SteamPunk Radio: 10 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:42

Proyecto: SteamPunk Radio

Fecha: mayo de 2019 - agosto de 2019

VISIÓN DE CONJUNTO

Este proyecto es sin duda el más complejo que he emprendido, con dieciséis tubos IV-11 VFD, dos tarjetas Arduino Mega, diez circuitos de luz LED Neon, un servo, un electroimán, dos chips IC MAX6921AWI, cinco fuentes de alimentación de CC, una potencia de HV. suministro, dos voltímetros de CC, un amperímetro de CC, radio estéreo FM, amplificador de potencia de 3 W, pantalla LCD y teclado. Aparte de la lista de piezas anterior, se tuvieron que desarrollar dos programas de software desde cero y, finalmente, la construcción de toda la radio requirió unas 200 horas de trabajo.

Decidí incluir este proyecto en el sitio de Instructables sin esperar que los miembros reproduzcan este proyecto en su totalidad, sino que seleccionen los elementos que les interesen. Dos áreas de particular interés para los miembros del sitio pueden ser el control de los 16 tubos VDF IV-11 usando dos chips MAX6921AWI y su cableado asociado, y las comunicaciones entre dos tarjetas Mega 2650.

Los diversos componentes incluidos en este proyecto se obtuvieron localmente, excepto los tubos IV-11 y los chips MAX6921AWI, ambos obtenidos en EBay. Quería revivir varios artículos que, de otro modo, languidecerían en cajas durante años. Todas las válvulas de HF se obtuvieron con el entendimiento de que todas eran unidades que fallaron.

Paso 1: LISTA DE PIEZAS

1. 2 x Arduino Mega 2560 R3

2. Radio FM RDA5807M

3. Amplificador PAM8403 de 3 W

4. 2 altavoces de 20 W

5. Di-pole FM Ariel

6. 16 tubos VDF IV-11

7. 2 chips IC MAX6921AWI

8. 2 x MT3608 2A Max DC-DC Módulo de potencia elevador Módulo de potencia de refuerzo

9. 2 x Módulo Buck automático XL6009 400KHz

10. Módulo de 1 canal, disparador de nivel bajo de 5 V para Arduino ARM PIC AVR DSP

11. Escudo de módulo de 2 canales, 5 V y 2 canales para Arduino ARM PIC AVR DSP

12. Imán eléctrico que levanta 2.5KG / 25N Electroimán de ventosa de solenoide DC 6V

13. El motor paso a paso de 4 fases puede ser impulsado por el chip ULN2003

14. 20 * 4 LCD 20X4 5V Pantalla azul LCD2004 Módulo de pantalla LCD

15. Módulo de interfaz serie IIC / I2C

16. 6 x Bits 7 X WS2812 5050 RGB Anillo de luz LED con controladores integrados Neo Pixel

17. 3 x LED Ring 12 x WS2812 5050 RGB LED con controladores integrados Neo Pixel

18. 2 x LED Ring 16 x WS2812 5050 RGB LED con controladores integrados Neo Pixel

19. Tira de LED RGB flexible de 5 m de longitud

20. Teclado de interruptor de membrana de 12 teclas 4 x 3 Matriz de matriz Teclado de matriz de interruptor de teclado

21. Sensor de altitud de presión barométrica digital BMP280 3.3V o 5V para Arduino

22. Módulo DS3231 AT24C32 IIC Módulo de reloj en tiempo real RTC de precisión

23. 2 potenciómetros rotativos lineales de eje moleteado 50K

24. Adaptador de corriente de 12 V y 1 amperio

Paso 2: TUBOS VDF IV-11 Y CHIP IC MAX6921AWI

El uso de este proyecto del chip MAX6921AWI se basa en mi proyecto anterior de Alarm Clock. Cada conjunto de ocho tubos IV-11 se controla a través de un solo chip MAX6921AWI utilizando el método de control Multiplex. Los dos PDF adjuntos muestran el cableado del conjunto de ocho tubos y cómo el chip MAX6921AWI está conectado al conjunto de tubos y, a su vez, conectado al Arduino Mega 2560. Se requiere una codificación de color estricta del cableado para garantizar que el segmento y Las líneas de voltaje de la red se mantienen separadas. Es muy importante identificar las salidas del tubo, ver PDF adjunto, esto incluye los pines 1 y 11 del calentador de 1.5V, el pin del ánodo de 24v (2) y finalmente los pines de ocho segmentos y “dp”, 3 - 10. En este tiempo, también vale la pena probar cada segmento y "dp" usando un banco de prueba simple antes de comenzar a cablear el conjunto de tubos. Cada pin de tubo está cableado en serie con el siguiente en la línea de tubos hasta el último tubo donde se agrega cableado adicional para permitir la conexión remota al chip MAX6921AWI. Este mismo proceso continúa para las dos líneas de suministro del calentador, pines 1 y 11. Usé alambre de color para cada una de las 11 líneas, cuando me quedé sin colores, comencé la secuencia de colores nuevamente pero agregué una banda negra alrededor de cada extremo del cable usando termorretráctil. La excepción a la secuencia de cableado anterior es para el pin 2, el suministro de 24 ánodos que tiene un cable individual conectado entre el pin 2 y las salidas de potencia del ánodo en el chip MAX6921. Consulte el PDF adjunto para obtener detalles del chip y sus conexiones. No se puede dejar de enfatizar que en ningún momento durante el funcionamiento del chip debe calentarse el chip, después de unas horas usar sí, pero nunca caliente. El diagrama de cableado del chip muestra las tres conexiones al Mega, pines 27, 16 y 15, el suministro de 3.5V-5V desde el Mega pin 27, su GND al Mega pin 14 y el suministro de 24V pin1. Nunca exceda el suministro de 5 V y mantenga el rango de potencia del ánodo entre 24 V y 30 V como máximo. Antes de continuar, use un probador de continuidad para probar cada cable entre sus puntos más distantes.

Usé la versión AWI de este chip ya que era el formato más pequeño con el que estaba dispuesto a trabajar. La fabricación del chip y su portador comienza con dos juegos de 14 pines de PCB colocados en una placa de pan, el portador del chip colocado sobre los pines con el pin 1 en la parte superior izquierda. Usando fundente y soldadura, suelde las clavijas y “estañe” cada una de las 28 almohadillas de las patas del chip. Una vez que esté completo, coloque el chip del portador del chip, teniendo mucho cuidado de alinear las patas del chip con las almohadillas para las piernas y asegurándose de que la muesca del chip esté orientada hacia el pin 1. Descubrí que usar un trozo de cinta adhesiva sobre un lado del chip ayudó estabilice el chip antes de soldar. Al soldar, asegúrese de que se haya aplicado fundente a las almohadillas de las piernas y que el soldador esté limpio. Presione generalmente hacia abajo en cada pata del chip, esto la doblará ligeramente sobre la almohadilla de la pierna y debería ver la soldadura correr. Repita esto para las 28 patas, no debería necesitar agregar ninguna soldadura al soldador durante este proceso.

Una vez que haya terminado, limpie el portador del chip de flujo y luego, usando un probador de continuidad, pruebe cada pata colocando una sonda en la pata del chip y la otra en el pin de la PCB. Finalmente, asegúrese siempre de que se hayan realizado todas las conexiones al portador del chip antes de que se aplique la energía real, si el chip comienza a calentarse, apague inmediatamente y verifique todas las conexiones.

Paso 3: CUERDA DE LUZ RGB Y ANILLO DE LUZ DE NEÓN

Este proyecto requirió diez elementos de iluminación, tres cables de luz RGB y siete anillos de luz NEON de varios tamaños. Cinco de los anillos de luz de NEÓN estaban conectados en una serie de tres anillos. Este tipo de anillos de iluminación son muy versátiles en su control y en los colores que pueden mostrar, utilicé solo los tres colores primarios que estaban encendidos o apagados. El cableado constaba de tres cables, 5V, GND y una línea de control que se controlaba a través del Mega esclavo, consulte la lista de Arduino adjunta "SteampunkRadioV1Slave" para obtener más detalles. Las líneas 14 a 20 son importantes, especialmente el número definido de unidades de luz, estas deben coincidir con el número físico, de lo contrario el anillo no funcionará correctamente.

Las cuerdas de luz RGB requerían la construcción de una unidad de control que tomaba tres líneas de control del Mega, cada una de las cuales controlaba los tres colores primarios, rojo, azul y verde. La unidad de control constaba de nueve transistores TIP122 N-P-N, consulte la hoja de datos TIP122 adjunta, cada circuito consta de tres transistores TIP122 donde una pata está conectada a tierra, la segunda pata está conectada a una fuente de alimentación de 12V y la pata del medio está conectada a la línea de control Mega. El suministro de cable RGB consta de cuatro líneas, una sola línea GND y tres líneas de control, una de cada una de las tres patas intermedias del TIP122. Esto proporciona los tres colores primarios, la intensidad de la luz se controla mediante un comando de escritura analógica con un valor de 0, para apagado, y 255 para máximo.

Paso 4: COMUNICACIONES ARDUINO MEGA 2560

Este aspecto del proyecto era nuevo para mí y, como tal, requería la construcción desde cero de un tablero de distribución IC2 y la conexión de cada uno de los Mega GND. La placa de distribución IC2 permitió conectar las dos tarjetas Mega a través de los pines 21 y 22, la placa también se utilizó para conectar la pantalla LCD, el sensor BME280, el reloj en tiempo real y la radio FM. Consulte el archivo adjunto de Arduino “SteampunkRadioV1Master” para obtener detalles sobre las comunicaciones de un solo carácter desde la unidad Maestra a la Esclava. Las líneas de código críticas son la línea 90, que define al segundo Mega como una unidad esclava, la línea 291 es una llamada típica de procedimiento de solicitud de acción esclava, el procedimiento comienza en la línea 718, finalmente la línea 278 tiene una respuesta devuelta del procedimiento esclavo, sin embargo, decidió no implementar completamente esta función.

El archivo adjunto "SteampunkRadioV1Slave" detalla el lado esclavo de esta comunicación, las líneas críticas son la línea 57, define la dirección IC2 esclava, las líneas 119 y 122, y el procedimiento "receiveEvent" comienza con 133.

Hay un muy buen artículo en You Tube: Arduino IC2 Communications por DroneBot Workshop, que fue muy útil para comprender este tema.

Paso 5: CONTROL DE ELECTROMAGNET

Una vez más, un elemento nuevo en este proyecto fue el uso de un electroimán. Usé una unidad de 5V, controlada a través de un relé de un solo canal. Esta unidad se utilizó para mover la tecla de código Morse y funcionó muy bien con pulsos cortos o largos proporcionando los sonidos de "punto" y "guión" que exhibe una tecla Morse típica. Sin embargo, se produjo un problema cuando se usó esta unidad, introdujo un EMF trasero en el circuito que tuvo el efecto de reiniciar el Mega adjunto. Para superar este problema, agregué un diodo en paralelo con el electroimán que resolvió el problema, ya que atraparía el EMF trasero antes de que afectara el circuito de alimentación.

Paso 6: RADIO FM y AMPLIFICADOR DE 3 W

Como sugiere el nombre del proyecto, esta es una radio y decidí usar un módulo FM RDA5807M. Si bien esta unidad funcionó bien, su formato requiere mucho cuidado al conectar los cables para crear una placa PCB. Las lengüetas de soldadura de esta unidad son muy débiles y se romperán, lo que dificultará mucho soldar un cable en esa conexión. El PDF adjunto muestra el cableado de esta unidad, las líneas de control SDA y SDL proporcionan control a esta unidad desde el Mega, la línea VCC requiere 3.5V, no exceda este voltaje o dañará la unidad. La línea GND y la línea ANT son evidentes, las líneas Lout y Rout alimentan un conector hembra estándar de 3,5 mm para auriculares. Agregué un punto de toma de antena mini FM y una antena FM dipolar y la recepción es muy buena. No quería usar los auriculares para escuchar la radio, así que agregué dos altavoces de 20 W conectados a través de un amplificador PAM8403 de 3 W con la entrada al amplificador usando el mismo conector hembra de 3,5 mm para auriculares y un cable conector macho a macho de 3,5 mm comercial. Fue en este punto que encontré un problema con la salida del RDA5807M que abrumaba al amplificador y causaba una distorsión significativa. Para superar este problema, agregué dos resistencias de 1M y 470 ohmios en serie, a cada una de las líneas de canal y esto eliminó la distorsión. Con este formato no pude reducir el volumen de la unidad a 0, incluso al configurar la unidad en 0, no se eliminó por completo el sonido, así que agregué un comando "radio.setMute (true)" cuando el volumen estaba en 0 y esto eliminó eficazmente todo el sonido. Los últimos tres tubos IV-11 en la línea inferior de tubos normalmente muestran la temperatura y la humedad, sin embargo, si se usa el control de volumen, esta pantalla cambia para mostrar el volumen actual con un máximo de 15 y un mínimo de 0. Esta pantalla de volumen es se muestra hasta que el sistema actualiza los tubos superiores de mostrar la fecha a mostrar la hora, después de lo cual la temperatura se muestra nuevamente.

Paso 7: SERVO CONTROL

El servo de 5 V se utilizó para mover la unidad de relojería. Después de comprar un mecanismo de reloj "solo para piezas" y luego quitar el resorte principal y la mitad del mecanismo, lo que quedaba se limpiaba, aceitaba y luego se alimentaba con el servo, colocando el brazo del servo en uno de los engranajes originales de repuesto. El código crítico para el funcionamiento del Servo se puede encontrar en el archivo “SteampunRadioV1Slave” a partir de la línea 294, donde 2048 pulsos producen una rotación de 360 grados.

Paso 8: CONSTRUCCIÓN GENERAL

La caja provenía de una radio vieja, se quitó el barniz viejo, se quitaron la parte delantera y trasera y luego se volvió a barnizar. Se quitaron las bases de cada una de las cinco válvulas y luego se colocaron anillos de luz de NEÓN en la parte superior e inferior. Las dos válvulas más traseras tenían dieciséis pequeños orificios perforados en la base y luego dieciséis luces LCD selladas en cada orificio, cada luz LCD estaba conectada a la siguiente en serie. Todas las tuberías utilizaron tuberías y conexiones de cobre de 15 mm. Las particiones internas estaban hechas de una capa de 3 mm pintada de negro y el frente era de metacrilato transparente de 3 mm. Se utilizó una lámina de latón, con formas prensadas, para revestir el metacrilato frontal y el interior de cada una de las bahías de tubos IV-11. Los tres controles frontales de encendido / apagado, volumen y frecuencia utilizan potenciómetros rotativos lineales conectados mediante un tubo de plástico al vástago de una válvula de compuerta. La antena en forma de cobre se construyó con alambre de cobre trenzado de 5 mm, mientras que la bobina en espiral alrededor de las dos válvulas superiores se hizo con alambre de acero inoxidable de 3 mm pintado con pintura de color cobre. Se construyeron tres tableros de distribución, 12V, 5V y 1.5V, y otro tablero distribuye las conexiones IC2. Se proporcionan cuatro fuentes de alimentación de CC con 12 V de un adaptador de alimentación de 12 V y 1 amperio. Dos suministran 24 V para alimentar los chips IC MAX6921AWI, uno proporciona un suministro de 5 V para admitir todos los sistemas de iluminación y movimiento, y uno proporciona 1,5 V para los dos circuitos del calentador IV-11.

Paso 9: SOFTWARE

El software se desarrolló en dos partes, Master y Slave. El programa Master es compatible con el sensor BME208, el reloj en tiempo real, dos chips IC MAX6921AWI e IC2. El programa esclavo controla todas las luces, servo, electroimán, amperímetro y ambos voltímetros. El programa Maestro admite los dieciséis tubos IV-11, la pantalla LCD trasera y el teclado de 12 teclas. El programa esclavo admite todas las funciones de iluminación, servo, electroimán, relés, amperímetro y ambos voltímetros. Se desarrolló una serie de programas de prueba para probar cada una de las funciones antes de agregar cada función a los programas Maestro o Esclavo. Consulte los archivos de Arduino adjuntos y los detalles de los archivos de biblioteca adicionales necesarios para admitir el código.

Incluir archivos: 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.

Paso 10: REVISIÓN DEL PROYECTO

Disfruté del desarrollo de este proyecto, con sus nuevos elementos de megacomunicación, electroimán, Servo y soporte de dieciséis tubos VFD IV-11. La complejidad de los circuitos fue desafiante a veces y el uso de conectores Dupont causa problemas de conexión de vez en cuando, el uso de pegamento caliente para asegurar estas conexiones ayuda a reducir los problemas de conexión aleatorios.