Blindagem para Arduino de tubos VFD russos antigos: relógio, termômetro, medidor de voltagem : 21 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este projeto levou quase meio ano para ser concluído. Não consigo descrever quanto trabalho foi investido neste projeto. Fazer esse projeto sozinho me levaria uma eternidade, então tive a ajuda de meus amigos. Aqui você pode ver nosso trabalho compilado em um instrutível muito longo.

Características deste projeto:

• Compatível apenas com placas Arduino UNO
• Aciona quatro tubos IV-3 / IV-3a / IV-6 VFD. Essas válvulas são muito eficientes em termos de energia, até mesmo mais eficientes do que o Nixie e têm uma aparência bem legal. A eficiência energética é quase igual a uma matriz de LED. Eu acho que eles parecem melhores do que nixie.
• Fonte de alimentação 12V DC + 5V DC via placa Arduino; uma fonte de 12 V estabilizada é necessária
• Projeto de gabinete (arquivos CAD) opcional
• possíveis aplicações: relógio, termômetro, voltímetro, contador, placar, …
• vários esboços de exemplo do Arduino disponíveis

Eu sei que o texto neste instrutível é muito longo, mas por favor, tente ler e assistir todos os textos e fotos aqui. Algumas fotos não são boas, mas isso é tudo que posso fazer. Eu sei que não sou o melhor fotógrafo.

Este projeto foi postado originalmente em axiris, mas eu modifiquei e expliquei um monte de pequenas coisas sem eles, você estará se perguntando o que deu errado.

Suprimentos

Você pode ver a contagem de cada peça, mas eu recomendo que você imprima Part List.pdf para usá-lo para uma lista de compras e posteriormente para soldar as peças no PCB. Eu comprei tudo em lojas locais ou desoldei em dispositivos que não funcionam, mas se você não pode fazer exatamente como eu fiz, você pode encomendar as peças no Aliexpress ou Amazon ou outra loja.

Resistores de filme de carbono 1 / 4W 5% link Aliexpress que tem todos os resistores que você vai precisar nesta lista

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

Capacitores cerâmicos / MKT / MKM

• 1x 2,2 nF (222) link Aliexpress
• 2x 8,2 nF (822) link Aliexpress para IV-3 / IV-3a ou 2x 22nF (223) para IV-6 link Aliexpress
• 1x 100 nF (104) link Aliexpress

Semicondutores eletrolíticos

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

Semicondutores discretos

• 1x 1N400x diodo retificador link Aliexpress
• 4x 1N5819 diodo schottky link Aliexpress
• 4x LED 3mm (escolha a cor livremente) link Aliexpress
• 13x BC547B NPN transistor Aliexpress link
• 12x BC557B PNP transistor Aliexpress link
• 1x BC639 NPN transistor de "potência" link Aliexpress
• 1x BC640 PNP transistor de “potência” link Aliexpress

Circuitos integrados

ICM7555 temporizador IC (deve ser a versão CMOS, não use um 555 padrão!) Link Aliexpress

Conectores e peças diversas

• 2x cabeçalho empilhável - espaçamento 2,54 mm / 0,1”- link Aliexpress de 8 pólos
• 1x cabeçalho empilhável - espaçamento 2,54 mm / 0,1”- link Aliexpress de 6 pólos
• 1x cabeçalho empilhável - espaçamento 2,54 mm / 0,1”- link Aliexpress de 10 pólos
• 4x IV-3 ou IV-3a ou IV-6 VFD tubo Aliexpress link
• Link PCB PCBWay

Se você quiser fazer um relógio, pode usar o RTC DS1307 com bateria opcional, mas se quiser torná-lo inteligente, use um esp8266. Você pode usar o grande esp8266 ou o pequeno esp8266-01, mas eu recomendo usar o pequeno para que o relógio fique melhor. Se você quiser torná-lo ainda mais inteligente, combine esp8266 com um sensor de 1 fio. O esboço suporta DS1820, DS18B20, DS18S20 e DS1822. A temperatura é exibida a cada minuto.

Se você tiver alguma dúvida sobre este projeto, envie-me um e-mail. Vou tentar responder às suas perguntas o mais rápido possível

Etapa 1: Visão geral do projeto

Este escudo Arduino é capaz de acionar 4 tubos VFD russos IV-3, IV-3a ou IV-6 de sete segmentos. 4 LEDs de 3 mm fornecem iluminação de fundo para os tubos. O projeto é totalmente baseado em componentes de orifícios, nenhum componente SMD foi usado. Como tal, o PCB pode ser facilmente montado por qualquer pessoa que tenha alguma experiência em soldagem. Além disso, os componentes usados são baratos e facilmente disponíveis. Como este foi projetado como um projeto mais educacional e fácil de construir, não é a melhor solução possível acionar esses tubos VFD de um ponto de vista técnico. Em vez dos transistores BC547 e BC557, poderíamos ter usado drivers de fonte A2982W, ou poderíamos ter substituído os transistores por um driver de fonte de alta tensão Supertex IC com um registrador de deslocamento interno. Infelizmente, eles podem ser difíceis de obter e muitas vezes vêm em pacotes SMD.

Etapa 2: dicas de montagem

Esta placa de circuito impresso instrutível foi projetada para alguém com experiência avançada em montagem de componentes eletrônicos. Se você acha que é muito complicado para o seu nível de habilidade, não tente montá-lo ou pedir a um amigo para fazer isso para você.

Não tenha pressa - este kit deve levar de 2 a 3 horas para ser concluído se não for interrompido ou mais. Eu faço isso por menos de 2 horas, mas estou com mais de 2 anos de experiência cotidiana em soldagem.

Certifique-se de que sua área de trabalho esteja bem iluminada (de preferência à luz do dia), limpa e arrumada.

Monte a placa na ordem indicada nas instruções aqui - leia e compreenda cada etapa antes de executar cada operação. Porque depois de um erro, quase não há como voltar atrás.

Presume-se que você entenda que semicondutores (diodos, ICs, transistores) ou capacitores eletrolíticos são componentes polarizados. As marcações apropriadas são serigrafadas no PCB e mostradas no esquema da placa.

As seguintes ferramentas e materiais serão necessários para montar o PCB:

• Um ferro de solda de boa qualidade (25-40W) com uma ponta pequena (1-2 mm)
• Wirecutter e alicate
• Multímetro básico para testes de tensão e para identificação de resistores.
• Uma lupa para ler as pequenas marcações do dispositivo costuma ser útil.
• Solda - solda de chumbo / estanho é preferida. A solda sem chumbo, como agora necessária para ser usada em produtos comerciais na Europa, tem um ponto de fusão muito mais alto e pode ser muito difícil de trabalhar. Não use nenhum fluxo ou graxa.
• O pavio de dessoldagem (trança) pode ser útil se você acidentalmente criar pontes de solda entre as juntas de solda adjacentes.

Fonte de energia

A blindagem VFD IV-3 / IV-3a / IV-6 precisa que o Arduino seja alimentado por uma fonte de alimentação de 12 V CC para funcionar corretamente. Use apenas um adaptador de energia de comutação regulado capaz de fornecer 12 V DC / 300 mA.

Não use um adaptador de parede "estilo transformador" não regulamentado. Estes fornecem facilmente mais de 16 V com uma carga leve e causarão danos à blindagem do IV-3 VFD, já que a tensão de alimentação de 12 V é bastante crítica. Você deve ter muito cuidado para não inverter a polaridade da fonte de alimentação ou corre o risco de matar o Arduino, a blindagem do VFD, a fonte de alimentação e possivelmente iniciar um incêndio ou se eletrocutar

Coloque um pouco de fita isolante na blindagem de metal do conector USB do seu Arduino antes de conectar a blindagem IV-3 para evitar que as conexões de solda toquem no metal e fiquem em curto

Etapa 3: Visão geral da placa de circuito impresso e diagrama de circuito

Você pode solicitar o PCB da PCBWay. Se você é um novo usuário USE ESTE LINK PARA OBTER 5 $ DE GRAÇA APÓS SEU REGISTRO. Depois disso, seus primeiros 5 PCBs serão gratuitos e você só precisará pagar pela entrega, que é cerca de 6 dólares americanos com o correio aéreo da China. Como você pode ver na última foto, o escudo é do mesmo tamanho do meu cartão de débito da Revolut. As fotos mostradas aqui para algumas pessoas podem parecer que estão tentando ler chinês.

Etapa 4: Montagem

Finalmente, chegamos ao andamento da montagem … Nas etapas 5 a 19 a seguir, montaremos a PCB passo a passo. Pode ser útil manter a visão geral da PCB e o diagrama do circuito à mão durante a montagem, imprimindo-o ou deixando-o no PC durante a soldagem. Após cada etapa, compare cuidadosamente seu PCB com as imagens aqui e verifique se há erros e falhas de solda.

Etapa 5: Diodos e soquete IC

Monte os seguintes diodos:

• D1: 1N400x ou equivalente
• D2… D5: diodo schottky 1N5819

Observe a polaridade e tenha o cuidado de montar o diodo certo no lugar certo

Solde D2 e D3 do lado do componente e corte os fios do lado da solda o mais curto possível, pois eles estão posicionados acima da blindagem do conector USB de metal do Arduino.

Monte o soquete IC de 8 pólos para IC1. Não coloque IC1 no soquete neste estágio.

Etapa 6: Capacitores eletrolíticos

Monte os seguintes capacitores eletrolíticos:

• C5… C8: capacitor eletrolítico radial de 22µF 50V
• C9, C10: capacitor radial de 100µF 25V
• Dobre os terminais em 90 graus e monte os capacitores nivelados com o PCB. Observe a polaridade. Eu sei que estou te deixando irritado com isso. Observe a polaridade, mas é muito importante.

Recomenda-se soldar C6, C7 e C8 do lado do componente e aparar os cabos o mais curtos possível no lado da solda, pois eles estão posicionados acima da blindagem de metal do conector USB do Arduino

Etapa 7: Capacitores de cerâmica

Não há problema em usar outro formato, é importante ter o mesmo valor e material para esses capacitores.

Monte os seguintes capacitores de cerâmica:

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

Observe que os valores de C1… C3 são um tanto críticos, pois C1 define junto com R5 a frequência operacional do triplo de tensão e C2, C3 definem a corrente do filamento para os tubos VFD.

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

Etapa 8: Resistores de 10K

Monte os resistores de 10 kilo-ohm (marrom - preto - laranja - dourado)

R6… R18

Monte-os verticalmente como na imagem.

Etapa 9: resistores 68K

Monte os resistores de 68 kilo-ohm (azul-cinza - laranja-dourado)

R19… R30

Monte-os verticalmente como na imagem.

Etapa 10: resistores de 220K

Monte os resistores de 220 kilo-ohm (vermelho - vermelho - amarelo - ouro)

R43… R54

Monte-os verticalmente como na imagem.

Etapa 11: Resistores de 100K

Monte os resistores de 100 kilo-ohm (marrom - preto - amarelo - ouro)

R31… R42

Monte-os verticalmente como na imagem.

Etapa 12: Resistores Restantes

Monte os resistores restantes:

• R1: 510 ohm (verde - marrom - marrom - dourado)
• R2, R3: 1 quilo-ohm (marrom - preto - vermelho - dourado). Pode ser necessário ajustar o valor dependendo dos LEDs de luz de fundo do tubo que você planeja usar.
• R4: 2,7 quilo-ohm (vermelho - violeta - vermelho - ouro)
• R5: 3,9 quilo-ohm (laranja - branco - vermelho - ouro)

Etapa 13: cabeçalhos Arduino

Monte os cabeçalhos empilháveis do Arduino. Os cabeçalhos não serão realmente usados para empilhar outros escudos Arduino no topo deste escudo, mas eles ajudam a determinar a altura de montagem de vários componentes e tubos VFD.

Empurre os cabeçalhos através do PCB e conecte-os em seu Arduino. Vire de cabeça para baixo e solde 1-2 pinos para cada conector. Portanto, o espaçamento do conector estará correto. Remova a blindagem do Arduino e solde os pinos restantes.

Etapa 14: Transistores de potência

Monte os seguintes transistores:

• T26: BC639
• T27: BC640

Não substitua esses transistores por tipos padrão. Monte-os de forma que a parte superior de seus invólucros fique mais baixa do que os cabeçalhos do Arduino.

Insira o IC1 ICM7555 (*) em seu soquete e conecte a blindagem em um Arduino e aplique a alimentação. A tensão medida entre o cátodo do D5 e o aterramento do Arduino deve ser em torno de 32… 34V. Não fiz isso porque tenho certeza em mim, mas é melhor você fazer.

Use uma versão CMOS (ICM7555, TLC555 LMC555, …), não use um temporizador 555 padrão

Etapa 15: Transistores NPN

Monte os transistores BC547B

T1… T13

Monte-os de forma que a parte superior de seus invólucros fique abaixo (ou nivelada) com os cabeçalhos do Arduino.

Etapa 16: Transistores PNP

Monte os transistores BC557B

T14… T25

Monte-os de forma que a parte superior de seus invólucros fique abaixo (ou nivelada) com os cabeçalhos do Arduino.

Etapa 17: LEDs de retroiluminação do tubo (opcional)

Você pode usar LEDs padrão de 3 mm em qualquer cor para iluminação de fundo de tubo, até mesmo LEDs de desbotamento de cor RGB.

Dobre as pontas dos LEDs para que os LEDs se encaixem nos orifícios de 3 mm abaixo dos tubos do VFD e, em seguida, solde-os ao PCB. Preste atenção à polaridade. O cabo curto do LED (cátodo) é soldado à almofada mais próxima da marcação da tela de seda com o nome do LED (D6… D9).

Pode ser necessário isolar os terminais do D9 para evitar que eles toquem no conector ISP do Arduino.

Os LEDs são conectados a uma saída PWM no Arduino e podem ser apagados usando o software. No entanto, isso não funcionará corretamente quando você usar LEDs de desbotamento de cores RGB.

Se for mais fácil para você, também é possível montar os LEDs depois que os tubos do VFD forem soldados no lugar. Devido à técnica de montagem, também é fácil substituir os LEDs posteriormente, se você decidir que gostaria de ter outra cor de luz de fundo.

Etapa 18: Montagem do tubo VFD

Esta é uma das etapas mais importantes na construção de seu escudo

Guie os fios do tubo suavemente através de seus respectivos orifícios no PCB. Certifique-se de que o cabo curto nos tubos passe pelo orifício sem a almofada de solda.

Agora, os dígitos devem estar voltados para a frente do PCB.

Se tiver dificuldade em passar os fios dos tubos pelos orifícios, você pode cortá-los como uma "espiral" para que possa mover um fio de cada vez através dos orifícios. Preste atenção para fazer o fio mais curto não muito curto, pois vamos montar os tubos com alguma distância da placa de circuito impresso.

Assim que os tubos estiverem no lugar, alinhe-os mais ou menos manualmente. A parte inferior dos tubos deve estar aproximadamente 1-2 mm abaixo do topo dos cabeçalhos empilháveis do Arduino.

Se estiver usando o invólucro de acrílico opcional, você pode usar as placas superior e inferior como uma ferramenta de alinhamento.

Solde dois terminais de cada tubo no PCB. Feito isso, você ainda pode ajustar o alinhamento do tubo reaquecendo as juntas de solda.

Se estiver satisfeito com o alinhamento do tubo, você pode finalmente soldar os fios do tubo restantes no lugar e cortar o excesso de fios com um pequeno cortador de fio.

Não tente alterar o alinhamento de um tubo após ter sido soldado no lugar, pois isso pode causar estresse mecânico e pode levar a um tubo com defeito

Etapa 19: Teste Final

Finalmente o teste… Carregue o esboço de demonstração para o Arduino e desconecte o Arduino da porta USB do computador.

Conecte o escudo VFD acabado na parte superior do Arduino. Certifique-se de que nenhuma parte de metal do Arduino toque nas juntas de solda da blindagem do VFD.

Conecte o adaptador de alimentação 12 V DC ao conector de alimentação do Arduino e ligue a alimentação.

Após alguns segundos, os tubos do VFD devem começar a contar de 0 a 9 em um loop infinito. Os pontos separadores decimais dos tubos VFD devem formar um contador binário de 4 bits.

A luz de fundo do tubo deve escurecer a cada poucos segundos e ligar novamente.

Verifique os fios do filamento do tubo com cuidado. Eles devem brilhar muito fracamente com uma cor vermelha profunda. Se eles estiverem brilhando muito, diminua os valores de C2 e C3. Por outro lado, se o filamento quase não brilhar e os dígitos estiverem muito escuros, você pode experimentar aumentando os valores de C2 e C3.

Etapa 20: Gabinete de acrílico (opcional)

Os primeiros 2 arquivos são arquivos CAD. Recomendo que você abra o "Manual do usuário do gabinete para blindagem para visualização na tela.pdf" e observe as etapas para o gabinete de acrílico a partir daí.

Etapa 21: Software

Cada biblioteca de que você precisa está nos comentários no início de cada esboço.

Acesso direto

Fornece acesso direto aos tubos e LEDs. Você pode ligar e desligar segmentos e pontos individuais nos tubos e controlar um ciclo de trabalho PWM para iluminar os LEDs.

Relógio ordinário

Apenas o relógio que é configurado através do monitor serial e nada muito sofisticado, mas depois de cerca de 1 dia o relógio volta com cerca de 1 minuto

Relógio inteligente

• Adicionado suporte para DS1307 RTC opcional com bateria.
• Adicionado suporte para trabalhar apenas com esp8266 através de RX e TX
• Adicionada exibição de temperatura em graus Celsius quando um sensor de 1 fio é conectado. O esboço suporta DS18B20, DS18S20 e DS1822. A temperatura é exibida a cada minuto.

Para o esp8266 funcionar com o relógio, você precisará atualizar o esp e fazer uma ponte especial, mostrada aqui como colocar no modo de hibernação para economizar energia. Também será necessário configurar as credenciais de WIFI e o fuso horário do código no esp. Se você não tem experiência com o esp8266, leia aqui para saber mais sobre a instalação da placa no IDE do Arduino.

Termômetro

Funciona com sensores de temperatura de 1 fio. O programa suporta DS1820 (fiação diferente, verifique na Internet), DS18B20, DS18S20 e DS1822.

Voltímetro

Este programa exibe a tensão medida no pino A5.

Demonstração

Exemplo de animação de tubos, animação PWM de LEDs.