Štít pro Arduino ze starých ruských VFD trubek: hodiny, teploměr, voltmetr : 21 kroků (s obrázky)

2025 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2025-01-23 14:38

Dokončení tohoto projektu trvalo téměř půl roku. Nedokážu popsat, kolik práce bylo věnováno tomuto projektu. Samotné provedení tohoto projektu by mi trvalo věčnost, takže jsem měl pomoc od svých přátel. Zde můžete vidět naši práci sestavenou v jednom velmi dlouhém instruktážním programu.

Vlastnosti tohoto projektu:

• Kompatibilní pouze s deskami Arduino UNO
• Pohání čtyři VFD elektronky IV-3/ IV-3a/ IV-6. Tyto trubice jsou velmi energeticky účinné, dokonce jsou účinnější než Nixie a vypadají docela cool. Energetická účinnost se téměř rovná matici LED. Myslím, že vypadají lépe než nixie.
• Napájení 12V DC + 5V DC přes desku Arduino; je vyžadován stabilizovaný zdroj 12V
• Návrh skříně (soubory CAD) volitelný
• možné aplikace: hodiny, teploměr, voltmetr, čítač, výsledková tabule,…
• k dispozici je několik příkladů skic Arduino

Vím, že text v tomto pokynu je velmi dlouhý, ale zkuste si přečíst a sledovat každý text a fotografii zde. Některé fotky nejsou skvělé, ale to je vše, co mohu udělat. Vím, že nejsem nejlepší fotograf.

Tento projekt byl původně zveřejněn v axiris, ale upravil jsem a vysvětlil spoustu malých věcí, bez nich se budete ptát, co se stalo.

Zásoby

Můžete vidět počet všech dílů, ale doporučuji vám vytisknout si seznam dílů.pdf a použít jej pro nákupní seznam a později pro pájení dílů na desce plošných spojů. Koupil jsem vše z místních obchodů nebo jsem to odpojil z nefunkčních zařízení, ale pokud nemůžete dělat stejně jako já, můžete si díly objednat z Aliexpress nebo Amazon nebo z jiného obchodu.

Rezistory z uhlíkových filmů 1/4W 5% Aliexpress link, který má každý odpor, který budete v tomto seznamu potřebovat

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

Keramické/ MKT/ MKM kondenzátory

• 1x Aliexpress odkaz 2,2 nF (222)
• 2x 8,2 nF (822) Aliexpress link pro IV-3 / IV-3a nebo 2x 22nF (223) pro IV-6 Aliexpress link
• 1x 100 nF (104) odkaz na Aliexpress

Elektrolytické polovodiče

• 4x 22 μF 50V radiální odkaz Aliexpress
• 2x 100 μF 25V radiální odkaz Aliexpress

Diskrétní polovodiče

• 1x usměrňovací dioda Aliexpress 1N400x
• 4x schottky dioda Aliexpress 1N5819
• 4x LED 3mm (volte barvu libovolně) Aliexpress link
• 13x BC547B NPN tranzistor Aliexpress link
• 12x BC557B PNP tranzistor Aliexpress link
• 1x BC639 NPN „výkonový“tranzistor Aliexpress link
• 1x BC640 PNP „výkonový“tranzistor Aliexpress link

Integrované obvody

ICM7555 časovač IC (musí být ve verzi CMOS, nepoužívejte standardní 555!) Aliexpress odkaz

Konektory a různé součásti

• 2x stohovatelný záhlaví - rozteč 2,54 mm /.1” - 8 pólů Aliexpress link
• 1x stohovatelný záhlaví - rozteč 2,54 mm /.1” - 6 pólů Aliexpress link
• 1x stohovatelná hlavička - rozteč 2,54 mm /.1” - 10 pólů Aliexpress link
• 4x trubka Aliexpress VFD IV-3 nebo IV-3a nebo IV-6 VFD
• PCB PCBWay propojení

Pokud chcete vyrobit hodiny, můžete použít volitelný RTC DS1307 s baterií, ale pokud chcete, aby byl chytrý, použijte esp8266. Můžete použít velký esp8266 nebo malý esp8266-01, ale doporučuji použít malý, aby hodiny vypadaly lépe. Pokud to chcete udělat ještě chytřejším, spojte esp8266 s 1-Wire senzorem. Skica podporuje DS1820, DS18B20, DS18S20 a DS1822. Teplota se zobrazuje každou minutu.

Pokud máte nějaké dotazy k tomuto projektu, napište mi. Pokusím se odpovědět na vaše otázky co nejrychleji

Krok 1: Přehled projektu

Tento štít Arduino je schopen pohánět 4x ruské sedmisegmentové VFD elektronky IV-3, IV-3a nebo IV-6. 4x 3mm LED diody zajišťují osvětlení trubek. Konstrukce je zcela založena na součástech s průchozími otvory, nebyly použity žádné součásti SMD. DPS jako takovou může snadno sestavit kdokoli, kdo má nějaké zkušenosti s pájením. Také použité komponenty jsou levné a snadno dostupné. Protože byl tento projekt navržen jako více vzdělávací a snadno sestavitelný projekt, není to nejlepší možné řešení pro řízení těchto VFD elektronek z technického hlediska. Místo tranzistorů BC547 a BC557 jsme mohli použít zdrojové ovladače A2982W, nebo jsme mohli vyměnit tranzistory za IC ovladač zdroje vysokého napětí Supertex s vnitřním posuvným registrem. Bohužel v balíčcích SMD může být obtížné je získat a přicházet velmi často.

Krok 2: Pokyny pro montáž

Tato instruktabilní deska plošných spojů je určena pro někoho, kdo má pokročilé zkušenosti s montáží elektroniky. Pokud se domníváte, že je to pro vaši úroveň dovedností příliš složité, nepokoušejte se jej sestavit nebo požádejte přítele, aby vám jej vyrobil.

Udělejte si čas - dokončení této sady by mělo trvat 2–3 hodiny, pokud není přerušeno nebo déle. Vyrábím to méně než 2 hodiny, ale mám více než 2 roky každodenních zkušeností s pájením.

Zajistěte, aby byl váš pracovní prostor dobře osvětlený (preferováno denní světlo), čistý a uklizený.

Sestavte desku v pořadí, jak je uvedeno v zde uvedených pokynech - přečtěte si a pochopte každý krok před provedením každé operace. Protože po chybě téměř není cesty zpět.

Předpokládá se, že rozumíte tomu, že polovodiče (diody, integrované obvody, tranzistory) nebo elektrolytické kondenzátory jsou polarizované součásti. Příslušná označení jsou na desce plošných spojů stíněna sítotiskem a jsou uvedena na schématu desky.

K montáži desky plošných spojů budou zapotřebí následující nástroje a materiály:

• Kvalitní páječka (25-40W) s malou špičkou (1-2 mm)
• Drátový řezač a kleště
• Základní multimetr pro zkoušky napětí a pro identifikaci rezistorů.
• Lupa pro čtení značení malých zařízení je často užitečná.
• Pájka - upřednostňuje se pájka olovo/cín. Bezolovnatá pájka, jak je nyní požadováno pro použití v komerčních produktech v Evropě, má mnohem vyšší bod tání a lze s ní velmi obtížně pracovat. Nepoužívejte žádné tavidlo ani mazivo.
• Odpájecí knot (oplet) může být užitečný, pokud omylem vytvoříte pájecí můstky mezi sousedními pájecími spoji.

Zdroj napájení

VFD štít IV-3/IV-3a/IV-6 VFD vyžaduje, aby byl Arduino napájen ze zdroje 12 V DC, aby správně fungoval. Používejte pouze regulovaný spínaný napájecí adaptér schopný dodávat 12 V DC / 300 mA.

Nepoužívejte neregulovaný nástěnný adaptér „ve stylu transformátoru“. Ty snadno dodávají více než 16 V při mírném zatížení a způsobí poškození štítu VFD IV-3, protože napájecí napětí 12 V je velmi důležité. Musíte být velmi opatrní, abyste nepřevrátili polaritu napájecího zdroje, jinak riskujete, že zabijete Arduino, VFD štít, napájecí zdroj a případně založíte oheň nebo zasáhnete elektrický proud

Před připojením stínění IV-3 dejte na kovový štít USB konektoru vašeho Arduina izolační pásku, aby se pájené spoje nedotýkaly kovu a nebyly zkratovány

Krok 3: Přehled plošných spojů a schéma zapojení

DPS si můžete objednat u PCBWay. Pokud jste nový uživatel, POUŽIJTE TENTO ODKAZ A ZÍSKEJTE 5 $ ZDARMA PO REGISTRACI, poté bude prvních 5 DPS zdarma a budete muset zaplatit pouze za doručení, které je u čínské letecké pošty přibližně 6 USD. Jak vidíte na poslední fotografii, štít má stejnou velikost jako moje debetní karta od Revolutu. Fotografie zde zobrazené pro některé lidi mohou vypadat, jako by se pokoušely číst čínsky.

Krok 4: Sestavení

Nakonec jsme se dostali k postupu montáže … V následujících krocích 5-19 se chystáme sestavit desku plošných spojů krok za krokem. Může být užitečné mít přehled o desce plošných spojů a schéma zapojení při montáži po ruce tak, že ji vytisknete nebo ponecháte na počítači při pájení. Po každém kroku pečlivě porovnejte desku plošných spojů s obrázky zde a zkontrolujte chyby a chyby pájky.

Krok 5: Diody a zásuvka IC

Namontujte následující diody:

• D1: 1N400x nebo ekvivalent
• D2… D5: 1N5819 schottky dioda

Sledujte polaritu a dávejte pozor, abyste namontovali správnou diodu na správné místo

Pájejte D2 a D3 ze strany součástky a odstřihněte vodiče na straně pájky co nejkratší, protože jsou umístěny nad kovovým stíněním USB konektoru Arduina.

Namontujte 8pólovou zásuvku IC pro IC1. V této fázi neumísťujte IC1 do zásuvky.

Krok 6: Elektrolytické kondenzátory

Namontujte následující elektrolytické kondenzátory:

• C5… C8: radiální elektrolytický kondenzátor 22 µF 50 V
• C9, C10: radiální kondenzátor 100 µF 25V
• Ohněte vodiče o 90 stupňů a namontujte kondenzátory v jedné rovině s deskou plošných spojů. Sledujte polaritu. Vím, že vás už otravuji s tou polaritou, ale je to velmi důležité.

Doporučuje se pájet C6, C7 a C8 ze strany součástky a ořezat vodiče na pájecí straně co nejkratší, protože jsou umístěny nad kovovým štítem USB konektoru Arduino

Krok 7: Keramické kondenzátory

Není problém použít jiný tvar, důležité je mít stejnou hodnotu a materiál pro tyto kondenzátory.

Namontujte následující keramické kondenzátory:

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

Všimněte si prosím, že hodnoty C1… C3 jsou poněkud kritické, protože C1 definuje společně s R5 pracovní frekvenci tripleru napětí a C2, C3 definují proud vlákna pro VFD elektronky.

(*) pro trubice IV-3 a IV-3a namontujte 8n2, pro trubice IV-6 namontujte 22nF.

Krok 8: 10K odpory

Namontujte odpory 10 kiloohmů (hnědá-černá-oranžová-zlatá)

R6… R18

Namontujte je svisle jako na obrázku.

Krok 9: Rezistory 68K

Namontujte odpory 68 kiloohmů (modro-šedá-oranžovo-zlatá)

R19… R30

Namontujte je svisle jako na obrázku.

Krok 10: Rezistory 220K

Namontujte odpory 220 kiloohmů (červená-červená-žlutá-zlatá)

R43… R54

Namontujte je svisle jako na obrázku.

Krok 11: Rezistory 100K

Namontujte odpory 100 kiloohmů (hnědá-černá-žlutá-zlatá)

R31… R42

Namontujte je svisle jako na obrázku.

Krok 12: Zbývající odpory

Namontujte zbývající odpory:

• R1: 510 ohmů (zelená - hnědá - hnědá - zlatá)
• R2, R3: 1 kiloohm (hnědá-černá-červená-zlatá). Možná budete muset upravit hodnotu v závislosti na LED diodách podsvícení trubice, které plánujete použít.
• R4: 2,7 kiloohmu (červená-fialová-červená-zlatá)
• R5: 3,9 kiloohmu (oranžová-bílá-červená-zlatá)

Krok 13: Záhlaví Arduino

Namontujte stohovatelné záhlaví Arduino. Záhlaví ve skutečnosti nebudou použity ke stohování dalších štítů Arduino na tento štít, ale pomáhají určit montážní výšku několika komponent a VFD trubek.

Zasuňte záhlaví přes desku plošných spojů a zapojte je do Arduina. Otočte dnem vzhůru a připájejte 1–2 piny pro každý konektor. Rozteč konektorů bude tedy správná. Odstraňte štít z Arduina a pájejte zbývající kolíky.

Krok 14: Výkonové tranzistory

Namontujte následující tranzistory:

• T26: BC639
• T27: BC640

Nenahrazujte tyto tranzistory standardními typy. Namontujte je tak, aby horní část jejich pouzder byla nižší než hlavičky Arduino.

Vložte IC1 ICM7555 (*) do jeho zásuvky a zapojte štít do Arduina a připojte napájení. Napětí měřené mezi katodou D5 a zemí Arduino by mělo být kolem 32… 34V. Neudělal jsem to, protože jsem si jistý, ale radši to udělej.

Použijte verzi CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), nepoužívejte standardní časovač 555

Krok 15: NPN tranzistory

Namontujte tranzistory BC547B

T1… T13

Namontujte je tak, aby horní část jejich pouzder zůstala pod (nebo byla v jedné rovině) se záhlavími Arduino.

Krok 16: PNP tranzistory

Namontujte tranzistory BC557B

T14… T25

Namontujte je tak, aby horní část jejich pouzder zůstala pod (nebo byla v jedné rovině) se záhlavími Arduino.

Krok 17: LED podsvícení trubice (volitelně)

Pro účely podsvícení trubice můžete použít 3 mm standardní LED diody v jakékoli barvě, dokonce i LED s blednoucími barvami RGB.

Ohněte vodiče LED tak, aby se LED diody vešly do otvorů 3 mm pod trubicemi VFD, a poté je připájejte k desce plošných spojů. Dávejte pozor na polaritu. Krátký vodič LED (katody) je připájen k podložce nejblíže k označení názvu LED na sítotisku (D6… D9).

Může být nutné izolovat vývody D9, aby se nedotkly konektoru ISP na Arduinu.

LED diody jsou připojeny k výstupu PWM na Arduinu a lze je pomocí softwaru ztlumit. To však nebude fungovat správně, pokud použijete LED diody s blednoucími barvami RGB.

Pokud je to pro vás jednodušší, je také možné namontovat LED diody poté, co jsou VFD trubice připájeny na místo. Díky montážní technice je také snadné vyměnit LED diody později, pokud se rozhodnete, že byste chtěli jinou barvu podsvícení.

Krok 18: Montáž trubice VFD

Toto je jeden z nejdůležitějších kroků při stavbě štítu

Jemně veďte vodiče trubek příslušnými otvory na desce plošných spojů. Zajistěte, aby krátký kabel na trubkách procházel otvorem bez pájecí podložky.

Číslice by nyní měly směřovat k přední straně desky plošných spojů.

Pokud máte potíže s protahováním vodičů trubek skrz otvory, můžete je nastříhat jako „spirálu“, takže otvory můžete pohybovat vždy po 1 drátu. Dávejte pozor, aby nejkratší vodič nebyl příliš krátký, protože budeme montovat trubky v určité vzdálenosti od desky plošných spojů.

Jakmile jsou zkumavky na místě, vyrovnejte je víceméně ručně. Spodní část trubek by měla být přibližně 1-2 mm pod horní částí stohovatelných hlaviček Arduino.

Pokud používáte volitelný akrylový kryt, můžete použít horní a spodní desku jako nástroj pro zarovnání.

Připájejte dva vývody každé trubice k desce plošných spojů. Jakmile to bude hotové, můžete stále upravit zarovnání trubek opětovným zahřátím pájecích spojů.

Pokud jste se zarovnáním trubek spokojeni, můžete zbývající trubičkové dráty nakonec pájet na místě a přebytečné vodiče oříznout malou řezačkou drátu.

Nepokoušejte se změnit zarovnání trubice poté, co je připájena na místě, protože to může způsobit mechanické namáhání a vést k vadné trubce

Krok 19: Závěrečný test

Konečně test… Nahrajte demo náčrtek na Arduino a odpojte Arduino od USB portu počítače.

Hotový štít VFD zapojte na Arduino. Ujistěte se, že se žádná kovová část Arduina nedotýká pájecích spojů štítu VFD.

Připojte napájecí adaptér 12 V DC k napájecímu konektoru Arduino a zapněte napájení.

Po několika sekundách by VFD zkumavky měly začít počítat od 0 do 9 v nekonečné smyčce. Body oddělovače desetinných míst zkumavek VFD by měly tvořit binární 4bitové čítače.

Podsvícení trubice by se mělo každých několik sekund ztlumit a znovu zapnout.

Pečlivě zkontrolujte dráty vláken trubice. Měly by velmi slabě zářit sytě červenou barvou. Pokud příliš září, snižte hodnoty C2 a C3. Na druhou stranu, pokud vlákno sotva září a číslice jsou příliš slabé, můžete experimentovat zvýšením hodnot pro C2 a C3.

Krok 20: Akrylová skříň (volitelně)

První 2 soubory jsou soubory CAD. Doporučuji vám otevřít si „Uživatelskou příručku skříně pro štít pro prohlížení na obrazovce.pdf“a odtud sledovat kroky pro akrylové pouzdro.

Krok 21: Software

Každá knihovna, kterou budete potřebovat, je v komentářích na začátku každého náčrtu.

Přímý přístup

Poskytuje přímý přístup k elektronkám a LED diodám. Můžete zapínat a vypínat jednotlivé segmenty a body v trubkách a ovládat pracovní cyklus PWM pro osvětlení LED diod.

Obyčejné hodiny

Jen hodiny, které jsou nastaveny přes sériový monitor a nic moc efektního, ale asi po 1 dni jsou hodiny zpět s přibližně 1 minutou

Chytré hodiny

• Přidána podpora pro volitelný DS1307 RTC s baterií.
• Přidána podpora pro práci pouze s esp8266 přes RX a TX
• Přidáno zobrazení teploty ve stupních Celsia, když je připojen 1vodičový senzor. Skica podporuje DS18B20, DS18S20 a DS1822. Teplota se zobrazuje každou minutu.

Aby esp8266 fungoval s hodinami, budete muset bliknout esp a zde vytvořit speciální můstek, jak přepnout do režimu hlubokého spánku, abyste šetřili energii. Také bude nutné nastavit pověření WIFI a časové pásmo z kódu na esp. Pokud nemáte zkušenosti s esp8266, přečtěte si zde a dozvíte se více o instalaci desky v Arduino IDE.

Teploměr

Funguje s 1-Wire teplotními senzory. Program podporuje DS1820 (různé kabely, zkontrolujte si to na internetu), DS18B20, DS18S20 a DS1822.

Voltmetr

Tento program zobrazuje napětí naměřené na pinu A5.

Demonstrace

Ukázka animace elektronek, PWM animace LED.