Rádio SteamPunk: 10 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:37

Projeto: SteamPunk Radio

Data: maio de 2019 - agosto de 2019

VISÃO GLOBAL

Este projeto é sem dúvida o mais complexo que empreendi, com dezesseis tubos VFD IV-11, duas placas Arduino Mega, dez circuitos de luz de néon LED, um servo, um eletroímã, dois chips MAX6921AWI IC, cinco fontes de alimentação DC, uma alimentação HV suprimento, dois medidores DC Volt, um medidor DC Amp, rádio FM estéreo, amplificador de potência 3W, tela LCD e teclado. Além da lista de peças acima, dois programas de software tiveram que ser desenvolvidos do zero e, finalmente, a construção de todo o rádio exigiu cerca de 200 horas de trabalho.

Decidi incluir este projeto no site Instructables não esperando que os membros o reproduzissem na íntegra, mas sim que selecionassem os elementos que eram de seu interesse. Duas áreas de interesse particular para os membros do site podem ser o controle dos 16 tubos VDF IV-11 usando dois chips MAX6921AWI e sua fiação associada, e as comunicações entre dois cartões Mega 2650.

Os vários componentes incluídos neste projeto foram adquiridos localmente, exceto os tubos IV-11 e os chips MAX6921AWI, ambos obtidos no eBay. Eu queria trazer de volta à vida vários itens que, de outra forma, permaneceriam em caixas por anos. Todas as válvulas de alta frequência foram originadas com o entendimento de que todas eram unidades com falha.

Etapa 1: LISTA DE PEÇAS

1. 2 x Arduino Mega 2560 R3

2. Rádio FM RDA5807M

3. Amplificador PAM8403 3W

4. 2 alto-falantes de 20 W

5. Di-pole FM Ariel

6. Tubos VDF de 16 X IV-11

7. 2 x MAX6921AWI IC Chip

8. 2 x MT3608 2A Max DC-DC Módulo de Potência Intensificador Módulo de Potência Booster

9. 2 x XL6009 400 KHz Módulo Buck Automático

10. Módulo de 1 canal, 5V de acionamento de baixo nível para Arduino ARM PIC AVR DSP

11. 2 Channel 5V 2-Channel Module Shield para Arduino ARM PIC AVR DSP

12. Levantamento de ímã elétrico 2,5KG / 25N Solenóide Ventosa Eletroímã DC 6V

13. O motor de passo de 4 fases pode ser acionado pelo chip ULN2003

14. 20 * 4 LCD 20X4 5V tela azul LCD2004 exibir módulo LCD

15. Módulo de interface serial IIC / I2C

16. 6 x bits 7 x WS2812 5050 RGB LED luz anelar com drivers integrados Neo Pixel

17. 3 x anel de LED 12 x WS2812 5050 RGB LED com drivers integrados Neo Pixel

18. 2 x anel de LED 16 x WS2812 5050 RGB LED com drivers integrados Neo Pixel

19. Fita LED RGB Flexível de 5m de Comprimento

20. 12 Key Membrane Switch Keypad 4 x 3 Matrix Array Matrix teclado numérico de troca

21. Sensor de altitude de pressão barométrica digital BMP280 3,3 V ou 5 V para Arduino

22. Módulo de relógio em tempo real DS3231 AT24C32 IIC Módulo RTC de precisão

23. 2 x Potenciômetro Rotativo Linear de Eixo Recartilhado 50K

24. Adaptador de energia 12V 1 Amp

Etapa 2: IV-11 TUBOS VDF E MAX6921AWI IC CHIP

O uso do chip MAX6921AWI neste projeto se baseia em meu projeto anterior de Despertador. Cada conjunto de oito tubos IV-11 é controlado por meio de um único chip MAX6921AWI usando o método Multiplex de controle. Os dois PDFs anexados mostram a fiação do conjunto de oito válvulas e como o chip MAX6921AWI é conectado ao conjunto de válvulas e, por sua vez, conectado ao Arduino Mega 2560. Uma codificação de cores estrita da fiação é necessária para garantir esse segmento e As linhas de tensão da rede são mantidas separadas. É muito importante identificar as saídas do tubo, consulte o PDF em anexo. Isso inclui os pinos 1 e 11 do aquecedor de 1,5 V, o pino do ânodo de 24 V (2) e, finalmente, os pinos de oito segmentos e "dp", 3 - 10. Neste tempo, também vale a pena testar cada segmento e “dp” usando um equipamento de teste simples antes de começar a conectar o conjunto de tubos. Cada pino do tubo é conectado em série com o próximo na linha de tubos até o último tubo, onde a fiação extra é adicionada para permitir a conexão remota ao chip MAX6921AWI. Este mesmo processo é continuado para as duas linhas de alimentação do aquecedor, pinos 1 e 11. Usei fio colorido para cada uma das 11 linhas, quando fiquei sem cores, comecei a sequência de cores novamente, mas adicionei uma faixa preta em cada extremidade do fio usando termoencolhível. A exceção à sequência de fiação acima é para o pino 2, a fonte de 24 ânodos que tem um fio individual conectado entre o pino 2 e as saídas de energia do ânodo no chip MAX6921. Consulte o PDF em anexo para obter detalhes sobre o chip e suas conexões. Nunca é demais enfatizar que em nenhum momento durante a operação do chip o chip deve ficar quente, quente depois de algumas horas, use sim, mas nunca quente. O diagrama de fiação do chip mostra as três conexões ao Mega, pinos 27, 16 e 15, a alimentação de 3,5 V-5 V do pino 27 do Mega, seu GND ao pino 14 do Mega e o pino 1 da alimentação de 24 V. Nunca exceda a alimentação de 5 V e mantenha a faixa de potência do ânodo entre 24 V e 30 V no máximo. Antes de continuar, use um testador de continuidade para testar cada fio entre seus pontos mais distantes.

Usei a versão AWI deste chip, pois era o menor formato com o qual estava disposto a trabalhar. A fabricação do chip e seu portador começa com dois conjuntos de 14 pinos PCB colocados em uma placa de pão, o portador do chip colocado sobre os pinos com o pino 1 no topo esquerdo. Usando fluxo e solda, solde os pinos e “estanhe” cada uma das 28 almofadas de perna com chip. Depois de concluído, coloque o chip do carregador do chip, tomando muito cuidado para alinhar as pernas do chip com as almofadas das pernas e garantindo que o entalhe no chip esteja voltado para o pino 1. Achei que usar um pedaço de fita adesiva sobre um lado do chip ajudou estabilize o chip antes de soldar. Ao soldar, certifique-se de que o fluxo foi aplicado às almofadas das pernas e que o ferro de soldar está limpo. Pressione geralmente para baixo em cada perna do chip, isso irá dobrá-lo ligeiramente na almofada da perna e você deverá ver a solda escorrendo. Repita isso para todas as 28 pernas, você não deve precisar adicionar nenhuma solda ao ferro de solda durante este processo.

Depois de concluído, limpe o transportador do chip de fluxo e, em seguida, use um testador de continuidade para testar cada perna, colocando uma ponta de prova na perna do chip e a outra no pino do PCB. Por fim, certifique-se sempre de que todas as conexões tenham sido feitas ao portador do chip antes que qualquer alimentação real seja aplicada, se o chip começar a esquentar, desligue imediatamente e verifique todas as conexões.

Etapa 3: RGB LIGHT ROPE & NEON LIGHT RING

Este projeto exigiu dez elementos de iluminação, três cabos de luz RGB e sete anéis de luz NEON de vários tamanhos. Cinco dos anéis de luz NEON foram ligados em uma série de três anéis. Esses tipos de anéis de iluminação são muito versáteis em seu controle e nas cores que podem exibir, usei apenas as três cores primárias que estavam ligadas ou desligadas. A fiação consistia em três fios, 5 V, GND e uma linha de controle que era controlada pelo Mega escravo, consulte a lista do Arduino em anexo “SteampunkRadioV1Slave” para obter detalhes. As linhas 14 a 20 são importantes, especialmente o número definido de unidades de luz; elas devem corresponder ao número físico, caso contrário, o anel não funcionará corretamente.

Os cabos de luz RGB exigiam a construção de uma unidade de controle que pegava três linhas de controle do Mega, cada uma controlando as três cores primárias, vermelho, azul e verde. A unidade de controle consistia em nove transistores TIP122 N-P-N, consulte a ficha técnica TIP122 anexada, cada circuito consiste em três transistores TIP122 onde uma perna é aterrada, a segunda perna é conectada a uma fonte de alimentação de 12 V e a perna do meio é conectada à linha de controle Mega. O fornecimento de cabo RGB consiste em quatro linhas, uma única linha GND e três linhas de controle, uma de cada uma das três pernas intermediárias do TIP122. Isso fornece as três cores primárias, a intensidade da luz é controlada usando um comando de gravação analógica com um valor de 0, para desligado, e 255 para o máximo.

Etapa 4: COMUNICAÇÕES ARDUINO MEGA 2560

Este aspecto do projeto era novo para mim e, como tal, exigiu a construção de um quadro de distribuição IC2 e a conexão de cada um dos Mega GNDs. A placa de distribuição IC2 permitiu que os dois cartões Mega fossem conectados através dos pinos 21 e 22, a placa também foi usada para conectar a tela LCD, o sensor BME280, o Relógio em Tempo Real e o Rádio FM. Consulte o arquivo Arduino anexado “SteampunkRadioV1Master” para obter detalhes sobre as comunicações de um único caractere da unidade Master para a unidade Slave. As linhas de código críticas são a linha 90, definindo o segundo Mega como uma unidade escrava, a linha 291 é uma chamada de procedimento de solicitação de ação escrava típica, o procedimento inicia na linha 718, finalmente a linha 278 que tem uma resposta de retorno do procedimento escravo, no entanto. decidiu não implementar totalmente esse recurso.

O arquivo “SteampunkRadioV1Slave” anexado detalha o lado escravo desta comunicação, as linhas críticas são a linha 57, define o endereço IC2 do escravo, linhas 119 e 122, e o procedimento “receiveEvent” iniciando em 133.

Há um artigo muito bom no You Tube: Arduino IC2 Communications by DroneBot Workshop que foi muito útil para entender este assunto.

Etapa 5: CONTROLE DE ELETROMAGNET

Novamente, um novo elemento neste projeto foi o uso de um eletroímã. Usei uma unidade de 5 V, controlada por um relé de canal único. Esta unidade foi usada para mover a tecla do código Morse e funcionou muito bem com pulsos curtos ou longos, fornecendo os sons de “ponto” e “traço” que uma tecla Morse típica exibe. No entanto, ocorreu um problema quando esta unidade foi usada, ela introduziu um EMF traseiro no circuito que teve o efeito de reinicializar o Mega conectado. Para superar esse problema, adicionei um diodo em paralelo com o eletroímã que resolveu o problema, pois pegaria o EMF traseiro antes de afetar o circuito de força.

Etapa 6: RÁDIO FM E AMPLIFICADOR 3W

Como o nome do projeto sugere, este é um rádio e decidi usar um módulo FM RDA5807M. Embora esta unidade tenha funcionado bem, seu formato requer muito cuidado ao conectar os fios para criar uma placa PCB. As abas de solda nesta unidade são muito fracas e irão quebrar, tornando muito difícil soldar um fio nessa conexão. O PDF anexado mostra a fiação desta unidade, as linhas de controle SDA e SDL fornecem controle para esta unidade a partir do Mega, a linha VCC requer 3,5 V, não exceda esta tensão ou danificará a unidade. As linhas GND e ANT são evidentes, as linhas Lout e Rout alimentam um conector de fone de ouvido fêmea padrão de 3,5 mm. Eu adicionei um mini ponto de tomada de antena FM e uma antena FM de di-pólo e a recepção é muito boa. Eu não queria usar os fones de ouvido para ouvir rádio, então adicionei dois alto-falantes de 20 W conectados por meio de um amplificador PAM8403 3 W com a entrada para o amplificador usando o mesmo plugue de fone de ouvido fêmea de 3,5 mm e um cabo conector macho para macho de 3,5 mm comercial. Foi neste ponto que encontrei um problema com a saída do RDA5807M que sobrecarregou o amplificador e causou uma distorção significativa. Para superar esse problema, adicionei dois resistores de 1M e 470 ohms em série a cada uma das linhas do canal e isso removeu a distorção. Com este formato não fui capaz de reduzir o volume da unidade para 0, mesmo definindo a unidade para 0 nem todo o som foi removido completamente, então adicionei um comando “radio.setMute (true)” quando o volume estava definido para 0 e isso efetivamente removeu todo o som. Os últimos três tubos IV-11 na linha inferior dos tubos normalmente mostram a temperatura e a umidade, no entanto, se o controle de volume for usado, esta exibição é alterada para mostrar o volume atual com um máximo de 15 e mínimo de 0. Esta exibição de volume é mostrado até que o sistema atualize os tubos superiores de exibir a data de volta para mostrar a hora, após o que a temperatura é exibida novamente.

Etapa 7: SERVO CONTROL

O 5V Servo foi usado para mover a unidade de relógio. Depois de comprar um mecanismo de relógio “somente para peças” e remover a mola principal e metade do mecanismo, o que restou foi limpo, lubrificado e, em seguida, alimentado usando o Servo, anexando o braço do Servo a uma das engrenagens sobressalentes do relógio original. O código crítico para o funcionamento do Servo pode ser encontrado no arquivo “SteampunRadioV1Slave” a partir da linha 294, onde 2048 pulsos produzem uma rotação de 360 graus.

Etapa 8: CONSTRUÇÃO GERAL

A caixa veio de um rádio antigo, o verniz antigo removido, a frente e a traseira removidas e então reenvernizadas. Cada uma das cinco válvulas teve suas bases removidas e anéis de luz NEON presos na parte superior e inferior. As duas válvulas posteriores tinham dezesseis pequenos orifícios perfurados na base e, em seguida, dezesseis luzes de LCD seladas em cada orifício, cada luz de LCD era conectada à próxima em série. Todas as tubulações usaram tubos e conexões de cobre de 15 mm. As divisórias internas eram feitas de camada de 3 mm pintada de preto e a frente era de Perspex transparente de 3 mm. Folha de latão, com formatos prensados foi usada para forrar o Perspex frontal e o interior de cada um dos compartimentos do tubo IV-11. Os três controles frontais para liga / desliga, volume e frequência usam potenciômetros rotativos lineares fixados por meio de um tubo de plástico à haste de uma válvula gaveta. A antena em forma de cobre foi construída com fio de cobre trançado de 5 mm, enquanto a bobina em espiral ao redor das duas válvulas superiores foi feita de fio de aço inoxidável de 3 mm pintado com tinta de cobre. Três placas de distribuição foram construídas, 12 V, 5 V e 1,5 V, e uma outra placa distribui as conexões IC2. Quatro fontes de alimentação DC foram fornecidas com 12 V de um adaptador de alimentação de 12 V, 1 Amp. Dois fornecem 24 V para alimentar os chips MAX6921AWI IC, um fornece uma alimentação de 5 V para suportar todos os sistemas de iluminação e movimento e um fornece 1,5 V para os dois circuitos de aquecimento IV-11.

Etapa 9: SOFTWARE

O software foi desenvolvido em duas partes, Master e Slave. O programa Master oferece suporte ao sensor BME208, relógio em tempo real, dois chips MAX6921AWI IC e IC2. O programa Slave controla todas as luzes, servo, eletroímã, medidor de Amp e ambos os medidores de Volt. O programa Master suporta os dezesseis tubos IV-11, o display LCD traseiro e o teclado de 12 teclas. O programa Slave suporta todas as funções de iluminação, servo, eletroímã, relés, amperímetro e ambos os voltímetros. Uma série de programas de teste foi desenvolvida para testar cada uma das funções antes de cada função ser adicionada aos programas Master ou Slave. Consulte os arquivos do Arduino em anexo e os detalhes dos arquivos adicionais da biblioteca necessários para dar suporte ao código.

Incluir arquivos: 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.

Etapa 10: REVISÃO DO PROJETO

Gostei do desenvolvimento deste projeto, com seus novos elementos de Mega comunicações, eletroímã, Servo e suporte de dezesseis tubos IV-11 VFD. A complexidade do circuito às vezes era desafiadora e o uso de conectores Dupont causa problemas de conexão de vez em quando. O uso de cola quente para proteger essas conexões ajuda a reduzir problemas de conexão aleatórios.