Escudo para Arduino de viejos tubos VFD rusos: reloj, termómetro, voltímetro : 21 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este proyecto tardó casi medio año en completarse. No puedo describir cuánto trabajo se dedicó a este proyecto. Hacer este proyecto solo me llevaría una eternidad, así que tuve la ayuda de mis amigos. Aquí puede ver nuestro trabajo compilado en un instructivo muy extenso.

Características de este proyecto:

• Compatible solo con placas Arduino UNO
• Acciona cuatro tubos VFD IV-3 / IV-3a / IV-6. Esos tubos son muy eficientes energéticamente, incluso son más eficientes que Nixie, y se ven muy bien. La eficiencia energética es casi igual a una matriz de LED. Creo que se ven mejor que nixie.
• Fuente de alimentación 12V DC + 5V DC a través de placa Arduino; se requiere un suministro de 12V estabilizado
• Diseño de caja (archivos CAD) opcional
• posibles aplicaciones: reloj, termómetro, voltímetro, contador, marcador,…
• múltiples bocetos de ejemplo de Arduino disponibles

Sé que el texto de este instructivo es muy largo, pero intente leer y ver todos los textos y fotos aquí. Algunas fotos no son geniales, pero esto es todo lo que puedo hacer. Sé que no soy el mejor fotógrafo.

Este proyecto se publicó originalmente en axiris, pero modifiqué y expliqué muchas cosas pequeñas sin ellas, te estarás preguntando qué salió mal.

Suministros

Puede ver el recuento de cada pieza, pero le recomiendo que imprima Part List.pdf para usarlo en una lista de compras y luego para soldar las piezas en PCB. He comprado todo en tiendas locales o lo he desoldado de dispositivos que no funcionan, pero si no puede hacer lo mismo que yo, puede pedir las piezas en Aliexpress o Amazon u otra tienda.

Resistencias de película de carbono 1 / 4W 5% Enlace de Aliexpress que tiene todas las resistencias que necesitará en esta lista

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

Condensadores de cerámica / MKT / MKM

• 1x 2,2 nF (222) enlace de Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) enlace Aliexpress para IV-3 / IV-3a o 2x 22nF (223) para IV-6 enlace Aliexpress
• 1x enlace de Aliexpress de 100 nF (104)

Semiconductores electrolíticos

• 4 enlaces radiales Aliexpress de 22 μF 50 V
• 2 enlaces radiales Aliexpress de 100 μF 25 V

Semiconductores discretos

• 1x 1N400x diodo rectificador enlace Aliexpress
• Enlace de Aliexpress de diodo schottky 4x 1N5819
• 4x LED de 3 mm (elija el color libremente) Enlace de Aliexpress
• Enlace Aliexpress del transistor NPN 13x BC547B
• 12x BC557B PNP transistor enlace Aliexpress
• 1x BC639 NPN transistor de "potencia" enlace Aliexpress
• 1x transistor de potencia BC640 PNP enlace Aliexpress

Circuitos integrados

ICM7555 temporizador IC (debe ser la versión CMOS, ¡no use un 555 estándar!) Enlace de Aliexpress

Conectores y piezas diversas

• 2x encabezado apilable - espaciado de 2,54 mm /.1 "- 8 polos enlace de Aliexpress
• 1x cabezal apilable - espaciado de 2,54 mm / 0,1 "- enlace de Aliexpress de 6 polos
• 1 cabezal apilable, espaciado de 2,54 mm / 0,1 ", enlace de Aliexpress de 10 polos
• 4x IV-3 o IV-3a o IV-6 VFD enlace Aliexpress de tubo
• PCB PCB Enlace de vía

Si desea hacer un reloj, puede usar el RTC DS1307 con respaldo de batería opcional, pero si desea hacerlo inteligente, use un esp8266. Puedes usar el esp8266 grande o el esp8266-01 pequeño, pero recomiendo usar el pequeño para que el reloj luzca mejor. Si desea hacerlo aún más inteligente, combine el esp8266 con un sensor de 1 cable. El boceto es compatible con DS1820, DS18B20, DS18S20 y DS1822. La temperatura se muestra cada minuto.

Si tiene alguna pregunta sobre este proyecto, envíeme un correo electrónico. Intentaré responder a sus preguntas lo más rápido posible.

Paso 1: descripción general del proyecto

Este escudo Arduino es capaz de manejar 4 tubos VFD rusos IV-3, IV-3a o IV-6 de siete segmentos. 4 LED de 3 mm proporcionan iluminación de fondo para los tubos. El diseño se basa completamente en componentes de orificio pasante, no se utilizaron componentes SMD. Como tal, la PCB puede ser ensamblada fácilmente por cualquier persona que tenga experiencia en soldadura. Además, los componentes utilizados son baratos y fáciles de conseguir. Como este fue diseñado como un proyecto más educativo y fácil de construir, no es la mejor solución posible manejar estos tubos VFD desde un punto de vista técnico. En lugar de los transistores BC547 y BC557, podríamos haber usado controladores de fuente A2982W, o podríamos haber reemplazado los transistores por un controlador de fuente de alto voltaje Supertex IC con un registro de desplazamiento interno. Desafortunadamente, estos pueden ser difíciles de conseguir y vienen muy a menudo en paquetes SMD.

Paso 2: sugerencias de montaje

Este PCB instructable está diseñado para alguien con experiencia avanzada en el montaje de componentes electrónicos. Si cree que es demasiado complicado para su nivel de habilidad, no intente montarlo ni pedirle a un amigo que lo haga por usted.

Tómese su tiempo: este kit debería tardar entre 2 y 3 horas en completarse si no se interrumpe o más. Lo hago por menos de 2 horas, pero tengo más de 2 años de experiencia diaria en soldadura.

Asegúrese de que su área de trabajo esté bien iluminada (se prefiere la luz del día), limpia y ordenada.

Ensamble la placa en el orden que se indica en las instrucciones aquí; lea y comprenda cada paso antes de realizar cada operación. Porque después de un error casi no hay vuelta atrás.

Se supone que comprende que los semiconductores (diodos, circuitos integrados, transistores) o condensadores electrolíticos son componentes polarizados. Las marcas apropiadas están serigrafiadas en la PCB y se muestran en el esquema de la placa.

Se necesitarán las siguientes herramientas y materiales para ensamblar la PCB:

• Un soldador de buena calidad (25-40W) con una punta pequeña (1-2 mm)
• Cortaalambres y alicates
• Multímetro básico para pruebas de tensión e identificación de resistencias.
• A menudo es útil una lupa para leer las marcas del dispositivo pequeño.
• Soldadura: se prefiere la soldadura de plomo / estaño. La soldadura sin plomo, como ahora se requiere para su uso en productos comerciales en Europa, tiene un punto de fusión mucho más alto y puede ser muy difícil trabajar con ella. No utilice ningún fundente ni grasa.
• La mecha desoldadora (trenza) puede ser útil si crea accidentalmente puentes de soldadura entre juntas de soldadura adyacentes.

Fuente de alimentación

El escudo VFD IV-3 / IV-3a / IV-6 necesita que el Arduino sea alimentado desde una fuente de alimentación de 12 V CC para funcionar correctamente. Utilice únicamente un adaptador de alimentación de conmutación regulado capaz de suministrar 12 V CC / 300 mA.

No utilice un adaptador de pared "estilo transformador" no regulado. Estos entregan fácilmente más de 16 V con una carga ligera y dañarán el blindaje del VFD del IV-3 ya que el voltaje de suministro de 12 V es bastante crítico. Debe tener mucho cuidado de no invertir la polaridad de la fuente de alimentación o corre el riesgo de matar el Arduino, el protector VFD, la fuente de alimentación y posiblemente iniciar un incendio o electrocutarse

Coloque un poco de cinta aislante en el blindaje metálico del conector USB de su Arduino antes de conectar el blindaje IV-3 para evitar que las conexiones de soldadura toquen el metal y se cortocircuiten

Paso 3: descripción general de la placa de circuito impreso y diagrama de circuito

Puede solicitar la PCB a PCBWay. Si es un usuario nuevo, USE ESTE ENLACE PARA OBTENER 5 $ GRATIS DESPUÉS DE SU REGISTRO, después de que sus primeros 5 PCB son gratis y solo necesita pagar la entrega, que es de alrededor de 6 USD con el correo aéreo de China. Como puede ver en la última foto, el escudo es del mismo tamaño que mi tarjeta de débito de Revolut. Las fotos que se muestran aquí para algunas personas pueden parecer que están tratando de leer en chino.

Paso 4: Montaje

Finalmente, llegamos al proceso de montaje… En los siguientes pasos 5-19, vamos a montar el PCB paso a paso. Puede ser útil tener a mano la descripción general de la PCB y el diagrama del circuito durante el montaje imprimiéndolo o dejándolo en su PC mientras suelda. Después de cada paso, compare cuidadosamente su PCB con las imágenes aquí y verifique si hay errores y fallas de soldadura.

Paso 5: Diodos y zócalo IC

Monte los siguientes diodos:

• D1: 1N400x o equivalente
• D2… D5: diodo Schottky 1N5819

Observe la polaridad y tenga cuidado de montar el diodo correcto en el lugar correcto

Suelde D2 y D3 desde el lado del componente y recorte los cables en el lado de la soldadura lo más cortos posible, ya que están colocados sobre el blindaje del conector USB de metal del Arduino.

Monte el zócalo IC de 8 polos para IC1. No coloque IC1 en el zócalo en esta etapa.

Paso 6: condensadores electrolíticos

Monte los siguientes condensadores electrolíticos:

• C5… C8: condensador electrolítico radial 22µF 50V
• C9, C10: condensador radial 100µF 25V
• Doble los cables 90 grados y monte los condensadores al ras de la PCB. Cuidado con la polaridad. Sé que te estoy molestando con esto. Mira la polaridad, pero es muy importante.

Se recomienda soldar C6, C7 y C8 desde el lado del componente y recortar los cables lo más cortos posible en el lado de la soldadura, ya que están colocados sobre el blindaje metálico del conector USB Arduino

Paso 7: condensadores cerámicos

No es problema usar otra forma, es importante tener el mismo valor y material para estos condensadores.

Monte los siguientes condensadores cerámicos:

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

Tenga en cuenta que los valores de C1… C3 son algo críticos, ya que C1 define junto con R5 la frecuencia de funcionamiento del triplicador de voltaje y C2, C3 definen la corriente de filamento para los tubos VFD.

(*) montaje 8n2 para tubos IV-3 y IV-3a, montaje 22nF para tubos IV-6.

Paso 8: Resistencias de 10K

Monte las resistencias de 10 kiloohmios (marrón - negro - naranja - dorado)

R6… R18

Móntelos verticalmente como en la imagen.

Paso 9: Resistencias 68K

Monte las resistencias de 68 kilo-ohmios (azul-gris - naranja-dorado)

R19… R30

Móntelos verticalmente como en la imagen.

Paso 10: Resistencias 220K

Monte las resistencias de 220 kilo-ohmios (rojo - rojo - amarillo - dorado)

R43… R54

Móntelos verticalmente como en la imagen.

Paso 11: Resistencias de 100K

Monte las resistencias de 100 kilo-ohmios (marrón - negro - amarillo - dorado)

R31… R42

Móntelos verticalmente como en la imagen.

Paso 12: Resistencias restantes

Monte las resistencias restantes:

• R1: 510 ohmios (verde - marrón - marrón - dorado)
• R2, R3: 1 kiloohmio (marrón - negro - rojo - dorado). Es posible que deba ajustar el valor según los LED de retroiluminación del tubo que planea usar.
• R4: 2,7 kilo-ohmios (rojo - violeta - rojo - dorado)
• R5: 3,9 kilo-ohmios (naranja - blanco - rojo - dorado)

Paso 13: encabezados Arduino

Monte los encabezados apilables de Arduino. Los encabezados no se usarán realmente para apilar otros escudos Arduino sobre este escudo, pero ayudan a determinar la altura de montaje de varios componentes y los tubos VFD.

Empuje los encabezados a través de la PCB y conéctelos a su Arduino. Dé la vuelta y suelde 1-2 pines para cada conector. Entonces el espaciado del conector será correcto. Retire el escudo del Arduino y suelde los pines restantes.

Paso 14: Transistores de potencia

Monte los siguientes transistores:

• T26: BC639
• T27: BC640

No reemplace estos transistores con tipos estándar. Móntelos de modo que la parte superior de sus carcasas sea más baja que los encabezados Arduino.

Inserte IC1 ICM7555 (*) en su zócalo y conecte el protector a un Arduino y aplique energía. El voltaje medido entre el cátodo de D5 y la tierra de Arduino debe estar alrededor de 32… 34V. No hice esto porque estoy seguro de mí, pero es mejor que lo hagas.

Utilice una versión CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555,…), ¡no utilice un temporizador 555 estándar

Paso 15: Transistores NPN

Monte los transistores BC547B

T1… T13

Móntelos de modo que la parte superior de sus carcasas quede debajo (o al ras) de los encabezados Arduino.

Paso 16: transistores PNP

Monte los transistores BC557B

T14… T25

Móntelos de modo que la parte superior de sus carcasas quede debajo (o al ras) de los encabezados Arduino.

Paso 17: LED de retroiluminación del tubo (opcional)

Puede utilizar LED estándar de 3 mm en cualquier color para fines de retroiluminación del tubo, incluso LED con desvanecimiento de color RGB.

Doble los cables de los LED para que encajen en los orificios de 3 mm debajo de los tubos VFD, luego suéldelos a la PCB. Preste atención a la polaridad. El cable corto del LED (cátodo) está soldado a la almohadilla más cercana a la marca de pantalla de seda del nombre del LED (D6… D9).

Puede ser necesario aislar los cables del D9 para evitar que toquen el conector ISP del Arduino.

Los LED están conectados a una salida PWM en el Arduino y se pueden atenuar con el software. Sin embargo, esto no funcionará correctamente cuando utilice LED de desvanecimiento de color RGB.

Si le resulta más fácil, también es posible montar los LED después de que los tubos VFD estén soldados en su lugar. Debido a la técnica de montaje, también es fácil reemplazar los LED más adelante si decide que le gustaría tener otro color de retroiluminación.

Paso 18: Montaje del tubo de VFD

Este es uno de los pasos más importantes para construir tu escudo

Guíe los cables del tubo con cuidado a través de sus respectivos orificios en la PCB. Asegúrese de que el cable corto de los tubos pase por el orificio sin la almohadilla de soldadura.

Ahora los dígitos deben mirar hacia el frente de la PCB.

Si tiene dificultades para hacer pasar los cables de los tubos a través de los orificios, puede cortarlos en forma de "espiral" para poder pasar 1 cable a la vez a través de los orificios. Preste atención a que el cable más corto no sea demasiado corto ya que vamos a montar los tubos a cierta distancia de la PCB.

Una vez que los tubos estén en su lugar, alinéelos más o menos a mano. La parte inferior de los tubos debe estar aproximadamente 1-2 mm por debajo de la parte superior de los encabezados apilables Arduino.

Si está utilizando la carcasa acrílica opcional, puede utilizar las placas superior e inferior como herramienta de alineación.

Suelde dos conductores de cada tubo a la PCB. Una vez hecho esto, aún puede ajustar la alineación del tubo recalentando las juntas de soldadura.

Si está satisfecho con la alineación del tubo, finalmente puede soldar los cables restantes del tubo en su lugar y recortar el exceso de cables con un cortador de alambre pequeño.

No intente cambiar la alineación de un tubo después de soldarlo en su lugar, ya que esto puede causar tensión mecánica y puede provocar un tubo defectuoso

Paso 19: Prueba final

Finalmente la prueba… Sube el boceto de demostración al Arduino y desconecta el Arduino del puerto USB de la computadora.

Conecte el protector VFD terminado en la parte superior del Arduino. Asegúrese de que ninguna parte metálica del Arduino toque las juntas de soldadura del protector VFD.

Conecte el adaptador de alimentación de 12 V CC al conector de alimentación Arduino y encienda la alimentación.

Después de unos segundos, los tubos VFD deberían comenzar a contar de 0 a 9 en un bucle sin fin. Los puntos separadores decimales de los tubos VFD deben formar un contador binario de 4 bits.

La luz de fondo del tubo debe atenuarse cada pocos segundos y volver a encenderse.

Revise cuidadosamente los cables del filamento del tubo. Deben brillar muy débilmente con un color rojo intenso. Si brillan demasiado, baje los valores de C2 y C3. Por otro lado, si el filamento apenas brilla y los dígitos son demasiado tenues, puede experimentar aumentando los valores de C2 y C3.

Paso 20: Caja acrílica (opcional)

Los primeros 2 archivos son archivos CAD. Le recomiendo que abra "Enclosure for Shield User Manual para visualización en pantalla.pdf" y observe los pasos para el gabinete acrílico desde allí.

Paso 21: software

Todas las bibliotecas que necesitará se encuentran en los comentarios al comienzo de cada boceto.

Acceso directo

Proporciona acceso directo a los tubos y LED. Puede encender y apagar segmentos y puntos individuales en los tubos y controlar un ciclo de trabajo PWM para iluminar los LED.

Reloj ordinario

Solo reloj que está configurado a través del monitor en serie y nada demasiado sofisticado, pero después de aproximadamente 1 día, el reloj regresa con aproximadamente 1 minuto

Reloj inteligente

• Se agregó soporte para DS1307 RTC opcional con respaldo de batería.
• Soporte agregado para trabajar solo con esp8266 a través de RX y TX
• Se agregó la visualización de la temperatura en grados Celsius cuando se conecta un sensor de 1 cable. El boceto es compatible con DS18B20, DS18S20 y DS1822. La temperatura se muestra cada minuto.

Para que el esp8266 funcione con el reloj, necesitará flashear el esp y hacer un puente especial que se muestra aquí cómo poner en modo de suspensión profunda para ahorrar energía. También deberá configurar las credenciales WIFI y la zona horaria del código en el esp. Si no tiene experiencia con esp8266, lea aquí para obtener más información sobre la instalación de la placa en Arduino IDE.

Termómetro

Funciona con sensores de temperatura de 1 cable. El programa es compatible con DS1820 (cableado diferente, verifíquelo en Internet), DS18B20, DS18S20 y DS1822.

Voltímetro

Este programa muestra el voltaje medido en el pin A5.

Demostración

Ejemplo de animación de tubos, animación PWM de LED.