مولد وظيفة محمول على اردوينو: 7 خطوات (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:40

مولد الوظائف هو أداة مفيدة للغاية ، خاصة عندما نفكر في اختبار استجابة دائرتنا لإشارة معينة. في هذا الدليل ، سأصف تسلسل البناء لمولد وظيفي صغير وسهل الاستخدام ومحمول.

مميزات المشروع:

• تحكم رقمي بالكامل: لا حاجة للمكونات التناظرية السلبية.
• التصميم المعياري: كل دائرة فرعية هي وحدة محددة مسبقًا سهلة الاستخدام.
• تردد الإخراج: النطاق المتاح من 0 هرتز إلى 10 ميجا هرتز.
• تحكم بسيط: جهاز تشفير دوار واحد مع زر ضغط مدمج.
• بطارية ليثيوم أيون للاستخدام المحمول ، مع إمكانية الشحن الخارجي.
• اقتران AC و DC للإخراج الموجي.
• التحكم في سطوع شاشة LCD لتقليل استهلاك الطاقة.
• مؤشر شحن البطارية.
• التحكم في السعة الرقمية.
• ثلاثة أشكال موجية متوفرة: الجيب والمثلث والمربع.

الخطوة 1: الفكرة

هناك الكثير من الدوائر التي تتطلب بعض معدات الاختبار للحصول على معلومات حول استجابة الدائرة لشكل موجة معين. يعتمد هذا المشروع على Arduino (Arduino Nano في هذه الحالة) ، مع بطارية ليثيوم أيون 3.7 فولت كمصدر للطاقة مما يجعل الجهاز محمولًا. من المعروف أن لوحة Arduino Nano تتطلب 5 فولت كمصدر للطاقة ، لذلك يحتوي التصميم الإلكتروني على محول تعزيز DC-DC الذي يحول جهد البطارية 3.7 فولت إلى 5 فولت المطلوب لتشغيل Arduino. وبالتالي ، فإن هذا المشروع سهل البناء ، معياري بالكامل ، مع رسم تخطيطي بسيط نسبيًا.

تشغيل اللوحة: يحتوي الجهاز على موصل USB صغير واحد يستقبل 5 فولت من مصدر الطاقة الخارجي ، والذي قد يكون إما جهاز كمبيوتر شخصي أو شاحن USB خارجي. تم تصميم الدائرة بطريقة أنه عند توصيل مصدر 5V DC ، يتم شحن بطارية Li-ion بواسطة وحدة شاحن TP4056 المتصلة بدائرة إمداد الطاقة (سيتم توسيع الموضوع بشكل أكبر في الخطوات التالية).

AD9833: دائرة مولد الوظيفة المتكاملة هي جزء مركزي من التصميم ، يتم التحكم فيها عبر واجهة SPI مع القدرة على توليد موجة مربعة / جيبية / مثلثية مع خيار تعديل التردد. نظرًا لأن AD9833 ليس لديه القدرة على تغيير سعة إشارة الخرج ، فقد استخدمت مقياس جهد رقمي 8 بت كمقسم جهد عند نقطة نهاية خرج الجهاز (سيتم وصفها في خطوات أخرى).

الشاشة: هي شاشة LCD الأساسية مقاس 16 × 2 ، والتي ربما تكون أكثر شاشات الكريستال السائل شيوعًا بين مستخدمي Arduino. من أجل تقليل استهلاك الطاقة ، هناك خيار لضبط الإضاءة الخلفية لشاشات الكريستال السائل عبر إشارة PWM من دبوس Arduino "التناظري" المحدد مسبقًا.

بعد هذه المقدمة الموجزة ، يمكننا المضي قدمًا في عملية البناء.

الخطوة 2: الأجزاء والأدوات

1: الأجزاء الإلكترونية:

1.1: وحدات متكاملة:

• لوحة اردوينو نانو
• 1602A - شاشة عرض بلورية سائلة عامة
• وحدة مولد وظيفة CJMCU-AD9833
• TP4056 - وحدة شاحن بطارية ليثيوم أيون
• وحدة غطاء DC-DC Step-Up: محول 1.5V-3V إلى 5V

1.2: الدوائر المتكاملة:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT تتابع
• X9C104P - مقياس جهد رقمي 100 كيلو أوم 8 بت
• EC11 - جهاز تشفير دوار مع مفتاح SPST
• 2 × 2N2222A - NPN للأغراض العامة BJT

1.3: الأجزاء السلبية وغير المصنفة:

• 2 × 0.1 فائق التوهج - مكثفات سيراميك
• 2 × 100 فائق التوهج - المكثفات الالكتروليتية
• 2 × 10 فائق التوهج - المكثفات الالكتروليتية
• 3 × 10 كيلو أوم مقاومات
• 2 × 1.3 كيلو أوم مقاومات
• 1 × 1N4007 ديود المعدل
• 1 × مفتاح تبديل SPDT

1.4: الموصلات:

• 3 × 4-pin JST 2.54mm موصلات الملعب
• 3 × 2-pin JST 2.54mm موصلات الملعب
• 1 × موصل RCA وعاء

2: الأجزاء الميكانيكية:

• 1 × 12.5 سم × 8 سم × 3.2 سم حاوية بلاستيكية
• 6 × مسامير سحب KA-2mm
• 4 × مسامير حفر KA-8mm
• 1 × مقبض التشفير (غطاء)
• 1 × 8 سم × 5 سم لوحة النموذج الأولي

3. الأدوات والبرامج:

• محطة لحام / حديد
• مفك كهربائي
• طحن ملفات بأحجام عديدة
• سكين حاد
• رأس المثقاب
• بت مفك البراغي
• مسدس الغراء الساخن
• كابل USB صغير
• اردوينو IDE
• الفرجار / المسطرة

الخطوة 3: شرح المخططات

لتسهيل فهم المخطط التخطيطي ، يتم تقسيم الوصف إلى دوائر فرعية بينما تتحمل كل دائرة فرعية مسؤولية كل كتلة تصميم:

1. دائرة اردوينو نانو:

تعمل وحدة Arduino Nano "كعقل رئيسي" لجهازنا. يتحكم في جميع الوحدات الطرفية على الجهاز ، في أوضاع التشغيل الرقمية والتناظرية. نظرًا لأن هذه الوحدة تحتوي على موصل إدخال USB صغير خاص بها ، فسيتم استخدامها كمدخل لإمداد الطاقة وإدخال واجهة برمجة. وبسبب ذلك ، يتم فصل موصل USB الصغير J1 عن الرمز التخطيطي لـ Arduino Nano (U4).

هناك خيار لاستخدام المسامير التناظرية المخصصة (A0.. A5) كإدخال / إخراج للأغراض العامة ، لذلك يتم استخدام بعض المسامير كإخراج رقمي ، والتواصل مع LCD واختيار اقتران AC / DC لإخراج الجهاز. الدبابيس التناظرية A6 و A7 هي دبابيس إدخال تمثيلية مخصصة ويمكن استخدامها فقط كمدخلات ADC ، بسبب حزمة Arduino Nano Microcontroller ATMEGA328P TQFP ، كما تم تعريفها في ورقة البيانات. لاحظ أن خط جهد البطارية VBAT متصل بدبوس الإدخال التناظري A7 ، لأننا نحتاج إلى الحصول على قيمته من أجل تحديد حالة البطارية المنخفضة لجهد بطارية Li-ion.

2. مصدر الطاقة:

تعتمد دائرة إمداد الطاقة على تشغيل الجهاز بالكامل عبر بطارية Li-ion 3.7V المحولة إلى 5V. SW1 هو مفتاح تبديل SPST يتحكم في تدفق الطاقة في الدائرة بأكملها. كما يتضح من المخططات ، عند توصيل مصدر طاقة خارجي عبر موصل micro-USB لوحدة Arduino Nano ، يتم شحن البطارية من خلال وحدة TP4056. تأكد من وجود مكثفات تجاوز ذات قيم متعددة على الدائرة ، نظرًا لوجود محول دفعة DC-DC يقوم بتبديل الضوضاء على الأرض وإمكانات 5 فولت للدائرة بأكملها.

3. AD9833 والإخراج:

توفر هذه الدائرة الفرعية الشكل الموجي المناسب للإخراج ، المحدد بواسطة وحدة AD9833 (U1). نظرًا لوجود مصدر طاقة واحد فقط على الجهاز (5 فولت) ، فهناك حاجة إلى إرفاق دائرة تحديد اقتران بتسلسل الإخراج. يتم توصيل مكثف C1 في سلسلة بمرحلة اختيار السعة ، ويمكن إسكاته عن طريق تيار القيادة على محث الترحيل ، مما يجعل إشارة الخرج متتبعة مباشرة إلى مرحلة الإخراج. C1 له قيمة 10 فائق التوهج ، يكفي أن يمر شكل الموجة حتى من الترددات المنخفضة عبر مكثف دون تشويه ، وتتأثر فقط بإزالة التيار المستمر. يستخدم Q1 كمفتاح BJT بسيط يستخدم لقيادة التيار من خلال مغو التتابع. تأكد من توصيل الصمام الثنائي في تخصيص عكسي لمحث الترحيل ، لتجنب ارتفاعات الجهد التي يمكن أن تلحق الضرر بدوائر الجهاز.

أخيرًا وليس آخرًا المرحلة هي تحديد السعة. U6 عبارة عن IC مقياس جهد رقمي 8 بت ، يعمل كمقسم جهد لشكل موجة ناتج معين. X9C104P عبارة عن مقياس جهد رقمي 100 كيلو أوم مع تعديل بسيط لموضع الماسحة: مدخلات رقمية 3 سنون لضبط موضع ممسحة الزيادة / التناقص.

4. LCD:

شاشة العرض البلورية السائلة مقاس 16 × 2 هي واجهة رسومية بين المستخدم ودائرة الجهاز. من أجل تقليل استهلاك الطاقة ، يتم توصيل دبوس كاثود الإضاءة الخلفية لشاشة LCD بـ Q2 BJT متصل كمفتاح ، يتم التحكم فيه بواسطة إشارة PWM مدفوعة بقدرة Arduino analogWrite (سيتم وصفها في خطوة كود Arduino).

5. جهاز التشفير:

دائرة التشفير هي واجهة تحكم تحدد تشغيل الجهاز بالكامل. يتكون U9 من جهاز تشفير ومفتاح SPST ، لذلك ليست هناك حاجة لإضافة أزرار إضافية إلى المشروع. يجب سحب دبابيس التشفير والمفاتيح بواسطة مقاومات خارجية 10KOhm ، ولكن يمكن أيضًا تحديدها عبر الكود. يوصى بإضافة مكثفات 0.1 فائق التوهج بالتوازي مع دبابيس المشفر A و B لتجنب الارتداد على خطوط الإدخال هذه.

6. موصلات JST:

جميع الأجزاء الخارجية للجهاز متصلة عبر موصلات JST ، مما يجعل تجميع الجهاز أكثر ملاءمة ، مع ميزة إضافية لتقليل مكان الأخطاء أثناء عملية البناء. يتم تعيين الموصلات بهذه الطريقة:

• J3 ، J4: LCD
• J5: التشفير
• J6: البطارية
• J7: مفتاح تبديل SPST
• J8: موصل خرج RCA

الخطوة 4: اللحام

بسبب التصميم المعياري لهذا المشروع ، تصبح خطوة اللحام بسيطة:

أ. لحام اللوحة الرئيسية:

1. أولا وقبل كل شيء ، هناك حاجة لاقتصاص لوحة النموذج الأولي لحجم أبعاد العلبة المرغوبة.

2. لحام وحدة Arduino Nano واختبار تشغيلها الأولي.

3. لحام دائرة إمداد الطاقة وفحص جميع قيم الجهد المطابق لمتطلبات الجهاز.

4. لحام وحدة AD9833 مع جميع الدوائر الطرفية.

5. لحام جميع موصلات JST.

باء - المكونات الخارجية:

1. لحام أسلاك موصل ذكر JST بمسامير LCD بترتيب دقيق كما هو مخطط له على اللوحة الرئيسية.

2. لحام أسلاك موصل JST Male 'إلى المشفر بشكل مشابه للخطوة السابقة

3. لحام التبديل إلى أسلاك JST.

4. لحام أسلاك JST بالبطارية (إذا لزم الأمر على الإطلاق. بعض بطاريات Li-ion المتوفرة على eBay ملحومة مسبقًا بموصل JST الخاص بها).

الخطوة 5: الضميمة والتجميع

بعد الانتهاء من جميع عمليات اللحام ، يمكننا المتابعة إلى تسلسل تجميع الجهاز:

1. فكر في وضع الأجزاء الخارجية للجهاز: في حالتي ، فضلت وضع المشفر أسفل شاشة LCD ، عندما يتم وضع مفتاح التبديل وموصل RCA على جوانب منفصلة من صندوق الضميمة.

2. إعداد إطار LCD: حدد مكان وضع LCD على الجهاز ، وتأكد من وضعه في الاتجاه الصحيح ، لقد حدث لي عدة مرات أنه بعد الانتهاء من جميع عمليات القطع ، تم قلب شاشة LCD رأسيًا ، وتحدث عن ذلك أمر محزن ، لأن هناك حاجة لإعادة ترتيب إطار LCD.

بعد تحديد الإطار ، قم بحفر عدة ثقوب على محيط الإطار بالكامل. قم بإزالة جميع القطع البلاستيكية غير المرغوب فيها باستخدام ملف الطحن.

أدخل شاشة LCD من الداخل وحدد مكان النقاط اللولبية على العلبة. حفر ثقوب مع لقم حفر قطر مناسب. أدخل البراغي المسحوبة واربط الصواميل على الجانب الداخلي من اللوحة الأمامية.

3. جهاز التشفير: يحتوي على جزء دوار واحد فقط على العبوة. حفر المنطقة وفقا لقطر مرفق دوار جهاز التشفير. أدخله من الداخل ، اربطه بمسدس الغراء الساخن. ضع غطاء على المرفق الدوار.

4. تبديل التبديل: حدد أبعاد تأرجح مفتاح التبديل ، بحيث يمكن سحبه لأسفل أو لأعلى بحرية. إذا كانت لديك نقاط لولبية على مفتاح التبديل ، فقم بحفر المناطق المناسبة في العلبة ، وإلا يمكنك تثبيتها بمسدس الغراء الساخن.

5. موصل خرج RCA: قم بحفر ثقب بقطر مناسب لموصل خرج RCA على الجانب السفلي من العلبة. اربطها بمسدس الغراء الساخن.

6. اللوحة الرئيسية والبطارية: ضع بطارية Li-ion على الجانب السفلي من العلبة. يمكن تثبيت البطارية بمسدس الغراء الساخن. يجب حفر اللوح الرئيسي في أربعة أماكن لأربعة براغي في كل ركن من أركان اللوحة الرئيسية. تأكد من أن مدخل Arduino mini-USB أقرب ما يمكن إلى حدود العلبة (سيتعين علينا استخدامه لأغراض الشحن والبرمجة).

7. Mini-USB: قم بقطع المنطقة المطلوبة لـ Arduino Nano micro-USB مع ملف طحن ، مما يجعل من الممكن توصيل مصدر طاقة خارجي / كمبيوتر بالجهاز عند تجميعه بالكامل.

8. نهائيًا: قم بتوصيل جميع موصلات JST ، وقم بتوصيل كلا الجزأين من العلبة بأربعة براغي 8 مم في كل ركن من أركان الهيكل.

الخطوة 6: كود اردوينو

الرمز المرفق هو رمز الجهاز الكامل المطلوب لتشغيل الجهاز بالكامل. كل الشرح المطلوب مرفق في أقسام التعليقات داخل الكود.

الخطوة 7: الاختبار النهائي

لدينا أجهزتنا جاهزة للاستخدام. يعمل موصل mini-USB كإدخال مبرمج ومدخل شاحن خارجي ، لذلك يمكن برمجة الجهاز عندما يتم تجميعه بالكامل.

آمل أن تجد هذه التعليمات مفيدة ،

شكرا للقراءة! ؛)