Bouclier pour Arduino à partir d'anciens tubes VFD russes : horloge, thermomètre, voltmètre : 21 étapes (avec photos)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:06

Ce projet a duré près de six mois. Je ne peux pas décrire combien de travail a été consacré à ce projet. Faire ce projet seul me prendrait une éternité alors j'ai eu de l'aide de mes amis. Ici vous pouvez voir notre travail compilé dans un très long instructable.

Caractéristiques de ce projet:

• Compatible uniquement avec les cartes Arduino UNO
• Entraîne quatre tubes VFD IV-3/IV-3a/IV-6. Ces tubes sont très écoénergétiques, même plus efficaces que Nixie, et ont l'air plutôt cool. L'efficacité énergétique est presque égale à une matrice LED. Je pense qu'ils ont l'air mieux que nixie.
• Alimentation 12V DC + 5V DC via carte Arduino; une alimentation 12V stabilisée est nécessaire
• Conception du boîtier (fichiers CAO) en option
• applications possibles: horloge, thermomètre, voltmètre, compteur, tableau de bord, …
• plusieurs exemples de croquis Arduino disponibles

Je sais que le texte de cette instructable est très long, mais s'il vous plaît essayez de lire et de regarder chaque texte et photo ici. Certaines photos ne sont pas géniales mais c'est tout ce que je peux faire. Je sais que je ne suis pas le meilleur photographe.

Ce projet a été initialement publié dans axiris mais j'ai modifié et expliqué beaucoup de petites choses sans eux, vous vous demanderez ce qui ne va pas.

Fournitures

Vous pouvez voir le nombre de chaque pièce, mais je vous recommande d'imprimer Part List.pdf pour l'utiliser pour une liste de courses et plus tard pour souder les pièces sur PCB. J'ai tout acheté dans les magasins locaux ou je l'ai dessoudé à partir d'appareils qui ne fonctionnent pas, mais si vous ne pouvez pas faire comme moi, vous pouvez commander les pièces chez Aliexpress ou Amazon ou dans un autre magasin.

Résistances à film de carbone 1/4W 5% Lien Aliexpress qui a toutes les résistances dont vous aurez besoin dans cette liste

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

Condensateurs Céramique/ MKT/ MKM

• 1x 2.2 nF (222) lien Aliexpress
• 2x 8.2 nF (822) lien Aliexpress pour IV-3 / IV-3a ou 2x 22nF (223) pour IV-6 lien Aliexpress
• 1x 100 nF (104) lien Aliexpress

Semi-conducteurs électrolytiques

• Lien Aliexpress radial 4x 22 μF 50V
• 2x 100 μF 25V lien radial Aliexpress

Semi-conducteurs discrets

• 1x 1N400x diode de redressement Aliexpress lien
• 4x 1N5819 diode schottky lien Aliexpress
• 4x LED 3mm (choisissez la couleur librement) Lien Aliexpress
• 13x BC547B transistor NPN lien Aliexpress
• 12x BC557B PNP transistor lien Aliexpress
• 1x Transistor "puissance" BC639 NPN Lien Aliexpress
• 1x Transistor "puissance" BC640 PNP Lien Aliexpress

Circuits intégrés

IC de minuterie ICM7555 (doit être la version CMOS, n'utilisez pas de 555 standard !) Lien Aliexpress

Connecteurs et pièces diverses

• 2x collecteur empilable ‐ espacement 2,54 mm /.1” ‐ 8 pôles lien Aliexpress
• 1x collecteur empilable ‐ espacement 2,54 mm /.1” ‐ 6 pôles lien Aliexpress
• 1x collecteur empilable ‐ espacement 2,54 mm /.1” ‐ 10 pôles lien Aliexpress
• 4x tube VFD IV-3 ou IV-3a ou IV-6 Lien Aliexpress
• Lien PCB PCBWay

Si vous voulez faire une horloge, vous pouvez utiliser le RTC DS1307 à batterie en option, mais si vous voulez le rendre intelligent, utilisez un esp8266. Vous pouvez utiliser le grand esp8266 ou le petit esp8266-01, mais je recommande d'utiliser le petit pour que l'horloge soit plus belle. Si vous voulez le rendre encore plus intelligent, combinez esp8266 avec un capteur 1-Wire. L'esquisse prend en charge DS1820, DS18B20, DS18S20 et DS1822. La température est affichée toutes les minutes.

Si vous avez des questions sur ce projet, envoyez-moi un e-mail. je vais essayer de répondre à vos questions le plus rapidement possible

Étape 1: Aperçu du projet

Ce shield Arduino est capable de piloter 4 tubes VFD russes IV-3, IV-3a ou IV-6 à sept segments. 4 LED de 3 mm fournissent un éclairage de fond pour les tubes. La conception est entièrement basée sur des composants traversants, aucun composant CMS n'a été utilisé. En tant que tel, le PCB peut facilement être assemblé par toute personne ayant une certaine expérience de la soudure. De plus, les composants utilisés sont bon marché et facilement disponibles. Comme cela a été conçu comme un projet plus éducatif et facile à construire, ce n'est pas la meilleure solution possible pour piloter ces tubes VFD d'un point de vue technique. Au lieu des transistors BC547 et BC557, nous aurions pu utiliser des pilotes de source A2982W, ou nous aurions pu remplacer les transistors par un circuit intégré de pilote de source haute tension Supertex avec un registre à décalage interne. Malheureusement, ceux-ci peuvent être difficiles à obtenir et viennent très souvent dans des packages SMD.

Étape 2: Conseils d'assemblage

Ce PCB instructable est conçu pour quelqu'un qui a une expérience avancée dans l'assemblage de composants électroniques. Si vous pensez qu'il est trop compliqué pour votre niveau de compétence, n'essayez pas de l'assembler ou demandez à un ami de le faire pour vous.

Prenez votre temps - ce kit devrait prendre 2-3 heures pour terminer s'il n'est pas interrompu ou plus. Je le fais pendant moins de 2 heures, mais j'ai plus de 2 ans d'expérience quotidienne dans la soudure.

Assurez-vous que votre espace de travail est bien éclairé (de préférence à la lumière du jour), propre et bien rangé.

Assemblez la carte dans l'ordre indiqué dans les instructions ici - lisez et comprenez chaque étape avant d'effectuer chaque opération. Parce qu'après une erreur, il n'y a presque pas de retour en arrière.

On suppose que vous comprenez que les semi-conducteurs (diodes, circuits intégrés, transistors) ou les condensateurs électrolytiques sont des composants polarisés. Les marquages appropriés sont sérigraphiés sur le PCB et indiqués sur le schéma de la carte.

Les outils et matériaux suivants seront nécessaires pour assembler le PCB:

• Un fer à souder de bonne qualité (25-40W) avec une petite panne (1-2 mm)
• Coupe-fil et pince
• Multimètre de base pour les tests de tension et pour l'identification des résistances.
• Une loupe pour lire les marquages des petits appareils est souvent utile.
• Soudure – la soudure plomb/étain est préférable. La soudure sans plomb, telle qu'elle doit maintenant être utilisée dans les produits commerciaux en Europe, a un point de fusion beaucoup plus élevé et peut être très difficile à travailler. Ne pas utiliser de flux ou de graisse.
• La mèche à dessouder (tresse) peut être utile si vous créez accidentellement des ponts de soudure entre des joints de soudure adjacents.

Source de courant

Le blindage VFD IV-3/IV-3a/IV-6 nécessite que l'Arduino soit alimenté par une alimentation 12 V CC pour fonctionner correctement. Utilisez uniquement un adaptateur d'alimentation à découpage régulé capable de fournir 12 V CC / 300 mA.

N'utilisez pas d'adaptateur mural de « style transformateur » non réglementé. Ceux-ci fournissent facilement plus de 16 V avec une charge légère et endommageront le blindage IV-3 VFD car la tension d'alimentation de 12 V est assez critique. Vous devez faire très attention à ne pas inverser la polarité de l'alimentation ou vous risquez de tuer l'Arduino, le blindage VFD, l'alimentation et éventuellement de déclencher un incendie ou de vous électrocuter

Mettez du ruban isolant sur le blindage métallique du connecteur USB de votre Arduino avant de connecter le blindage IV-3 pour éviter que les soudures ne touchent le métal et ne soient court-circuitées

Étape 3: Présentation du PCB et schéma de circuit

Vous pouvez commander le PCB auprès de PCBWay. Si vous êtes un nouvel utilisateur, UTILISEZ CE LIEN POUR OBTENIR 5 $ GRATUITS APRÈS VOTRE INSCRIPTION, après cela vos 5 premiers PCB sont gratuits et vous n'avez qu'à payer pour la livraison qui est d'environ 6 USD avec China air post. Comme vous pouvez le voir sur la dernière photo, le bouclier est de la même taille que ma carte de débit de Revolut. Les photos présentées ici pour certaines personnes peuvent donner l'impression qu'elles essaient de lire le chinois.

Étape 4: Assemblage

Enfin, nous sommes arrivés à la progression de l'assemblage… Dans les étapes 5 à 19 suivantes, nous allons assembler le PCB étape par étape. Il peut être utile de garder la vue d'ensemble du PCB et le schéma de circuit à portée de main pendant l'assemblage en l'imprimant ou en le laissant sur votre PC pendant le soudage. Après chaque étape, comparez soigneusement votre PCB avec les images ici et vérifiez les erreurs et les défauts de soudure.

Étape 5: Diodes et prise IC

Montez les diodes suivantes:

• D1: 1N400x ou équivalent
• D2…D5: diode Schottky 1N5819

Surveillez la polarité et faites attention à monter la bonne diode au bon endroit

Soudez D2 et D3 du côté des composants et coupez les fils du côté de la soudure aussi courts que possible car ils sont positionnés au-dessus du blindage du connecteur USB en métal de l'Arduino.

Montez la prise IC à 8 pôles pour IC1. Ne placez pas IC1 dans la prise à ce stade.

Étape 6: Condensateurs électrolytiques

Montez les condensateurs électrolytiques suivants:

• C5…C8: Condensateur électrolytique radial 22µF 50V
• C9, C10: Condensateur radial 100µF 25V
• Pliez les fils à 90 degrés et montez les condensateurs au ras du circuit imprimé. Observez la polarité. Je sais que je vous énerve avec ça Regardez déjà la polarité, mais c'est très important.

Il est recommandé de souder C6, C7 et C8 du côté des composants et de couper les fils aussi courts que possible du côté de la soudure car ils sont positionnés au-dessus du blindage métallique du connecteur USB Arduino

Étape 7: Condensateurs en céramique

Ce n'est pas un problème d'utiliser une autre forme, il est important d'avoir la même valeur et le même matériau pour ces condensateurs.

Montez les condensateurs céramiques suivants:

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

Veuillez noter que les valeurs de C1…C3 sont quelque peu critiques car C1 définit avec R5 la fréquence de fonctionnement du tripleur de tension et C2, C3 définissent le courant de filament pour les tubes VFD.

(*) montage 8n2 pour tubes IV-3 et IV-3a, montage 22nF pour tubes IV-6.

Étape 8: Résistances 10K

Montez les résistances de 10 kilo-ohms (marron – noir – orange – or)

R6…R18

Montez-les verticalement comme sur la photo.

Étape 9: Résistances 68K

Montez les résistances de 68 kilo-ohms (bleu-gris – orange-or)

R19…R30

Montez-les verticalement comme sur la photo.

Étape 10: Résistances 220K

Montez les résistances de 220 kilo-ohms (rouge – rouge – jaune – or)

R43…R54

Montez-les verticalement comme sur la photo.

Étape 11: 100 K résistances

Montez les résistances de 100 kilo-ohms (marron – noir – jaune – or)

R31…R42

Montez-les verticalement comme sur la photo.

Étape 12: Résistances restantes

Montez les résistances restantes:

• R1: 510 ohm (vert – marron – marron – or)
• R2, R3: 1 kilo-ohm (marron – noir – rouge – or). Vous devrez peut-être ajuster la valeur en fonction des LED de rétroéclairage du tube que vous prévoyez d'utiliser.
• R4: 2,7 kilo-ohms (rouge – violet – rouge – or)
• R5: 3,9 kilo-ohms (orange – blanc – rouge – or)

Étape 13: En-têtes Arduino

Montez les en-têtes empilables Arduino. Les en-têtes ne seront pas vraiment utilisés pour empiler d'autres shields Arduino sur ce shield mais ils aident à déterminer la hauteur de montage de plusieurs composants et des tubes VFD.

Poussez les en-têtes à travers le PCB et branchez-les sur votre Arduino. Retournez et soudez 1-2 broches pour chaque connecteur. L'espacement des connecteurs sera donc correct. Retirez le blindage de l'Arduino et soudez les broches restantes.

Étape 14: Transistors de puissance

Montez les transistors suivants:

• T26: BC639
• T27: BC640

Ne remplacez pas ces transistors par des types standard. Montez-les de sorte que le haut de leurs boîtiers soit plus bas que les en-têtes Arduino.

Insérez IC1 ICM7555 (*) dans sa prise et branchez le blindage sur un Arduino et mettez sous tension. La tension mesurée entre la cathode de D5 et la masse Arduino devrait être d'environ 32…34V. Je ne l'ai pas fait parce que je suis sûr de moi, mais tu ferais mieux de le faire.

Utilisez une version CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), n'utilisez pas de timer 555 standard

Étape 15: Transistors NPN

Montez les transistors BC547B

T1 … T13

Montez-les de sorte que le haut de leurs boîtiers reste en dessous (ou affleure) les en-têtes Arduino.

Étape 16: Transistors PNP

Montez les transistors BC557B

T14 … T25

Montez-les de sorte que le haut de leurs boîtiers reste en dessous (ou affleure) les en-têtes Arduino.

Étape 17: LED de rétroéclairage du tube (en option)

Vous pouvez utiliser des LED standard de 3 mm de n'importe quelle couleur à des fins de rétroéclairage du tube, même des LED à décoloration RVB.

Pliez les fils des LED de manière à ce que les LED s'insèrent dans les trous de 3 mm sous les tubes VFD, puis soudez-les au PCB. Faites attention à la polarité. Le fil court de la LED (cathode) est soudé à la pastille la plus proche du marquage sérigraphique du nom de la LED (D6 … D9).

Il peut être nécessaire d'isoler les fils du D9 pour éviter qu'ils ne touchent le connecteur ISP de l'Arduino.

Les LED sont connectées à une sortie PWM sur l'Arduino et peuvent être atténuées à l'aide du logiciel. Cependant, cela ne fonctionnera pas correctement lorsque vous utilisez des LED à décoloration RVB.

Si c'est plus facile pour vous, il est également possible de monter les LED après que les tubes VFD soient soudés en place. En raison de la technique de montage, il est également facile de remplacer les LED ultérieurement si vous décidez d'avoir une autre couleur de rétroéclairage.

Étape 18: Montage du tube VFD

C'est l'une des étapes les plus importantes de la construction de votre bouclier

Guidez doucement les fils du tube à travers leurs trous respectifs sur le PCB. Assurez-vous que le fil court sur les tubes passe par le trou sans pastille de soudure.

Maintenant, les chiffres doivent faire face à l'avant du PCB.

Si vous avez des difficultés à faire passer les fils des tubes à travers les trous, vous pouvez les couper en "spirale" afin de pouvoir déplacer 1 fil à la fois à travers les trous. Faites attention à ce que le fil le plus court ne soit pas trop court car nous allons monter les tubes à une certaine distance du PCB.

Une fois les tubes en place, alignez-les plus ou moins à la main. Le bas des tubes doit se trouver à environ 1 à 2 mm sous le haut des embases empilables Arduino.

Si vous utilisez le boîtier acrylique en option, vous pouvez utiliser les plaques supérieure et inférieure comme outil d'alignement.

Soudez deux fils de chaque tube au PCB. Une fois cela fait, vous pouvez toujours ajuster l'alignement du tube en réchauffant les joints de soudure.

Si vous êtes satisfait de l'alignement du tube, vous pouvez enfin souder les fils du tube restants en place et couper les fils en excès avec un petit coupe-fil.

N'essayez pas de modifier l'alignement d'un tube après l'avoir soudé en place car cela peut provoquer des contraintes mécaniques et peut conduire à un tube défectueux

Étape 19: Test final

Enfin le test… Téléchargez le croquis de démonstration sur l'Arduino et déconnectez l'Arduino du port USB de l'ordinateur.

Branchez le blindage VFD fini sur le dessus de l'Arduino. Assurez-vous qu'aucune partie métallique de l'Arduino ne touche les joints de soudure du blindage VFD.

Connectez l'adaptateur d'alimentation 12 V CC au connecteur d'alimentation Arduino et mettez l'appareil sous tension.

Après quelques secondes, les tubes VFD devraient commencer à compter de 0 à 9 dans une boucle sans fin. Les points séparateurs décimaux des tubes VFD doivent former un compteur binaire à 4 bits.

Le rétroéclairage du tube devrait s'atténuer toutes les quelques secondes et se rallumer.

Vérifiez soigneusement les fils du filament du tube. Ils devraient briller très faiblement avec une couleur rouge foncé. S'ils brillent trop, diminuez les valeurs de C2 et C3. D'un autre côté, si le filament brille à peine et que les chiffres sont trop faibles, vous pouvez expérimenter en augmentant les valeurs de C2 et C3.

Étape 20: Boîtier acrylique (facultatif)

Les 2 premiers fichiers sont des fichiers CAO. Je vous recommande d'ouvrir le "Manuel d'utilisation du boîtier pour le bouclier pour la visualisation à l'écran.pdf" et de regarder les étapes du boîtier en acrylique à partir de là.

Étape 21: Logiciel

Chaque bibliothèque dont vous aurez besoin se trouve dans les commentaires au début de chaque croquis.

Accès direct

Fournit un accès direct aux tubes et aux LED. Vous pouvez allumer et éteindre des segments et des points individuels dans les tubes et contrôler un cycle d'utilisation PWM pour illuminer les LED.

Horloge ordinaire

Juste une horloge configurée via un moniteur série et rien d'extraordinaire, mais après environ 1 jour, l'horloge est de retour avec environ 1 minute

Horloge intelligente

• Ajout de la prise en charge du DS1307 RTC en option avec batterie de secours.
• Ajout de la prise en charge pour fonctionner uniquement avec esp8266 via RX et TX
• Ajout de l'affichage de la température en degrés Celsius lorsqu'un capteur 1-Wire est connecté. L'esquisse prend en charge DS18B20, DS18S20 et DS1822. La température est affichée toutes les minutes.

Pour que l'esp8266 fonctionne avec l'horloge, vous devrez flasher l'esp et créer un pont spécial illustré ici comment mettre en mode veille profonde pour économiser de l'énergie. Vous devrez également configurer les informations d'identification WIFI et le fuseau horaire à partir du code sur l'esp. Si vous n'avez pas d'expérience avec esp8266, lisez ici pour en savoir plus sur l'installation de la carte dans Arduino IDE.

Thermomètre

Fonctionne avec des capteurs de température à 1 fil. Le programme prend en charge DS1820 (câblage différent, vérifiez-le sur Internet), DS18B20, DS18S20 et DS1822.

Voltmètre

Ce programme affiche la tension mesurée sur la broche A5.

Manifestation

Exemple d'animation de tubes, animation PWM de LED.