở đây - đọc và hiểu từng bước trước khi bạn thực hiện mỗi thao tác. Vì sau sai lầm hầu như không có đường quay đầu lại.

Giả định rằng bạn hiểu rằng chất bán dẫn (điốt, IC, bóng bán dẫn) hoặc tụ điện là các thành phần phân cực. Các dấu hiệu thích hợp được in lụa trên PCB và hiển thị trên sơ đồ bảng.

Các công cụ và vật liệu sau đây sẽ được yêu cầu để lắp ráp PCB:

• Một mỏ hàn chất lượng tốt (25-40W) có đầu nhỏ (1-2 mm)
• Máy cắt dây và kìm
• Đồng hồ vạn năng cơ bản để kiểm tra điện áp và để xác định các điện trở.
• Kính lúp để đọc các ký hiệu thiết bị nhỏ thường hữu ích.
• Hàn - chì / thiếc được ưu tiên sử dụng. Thuốc hàn không chì, hiện được yêu cầu sử dụng trong các sản phẩm thương mại ở Châu Âu, có nhiệt độ nóng chảy cao hơn nhiều và có thể rất khó gia công. Không sử dụng bất kỳ chất trợ dung hoặc dầu mỡ nào.
• Bấc khô (bện) có thể hữu ích nếu bạn vô tình tạo cầu hàn giữa các mối hàn liền kề.

Nguồn cấp

Tấm chắn VFD IV-3 / IV-3a / IV-6 cần Arduino được cấp nguồn từ nguồn điện 12 V DC để hoạt động bình thường. Chỉ sử dụng bộ đổi nguồn chuyển mạch được quy định có khả năng cung cấp 12 V DC / 300 mA.

Không sử dụng bộ chuyển đổi gắn tường "kiểu máy biến áp" không được kiểm soát. Những thứ này dễ dàng phân phối hơn 16 V với tải nhẹ và sẽ gây hư hỏng cho lá chắn VFD IV-3 vì điện áp cung cấp 12 V là khá quan trọng. Bạn phải hết sức cẩn thận để không đảo ngược cực của nguồn điện nếu không bạn đang mạo hiểm giết chết Arduino, lá chắn VFD, nguồn điện và có thể tự mình gây ra hỏa hoạn hoặc điện giật

Đặt một số băng cách điện lên tấm chắn kim loại của đầu nối USB của Arduino trước khi kết nối tấm chắn IV-3 để tránh các kết nối hàn chạm vào kim loại và bị chập

Bước 3: Tổng quan về PCB và Sơ đồ mạch

Bạn có thể đặt mua PCB từ PCBWay. Nếu bạn là người dùng mới, HÃY SỬ DỤNG LIÊN KẾT NÀY ĐỂ NHẬN 5 USD MIỄN PHÍ SAU KHI ĐĂNG KÝ, sau đó 5 PCB đầu tiên của bạn là miễn phí và bạn chỉ cần trả phí giao hàng khoảng 6 USD với China air post. Như bạn có thể thấy trong bức ảnh cuối cùng, chiếc khiên có cùng kích thước với thẻ ghi nợ của tôi từ Revolut. Ảnh hiển thị ở đây đối với một số người có thể trông giống như họ đang cố đọc tiếng Trung.

Bước 4: Lắp ráp

Cuối cùng, chúng tôi đã đến tiến độ lắp ráp… Trong các bước 5-19 sau đây, chúng tôi sẽ lắp ráp PCB từng bước. Có thể hữu ích nếu bạn giữ tổng quan về PCB và sơ đồ mạch trong quá trình lắp ráp bằng cách in nó ra hoặc để nó trên PC của bạn trong khi hàn. Sau mỗi bước, hãy so sánh cẩn thận PCB của bạn với các hình ảnh ở đây và kiểm tra lỗi và lỗi hàn.

Bước 5: Điốt và Ổ cắm IC

Gắn các điốt sau:

• D1: 1N400x hoặc tương đương
• D2… D5: 1N5819 diode schottky

Xem cực tính và cẩn thận để gắn đúng diode vào đúng vị trí

Hàn D2 và D3 từ phía thành phần và cắt các dây ở phía hàn càng ngắn càng tốt vì chúng được đặt phía trên tấm chắn đầu nối USB kim loại của Arduino.

Gắn ổ cắm IC 8 cực cho IC1. Không đặt IC1 vào ổ cắm ở giai đoạn này.

Bước 6: Tụ điện

Gắn các tụ điện sau:

• C5… C8: Tụ điện xuyên tâm 22µF 50V
• C9, C10: Tụ điện bán kính 100µF 25V
• Uốn các dây dẫn 90 độ và gắn các tụ điện thẳng hàng vào PCB. Xem các cực. Tôi biết tôi đang làm bạn khó chịu với điều này. Xem cực đã rồi, nhưng nó rất quan trọng.

Bạn nên hàn C6, C7 và C8 từ phía thành phần và cắt các dây dẫn càng ngắn càng tốt trên mặt hàn vì chúng được đặt phía trên tấm chắn kim loại của đầu nối USB Arduino

Bước 7: Tụ gốm

Không có vấn đề gì khi sử dụng hình dạng khác, điều quan trọng là cùng giá trị và chất liệu cho các tụ điện này.

Gắn các tụ gốm sau:

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

Xin lưu ý rằng các giá trị của C1… C3 hơi quan trọng vì C1 xác định cùng với R5 tần số hoạt động của bộ ghép điện áp và C2, C3 xác định dòng điện dây tóc cho các ống VFD.

(*) ngàm 8n2 cho ống IV-3 và IV-3a, ngàm 22nF cho ống IV-6.

Bước 8: Điện trở 10K

Gắn các điện trở 10 kilo-ohm (nâu - đen - cam - vàng)

R6… R18

Gắn chúng theo chiều dọc như trong hình.

Bước 9: Điện trở 68K

Gắn các điện trở 68 kilo-ohm (xanh xám - vàng cam)

R19… R30

Gắn chúng theo chiều dọc như trong hình.

Bước 10: Điện trở 220K

Gắn các điện trở 220 kilo-ohm (đỏ - đỏ - vàng - vàng)

R43… R54

Gắn chúng theo chiều dọc như trong hình.

Bước 11: Điện trở 100K

Gắn các điện trở 100 kilo-ohm (nâu - đen - vàng - vàng)

R31… R42

Gắn chúng theo chiều dọc như trong hình.

Bước 12: Điện trở còn lại

Gắn các điện trở còn lại:

• R1: 510 ohm (xanh lá cây - nâu - nâu - vàng)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (nâu - đen - đỏ - vàng). Bạn có thể cần điều chỉnh giá trị tùy thuộc vào đèn LED âm trần dạng ống mà bạn định sử dụng.
• R4: 2,7 kilo-ohm (đỏ - tím - đỏ - vàng)
• R5: 3,9 kilo-ohm (cam - trắng - đỏ - vàng)

Bước 13: Tiêu đề Arduino

Gắn các tiêu đề có thể xếp chồng lên nhau của Arduino. Các tiêu đề sẽ không thực sự được sử dụng để xếp các tấm chắn Arduino khác lên trên tấm chắn này nhưng chúng giúp xác định chiều cao lắp đặt của một số thành phần và các ống VFD.

Đẩy các tiêu đề qua PCB và cắm chúng vào Arduino của bạn. Lật ngược và hàn 1-2 chân cho mỗi đầu nối. Vì vậy, khoảng cách đầu nối sẽ chính xác. Tháo tấm chắn khỏi Arduino và hàn các chân còn lại.

Bước 14: Bóng bán dẫn nguồn

Gắn các bóng bán dẫn sau:

• T26: BC639
• T27: BC640

Không thay thế các bóng bán dẫn này bằng các loại tiêu chuẩn. Gắn chúng sao cho phần trên cùng của lớp vỏ của chúng thấp hơn phần đầu của Arduino.

Cắm IC1 ICM7555 (*) vào ổ cắm của nó và cắm tấm chắn vào Arduino và cấp nguồn. Điện áp đo được giữa cực âm của D5 và mặt đất Arduino phải vào khoảng 32… 34V. Tôi đã không làm điều này bởi vì tôi chắc chắn trong tôi, nhưng bạn nên làm điều đó tốt hơn.

Sử dụng phiên bản CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555,…), không sử dụng bộ hẹn giờ 555 tiêu chuẩn

Bước 15: Bóng bán dẫn NPN

Gắn các bóng bán dẫn BC547B

T1… T13

Gắn chúng sao cho phần trên cùng của vỏ của chúng ở bên dưới (hoặc bằng phẳng với) các tiêu đề Arduino.

Bước 16: Bóng bán dẫn PNP

Gắn các bóng bán dẫn BC557B

T14… T25

Gắn chúng sao cho phần trên cùng của vỏ của chúng ở bên dưới (hoặc bằng phẳng với) các tiêu đề Arduino.

Bước 17: Đèn LED chiếu hậu dạng ống (tùy chọn)

Bạn có thể sử dụng đèn LED tiêu chuẩn 3mm với bất kỳ màu nào cho mục đích đèn nền ống, ngay cả đèn LED mờ màu RGB.

Uốn cong các dây dẫn của đèn LED để đèn LED nằm gọn trong các lỗ 3mm bên dưới ống VFD, sau đó hàn chúng vào PCB. Chú ý đến cực. Dây dẫn ngắn của đèn LED (cực âm) được hàn vào miếng đệm gần nhất với tên đèn LED trên màn hình lụa (D6… D9).

Có thể cần cách điện các dây dẫn của D9 để tránh chúng chạm vào đầu nối ISP trên Arduino.

Các đèn LED được kết nối với đầu ra PWM trên Arduino và có thể được làm mờ bằng phần mềm. Tuy nhiên, điều này sẽ không hoạt động bình thường khi bạn sử dụng đèn LED mờ dần màu RGB.

Nếu dễ dàng hơn cho bạn, bạn cũng có thể lắp các đèn LED sau khi các ống VFD được hàn vào vị trí. Do kỹ thuật lắp đặt, bạn cũng có thể dễ dàng thay thế đèn LED sau này nếu bạn quyết định muốn có màu đèn nền khác.

Bước 18: Gắn ống VFD

Đây là một trong những bước quan trọng nhất của việc xây dựng lá chắn của bạn

Hướng dẫn các dây ống một cách nhẹ nhàng qua các lỗ tương ứng của chúng trên PCB. Đảm bảo rằng dây dẫn ngắn trên các ống đi qua lỗ mà không có miếng hàn.

Bây giờ các chữ số sẽ đối diện với mặt trước của PCB.

Nếu bạn gặp khó khăn trong việc luồn dây của ống qua các lỗ, bạn có thể cắt chúng theo hình "xoắn ốc" để bạn có thể di chuyển từng dây một qua các lỗ. Chú ý để dây ngắn nhất không quá ngắn vì chúng ta sẽ gắn các ống với khoảng cách xa PCB.

Khi các ống đã vào vị trí, hãy căn chỉnh chúng ít nhiều bằng tay. Đáy của các ống phải thấp hơn khoảng 1-2 mm so với đỉnh của các đầu cắm có thể xếp chồng Arduino.

Nếu bạn đang sử dụng vỏ bọc acrylic tùy chọn, bạn có thể sử dụng các tấm trên và dưới làm công cụ căn chỉnh.

Hàn hai dây dẫn của mỗi ống với PCB. Sau khi hoàn tất, bạn vẫn có thể điều chỉnh căn chỉnh ống bằng cách làm nóng lại các khớp hàn.

Nếu bạn hài lòng với việc căn chỉnh ống, cuối cùng bạn có thể hàn các dây ống còn lại vào vị trí và cắt các dây dẫn thừa bằng một máy cắt dây nhỏ.

Không cố gắng thay đổi sự thẳng hàng của ống sau khi nó được hàn tại chỗ vì điều này có thể gây ra ứng suất cơ học và có thể dẫn đến ống bị lỗi

Bước 19: Kiểm tra cuối cùng

Cuối cùng là bài kiểm tra… Tải bản phác thảo demo lên Arduino và ngắt kết nối Arduino khỏi cổng USB của máy tính.

Cắm tấm chắn VFD đã hoàn thành lên trên Arduino. Đảm bảo không có phần kim loại nào của Arduino chạm vào các khớp hàn của tấm chắn VFD.

Kết nối bộ đổi nguồn DC 12 V với đầu nối nguồn Arduino và bật nguồn.

Sau một vài giây, các ống VFD sẽ bắt đầu đếm từ 0 đến 9 trong một vòng lặp vô tận. Các dấu chấm phân cách thập phân của các ống VFD sẽ tạo thành bộ đếm 4 bit nhị phân.

Đèn nền dạng ống sẽ mờ đi vài giây một lần và bật lại.

Kiểm tra kỹ các dây điện của ống. Chúng sẽ phát sáng rất mờ với màu đỏ đậm. Nếu chúng phát sáng quá nhiều, hãy giảm giá trị của C2 và C3. Mặt khác, nếu dây tóc hầu như không phát sáng và các chữ số quá mờ, bạn có thể thử nghiệm bằng cách tăng các giá trị cho C2 và C3.

Bước 20: Vỏ acrylic (tùy chọn)

2 tệp đầu tiên là tệp CAD. Tôi khuyên bạn nên mở "Hướng dẫn sử dụng Bao vây cho Tấm chắn để xem trên màn hình.pdf" và xem các bước cho Bao vây Acrylic từ đó.

Bước 21: Phần mềm

Mọi thư viện mà bạn cần đều có trong phần chú thích ở đầu mỗi bản phác thảo.

Truy cập trực tiếp

Cung cấp khả năng truy cập trực tiếp vào các ống và đèn LED. Bạn có thể bật và tắt các phân đoạn và điểm riêng lẻ trong ống, đồng thời kiểm soát chu kỳ nhiệm vụ PWM để chiếu sáng các đèn LED.

Đồng hồ bình thường

Chỉ đồng hồ được thiết lập thông qua màn hình nối tiếp và không có gì quá lạ mắt, nhưng sau khoảng 1 ngày, đồng hồ quay trở lại với khoảng 1 phút

Đồng hồ thông minh

• Đã thêm hỗ trợ cho DS1307 RTC tùy chọn được hỗ trợ bằng pin.
• Đã thêm hỗ trợ để chỉ hoạt động với esp8266 thông qua RX và TX
• Đã thêm hiển thị nhiệt độ theo độ C khi cảm biến 1 dây được kết nối. Bản phác thảo hỗ trợ DS18B20, DS18S20 và DS1822. Nhiệt độ được hiển thị mỗi phút.

Để esp8266 hoạt động với đồng hồ, bạn sẽ cần phải nhấp nháy esp và tạo một cầu nối đặc biệt được chỉ ra ở đây cách đặt ở chế độ ngủ sâu để tiết kiệm điện. Cũng sẽ cần thiết lập thông tin đăng nhập WIFI và múi giờ từ mã trên esp. Nếu bạn chưa có kinh nghiệm với esp8266, hãy đọc ở đây để tìm hiểu thêm về cách cài đặt bo mạch trong Arduino IDE.

Nhiệt kế

Hoạt động với cảm biến nhiệt độ 1 dây. Chương trình hỗ trợ DS1820 (hệ thống dây khác nhau, hãy kiểm tra trên internet), DS18B20, DS18S20 và DS1822.

Vôn mét

Chương trình này hiển thị điện áp đo được trên chân A5.

Trình diễn

Hình ảnh động ví dụ của ống, hình ảnh động PWM của đèn LED.