Μετρητής ήχου από ανακυκλωμένο VFD: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:34

VFD - Vacuum Fluorescent Display, είδος δεινοσαύρου τεχνολογίας οθόνης, ακόμα αρκετά ωραίο και δροσερό, μπορεί να βρεθεί σε πολλές ξεπερασμένες και παραμελημένες οικιακές ηλεκτρονικές συσκευές. Θα τα απορρίψουμε λοιπόν; Όχι, μπορούμε ακόμα να τα χρησιμοποιήσουμε. Κοστίζει λίγη προσπάθεια αλλά αξίζει τον κόπο.

Βήμα 1: Γνωρίστε την οθόνη

Ένα VFD έχει 3 κύρια μέρη

Νήμα (μπλε)

- Πύλες (πράσινο)

- Πλάκες (κίτρινες) επικαλυμμένες με φωσφόρο που ανάβουν όταν χτυπιούνται από ηλεκτρόνια.

Τα ηλεκτρόνια ταξιδεύουν από το νήμα στις πλάκες, περνώντας τις πύλες. Για να συμβεί αυτό, η πλάκα πρέπει να είναι περίπου 12 έως 50V πιο θετική από το νήμα (τα αρνητικά ηλεκτρόνια έλκονται προς τη θετική πλευρά). Οι πύλες θα επιτρέψουν στα ηλεκτρόνια να πετάξουν όταν η τάση τους είναι κοντά στην τάση των πλακών. Διαφορετικά, όταν οι πύλες έχουν χαμηλή ή αρνητική τάση, τα ηλεκτρόνια αναπηδούν και δεν φτάνουν στις πλάκες, με αποτέλεσμα να μην υπάρχει φως.

Όταν κοιτάξετε προσεκτικά την οθόνη, θα δείτε ότι οι πύλες (οι στικτές μεταλλικές πλάκες) καλύπτουν πολλαπλές πλάκες (τα στοιχεία της οθόνης πίσω), οπότε μια πύλη εναλλάσσει πολλά στοιχεία οθόνης. Ένας αριθμός πλακών συνδέεται επίσης μαζί σε έναν πείρο. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια μήτρα, η οποία πρέπει να εκτελεστεί με πολυπλεξικό τρόπο. Ενεργοποιείτε τη μία πύλη κάθε φορά και ενεργοποιείτε επίσης τις πλάκες που πρέπει να ανάβουν κάτω από αυτήν την πύλη, στη συνέχεια ενεργοποιείτε την επόμενη πύλη και μερικές άλλες πλάκες.

Για να δοκιμάσετε την οθόνη, μπορείτε να αναζητήσετε τις ακίδες νήματος - συνήθως τις πιο μακρινές - και να εφαρμόσετε περίπου 3V σε αυτήν, χρησιμοποιώντας 2 μπαταρίες ΑΑ. Μην χρησιμοποιείτε υψηλότερη τάση, διότι θα μπορούσε να φυσήξει τα καλώδια λεπτού νήματος. Στη συνέχεια, τα καλώδια γίνονται ορατά ως κόκκινα λαμπερά στριγκάκια, που είχατε συνηθίσει σε πολύ μεγάλη τάση!

Στη συνέχεια, εφαρμόστε 9/12/18V (μπαταρίες 2x 9V) σε μια πύλη και μια πλάκα (απλά κοιτάξτε την οθόνη όπου βρίσκονται οι ακίδες για τις μεταλλικές πύλες) αυτό θα πρέπει να φωτίσει κάπου ένα στοιχείο οθόνης.

Στις εικόνες απλά συνέδεσα (σχεδόν) όλες τις πύλες και τις ανόδους σε 12V αυτό ενεργοποιεί τα πάντα.

Πάρτε μερικές σημειώσεις σχετικά με το ποια καρφίτσα ανάβει ποιο τμήμα οθόνης! Αυτό θα χρειαστεί για τη σύνδεση και τον προγραμματισμό της οθόνης.

Βήμα 2: Πρόκληση 1: Υψηλή τάση

Όπως είδαμε στη Θεωρία, οι Πλάκες/Πύλες χρειάζονται Τάση 12 έως 50 Βολτ για να είναι ελκυστικές για τα ηλεκτρόνια και να έχουν έναν ωραίο φωτισμό του φωσφόρου. Στις συσκευές καταναλωτών, η τάση αυτή συνήθως λαμβάνεται από μια πρόσθετη καρτέλα στον κύριο μετασχηματιστή. Ως DIY τύπος δεν έχετε μετασχηματιστές με επιπλέον καρτέλες και προτιμάτε έτσι κι αλλιώς απλές προμήθειες USB 5V:)

Στη συνέχεια, εκτελώντας μια οθόνη πολυπλεξικής μήτρας χρειαζόμαστε περισσότερη τάση όταν η test 12V από τη δοκιμή μας, επειδή τα τμήματα της οθόνης φωτίζονται λίγο το ένα μετά το άλλο, με αποτέλεσμα ένα εφέ εξασθένισης (στυλ PWM με αναλογία 1: NumberOfGates). Θα πρέπει λοιπόν να στοχεύσουμε στα 50V.

Υπάρχουν πολλά κυκλώματα για την αύξηση της τάσης από 5V σε 30V..50V, αλλά τα περισσότερα παρέχουν μόνο μια μικρή ποσότητα ενέργειας, όπως μερικά mA@50V για τον οδηγό που εμφανίζω στα επόμενα βήματα, ο οποίος χρησιμοποιεί αντιστάσεις έλξης, αυτό δεν είναι αρκετό. Κατέληξα να χρησιμοποιώ ένα από τα κυκλώματα ενίσχυσης τάσης που μπορείτε να βρείτε στο Amazon ή το eBay (αναζητήστε "XL6009"), μετατρέπει 5V σε V 35V με υψηλό ρεύμα, το οποίο είναι αρκετά καλό.

Αυτές οι συσκευές που βασίζονται σε XL6009 μπορούν να τσιμπηθούν για έξοδο ~ 50V αλλάζοντας μια αντίσταση. Η αντίσταση επισημαίνεται στις εικόνες με ένα κόκκινο βέλος. Μπορείτε επίσης να αναζητήσετε ένα φύλλο δεδομένων του XL6009, το οποίο περιέχει τις απαραίτητες πληροφορίες για τον υπολογισμό της τάσης εξόδου.

Βήμα 3: Πρόκληση 2: Λειτουργήστε το νήμα

Το νήμα πρέπει να κινείται με περίπου 3V (εξαρτάται από την οθόνη). Κατά προτίμηση AC και με κάποιο τρόπο κολλημένο στη μέση στο GND. Puh, 3 ευχές σε μια σειρά.

Και πάλι στις αρχικές συσκευές αυτό θα επιτευχθεί με μια καρτέλα στον μετασχηματιστή και κάποιο είδος σύνδεσης διόδων Ζ με GND ή κάπου ακόμα πιο περίεργο (όπως μια ράγα -24V)

Ορισμένα πειράματα αργότερα διαπίστωσα ότι μια απλή τάση AC πάνω από το GND είναι αρκετά καλή. Η τάση DC, όπως και 2 μπαταρίες ΑΑ, λειτουργεί επίσης, αλλά παράγει κλίση φωτεινότητας από τη μία πλευρά του VFD στην άλλη, είναι μερικά παραδείγματα στο youtube όταν αναζητάτε "VFD".

Η λύση μου

Για να πάρω μια τάση εναλλασσόμενου ρεύματος, αυτή είναι μια τάση που αλλάζει συνεχώς την πολικότητά της, μπορώ να χρησιμοποιήσω ένα κύκλωμα H-Bridge. Αυτά είναι πολύ συνηθισμένα στη ρομποτική για τον έλεγχο κινητήρων DC. Το H-Bridge επιτρέπει την αλλαγή κατεύθυνσης (πολικότητας) και επίσης την ταχύτητα ενός κινητήρα.

Ο αγαπημένος μου προμηθευτής ηλεκτρονικών ειδών DIY προσφέρει μια μικρή μονάδα "Pololu DRV8838" που κάνει ακριβώς αυτό που θέλω.

Η μόνη είσοδος που απαιτείται είναι η τροφοδοσία και μια πηγή ρολογιού, ώστε το πράγμα να εναλλάσσει την πολικότητα συνεχώς. Ρολόι? Αποδεικνύεται ότι ένα απλό στοιχείο RC μεταξύ της αρνητικής εξόδου και της εισόδου PHASE μπορεί να λειτουργήσει σαν ταλαντωτής για αυτό το πράγμα.

Η εικόνα δείχνει τη σύνδεση του προγράμματος οδήγησης κινητήρα για τη δημιουργία τάσης AC για το νήμα VFD.

Βήμα 4: Διασύνδεση με λογική 5V

Τώρα μπορούμε να φωτίσουμε ολόκληρη την οθόνη, υπέροχο. Πώς δείχνουμε μια μόνο τελεία/ψηφίο;

Πρέπει να αλλάξουμε κάθε πύλη και άνοδο σε συγκεκριμένο χρόνο. Αυτό ονομάζεται πολυπλεξία. Έχω δει κάποια άλλα σεμινάρια σχετικά με αυτό εδώ. Π.χ. (https://www.instructables.com/id/Seven-Segment-Di…

Το VFD μας έχει πολλές καρφίτσες, όλες αυτές πρέπει να κινούνται με διαφορετικές τιμές, οπότε το καθένα θα χρειαστεί μια καρφίτσα στο χειριστήριο. Οι περισσότεροι μικροί ελεγκτές δεν έχουν τόσες πολλές καρφίτσες. Χρησιμοποιούμε λοιπόν καταχωρητές shift ως διευρυτές θυρών. Αυτά συνδέονται με ένα ρολόι, ένα δεδομένο και μια επιλεγμένη γραμμή στο τσιπ του ελεγκτή (μόνο 3 ακίδες) και μπορούν να τοποθετηθούν διαδοχικά για να παρέχουν όσες περισσότερες ακίδες εξόδου χρειάζονται. Ένα Arduino μπορεί να χρησιμοποιήσει το SPI του για να σειριοποιήσει αποτελεσματικά τα δεδομένα σε αυτά τα τσιπ.

Στην πλευρά της οθόνης, υπάρχει ένα τσιπ για αυτόν τον σκοπό επίσης. Το "TPIC6b595" είναι ένα μηχάνημα βάρδιας με ανοιχτές εξόδους αποστράγγισης, το οποίο χειρίζεται έως και 50V. Η ανοικτή αποστράγγιση σημαίνει ότι η έξοδος παραμένει ανοιχτή όταν ρυθμιστεί σε TRUE/1/HIGH και ένα εσωτερικό τρανζίστορ μεταβαίνει ενεργά στην χαμηλή πλευρά FALSE/0/LOW. Όταν προσθέτετε μια αντίσταση από τον πείρο εξόδου στο V+ (50V), ο πείρος θα τραβηχτεί σε αυτό το επίπεδο τάσης, αρκεί το εσωτερικό τρανζίστορ να μην το τραβήξει προς τα κάτω στο GND.

Το κύκλωμα που εμφανίζεται καταρρέει 3 από αυτούς τους καταχωρητές βάρδιας. Τα Resistor Arrays χρησιμοποιούνται ως pull up's. Το κύκλωμα περιέχει επίσης τον διακόπτη ισχύος νημάτων (γέφυρα H) και έναν απλό ενισχυτή τάσης που αργότερα απορρίφθηκε και αντικαταστάθηκε με την πλακέτα XL6009.

Βήμα 5: Κάνοντας ένα επίπεδομετρο

Για αυτό χρησιμοποιώ μια οθόνη Dot matrix με 20 ψηφία και 5x12 pixels ανά ψηφίο. Έχει 20 πύλες, μία για κάθε ψηφίο και κάθε εικονοστοιχείο έχει έναν πείρο πλάκας. Ο έλεγχος κάθε εικονοστοιχείου θα απαιτούσε 60+20 μεμονωμένες ελεγχόμενες ακίδες π.χ. 10x μάρκες TPIC6b595.

Έχω μόνο 24 ελεγχόμενες ακίδες από 3x TPIC6b595's. Έτσι συνδέω μια δέσμη pixel σε ένα pixel δείκτη μεγαλύτερου επιπέδου. Στην πραγματικότητα μπορώ να χωρίσω κάθε ψηφίο σε 4 επειδή μπορώ να ελέγξω 20+4 ακίδες. Χρησιμοποιώ 2x5 εικονοστοιχεία ανά βήμα δείκτη επιπέδου. Οι καρφίτσες για αυτά τα εικονοστοιχεία είναι κολλημένες μαζί, μοιάζει λίγο χαοτική αλλά λειτουργεί:)

ΥΓ: Μόλις βρήκα αυτό το έργο όπου αυτή η οθόνη ελέγχεται pixelwise..

Βήμα 6: Προγραμματισμός του Arduino

Όπως αναφέρθηκε, ο καταχωρητής shift θα συνδεθεί σε SPI υλικού. Στο διάγραμμα pinout του Leonardo (Εικόνα από Arduino) οι καρφίτσες ονομάζονται "SCK" και "MOSI" και φαίνονται μοβ. Το MOSI σημαίνει MasterOutSlaveIn, εκεί είναι που η ημερομηνία είναι σειριακή.

Εάν χρησιμοποιείτε άλλο Arduino, αναζητήστε το διάγραμμα pinout για SCK και MOSI και χρησιμοποιήστε αυτές τις καρφίτσες αντ 'αυτού. Το σήμα RCK πρέπει να διατηρείται στο pin 2, αλλά αυτό μπορεί να μετατοπιστεί όταν αλλάξετε επίσης αυτό στον κωδικό.

Το σκίτσο εκτελεί τον μετατροπέα AD στην καρφίτσα A0 ως υπηρεσία διακοπής. Έτσι, οι τιμές AD διαβάζονται συνεχώς και προστίθενται σε μια καθολική μεταβλητή. Μετά από ορισμένες αναγνώσεις, μια σημαία έχει οριστεί και ο κύριος βρόχος παίρνει την τιμή διαφήμισης, τη μετατρέπει σε ποια καρφίτσα κάνει αυτό και τη μεταφέρει στο SPI στο TPIC6b. Η ενημέρωση οθόνης πρέπει να περιστραφεί σε όλα τα ψηφία και ξανά με ρυθμό τέτοιο που το ανθρώπινο μάτι δεν θα το δει να τρεμοπαίζει.

Ακριβώς το είδος της δουλειάς για το οποίο έγινε το Arduino:)

Εδώ έρχεται ο κωδικός για την οθόνη μετρητή επιπέδου μου…

github.com/mariosgit/VFD/tree/master/VFD_T…

Βήμα 7: PCB

Έφτιαξα μερικά PCB για αυτό το έργο, μόνο για να έχω μια ωραία και καθαρή κατασκευή. Αυτό το PCB περιέχει έναν άλλο ενισχυτή τάσης που δεν απέδιδε αρκετή ισχύ, οπότε δεν τον χρησιμοποίησα εδώ και έκανα ένεση 50V από τον ενισχυτή XL6009.

Το δύσκολο κομμάτι είναι η προσθήκη του VFD, καθώς αυτά μπορούν να έχουν όλα τα είδη σχημάτων Προσπάθησα να κάνω το PCB κάπως γενικό στο τμήμα σύνδεσης VFD. Στο τέλος πρέπει να καταλάβετε το pinout για την οθόνη σας και να συνδέσετε την καλωδίωση με κάποιο τρόπο και τελικά να αλλάξετε λίγο τον κώδικα του προγράμματος για να ταιριάζουν όλα μεταξύ τους.

Το PCB είναι διαθέσιμο εδώ: