Φορητή γεννήτρια λειτουργιών στο Arduino: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:37

Η λειτουργία γεννήτριας είναι ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο, ειδικά όταν εξετάζουμε τον έλεγχο της απόκρισης του κυκλώματός μας σε ένα συγκεκριμένο σήμα. Σε αυτό το διδακτικό θα περιγράψω τη δομή της μικρής, εύχρηστης, φορητής γεννήτριας λειτουργιών.

Χαρακτηριστικά του έργου:

• Πλήρως ψηφιακός έλεγχος: Δεν χρειάζεται παθητικά αναλογικά εξαρτήματα.
• Αρθρωτή σχεδίαση: Κάθε υπο-κύκλωμα είναι μια προκαθορισμένη εύχρηστη μονάδα.
• Συχνότητα εξόδου: Διαθέσιμο εύρος από 0Hz έως 10MHz.
• Απλός έλεγχος: Ενιαίος περιστροφικός κωδικοποιητής με ενσωματωμένο κουμπί.
• Μπαταρία ιόντων λιθίου για φορητή χρήση, με δυνατότητα εξωτερικής φόρτισης.
• Σύζευξη AC και DC για κυματομορφή εξόδου.
• LCD Έλεγχος φωτεινότητας για μείωση της κατανάλωσης ενέργειας.
• Ένδειξη φόρτισης μπαταρίας.
• Digitalηφιακός έλεγχος πλάτους.
• Τρεις διαθέσιμες κυματομορφές: Ημιτονοειδές, τρίγωνο και τετράγωνο.

Βήμα 1: Η ιδέα

Υπάρχουν πολλά κυκλώματα που απαιτούν κάποιο εξοπλισμό δοκιμών για να λάβουν πληροφορίες σχετικά με την απόκριση του κυκλώματος σε μια συγκεκριμένη κυματομορφή. Αυτό το έργο βασίζεται στο Arduino (Arduino Nano σε αυτή την περίπτωση), με μπαταρία ιόντων λιθίου 3,7V ως πηγή ενέργειας καθιστώντας τη συσκευή φορητή. Είναι γνωστό ότι ο πίνακας Arduino Nano απαιτεί 5V ως τροφοδοτικό, οπότε ο ηλεκτρονικός σχεδιασμός περιέχει μετατροπέα ενίσχυσης DC-DC που μετατρέπει την τάση της μπαταρίας 3,7V σε 5V που απαιτείται για την τροφοδοσία του Arduino. Έτσι, αυτό το έργο είναι εύκολο να κατασκευαστεί, εντελώς αρθρωτό, με σχετικά απλό σχηματικό διάγραμμα.

Τροφοδοσία της πλακέτας: Η συσκευή διαθέτει ένα μόνο συνδετήρα mini-USB που λαμβάνει 5V από την εξωτερική τροφοδοσία, που μπορεί να είναι είτε PC είτε εξωτερικός φορτιστής USB. το κύκλωμα έχει σχεδιαστεί με τρόπο ώστε όταν συνδέεται η πηγή 5V DC, η μπαταρία ιόντων λιθίου φορτίζεται από τη μονάδα φορτιστή TP4056 που είναι προσαρτημένη στο κύκλωμα τροφοδοσίας (Το θέμα θα επεκταθεί περαιτέρω στα ακόλουθα βήματα).

AD9833: το κύκλωμα γεννήτριας ενσωματωμένης λειτουργίας είναι ένα κεντρικό μέρος του σχεδιασμού, που ελέγχεται μέσω διεπαφής SPI με δυνατότητα δημιουργίας κύματος τετραγώνου/ημιτόνου/τριγώνου με δυνατότητα διαμόρφωσης συχνότητας. Δεδομένου ότι το AD9833 δεν έχει δυνατότητα αλλαγής του πλάτους σήματος εξόδου, χρησιμοποίησα ένα ψηφιακό ποτενσιόμετρο 8 bit ως διαχωριστή τάσης στο τελικό σημείο εξόδου της συσκευής (Θα περιγραφεί σε περαιτέρω βήματα).

Οθόνη: είναι η βασική οθόνη LCD 16x2, η οποία είναι ίσως η πιο δημοφιλής οθόνη υγρών κρυστάλλων μεταξύ των χρηστών του Arduino. Προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας, υπάρχει η επιλογή ρύθμισης του οπίσθιου φωτισμού LCD μέσω σήματος PWM από τον προκαθορισμένο "αναλογικό" ακροδέκτη Arduino.

Μετά από αυτή τη σύντομη εισαγωγή, μπορούμε να προχωρήσουμε στη διαδικασία κατασκευής.

Βήμα 2: Μέρη και όργανα

1: Ηλεκτρονικά ανταλλακτικά:

1.1: Ολοκληρωμένες ενότητες:

• Arduino Nano σανίδα
• 1602A - Γενική οθόνη υγρών κρυστάλλων
• CJMCU - AD9833 Λειτουργική μονάδα γεννήτριας λειτουργιών
• TP4056 - Μονάδα φόρτισης μπαταριών ιόντων λιθίου
• Μονάδα συγκάλυψης DC-DC Step-Up: Μετατροπέας 1.5V-3V σε 5V

1.2: Ολοκληρωμένα κυκλώματα:

• SRD = 05VDC - 5V ρελέ SPDT
• X9C104P - 8 -bit 100KOhm ψηφιακό ποτενσιόμετρο
• EC11 - Περιστροφικός κωδικοποιητής με διακόπτη SPST
• 2 x 2N2222A - BPN γενικής χρήσης NPN

1.3: Παθητικά και μη ταξινομημένα μέρη:

• 2 x 0.1uF -Κεραμικοί πυκνωτές
• 2 x 100uF - Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές
• 2 x 10uF - Ηλεκτρολυτικοί πυκνωτές
• 3 αντιστάσεις 10KOhm
• 2 αντιστάσεις 1.3KOhm
• 1 x 1N4007 διόρθωση διόδου
• 1 x διακόπτης εναλλαγής SPDT

1.4: Συνδέσεις:

• 3 x 4 ακίδων JST 2.54mm βύσματα σύνδεσης
• 3 x 2 ακίδων JST 2.54mm βύσματα σύνδεσης
• 1 x υποδοχή υποδοχής RCA

2: Μηχανικά μέρη:

• 1 x 12,5cm x 8cm x 3,2cm Πλαστικό περίβλημα
• 6 x βίδες έλξης KA-2mm
• 4 x βίδες διάτρησης KA-8mm
• 1 x Κουμπί κωδικοποίησης (καπάκι)
• Πίνακας πρωτότυπου 1 x 8cm x 5cm

3. Όργανα και λογισμικό:

• Σταθμός συγκόλλησης/σίδερο
• Ηλεκτρικό κατσαβίδι
• Λείανση αρχείων πολυάριθμων μεγεθών
• Κοφτερό μαχαίρι
• Τρυπάνια
• Μπιτ κατσαβιδιού
• Πυροβόλο θερμής κόλλας
• Mini-USB καλώδιο
• Arduino IDE
• Δαγκάνα/χάρακα

Βήμα 3: Σχήματα Επεξήγηση

Προκειμένου να καταστεί ευκολότερη η κατανόηση του σχηματικού διαγράμματος, η περιγραφή χωρίζεται σε υπο-κυκλώματα, ενώ κάθε υπο-κύκλωμα έχει την ευθύνη για κάθε μπλοκ σχεδιασμού:

1. Arduino Nano Circuit:

Η μονάδα Arduino Nano λειτουργεί ως "Κύριος εγκέφαλος" για τη συσκευή μας. Ελέγχει όλες τις περιφερειακές μονάδες στη συσκευή, τόσο σε ψηφιακό όσο και σε αναλογικό τρόπο λειτουργίας. Δεδομένου ότι αυτή η μονάδα έχει τη δική της υποδοχή εισόδου mini-USB, θα χρησιμοποιηθεί τόσο ως είσοδος τροφοδοσίας όσο και ως είσοδος διεπαφής προγραμματισμού. Εξαιτίας αυτού, J1 - η υποδοχή mini -USB αποσπάται από το σχηματικό σύμβολο του Arduino Nano (U4).

Υπάρχει μια επιλογή για χρήση αποκλειστικών αναλογικών ακίδων (A0.. A5) ως I/O γενικής χρήσης, οπότε ορισμένοι από τους ακροδέκτες χρησιμοποιούνται ως ψηφιακή έξοδος, επικοινωνώντας με LCD και AC/DC σύζευξη που επιλέγονται από την έξοδο της συσκευής. Οι αναλογικοί πείροι A6 και A7 είναι αποκλειστικοί αναλογικοί ακροδέκτες εισόδου και μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως είσοδοι ADC, λόγω του πακέτου Arduino Nano μικροελεγκτή ATMEGA328P TQFP, όπως ορίστηκε στο φύλλο δεδομένων. Παρατηρήστε ότι η γραμμή τάσης μπαταρίας VBAT είναι προσαρτημένη στον αναλογικό πείρο εισόδου A7, επειδή πρέπει να λάβουμε την τιμή του για να προσδιορίσουμε τη χαμηλή κατάσταση της μπαταρίας της τάσης της μπαταρίας ιόντων λιθίου.

2. Τροφοδοσία:

Το κύκλωμα τροφοδοσίας βασίζεται στην τροφοδοσία ολόκληρης της συσκευής μέσω μπαταρίας ιόντων λιθίου 3.7V που μετατράπηκε σε 5V. Το SW1 είναι ένας διακόπτης εναλλαγής SPST που ελέγχει τη ροή ισχύος σε ολόκληρο το κύκλωμα. Όπως φαίνεται από τα σχήματα, όταν η εξωτερική τροφοδοσία συνδέεται μέσω σύνδεσης micro-USB της μονάδας Arduino Nano, η μπαταρία φορτίζεται μέσω της μονάδας TP4056. Βεβαιωθείτε ότι υπάρχουν πυκνωτές παράκαμψης πολλών τιμών στο κύκλωμα, καθώς υπάρχει ένας μετατροπέας ενίσχυσης DC-DC που μετατρέπει θόρυβο στο έδαφος και δυναμικά 5V ολόκληρου του κυκλώματος.

3. AD9833 και Έξοδος:

Αυτό το υπο-κύκλωμα παρέχει κατάλληλη κυματομορφή εξόδου, που ορίζεται από την ενότητα AD9833 (U1). Δεδομένου ότι υπάρχει μόνο μία τροφοδοσία στη συσκευή (5V), πρέπει να συνδέσετε το επιλεγμένο κύκλωμα ζεύξης στον καταρράκτη εξόδου. Ο πυκνωτής C1 συνδέεται εν σειρά με το στάδιο επιλογής πλάτους και μπορεί να σιωπήσει μέσω του ρεύματος κίνησης στον επαγωγέα ρελέ, καθιστώντας έτσι το σήμα εξόδου να εντοπιστεί κατευθείαν στο στάδιο εξόδου. Το C1 έχει τιμή 10uF, αρκεί η κυματομορφή ακόμη και χαμηλών συχνοτήτων να περάσει από τον πυκνωτή χωρίς να παραμορφωθεί, επηρεάζοντας μόνο την αφαίρεση DC. Το Q1 χρησιμοποιείται ως απλός διακόπτης BJT που χρησιμοποιείται για την οδήγηση ρεύματος μέσω του επαγωγέα ρελέ. Βεβαιωθείτε ότι η δίοδος είναι συνδεδεμένη με αντίστροφη κατανομή στον επαγωγέα ρελέ, προκειμένου να αποφευχθούν αιχμές τάσης που μπορούν να βλάψουν τα κυκλώματα της συσκευής.

Τελευταίο αλλά όχι λιγότερο σημαντικό στάδιο είναι η επιλογή εύρους. Το U6 είναι ψηφιακό ψηφιακό ποτενσιόμετρο 8 bit, το οποίο λειτουργεί ως διαχωριστής τάσης για μια δεδομένη κυματομορφή εξόδου. Το X9C104P είναι ένα ψηφιακό ποτενσιόμετρο 100KOhm με πολύ απλή ρύθμιση θέσης υαλοκαθαριστήρα: digitalηφιακές εισόδους 3 ακίδων για τη ρύθμιση της θέσης του υαλοκαθαριστήρα προσαύξησης/μείωσης.

4. LCD:

Η οθόνη υγρών κρυστάλλων 16x2 είναι μια γραφική διεπαφή μεταξύ του κυκλώματος χρήστη και της συσκευής. Προκειμένου να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας, η καθολική ακίδα οπίσθιου φωτισμού LCD συνδέεται με Q2 BJT συνδεδεμένη ως διακόπτης, ελέγχεται από σήμα PWM που οδηγείται από την ικανότητα Arduino analogWrite (Θα περιγραφεί στο βήμα κώδικα Arduino).

5. Κωδικοποιητής:

Το κύκλωμα κωδικοποίησης είναι μια διεπαφή ελέγχου, που καθορίζει τη λειτουργία ολόκληρης της συσκευής. Το U9 αποτελείται από κωδικοποιητή και διακόπτη SPST, οπότε δεν χρειάζεται να προσθέσετε επιπλέον κουμπιά στο έργο. Οι ακίδες κωδικοποιητή και διακόπτη πρέπει να τραβηχτούν από εξωτερικές αντιστάσεις 10KOhm, αλλά μπορούν επίσης να οριστούν μέσω κωδικού. Συνιστάται η προσθήκη πυκνωτών 0.1uF παράλληλα στους ακροδέκτες κωδικοποιητή Α και Β, προκειμένου να αποφευχθεί η αναπήδηση σε αυτές τις γραμμές εισόδου.

6. Συνδέσεις JST:

Όλα τα εξωτερικά μέρη της συσκευής συνδέονται μέσω συνδέσμων JST, καθιστώντας έτσι πολύ πιο βολική τη συναρμολόγηση της συσκευής, με ένα επιπλέον χαρακτηριστικό μείωσης της θέσης λαθών κατά τη διαδικασία κατασκευής. Η χαρτογράφηση των συνδέσμων γίνεται με αυτόν τον τρόπο:

• J3, J4: LCD
• J5: Κωδικοποιητής
• J6: Μπαταρία
• J7: Διακόπτης εναλλαγής SPST
• J8: Υποδοχή εξόδου RCA

Βήμα 4: Συγκόλληση

Λόγω του αρθρωτού σχεδιασμού αυτού του έργου, το βήμα συγκόλλησης γίνεται απλό:

A. Συγκόλληση κύριου πίνακα:

1. Πρώτα απ 'όλα, πρέπει να περικόψετε το πρωτότυπο του πίνακα στο μέγεθος των επιθυμητών διαστάσεων περιβλήματος.

2. Συγκόλληση Η μονάδα Arduino Nano και δοκιμή της αρχικής της λειτουργίας.

3. Το κύκλωμα τροφοδοσίας συγκόλλησης και ο έλεγχος όλων των τιμών τάσης συμμορφώνονται με τις απαιτήσεις της συσκευής.

4. Συγκολλητική μονάδα AD9833 με όλα τα περιφερειακά κυκλώματα.

5. Συγκόλληση όλων των συνδετήρων JST.

Β. Εξωτερικά συστατικά:

1. Κολλήστε τα καλώδια αρσενικού συνδετήρα JST στις ακίδες LCD με ΑΚΡΙΒΗ σειρά, όπως είχαν προγραμματιστεί στην κεντρική πλακέτα.

2. Συγκόλληση καλωδίων σύνδεσης JST Male στον κωδικοποιητή, παρόμοια με το προηγούμενο βήμα

3. Διακόπτης εναλλαγής συγκόλλησης στα καλώδια JST.

4. Συγκόλληση καλωδίων JST στην μπαταρία (Εάν χρειάζεται. Μερικές από τις μπαταρίες ιόντων λιθίου που διατίθενται στο eBay είναι προ-κολλημένες με τη δική τους υποδοχή JST).

Βήμα 5: Περίβλημα και συναρμολόγηση

Αφού ολοκληρωθεί η συγκόλληση, μπορούμε να προχωρήσουμε στην ακολουθία συναρμολόγησης της συσκευής:

1. Σκεφτείτε την τοποθέτηση εξωτερικών εξαρτημάτων συσκευής: Στην περίπτωσή μου, προτίμησα να τοποθετήσω τον κωδικοποιητή κάτω από την οθόνη LCD, όταν ο διακόπτης εναλλαγής και ο σύνδεσμος RCA τοποθετούνται σε ξεχωριστές πλευρές του κουτιού περιβλήματος.

2. Προετοιμασία πλαισίου LCD: Αποφασίστε πού θα βρίσκεται η LCD στη συσκευή, βεβαιωθείτε ότι θα τοποθετηθεί στη σωστή κατεύθυνση, μου συνέβη αρκετές φορές ότι αφού ολοκλήρωσα όλη τη διαδικασία κοπής, η LCD αναστράφηκε κάθετα, μιλώντας για την οποία είναι λυπηρό, γιατί υπάρχει ανάγκη αναδιάταξης του πλαισίου LCD.

Αφού επιλεγεί το πλαίσιο, ανοίξτε πολλές τρύπες στην περίμετρο ολόκληρου του πλαισίου. Αφαιρέστε όλες τις ανεπιθύμητες πλαστικές περικοπές με λείανση.

Τοποθετήστε την οθόνη LCD από μέσα και εντοπίστε τα σημεία βίδας στο περίβλημα. Τρυπήστε τρύπες με τρυπάνια κατάλληλης διαμέτρου. Τοποθετήστε τραβηγμένες βίδες και στερεώστε παξιμάδια στην εσωτερική πλευρά του μπροστινού πίνακα.

3. Κωδικοποιητής: έχει μόνο ένα περιστροφικό μέρος στη συσκευασία. Τρυπήστε την περιοχή σύμφωνα με τη διάμετρο περιστροφικής σύνδεσης του κωδικοποιητή. Τοποθετήστε το από μέσα, στερεώστε το με ένα πιστόλι θερμής κόλλας. Τοποθετήστε ένα καπάκι στο περιστροφικό εξάρτημα.

4. Εναλλαγή διακόπτη: αποφασίστε για τις διαστάσεις του περιστροφικού διακόπτη εναλλαγής, ώστε να μπορεί να τραβηχτεί προς τα κάτω ή προς τα πάνω ελεύθερα. Εάν έχετε βιδωτά σημεία στον διακόπτη εναλλαγής, τρυπήστε τις κατάλληλες περιοχές στο περίβλημα, διαφορετικά μπορείτε να το στερεώσετε με πιστόλι θερμής κόλλας.

5. Σύνδεσμος εξόδου RCA: Ανοίξτε την κατάλληλη οπή διαμέτρου για το βύσμα εξόδου RCA στην πλαϊνή-κάτω πλευρά του περιβλήματος. Στερεώστε το με το πιστόλι θερμής κόλλας.

6. Κύρια πλακέτα και μπαταρία: Τοποθετήστε την μπαταρία ιόντων λιθίου στην κάτω πλευρά του περιβλήματος. Η μπαταρία μπορεί να στερεωθεί με πιστόλι θερμής κόλλας. Ο κύριος πίνακας πρέπει να τρυπηθεί σε τέσσερις θέσεις για 4 βίδες σε κάθε γωνία της κύριας πλακέτας. Βεβαιωθείτε ότι η είσοδος Arduino mini-USB είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά στο όριο του περιβλήματος (Θα πρέπει να το χρησιμοποιήσουμε για σκοπούς φόρτισης και προγραμματισμού).

7. Mini-USB: κόψτε την επιθυμητή περιοχή για Arduino Nano micro-USB με ένα αρχείο λείανσης, καθιστώντας έτσι δυνατή τη σύνδεση εξωτερικής τροφοδοσίας/υπολογιστή στη συσκευή όταν συναρμολογηθεί πλήρως.

8. Τελικό: Συνδέστε όλους τους συνδετήρες JST, συνδέστε και τα δύο μέρη του περιβλήματος με τέσσερις βίδες 8mm σε κάθε γωνία του περιβλήματος.

Βήμα 6: Ο κώδικας Arduino

Ο συνημμένος κώδικας είναι ο πλήρης κωδικός συσκευής που απαιτείται για την πλήρη λειτουργία της συσκευής. Όλη η απαραίτητη εξήγηση επισυνάπτεται στις ενότητες σχολίων μέσα στον κώδικα.

Βήμα 7: Τελική δοκιμή

Έχουμε τη συσκευή μας έτοιμη για χρήση. Η υποδοχή mini-USB λειτουργεί τόσο ως είσοδος προγραμματιστή όσο και ως εξωτερική είσοδος φορτιστή, έτσι ώστε η συσκευή να μπορεί να προγραμματιστεί όταν είναι πλήρως συναρμολογημένη.

Ελπίζω, αυτό το διδακτικό να το βρείτε χρήσιμο, Ευχαριστώ για την ανάγνωση!;)