درع لاردوينو من أنابيب VFD الروسية القديمة: ساعة ، مقياس حرارة ، مقياس فولت : 21 خطوة (مع صور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:37

استغرق هذا المشروع ما يقرب من نصف عام لإكماله. لا أستطيع أن أصف مقدار العمل الذي تم إنجازه في هذا المشروع. إن القيام بهذا المشروع بمفردي سيأخذني إلى الأبد لذا حصلت على بعض المساعدة من أصدقائي. هنا يمكنك أن ترى عملنا مجمَّعًا في واحد طويل جدًا قابل للتوجيه.

مميزات هذا المشروع:

• متوافق فقط مع لوحات Arduino UNO
• يقود أربعة أنابيب IV-3 / IV-3a / IV-6 VFD. هذه الأنابيب ذات كفاءة عالية في استهلاك الطاقة ، بل إنها أكثر كفاءة من Nixie ، وتبدو رائعة. كفاءة الطاقة تكاد تكون مساوية لمصفوفة LED. أعتقد أنهم يبدون أفضل من nixie.
• مزود الطاقة 12V DC + 5V DC عبر لوحة Arduino ؛ مطلوب إمداد بجهد 12 فولت مستقر
• تصميم الضميمة (ملفات CAD) اختياري
• التطبيقات الممكنة: الساعة ، مقياس الحرارة ، الفولتميتر ، العداد ، لوحة النتائج ، …
• تتوفر العديد من نماذج Arduino على سبيل المثال

أعلم أن النص في هذا الدليل طويل جدًا ولكن يرجى محاولة قراءة ومشاهدة كل نص وصورة هنا. بعض الصور ليست رائعة ولكن هذا كل ما يمكنني فعله. أعلم أنني لست أفضل مصور.

تم نشر هذا المشروع في الأصل في محور ولكنني قمت بتعديل وشرح الكثير من الأشياء الصغيرة بدونها سوف تسأل نفسك ما الخطأ الذي حدث.

اللوازم

يمكنك رؤية عدد كل جزء ، لكنني أوصيك بطباعة Part List.pdf لاستخدامه في قائمة التسوق ولاحقًا لحام الأجزاء على PCB. لقد اشتريت كل شيء من المتاجر المحلية أو قمت بإزالته من الأجهزة غير العاملة ، ولكن إذا لم تتمكن من القيام بذلك تمامًا كما فعلت ، فيمكنك طلب الأجزاء من Aliexpress أو Amazon أو متجر آخر.

مقاومات فيلم الكربون 1/4 واط 5٪ رابط Aliexpress الذي يحتوي على كل المقاوم الذي ستحتاجه في هذه القائمة

• 1 × 510 أوم
• 2x 1 كيلو Ω
• 1x 2K7 Ω
• 1x 3K9 Ω
• 13x 10 كيلو أوم
• 12x 68 ألف
• 12x 100 ألف أوم
• 12x 220 ألف

مكثفات السيراميك / MKT / MKM

• 1x 2.2 nF (222) رابط Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) رابط Aliexpress لـ IV-3 / IV-3a أو 2x 22nF (223) لرابط IV-6 Aliexpress
• 1x 100 nF (104) رابط Aliexpress

أشباه الموصلات كهربائيا

• 4X 22 μF 50V رابط شعاعي Aliexpress
• 2x 100 μF 25V رابط شعاعي Aliexpress

أشباه الموصلات المنفصلة

• 1x 1N400x مقوم الصمام الثنائي رابط Aliexpress
• 4x 1N5819 رابط شوتكي ديود أليكسبريس
• 4x LED 3mm (اختر اللون بحرية) رابط Aliexpress
• 13x BC547B NPN الترانزستور رابط Aliexpress
• 12x BC557B PNP الترانزستور رابط Aliexpress
• 1x BC639 NPN "الطاقة" رابط Aliexpress الترانزستور
• 1x BC640 PNP الترانزستور "السلطة" رابط Aliexpress

دوائر متكاملة

ICM7555 المؤقت IC (يجب أن يكون إصدار CMOS ، لا تستخدم معيار 555!) رابط Aliexpress

موصلات وأجزاء متنوعة

• 2x رأس قابل للتكديس - تباعد 2.54 مم /.1 "- 8 أقطاب رابط Aliexpress
• 1x رأس قابل للتكديس - تباعد 2.54 مم /.1 "- 6 أقطاب رابط Aliexpress
• 1x رأس قابل للتكديس - تباعد 2.54 مم /.1 "- 10 أقطاب رابط Aliexpress
• 4x IV ‐ 3 أو IV-3a أو IV-6 VFD أنبوب رابط Aliexpress
• وصلة PCB PCBWay

إذا كنت ترغب في إنشاء ساعة ، فيمكنك استخدام RTC DS1307 الاختياري المدعوم بالبطارية ، ولكن إذا كنت ترغب في جعلها ذكية ، فاستخدم esp8266. يمكنك استخدام esp8266 الكبيرة أو esp8266-01 الصغيرة ، لكني أوصي باستخدام الصغير حتى تبدو الساعة أفضل. إذا كنت ترغب في جعله أكثر ذكاءً ، فقم بدمج esp8266 مع مستشعر بسلك واحد. يدعم الرسم DS1820 و DS18B20 و DS18S20 و DS1822. يتم عرض درجة الحرارة كل دقيقة.

إذا كان لديك أي أسئلة حول هذا المشروع ، أرسل لي بريدًا إلكترونيًا. سأحاول الإجابة على أسئلتك في أسرع وقت ممكن

الخطوة 1: نظرة عامة على المشروع

درع Arduino هذا قادر على قيادة أنابيب VFD ذات سبعة مقاطع روسية IV-3 أو IV-3a أو IV-6. توفر مصابيح LED مقاس 4 × 3 مم إضاءة خلفية للأنابيب. يعتمد التصميم بالكامل على مكونات من خلال الفتحة ، ولم يتم استخدام مكونات SMD. على هذا النحو ، يمكن بسهولة تجميع PCB بواسطة أي شخص لديه بعض الخبرة في اللحام. كما أن المكونات المستخدمة رخيصة ومتوفرة بسهولة. نظرًا لأنه تم تصميمه كمشروع تعليمي وسهل البناء ، فإنه ليس أفضل حل ممكن لتشغيل أنابيب VFD هذه من وجهة نظر فنية. بدلاً من الترانزستورات BC547 و BC557 ، كان بإمكاننا استخدام برامج تشغيل مصدر A2982W ، أو كان بإمكاننا استبدال الترانزستورات بمحرك IC ذو مصدر جهد عالٍ Supertex مع سجل تحول داخلي. لسوء الحظ ، قد يكون من الصعب الحصول عليها وتأتي كثيرًا في حزم SMD.

الخطوة 2: تلميحات التجميع

تم تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور القابل للتوجيه هذا لشخص لديه خبرة متقدمة في تجميع الإلكترونيات. إذا كنت تعتقد أن الأمر معقد للغاية بالنسبة لمستوى مهارتك ، فالرجاء عدم محاولة تجميعها أو مطالبة صديق لك بعملها.

خذ وقتك - يجب أن تستغرق هذه المجموعة 2-3 ساعات حتى تكتمل إذا لم يتم قطعها أو أكثر. أقوم بذلك لأقل من ساعتين ، لكن لدي أكثر من عامين من الخبرة اليومية في اللحام.

تأكد من أن منطقة عملك مضاءة جيدًا (يفضل ضوء النهار) ونظيفة ومرتبة.

قم بتجميع اللوحة بالترتيب كما هو مذكور في التعليمات هنا - اقرأ واستوعب كل خطوة قبل إجراء كل عملية. لأنه بعد وقوع الخطأ لا عودة إلى الوراء تقريبًا.

من المفترض أنك تفهم أن أشباه الموصلات (الثنائيات ، الدوائر المتكاملة ، الترانزستورات) أو المكثفات الإلكتروليتية هي مكونات مستقطبة. يتم طباعة العلامات المناسبة على الشاشة الحريرية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتظهر على اللوحة التخطيطية.

ستكون الأدوات والمواد التالية مطلوبة لتجميع ثنائي الفينيل متعدد الكلور:

• مكواة لحام عالية الجودة (25-40 وات) برأس صغير (1-2 مم)
• قاطع الأسلاك والكماشة
• مقياس متعدد أساسي لاختبارات الجهد ولتحديد المقاومات.
• غالبًا ما تكون العدسة المكبرة لقراءة علامات الجهاز الصغيرة مفيدة.
• جندى - يفضل لحام الرصاص / القصدير. اللحام الخالي من الرصاص ، كما هو مطلوب الآن لاستخدامه في المنتجات التجارية في أوروبا ، لديه نقطة انصهار أعلى بكثير ويمكن أن يكون من الصعب جدًا العمل معه. لا تستخدم أي تدفق أو شحم.
• يمكن أن يكون فتيل إزالة اللحام (جديلة) مفيدًا إذا قمت عن طريق الخطأ بإنشاء جسور لحام بين وصلات اللحام المجاورة.

مزود الطاقة

يحتاج درع IV-3 / IV-3a / IV-6 VFD إلى أن يتم تشغيل Arduino من مصدر طاقة 12 فولت تيار مستمر ليعمل بشكل صحيح. استخدم فقط محول طاقة تحويل منظم قادر على توصيل 12 فولت تيار مستمر / 300 مللي أمبير.

لا تستخدم محول حائط غير منظم "من نمط المحول". هذه توفر بسهولة أكثر من 16 فولت مع حمل خفيف وستتسبب في تلف درع IV-3 VFD لأن جهد التغذية 12 فولت أمر بالغ الأهمية. يجب أن تكون حريصًا جدًا على عدم عكس قطبية مصدر الطاقة وإلا فإنك تخاطر بقتل Arduino ودرع VFD ومصدر الطاقة وربما نشوب حريق أو صعق كهربائي بنفسك

ضع بعض الشريط العازل على الدرع المعدني لموصل USB الخاص بـ Arduino قبل توصيل درع IV-3 لتجنب اتصالات اللحام التي تلامس المعدن والتقصير

الخطوة 3: نظرة عامة على PCB ومخطط الدائرة

يمكنك طلب PCB من PCBWay. إذا كنت مستخدمًا جديدًا ، فاستخدم هذا الرابط للحصول على 5 دولارات مجانًا بعد التسجيل الخاص بك بعد أن تكون أول 5 مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مجانية وتحتاج فقط إلى الدفع مقابل التوصيل الذي يبلغ حوالي 6 دولارات أمريكية مع البريد الجوي الصيني. كما ترى في الصورة الأخيرة ، يكون الدرع بنفس حجم بطاقة الخصم الخاصة بي من Revolut. قد تبدو الصور المعروضة هنا لبعض الأشخاص وكأنهم يحاولون قراءة اللغة الصينية.

الخطوة 4: التجميع

أخيرًا ، وصلنا إلى تقدم التجميع … في الخطوات التالية 5-19 ، سنقوم بتجميع PCB خطوة بخطوة. قد يكون من المفيد الاحتفاظ بنظرة عامة على PCB ومخطط الدائرة في متناول اليد أثناء التجميع عن طريق طباعته أو تركه على جهاز الكمبيوتر الخاص بك أثناء اللحام. بعد كل خطوة ، قارن بعناية ثنائي الفينيل متعدد الكلور بالصور الموجودة هنا وتحقق من الأخطاء وأعطال اللحام.

الخطوة 5: الثنائيات ومقبس IC

قم بتركيب الثنائيات التالية:

• D1: 1N400x أو ما يعادله
• D2… D5: 1N5819 صمام ثنائي شوتكي

راقب القطبية وكن حذرًا لتركيب الصمام الثنائي الصحيح في المكان المناسب

اللحام D2 و D3 من جانب المكون وقص الأسلاك الموجودة على جانب اللحام بأقصر وقت ممكن حيث يتم وضعها فوق غلاف موصل USB المعدني في Arduino.

قم بتركيب مقبس IC ذو 8 أقطاب لـ IC1. لا تضع IC1 في المقبس في هذه المرحلة.

الخطوة السادسة: المكثفات الالكتروليتية

قم بتركيب المكثفات الإلكتروليتية التالية:

• C5 … C8: 22µF 50V مكثف إلكتروليت شعاعي
• C9 ، C10: 100 درجة فهرنهايت 25 فولت شعاعي مكثف
• ثني الخيوط 90 درجة وقم بتركيب المكثفات المتدفقة إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور. مشاهدة القطبية. أعلم أنني أزعجك من مشاهدة القطبية هذه بالفعل ، لكنها مهمة جدًا.

يوصى بلحام C6 و C7 و C8 من جانب المكون وقص الخيوط بأقصر وقت ممكن على جانب اللحام حيث يتم وضعها فوق الدرع المعدني لموصل Arduino USB

الخطوة السابعة: مكثفات السيراميك

لا توجد مشكلة في استخدام شكل آخر ، فمن المهم أن تكون نفس القيمة والمواد لهذه المكثفات.

قم بتركيب مكثفات السيراميك التالية:

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

يرجى ملاحظة أن قيم C1 … C3 حرجة إلى حد ما لأن C1 تحدد مع R5 تردد التشغيل لثلاثي الجهد ويحدد C2 ، C3 تيار الفتيل لأنابيب VFD.

(*) قم بتركيب 8n2 لأنابيب IV-3 و IV-3a ، قم بتركيب 22nF لأنابيب IV-6.

الخطوة 8: مقاومات 10 كيلو

تركيب مقاومات 10 كيلو اوم (بني - اسود - برتقالي - ذهبي)

R6… R18

قم بتركيبها عموديًا كما في الصورة.

الخطوة 9: مقاومات 68 كيلو

تركيب مقاومات 68 كيلو اوم (ازرق - رمادي - برتقالي - ذهبي)

R19… R30

قم بتركيبها عموديًا كما في الصورة.

الخطوة 10: مقاومات 220 كيلو

تركيب مقاومات 220 كيلو اوم (احمر - احمر - اصفر - ذهبى)

R43… R54

قم بتركيبها عموديًا كما في الصورة.

الخطوة 11: مقاومات 100 كيلو

تركيب مقاومات 100 كيلو اوم (بني - اسود - اصفر - ذهبي)

R31… R42

قم بتركيبها عموديًا كما في الصورة.

الخطوة 12: المقاومات المتبقية

قم بتركيب المقاومات المتبقية:

• R1: 510 أوم (أخضر - بني - بني - ذهبي)
• R2، R3: 1 كيلو أوم (بني - أسود - أحمر - ذهبي). قد تحتاج إلى ضبط القيمة اعتمادًا على مصابيح LED للإضاءة الخلفية للأنبوب التي تخطط لاستخدامها.
• R4: 2.7 كيلو أوم (أحمر - بنفسجي - أحمر - ذهبي)
• R5: 3.9 كيلو أوم (برتقالي - أبيض - أحمر - ذهبي)

الخطوة 13: رؤوس اردوينو

قم بتركيب رؤوس Arduino القابلة للتكديس. لن يتم استخدام الرؤوس فعليًا لتكديس دروع Arduino الأخرى أعلى هذا الدرع ولكنها تساعد في تحديد ارتفاع التركيب للعديد من المكونات وأنابيب VFD.

ادفع الرؤوس عبر PCB وقم بتوصيلها في Arduino. اقلب رأسًا على عقب وقم بلحام 1-2 دبابيس لكل موصل. لذلك سيكون تباعد الموصل صحيحًا. قم بإزالة الدرع من Arduino ولحام الدبابيس المتبقية.

الخطوة 14: ترانزستورات الطاقة

قم بتركيب الترانزستورات التالية:

• T26: BC639
• T27: BC640

لا تستبدل هذه الترانزستورات بأنواع قياسية. قم بتثبيتها بحيث يكون الجزء العلوي من علبها أقل من رؤوس Arduino.

أدخل IC1 ICM7555 (*) في المقبس الخاص به وقم بتوصيل الدرع في Arduino وقم بتطبيق الطاقة. يجب أن يكون الجهد المقاس بين كاثود D5 وأرض Arduino حوالي 32 … 34 فولت. لم أفعل هذا لأنني متأكد من داخلي ، لكن من الأفضل أن تفعل ذلك.

استخدم إصدار CMOS (ICM7555 ، TLC555 LMC555 ، …) ، لا تستخدم مؤقت 555 القياسي

الخطوة 15: NPN الترانزستورات

ركب الترانزستورات BC547B

T1… T13

قم بتثبيتها بحيث يظل الجزء العلوي من علبها أسفل رؤوس Arduino (أو يتدفق مع).

الخطوة 16: PNP الترانزستورات

قم بتركيب الترانزستورات BC557B

T14… T25

قم بتثبيتها بحيث يظل الجزء العلوي من علبها أسفل رؤوس Arduino (أو يتدفق مع).

الخطوة 17: مصابيح LED للإضاءة الخلفية للأنبوب (اختياري)

يمكنك استخدام مصابيح LED قياسية مقاس 3 مم بأي لون لأغراض الإضاءة الخلفية للأنبوب ، حتى مصابيح LED الباهتة بالألوان RGB.

قم بثني خيوط مصابيح LED بحيث تتلاءم مصابيح LED مع فتحات 3 مم أسفل أنابيب VFD ، ثم قم بلحامها في PCB. انتبه إلى القطبية. يتم لحام السلك القصير لمصباح LED (الكاثود) باللوحة الأقرب إلى علامة الشاشة الحريرية التي تحمل اسم LED (D6 … D9).

قد يكون من الضروري عزل خيوط D9 لتجنب ملامستها لموصل ISP في Arduino.

يتم توصيل مصابيح LED بإخراج PWM على Arduino ويمكن تعتيمها باستخدام البرنامج. ومع ذلك ، لن يعمل هذا بشكل صحيح عند استخدام مصابيح LED الباهتة للألوان RGB.

إذا كان ذلك أسهل بالنسبة لك ، فمن الممكن أيضًا تركيب مصابيح LED بعد أن يتم لحام أنابيب VFD في مكانها. نظرًا لتقنية التثبيت ، من السهل أيضًا استبدال مصابيح LED لاحقًا إذا قررت أنك ترغب في الحصول على لون إضاءة خلفية آخر.

الخطوة 18: تركيب أنبوب VFD

هذه واحدة من أهم خطوات بناء درعك

قم بتوجيه أسلاك الأنبوب برفق من خلال الثقوب الخاصة بكل منها على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. تأكد من أن الرصاص القصير على الأنابيب يمر عبر الفتحة بدون وسادة اللحام.

الآن يجب أن تواجه الأرقام الجزء الأمامي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

إذا كنت تواجه صعوبات في تمرير أسلاك الأنابيب من خلال الفتحات ، فيمكنك قطعها على شكل "حلزوني" حتى تتمكن من تحريك سلك واحد في كل مرة عبر الفتحات. انتبه إلى جعل أقصر السلك ليس أقصر من اللازم لأننا سنقوم بتركيب الأنابيب ببعض المسافة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

بمجرد وضع الأنابيب في مكانها ، قم بمحاذاةها يدويًا أكثر أو أقل. يجب أن يكون الجزء السفلي من الأنابيب حوالي 1-2 مم أسفل أعلى رؤوس Arduino القابلة للتكديس.

إذا كنت تستخدم حاوية أكريليك اختيارية ، فيمكنك استخدام الألواح العلوية والسفلية كأداة محاذاة.

لحام خيوط من كل أنبوب إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور. بمجرد الانتهاء من ذلك ، لا يزال بإمكانك ضبط محاذاة الأنبوب عن طريق إعادة تسخين مفاصل اللحام.

إذا كنت راضيًا عن محاذاة الأنبوب ، فيمكنك أخيرًا لحام أسلاك الأنبوب المتبقية في مكانها وتقليم الخيوط الزائدة باستخدام قاطع سلك صغير.

لا تحاول تغيير محاذاة الأنبوب بعد أن يتم لحامه في مكانه لأن هذا قد يسبب ضغطًا ميكانيكيًا وقد يؤدي إلى أنبوب معيب

الخطوة 19: الاختبار النهائي

أخيرًا الاختبار … قم بتحميل الرسم التوضيحي إلى Arduino وافصل Arduino من منفذ USB بالكمبيوتر.

قم بتوصيل درع VFD النهائي أعلى Arduino. تأكد من عدم ملامسة أي جزء معدني من Arduino لمفاصل اللحام لدرع VFD.

قم بتوصيل محول الطاقة 12 فولت تيار مستمر بموصل طاقة Arduino وتشغيل الطاقة.

بعد بضع ثوانٍ ، يجب أن تبدأ أنابيب VFD في العد من 0 إلى 9 في حلقة لا نهاية لها. يجب أن تشكل نقاط الفاصل العشري لأنابيب VFD عدادًا ثنائيًا مكونًا من 4 بتات.

يجب أن تخفت الإضاءة الخلفية للأنبوب كل بضع ثوانٍ ويتم تشغيلها مرة أخرى.

تحقق من أسلاك فتيل الأنبوب بعناية. يجب أن يتوهجوا بشكل خافت للغاية بلون أحمر غامق. إذا كانت تتوهج كثيرًا ، فقم بخفض قيم C2 و C3. من ناحية أخرى ، إذا كان الخيط يتوهج بالكاد والأرقام باهتة للغاية ، فيمكنك التجربة عن طريق زيادة قيم C2 و C3.

الخطوة 20: ضميمة أكريليك (اختياري)

أول ملفين هما ملفات CAD. أوصيك بفتح "Enclosure for Shield User Manual للعرض على الشاشة. pdf" ومشاهدة خطوات حاوية الأكريليك من هناك.

الخطوة 21: البرمجيات

كل مكتبة ستحتاجها موجودة في التعليقات في بداية كل رسم تخطيطي.

الوصول المباشر

يوفر وصولاً مباشرًا إلى الأنابيب ومصابيح LED. يمكنك تشغيل وإيقاف المقاطع والنقاط الفردية في الأنابيب ، والتحكم في دورة عمل PWM لإضاءة مصابيح LED.

ساعة عادية

فقط الساعة التي تم إعدادها من خلال الشاشة التسلسلية ولا يوجد شيء رائع للغاية ، ولكن بعد حوالي يوم واحد ، تعود الساعة بحوالي دقيقة واحدة

ساعة ذكية

• دعم إضافي للبطارية DS1307 RTC الاختيارية.
• دعم إضافي للعمل فقط مع esp8266 عبر RX و TX
• تمت إضافة عرض درجة الحرارة بالدرجات المئوية عند توصيل جهاز استشعار بسلك واحد. يدعم الرسم DS18B20 و DS18S20 و DS1822. يتم عرض درجة الحرارة كل دقيقة.

لكي يعمل esp8266 مع الساعة ، ستحتاج إلى وميض esp وإنشاء جسر خاص موضح هنا كيفية وضعه في وضع السكون العميق لتوفير الطاقة. ستحتاج أيضًا إلى إعداد بيانات اعتماد WIFI والمنطقة الزمنية من الرمز الموجود على esp. إذا لم تكن لديك خبرة في استخدام esp8266 ، فاقرأ هنا لمعرفة المزيد حول تثبيت اللوحة في Arduino IDE.

ميزان الحرارة

يعمل مع مستشعرات درجة الحرارة بسلك واحد. يدعم البرنامج DS1820 (أسلاك مختلفة ، تحقق منها على الإنترنت) ، DS18B20 ، DS18S20 ، و DS1822.

فولت متر

يعرض هذا البرنامج الجهد المقاس على دبوس A5.

برهنة

مثال للرسوم المتحركة للأنابيب ، الرسوم المتحركة PWM لمصابيح LED.