Schild für Arduino aus alten russischen VFD-Röhren: Uhr, Thermometer, Voltmeter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Dieses Projekt dauerte fast ein halbes Jahr. Ich kann nicht beschreiben, wie viel Arbeit in dieses Projekt gesteckt wurde. Dieses Projekt alleine zu machen, würde mich ewig brauchen, also hatte ich etwas Hilfe von meinen Freunden. Hier können Sie unsere Arbeit in einem sehr langen instructable zusammengestellt sehen.

Merkmale dieses Projekts:

• Kompatibel nur mit Arduino UNO-Boards
• Treibt vier IV-3/ IV-3a/ IV-6 VFD-Röhren an. Diese Röhren sind sehr energieeffizient, sogar effizienter als Nixie und sehen ziemlich cool aus. Die Energieeffizienz entspricht fast einer LED-Matrix. Ich finde, sie sehen besser aus als Nixie.
• Stromversorgung 12V DC + 5V DC über Arduino-Platine; eine stabilisierte 12V-Versorgung wird benötigt
• Gehäusedesign (CAD-Dateien) optional
• Einsatzmöglichkeiten: Uhr, Thermometer, Voltmeter, Zähler, Anzeigetafel, …
• mehrere Arduino-Beispielskizzen verfügbar

Ich weiß, dass der Text in diesem instructable sehr lang ist, aber bitte versuchen Sie, jeden Text und jedes Foto hier zu lesen und zu sehen. Einige Fotos sind nicht großartig, aber das ist alles, was ich tun kann. Ich weiß, dass ich nicht der beste Fotograf bin.

Dieses Projekt wurde ursprünglich in axiris veröffentlicht, aber ich habe viele kleine Dinge modifiziert und erklärt, ohne dass Sie sich fragen werden, was schief gelaufen ist.

Lieferungen

Sie können die Anzahl jedes Teils sehen, aber ich empfehle Ihnen, die Teileliste.pdf auszudrucken, um sie für eine Einkaufsliste und später zum Löten der Teile auf der Leiterplatte zu verwenden. Ich habe alles in lokalen Geschäften gekauft oder von nicht funktionierenden Geräten entlötet, aber wenn Sie es nicht so machen können, wie ich es getan habe, können Sie die Teile bei Aliexpress oder Amazon oder einem anderen Geschäft bestellen.

Kohleschichtwiderstände 1/4W 5% Aliexpress Link, der jeden Widerstand enthält, den Sie in dieser Liste benötigen

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

Keramik-/ MKT-/ MKM-Kondensatoren

• 1x 2,2 nF (222) Aliexpress-Link
• 2x 8,2 nF (822) Aliexpress Link für IV-3/IV-3a oder 2x 22nF (223) für IV-6 Aliexpress Link
• 1x 100 nF (104) Aliexpress-Link

Elektrolytische Halbleiter

• 4x 22 μF 50V radialer Aliexpress-Link
• 2x 100 μF 25V radialer Aliexpress-Link

Diskrete Halbleiter

• 1x 1N400x Gleichrichterdiode Aliexpress Link
• 4x 1N5819 Schottky-Diode Aliexpress Link
• 4x LED 3mm (Farbe frei wählen) Aliexpress Link
• 13x BC547B NPN-Transistor Aliexpress Link
• 12x BC557B PNP-Transistor Aliexpress Link
• 1x BC639 NPN "Power" Transistor Aliexpress Link
• 1x BC640 PNP "Power" Transistor Aliexpress Link

Integrierte Schaltkreise

ICM7555 Timer IC (muss CMOS-Version sein, verwenden Sie keinen Standard 555!) Aliexpress Link

Steckverbinder und diverse Teile

• 2x stapelbarer Header – Abstand 2,54 mm /.1” – 8 Pole Aliexpress Link
• 1x stapelbarer Header – Abstand 2,54 mm /.1” – 6 Pole Aliexpress Link
• 1x stapelbarer Header – Abstand 2,54 mm /.1” – 10 Pole Aliexpress Link
• 4x IV-3 oder IV-3a oder IV-6 VFD-Röhre Aliexpress Link
• PCB PCBWay-Link

Wenn Sie eine Uhr bauen möchten, können Sie die optionale batteriegepufferte RTC DS1307 verwenden, aber wenn Sie es intelligent machen möchten, verwenden Sie einen esp8266. Sie können den großen esp8266 oder den kleinen esp8266-01 verwenden, aber ich empfehle, den kleinen zu verwenden, damit die Uhr besser aussieht. Wenn Sie es noch intelligenter machen möchten, kombinieren Sie esp8266 mit einem 1-Wire-Sensor. Die Skizze unterstützt DS1820, DS18B20, DS18S20 und DS1822. Die Temperatur wird jede Minute angezeigt.

Wenn Sie Fragen zu diesem Projekt haben, senden Sie mir eine E-Mail. Ich versuche deine Fragen so schnell wie möglich zu beantworten

Schritt 1: Überblick über das Projekt

Dieses Arduino-Shield kann 4x russische IV-3, IV-3a oder IV-6 Sieben-Segment-VFD-Röhren antreiben. 4x 3mm LEDs sorgen für eine Hintergrundbeleuchtung der Röhren. Das Design basiert komplett auf Through-Hole-Bauteilen, es wurden keine SMD-Bauteile verwendet. Daher kann die Leiterplatte von jedem, der etwas Löterfahrung hat, leicht montiert werden. Außerdem sind die verwendeten Komponenten billig und leicht erhältlich. Da dies als lehrreicheres, einfach zu bauendes Projekt konzipiert wurde, ist es aus technischer Sicht nicht die bestmögliche Lösung, um diese VFD-Röhren zu betreiben. Anstelle der Transistoren BC547 und BC557 hätten wir A2982W-Source-Treiber verwenden oder die Transistoren durch einen Supertex-Hochspannungs-Source-Treiber-IC mit internem Schieberegister ersetzen können. Leider sind diese möglicherweise schwer zu bekommen und werden sehr oft in SMD-Gehäusen geliefert.

Schritt 2: Montagehinweise

Diese anweisbare Leiterplatte ist für jemanden gedacht, der fortgeschrittene Erfahrung mit der Montage von Elektronik hat. Wenn Sie der Meinung sind, dass es für Ihr Können zu kompliziert ist, versuchen Sie bitte nicht, es zusammenzubauen oder bitten Sie einen Freund, es für Sie zu machen.

Nehmen Sie sich Zeit - dieses Kit sollte 2-3 Stunden dauern, wenn es ununterbrochen oder länger ist. Ich schaffe es weniger als 2 Stunden, bin aber mit mehr als 2 Jahren Alltagserfahrung im Löten.

Stellen Sie sicher, dass Ihr Arbeitsbereich gut beleuchtet (vorzugsweise Tageslicht), sauber und ordentlich ist.

Bauen Sie die Platine in der hier in der Anleitung angegebenen Reihenfolge zusammen - lesen und verstehen Sie jeden Schritt, bevor Sie jeden Vorgang ausführen. Denn nach einem Fehler gibt es fast kein Zurück.

Es wird vorausgesetzt, dass Sie verstehen, dass Halbleiter (Dioden, ICs, Transistoren) oder Elektrolytkondensatoren gepolte Bauteile sind. Entsprechende Markierungen sind auf der Platine aufgedruckt und auf dem Platinenschaltplan dargestellt.

Die folgenden Werkzeuge und Materialien werden für die Montage der Leiterplatte benötigt:

• Ein hochwertiger Lötkolben (25-40W) mit einer kleinen Spitze (1-2 mm)
• Drahtschneider und Zange
• Einfaches Multimeter für Spannungsprüfungen und zur Identifizierung der Widerstände.
• Eine Lupe zum Ablesen der kleinen Gerätemarkierungen ist oft hilfreich.
• Lot – Blei/Zinn-Lot wird bevorzugt. Bleifreies Lot, wie es jetzt in Europa für kommerzielle Produkte benötigt wird, hat einen viel höheren Schmelzpunkt und kann sehr schwer zu verarbeiten sein. Verwenden Sie kein Flussmittel oder Fett.
• Entlötdocht (Geflecht) kann nützlich sein, wenn Sie versehentlich Lötbrücken zwischen benachbarten Lötstellen bilden.

Energieversorgung

Das IV-3/IV-3a/IV-6 VFD-Shield muss das Arduino über ein 12-V-DC-Netzteil mit Strom versorgen, um ordnungsgemäß zu funktionieren. Verwenden Sie nur ein geregeltes Schaltnetzteil, das 12 V DC / 300 mA liefern kann.

Verwenden Sie keinen ungeregelten "Transformator-Style"-Wandadapter. Diese liefern bei geringer Last leicht mehr als 16 V und beschädigen die IV-3 VFD-Abschirmung, da die 12-V-Versorgungsspannung ziemlich kritisch ist. Sie müssen sehr vorsichtig sein, um die Polarität des Netzteils nicht zu vertauschen, oder Sie riskieren, das Arduino, das VFD-Schild, das Netzteil zu töten und möglicherweise selbst ein Feuer oder einen Stromschlag zu verursachen

Legen Sie etwas Isolierband auf die Metallabschirmung des USB-Anschlusses Ihres Arduino, bevor Sie die IV-3-Abschirmung anschließen, um zu vermeiden, dass Lötverbindungen das Metall berühren und kurzgeschlossen werden

Schritt 3: PCB-Übersicht und Schaltplan

Sie können die Leiterplatte bei PCBWay bestellen. Wenn Sie ein neuer Benutzer sind, VERWENDEN SIE DIESEN LINK, UM NACH IHRER REGISTRIERUNG 5 $ KOSTENLOS ZU ERHALTEN. Danach sind Ihre ersten 5 Leiterplatten kostenlos und Sie müssen nur für die Lieferung bezahlen, die etwa 6 USD mit China Air Post beträgt. Wie Sie auf dem letzten Foto sehen können, hat das Schild die gleiche Größe wie meine Debitkarte von Revolut. Fotos, die hier für einige Personen gezeigt werden, sehen möglicherweise so aus, als würden sie versuchen, Chinesisch zu lesen.

Schritt 4: Montage

Endlich kommen wir zum Bestückungsfortschritt… In den folgenden Schritten 5-19 werden wir die Platine Schritt für Schritt bestücken. Es kann hilfreich sein, die Leiterplattenübersicht und den Schaltplan bei der Bestückung griffbereit zu halten, indem Sie ihn ausdrucken oder beim Löten auf Ihrem PC belassen. Vergleichen Sie nach jedem Schritt sorgfältig Ihre Leiterplatte mit den Bildern hier und prüfen Sie auf Fehler und Lötfehler.

Schritt 5: Dioden und IC-Sockel

Montieren Sie folgende Dioden:

• D1: 1N400x oder gleichwertig
• D2…D5: 1N5819 Schottky-Diode

Achten Sie auf die Polarität und achten Sie darauf, die richtige Diode an der richtigen Stelle zu montieren

Löten Sie D2 und D3 von der Bestückungsseite her und schneiden Sie die Drähte auf der Lötseite so kurz wie möglich, da sie über der metallischen USB-Steckerabschirmung des Arduino liegen.

Montieren Sie die 8-polige IC-Buchse für IC1. Setzen Sie IC1 zu diesem Zeitpunkt noch nicht in den Sockel ein.

Schritt 6: Elektrolytkondensatoren

Montieren Sie folgende Elektrolytkondensatoren:

• C5…C8: 22µF 50V radialer Elektrolytkondensator
• C9, C10: 100µF 25V Radialkondensator
• Biegen Sie die Leitungen um 90 Grad und montieren Sie die Kondensatoren bündig auf der Platine. Achten Sie auf die Polarität. Ich weiß, dass ich dich mit dieser Polarität schon ärgere, aber es ist sehr wichtig.

Es wird empfohlen C6, C7 und C8 von der Bestückungsseite her zu verlöten und die Leitungen auf der Lötseite so kurz wie möglich zu kürzen, da sie über dem Metallschirm des Arduino USB Steckers liegen

Schritt 7: Keramikkondensatoren

Es ist kein Problem, eine andere Form zu verwenden, es ist wichtig, dass der Wert und das Material für diese Kondensatoren gleich sind.

Montieren Sie folgende Keramikkondensatoren:

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

Bitte beachten Sie, dass die Werte von C1…C3 etwas kritisch sind, da C1 zusammen mit R5 die Betriebsfrequenz des Spannungsverdreifachers und C2, C3 den Heizstrom für die VFD-Röhren definiert.

(*) Halterung 8n2 für IV-3 und IV-3a Röhren, Halterung 22nF für IV-6 Röhren.

Schritt 8: 10K Widerstände

Montieren Sie die 10 Kiloohm Widerstände (braun – schwarz – orange – gold)

R6…R18

Montieren Sie sie vertikal wie im Bild.

Schritt 9: 68K Widerstände

Montieren Sie die 68 Kiloohm Widerstände (blau-grau – orange-gold)

R19…R30

Montieren Sie sie vertikal wie im Bild.

Schritt 10: 220K Widerstände

Montieren Sie die 220-Kilo-Ohm-Widerstände (rot – rot – gelb – gold)

R43…R54

Montieren Sie sie vertikal wie im Bild.

Schritt 11: 100K Widerstände

Montieren Sie die 100 Kiloohm Widerstände (braun – schwarz – gelb – gold)

R31…R42

Montieren Sie sie vertikal wie im Bild.

Schritt 12: Verbleibende Widerstände

Montieren Sie die restlichen Widerstände:

• R1: 510 Ohm (grün – braun – braun – gold)
• R2, R3: 1 Kiloohm (braun – schwarz – rot – gold). Möglicherweise müssen Sie den Wert abhängig von den Röhren-Hintergrundbeleuchtungs-LEDs anpassen, die Sie verwenden möchten.
• R4: 2,7 Kiloohm (Rot – Violett – Rot – Gold)
• R5: 3,9 Kiloohm (orange – weiß – rot – gold)

Schritt 13: Arduino-Header

Montieren Sie die stapelbaren Arduino-Header. Die Header werden nicht wirklich verwendet, um andere Arduino-Shields auf diesem Shield zu stapeln, aber sie helfen, die Montagehöhe mehrerer Komponenten und der VFD-Röhren zu bestimmen.

Schieben Sie die Header durch die Platine und stecken Sie sie in Ihr Arduino. Auf den Kopf stellen und 1-2 Pins für jeden Stecker anlöten. Der Steckerabstand wird also korrekt sein. Entfernen Sie die Abschirmung vom Arduino und löten Sie die restlichen Pins.

Schritt 14: Leistungstransistoren

Montieren Sie folgende Transistoren:

• T26: BC639
• T27: BC640

Ersetzen Sie diese Transistoren nicht durch Standardtypen. Montieren Sie sie so, dass die Oberseite ihrer Gehäuse niedriger ist als die Arduino-Header.

Stecken Sie IC1 ICM7555 (*) in seine Buchse und stecken Sie das Schild in einen Arduino und legen Sie Strom an. Die zwischen der Kathode von D5 und der Arduino-Masse gemessene Spannung sollte etwa 32…34 V betragen. Ich habe das nicht getan, weil ich mir sicher bin, aber du tust es besser.

Verwenden Sie eine CMOS-Version (ICM7555, TLC555, LMC555, …), verwenden Sie keinen Standard 555 Timer

Schritt 15: NPN-Transistoren

Montieren Sie die BC547B-Transistoren

T1 … T13

Montieren Sie sie so, dass die Oberseite ihrer Gehäuse unter den Arduino-Headern bleibt (oder bündig mit ihnen ist).

Schritt 16: PNP-Transistoren

Montieren Sie die BC557B-Transistoren

T14 … T25

Montieren Sie sie so, dass die Oberseite ihrer Gehäuse unter den Arduino-Headern bleibt (oder bündig mit ihnen ist).

Schritt 17: Röhren-Hintergrundbeleuchtungs-LEDs (optional)

Sie können 3-mm-Standard-LEDs in jeder Farbe für die Hintergrundbeleuchtung von Röhren verwenden, sogar RGB-Farbfading-LEDs.

Biegen Sie die Leitungen der LEDs so, dass die LEDs in die 3 mm Löcher unter den VFD-Röhren passen, und löten Sie sie dann an die Platine. Achten Sie auf die Polarität. Das kurze Kabel der LED (Kathode) wird auf das Pad gelötet, das der LED-Namens-Siebdruckmarkierung (D6 … D9) am nächsten liegt.

Es kann notwendig sein, die Kabel von D9 zu isolieren, um zu vermeiden, dass sie den ISP-Anschluss des Arduino berühren.

Die LEDs sind mit einem PWM-Ausgang des Arduino verbunden und können über die Software gedimmt werden. Dies funktioniert jedoch nicht richtig, wenn Sie RGB-Farbfading-LEDs verwenden.

Wenn es für Sie einfacher ist, können Sie die LEDs auch nach dem Einlöten der VFD-Röhren montieren. Durch die Montagetechnik können die LEDs auch nachträglich problemlos ausgetauscht werden, wenn Sie sich für eine andere Hintergrundbeleuchtungsfarbe entscheiden.

Schritt 18: VFD-Rohrmontage

Dies ist einer der wichtigsten Schritte beim Aufbau Ihres Schildes

Führen Sie die Rohrdrähte vorsichtig durch die entsprechenden Löcher auf der Platine. Stellen Sie sicher, dass die kurze Leitung an den Rohren ohne Lötpad durch das Loch geht.

Jetzt sollten die Ziffern zur Vorderseite der Platine zeigen.

Wenn Sie Schwierigkeiten haben, die Drähte der Rohre durch die Löcher zu bringen, können Sie sie als "Spirale" schneiden, damit Sie jeweils 1 Draht durch die Löcher bewegen können. Achten Sie darauf, dass der kürzeste Draht nicht zu kurz ist, da wir die Rohre mit etwas Abstand von der Platine montieren.

Sobald die Rohre an Ort und Stelle sind, richten Sie sie mehr oder weniger von Hand aus. Die Unterseite der Rohre sollte sich etwa 1-2 mm unter der Oberseite der stapelbaren Arduino-Stiftleisten befinden.

Wenn Sie das optionale Acrylgehäuse verwenden, können Sie die obere und untere Platte als Ausrichtungswerkzeug verwenden.

Löten Sie zwei Leitungen jedes Rohres auf die Platine. Danach können Sie die Rohrausrichtung durch erneutes Erhitzen der Lötstellen noch anpassen.

Wenn Sie mit der Rohrausrichtung zufrieden sind, können Sie abschließend die restlichen Rohrdrähte anlöten und die überschüssigen Leitungen mit einem kleinen Drahtschneider abschneiden.

Versuchen Sie nicht, die Ausrichtung eines Rohres nach dem Einlöten zu ändern, da dies mechanische Spannungen verursachen und zu einem defekten Rohr führen kann

Schritt 19: Abschlusstest

Schließlich der Test… Laden Sie die Demo-Skizze auf den Arduino hoch und trennen Sie den Arduino vom USB-Anschluss des Computers.

Stecken Sie das fertige VFD-Schild auf den Arduino. Stellen Sie sicher, dass kein Metallteil des Arduino die Lötstellen des VFD-Schildes berührt.

Schließen Sie das 12-V-DC-Netzteil an den Arduino-Stromanschluss an und schalten Sie das Gerät ein.

Nach einigen Sekunden sollten die VFD-Röhren in einer Endlosschleife von 0 bis 9 zählen. Die Dezimaltrennpunkte der VFD-Röhren sollen einen binären 4-Bit-Zähler bilden.

Die Hintergrundbeleuchtung der Röhre sollte alle paar Sekunden gedimmt und wieder eingeschaltet werden.

Überprüfen Sie die Röhrenfilamentdrähte sorgfältig. Sie sollten sehr schwach mit einer tiefroten Farbe leuchten. Wenn sie zu stark leuchten, verringern Sie die Werte von C2 und C3. Wenn das Filament hingegen kaum leuchtet und die Ziffern zu dunkel sind, können Sie experimentieren, indem Sie die Werte für C2 und C3 erhöhen.

Schritt 20: Acrylgehäuse (optional)

Die ersten 2 Dateien sind CAD-Dateien. Ich empfehle Ihnen, "Enclosure for Shield User Manual for on screen view.pdf" zu öffnen und die Schritte für das Acrylic-Gehäuse von dort aus anzusehen.

Schritt 21: Software

Jede Bibliothek, die Sie benötigen, befindet sich in den Kommentaren am Anfang jeder Skizze.

Direkter Zugang

Bietet direkten Zugriff auf die Röhren und LEDs. Sie können einzelne Segmente und Punkte in den Röhren ein- und ausschalten und einen PWM-Arbeitszyklus zum Aufleuchten der LEDs steuern.

Gewöhnliche Uhr

Nur eine Uhr, die über einen seriellen Monitor eingerichtet wird und nichts Besonderes, aber nach etwa 1 Tag ist die Uhr mit etwa 1 Minute zurück

Intelligente Uhr

• Unterstützung für optionale batteriegepufferte DS1307 RTC hinzugefügt.
• Unterstützung hinzugefügt, um nur mit esp8266 bis RX und TX zu arbeiten
• Anzeige der Temperatur in Grad Celsius hinzugefügt, wenn ein 1-Wire-Sensor angeschlossen ist. Die Skizze unterstützt DS18B20, DS18S20 und DS1822. Die Temperatur wird jede Minute angezeigt.

Damit der esp8266 mit der Uhr funktioniert, müssen Sie den ESP flashen und eine spezielle Bridge erstellen, die hier gezeigt wird, wie Sie in den Deep-Sleep-Modus versetzen, um Strom zu sparen. Außerdem müssen die WIFI-Anmeldeinformationen und die Zeitzone aus dem Code auf dem esp eingerichtet werden. Wenn Sie keine Erfahrung mit esp8266 haben, lesen Sie hier, um mehr über die Installation des Boards in der Arduino IDE zu erfahren.

Thermometer

Funktioniert mit 1-Wire-Temperatursensoren. Das Programm unterstützt DS1820 (unterschiedliche Verkabelung, im Internet danach suchen), DS18B20, DS18S20 und DS1822.

Voltmeter

Dieses Programm zeigt die an Pin A5 gemessene Spannung an.

Demonstration

Beispielanimation von Röhren, PWM-Animation von LEDs.