Rádio SteamPunk: 10 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:21

Projekt: SteamPunk Radio

Datum: květen 2019 - srpen 2019

PŘEHLED

Tento projekt je bezpochyby nejsložitější, kterou jsem provedl, se šestnácti elektronkami IV-11 VFD, dvěma kartami Arduino Mega, deseti LED neonovými světelnými obvody, servem, elektromagnetem, dvěma IC čipy MAX6921AWI, pěti stejnosměrnými napájecími zdroji, vysokonapěťovým napájením napájení, dva měřiče stejnosměrného napětí, měřič stejnosměrného zesilovače, stereofonní rádio FM, zesilovač výkonu 3 W, obrazovka LCD a klávesnice. Kromě výše uvedeného seznamu dílů se musely od nuly vyvinout dva softwarové programy a nakonec stavba celého rádia vyžadovala zhruba 200 hodin práce.

Rozhodl jsem se zahrnout tento projekt na web Instructables, přičemž neočekávám, že členové budou tento projekt reprodukovat jako celek, ale spíše si vyberou prvky, které je zajímají. Dvě oblasti zvláštního zájmu členů lokality mohou být ovládání 16 elektronek VDF IV IV-11 pomocí dvou čipů MAX6921AWI a souvisejícího zapojení a komunikace mezi dvěma kartami Mega 2650.

Různé komponenty zahrnuté do tohoto projektu byly získány lokálně, kromě elektronek IV-11 a čipů MAX6921AWI, které byly získány na EBay. Chtěl jsem přivést zpět k životu různé předměty, které by jinak roky ležely v krabicích. Všechny ventily HF byly získány s tím, že všechny jednotky selhaly.

Krok 1: SEZNAM DÍLŮ

1. 2 x Arduino Mega 2560 R3

2. Rádio FM RDA5807M

3. PAM8403 3W zesilovač

4. 2 x 20W reproduktory

5. Di-pole FM Ariel

6. 16 zkumavek VDF X X IV-11

7. 2 x IC čip MAX6921AWI

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

9. 2 x XL6009 400KHz Automatic Buck modul

10. 1kanálový modul, 5V nízkoúrovňový spoušť pro Arduino ARM PIC AVR DSP

11. 2kanálový 5V 2kanálový štít modulu pro Arduino ARM PIC AVR DSP

12. Elektromagnetický zvedací elektromagnet 2,5 kg/25N, elektromagnetický přísavný elektromagnet DC 6V

13. 4fázový krokový motor může být poháněn čipem ULN2003

14. 20*4 LCD 20X4 5V Modrý displej LCD2004 LCD modul

15. Modul sériového rozhraní IIC/I2C

16. 6 x Bits 7 X WS2812 5050 RGB LED Ring Lamp Light with Integrated Drivers Neo Pixel

17. 3 x LED kroužek 12 x WS2812 5050 RGB LED s integrovanými ovladači Neo Pixel

18. 2 x LED kroužek 16 x WS2812 5050 RGB LED s integrovanými ovladači Neo Pixel

19. LED pásek Flexibilní RGB 5m délka

20. 12 Klávesnice s přepínačem membránových kláves 4 x 3 maticová maticová klávesnice Přepínací klávesnice

21. Digitální barometrický snímač nadmořské výšky BMP280 3,3 V nebo 5 V pro Arduino

22. Modul DS3231 AT24C32 IIC Přesný hodinový modul RTC v reálném čase

23. 2 x rýhovaný hřídel lineární rotační potenciometr 50K

24. 12V 1 A napájecí adaptér

Krok 2: VDF TUBES IV-11 A IC ČIP MAX6921AWI

Využití čipu MAX6921AWI v tomto projektu navazuje na můj předchozí projekt Budík. Každá sada osmi elektronek IV-11 je ovládána pomocí jediného čipu MAX6921AWI pomocí multiplexní metody ovládání. Dva připojené soubory PDF ukazují zapojení sady osmi trubek a způsob, jakým je čip MAX6921AWI zapojen do sady trubic a naopak zapojen do Arduino Mega 2560. K zajištění toho, aby segment a Vedení síťového napětí jsou udržována odděleně. Je velmi důležité identifikovat výstupy elektronky, viz přiložený dokument PDF. Patří sem 1,5V ohřívací kolíky 1 a 11, 24V anodový kolík (2) a nakonec osmi segmentové a „dp“piny, 3 - 10. V tomto případě čas, také stojí za to vyzkoušet každý segment a „dp“pomocí jednoduchého testovacího zařízení, než začnete zapojovat sadu trubic. Každý trubkový kolík je zapojen do série s dalším v řadě trubek až do poslední trubice, kde je přidáno další zapojení, které umožňuje vzdálené připojení k čipu MAX6921AWI. Stejný postup pokračuje pro dva kolíky 1 a 11 napájecích vedení topení. Pro každý z 11 řádků jsem použil barevný drát, když mi došly barvy, začal jsem znovu barevnou sekvenci, ale kolem každého konce drátu jsem přidal černý pruh pomocí smršťování. Výjimka z výše uvedené sekvence zapojení je pro pin 2, 24-anodový zdroj, který má individuální vodič zapojený mezi pin 2 a anodové výkonové výstupy na čipu MAX6921. Podrobnosti o čipu a jeho připojení naleznete v přiloženém PDF. Nelze příliš zdůraznit, že v žádném okamžiku provozu čipu by se čip neměl zahřát, zahřát po několika hodinách použít ano, ale nikdy ne horký. Schéma zapojení čipu ukazuje tři připojení k Mega, kolíky 27, 16 a 15, napájení 3,5V-5V z Mega pinu 27, jeho GND do Mega pinu 14 a 24V napájecího pinu1. Nikdy nepřekračujte 5V napájení a udržujte rozsah anodového výkonu maximálně mezi 24V a 30V. Než budete pokračovat, vyzkoušejte každý vodič mezi nejvíce vzdálenými body testerem spojitosti.

Použil jsem AWI verzi tohoto čipu, protože to byl nejmenší formát, se kterým jsem byl ochoten pracovat. Výroba čipu a jeho nosiče začíná dvěma sadami 14 kolíků PCB umístěných na desce chleba, přičemž nosič čipů je umístěn nad kolíky pinem 1 vlevo nahoře. Pomocí tavidla a pájky připájejte kolíky a „pocínujte“každý z 28 chráničů nožiček. Po dokončení umístěte čip nosiče čipu s velkou péčí o zarovnání nohou čipu s podložkami a zajistěte, aby zářez v čipu směřoval ke kolíku 1. Zjistil jsem, že použití kusu lepicí pásky na jedné straně čipu pomohlo stabilizujte čip před pájením. Při pájení zajistěte, aby byl na podložky nohou nanesen tavidlo a páječka byla čistá. Zatlačte obecně dolů na každou nohu čipu, tím se mírně ohne na podložku nohy a měli byste vidět pájku. Opakujte to pro všech 28 nohou, během tohoto procesu byste neměli do pájky přidávat žádnou pájku.

Po dokončení očistěte nosič čipu od tavidla a poté pomocí testeru kontinuity otestujte každou nohu umístěním jedné sondy na nohu čipu a druhou na kolík DPS. Nakonec se vždy ujistěte, že byla před připojením skutečného napájení provedena všechna připojení k nosiči čipu, pokud se čip začne okamžitě zahřívat, vypněte jej a zkontrolujte všechna připojení.

Krok 3: RGB LIGHT ROPE & NEON LIGHT RING

Tento projekt vyžadoval deset světelných prvků, tři světelná lana RGB a sedm světelných prstenců NEON různých velikostí. Pět světelných prstenů NEON bylo zapojeno do série tří prstenů. Tyto typy světelných prstenů jsou velmi univerzální v ovládání a jaké barvy mohou zobrazovat, použil jsem pouze tři primární barvy, které byly buď zapnuté nebo vypnuté. Zapojení se skládalo ze tří vodičů, 5V, GND a ovládacího vedení, které bylo ovládáno přes podřízený Mega, podrobnosti najdete v přiloženém seznamu Arduino „SteampunkRadioV1Slave“. Řádky 14 až 20 jsou důležité zejména pro definovaný počet světelných jednotek, které se musí shodovat s fyzickým číslem, jinak prsten nebude fungovat správně.

Světelná lana RGB vyžadovala konstrukci řídicí jednotky, která od Mega převzala tři řídicí linky, z nichž každá ovládala tři základní barvy, červenou, modrou a zelenou. Řídicí jednotka se skládala z devíti tranzistorů TIP122 N-P-N, viz přiložený datový list TIP122, každý obvod se skládá ze tří tranzistorů TIP122, kde je jedna noha uzemněna, druhá noha je připojena k napájecímu zdroji 12V a střední noha je připojena k ovládací linii Mega. RGB přívod lana se skládá ze čtyř linek, jedné GND linky a tří kontrolních linek, jedné z každé ze tří středních nohou TIP122. To poskytuje tři základní barvy, intenzita světla se ovládá pomocí analogového příkazu pro zápis s hodnotou 0, pro vypnuto a 255 pro maximum.

Krok 4: KOMUNIKACE ARDUINO MEGA 2560

Tento aspekt projektu byl pro mě nový a jako takový vyžadoval základní stavbu distribuční desky IC2 a připojení každého z Mega GND. Distribuční deska IC2 umožňovala připojení dvou karet Mega přes piny 21 a 22, deska sloužila také k připojení LCD obrazovky, senzoru BME280, hodin reálného času a FM rádia. V přiloženém souboru Arduino „SteampunkRadioV1Master“najdete podrobnosti o komunikaci jednoho znaku z jednotky Master do jednotky Slave. Kritické řádky kódu jsou řádek 90, definující druhou Mega jako podřízenou jednotku, řádek 291 je typickým voláním procedury žádosti o podřízenou akci, postup začíná na řádku 718, nakonec na řádku 278, který má vrácenou odpověď z podřízeného postupu, nicméně já se rozhodl tuto funkci plně neimplementovat.

Přiložený soubor „SteampunkRadioV1Slave“podrobně popisuje slave stránku této komunikace, kritické linky jsou linka 57, definuje adresu IC2 slave, řádky 119 a 122 a proceduru „receiveEvent“začínající na 133.

Existuje velmi dobrý článek na You Tube: Arduino IC2 Communications od DroneBot Workshop, který byl velmi nápomocný při porozumění tomuto tématu.

Krok 5: OVLÁDÁNÍ ELEKTROMAGNETU

Novým prvkem v tomto projektu bylo opět použití elektromagnetu. Použil jsem 5V jednotku, ovládanou přes jednokanálové relé. Tato jednotka byla použita k pohybu klávesy Morseovy abecedy a fungovala velmi dobře s krátkými nebo dlouhými impulsy poskytujícími zvuky „tečky“a „pomlčky“, které typická morseovská klávesa vykazuje. Při používání této jednotky však nastal problém, zavedl do obvodu zadní EMF, což mělo za následek reset připojeného Mega. Abych tento problém překonal, přidal jsem paralelně s elektromagnetem diodu, která problém vyřešila, protože zachytí zadní EMF, než ovlivní napájecí obvod.

Krok 6: FM RÁDIO a 3W ZESILOVAČ

Jak naznačuje název projektu, jedná se o rádio a rozhodl jsem se použít modul RDA5807M FM. Zatímco tato jednotka fungovala dobře, její formát vyžaduje velmi velkou péči při připojování vodičů, aby se vytvořila deska plošných spojů. Pájecí jazýčky na této jednotce jsou velmi slabé a odlomí se, což velmi ztěžuje připájení drátu na toto připojení. Přiložený PDF ukazuje zapojení této jednotky, řídicí linky SDA a SDL zajišťují ovládání této jednotky z Mega, vedení VCC vyžaduje 3,5 V, nepřekračujte toto napětí, jinak dojde k poškození jednotky. Řady GND a ANT jsou samozřejmé, řady Lout a Rout napájejí standardní 3,5mm konektor pro sluchátka. Přidal jsem mini FM anténní konektor a dvoupólovou FM anténu a příjem je velmi dobrý. Nechtěl jsem použít sluchátka k poslechu rádia, takže jsem přidal dva 20W reproduktory připojené přes 3W zesilovač PAM8403 se vstupem do zesilovače pomocí stejného 3,5mm konektoru pro sluchátka a komerčního 3,5mm konektoru mezi mužem a mužem. V tomto okamžiku jsem narazil na problém s výstupem z RDA5807M, který zahltil zesilovač a způsobil výrazné zkreslení. Abych tento problém překonal, přidal jsem do každé z kanálových linek dva odpory 1M a 470 ohmů v sérii, což odstranilo zkreslení. U tohoto formátu se mi nepodařilo snížit hlasitost jednotky na 0, ani při nastavení jednotky na 0 nebyl zcela odstraněn veškerý zvuk, proto jsem přidal příkaz „radio.setMute (true)“, když byla hlasitost nastavena na 0 a tím se účinně odstranil veškerý zvuk. Poslední tři zkumavky IV-11 na spodním řádku zkumavek normálně ukazují teplotu a vlhkost, ale pokud je použit ovladač hlasitosti, tento displej se změní tak, aby zobrazoval aktuální hlasitost maximálně 15 a minimálně 0. Toto zobrazení hlasitosti je zobrazeno, dokud systém neaktualizuje horní zkumavky od zobrazení data zpět k zobrazení času, načež se teplota znovu zobrazí.

Krok 7: SERVO CONTROL

K pohybu hodinové jednotky bylo použito 5V servo. Po zakoupení hodinového mechanismu „pouze na díly“a následném sejmutí hlavní pružiny a poloviny mechanismu bylo vše, co zbylo, vyčištěno, naolejováno a poté napájeno pomocí serva připojením ramena servo k jednomu z náhradních originálních hodinových zubů. Kritický kód pro provoz serva lze nalézt v souboru „SteampunRadioV1Slave“počínaje řádkem 294, kde 2048 pulzů vytváří otočení o 360 stupňů.

Krok 8: OBECNÁ KONSTRUKCE

Krabice pocházela ze starého rádia, starý lak odstraněn, přední a zadní odstraněn a poté znovu nalakován. Každému z pěti ventilů byly odstraněny základny a poté byly na horní i spodní stranu připevněny světelné prstence NEON. Nejzadnější dva ventily měly v základně vyvrtáno šestnáct malých otvorů a poté šestnáct LCD světel uzavřených do každého otvoru, každé LCD světlo bylo zapojeno do dalšího v sérii. Veškeré potrubí používalo 15mm měděné potrubí a spoje. Vnitřní přepážky byly vyrobeny z 3mm překližky lakované černou barvou a přední část byla z 3mm čirého Perspexu. Mosazný plech s vylisovanými tvary byl použit k obložení předního Perspexu a vnitřku každé z trubkových pozic IV-11. Tři přední ovládací prvky pro zapnutí/vypnutí, hlasitosti a frekvence používají lineární rotační potenciometry připevněné plastovou trubkou ke dříku šoupátka. Anténa ve tvaru mědi byla vyrobena z 5 mm splétaného měděného drátu, zatímco spirálová cívka kolem dvou nejvyšších ventilů byla vyrobena z 3 mm drátu z nerezové oceli natřeného barvou měděné barvy. Byly vytvořeny tři rozvodné desky, 12V, 5V a 1,5V, a další deska distribuuje připojení IC2. Čtyři stejnosměrné napájecí zdroje, pokud jsou dodávány s napětím 12 V z napájecího adaptéru 12 V, 1 A. Dva napájejí 24 V pro napájení čipů MAX6921AWI IC, jeden poskytuje napájení 5 V pro podporu všech osvětlovacích a pohybových systémů a jeden poskytuje 1,5 V pro dva topné obvody IV-11.

Krok 9: SOFTWARE

Software byl vyvinut ve dvou částech, Master a Slave. Program Master podporuje snímač BME208, hodiny reálného času, dva IC čipy MAX6921AWI a IC2. Program Slave ovládá všechna světla, servo, elektromagnet, ampérmetr a oba voltmetry. Program Master podporuje šestnáct elektronek IV-11, zadní LCD displej a 12 klávesnic. Program Slave podporuje všechny funkce osvětlení, servo, elektromagnet, relé, ampérmetr a oba voltmetry. Byla vyvinuta řada testovacích programů pro testování každé z funkcí před přidáním každé funkce do programů Master nebo Slave. Viz připojené soubory Arduino a podrobnosti o dalších souborech knihovny potřebných k podpoře kódu.

Zahrnout soubory: 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.

Krok 10: RECENZE PROJEKTU

Vývoj tohoto projektu s novými prvky Mega komunikace, elektromagnetu, serva a podpory šestnácti elektronek IV-11 VFD mě bavil. Složitost obvodů byla občas náročná a použití konektorů Dupont čas od času způsobuje problémy s připojením, použití horkého lepidla k zajištění těchto připojení pomáhá omezit náhodné problémy s připojením.