Измеритель уровня звука от переработанного частотно-регулируемого привода: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

VFD - вакуумные флуоресцентные дисплеи, своего рода динозавр дисплейной технологии, все еще довольно красивый и крутой, можно найти во многих устаревших и заброшенных устройствах домашней электроники. Так что, сбросим их? Неееет, мы все еще можем их использовать. Это стоило немного усилий, но оно того стоит.

Шаг 1. Знакомство с дисплеем

ЧРП состоит из 3 основных частей

- Нить (синяя)

- Ворота (зеленые)

- Пластины (желтые), покрытые люминофором, которые загораются при ударе электронов.

Электроны перемещаются от нити к пластинам, проходя через ворота. Чтобы это произошло, пластина должна быть на 12-50 В более положительной, чем нить накала (отрицательные электроны тянутся к положительной стороне). Затворы позволят электронам проходить сквозь них, когда их напряжение близко к напряжению пластин. В противном случае, когда у затворов низкое или отрицательное напряжение, электроны отскакивают и не достигают пластин, что приводит к отсутствию света.

Присмотревшись к дисплею, вы увидите, что затворы (металлические пластины с точечными выступами) закрывают несколько пластин (элементы дисплея позади), поэтому один затвор переключает несколько элементов дисплея. Несколько пластин также соединены вместе на одном штыре. В результате получается матрица, которую нужно запускать мультиплексным способом. Вы включаете одни ворота за раз, а также включаете пластины, которые должны загореться под этими воротами, затем включаете следующие ворота и некоторые другие пластины.

Чтобы проверить дисплей, вы можете найти штыри накаливания - обычно самые крайние - и подать на них около 3 В, используя 2 батарейки АА. Не используйте более высокое напряжение, так как это может привести к повреждению тонкой нити накала. Затем провода становятся видимыми в виде красных светящихся полос, вы привыкли к большому напряжению!

Затем примените 9/12/18 В (2 батарейки по 9 В) к воротам и пластине (просто посмотрите на дисплей, где находятся штыри для металлических ворот), это должен где-то загореться один элемент дисплея.

На фотографиях я просто подключил (почти) все затворы и аноды к 12V, это включает все.

Сделайте несколько заметок о том, какой вывод загорается в каком сегменте дисплея! Это понадобится для подключения и программирования дисплея.

Шаг 2: вызов 1: высокое напряжение

Как мы видели в теории, пластинам / воротам требуется напряжение от 12 до 50 вольт, чтобы быть привлекательными для электронов и получить хорошее освещение люминофора. В бытовых устройствах это напряжение обычно берется с дополнительной вкладки на главном трансформаторе. У вас нет трансформаторов с дополнительными вкладками, и вы все равно отдаете предпочтение простым USB-источникам питания на 5 В:)

Затем при запуске мультиплексированного матричного дисплея нам нужно больше напряжения при ~ 12 В из нашего теста, потому что сегменты дисплея загораются лишь вскоре один за другим, что приводит к эффекту затемнения (стиль ШИМ с соотношением 1: NumberOfGates). Таким образом, мы должны стремиться к 50 В.

Существует ряд схем для повышения напряжения от 5 В до 30 … 50 В, но большинство из них выдает лишь небольшое количество энергии, например несколько мА при 50 В для драйвера, который я покажу на следующих этапах, в котором используются подтягивающие резисторы., этого недостаточно. В итоге я использовал одну из дешевых схем повышения напряжения, которые вы можете найти на Amazon или eBay (ищите «XL6009»), она преобразует 5 В в ~ 35 В с высоким током, что достаточно хорошо.

Эти устройства на базе XL6009 можно настроить на выход ~ 50 В путем замены резистора. Резистор отмечен на изображениях красной стрелкой. Вы также можете найти техническое описание XL6009, которое содержит необходимую информацию для расчета выходного напряжения.

Шаг 3. Задача 2: подключите нить накала

На нить накала должно подаваться напряжение около 3 В (в зависимости от дисплея). Желательно AC и как-то посередине приклеить к GND. Пух, 3 желания в одном ряду.

Опять же, в оригинальных устройствах это было бы достигнуто с помощью вкладки на трансформаторе и какого-то подключения Z-диода к GND или чего-то еще более странного (например, шины -24 В)

Некоторыми экспериментами позже я обнаружил, что простого переменного напряжения выше GND достаточно. Напряжение постоянного тока, как и две батарейки типа АА, также работает, но оно создает градиент яркости от одной стороны VFD к другой, их некоторые примеры на YouTube, когда вы ищете «VFD».

Мое решение

Чтобы получить напряжение переменного тока, это напряжение, которое постоянно меняет свою полярность, я могу использовать схему H-Bridge. Они очень распространены в робототехнике для управления двигателями постоянного тока. H-мост позволяет изменять направление (полярность), а также скорость двигателя.

Мой любимый поставщик электроники «сделай сам» предлагает небольшой модуль «Pololu DRV8838», который делает именно то, что я хочу.

Единственный необходимый вход - это питание и источник синхронизации, поэтому полярность постоянно переключается. Часы? Оказывается, простой RC-элемент между отрицательным выходом и входом PHASE может действовать как генератор для этой штуки.

На изображении показано подключение драйвера двигателя для генерации переменного напряжения для нити VFD.

Шаг 4: Подключение к логике 5 В

Теперь мы можем осветить весь дисплей, отлично. Как показать одну точку / цифру?

Нам нужно переключать каждый затвор и анод в определенное время. Это называется мультиплексированием. Я видел здесь несколько других руководств по этому поводу. Например (https://www.instructables.com/id/Seven-Segment-Di…

Наш VFD имеет множество выводов, все они должны иметь разные значения, поэтому для каждого из них потребуется вывод на контроллере. Большинство маленьких контроллеров не имеют такого количества контактов. Поэтому мы используем регистры сдвига в качестве расширителей портов. Они подключаются к микросхеме контроллера с помощью часов, данных и линии выбора (только 3 контакта) и могут быть включены каскадом для обеспечения необходимого количества выходных контактов. Arduino может использовать свой SPI для эффективной сериализации данных на эти чипы.

На стороне дисплея для этой цели тоже есть микросхема. «TPIC6b595» - это сдвиговый регистр с выходами с открытым стоком, который работает с напряжением до 50 В. Открытый сток означает, что выход остается открытым при установке на TRUE / 1 / HIGH, а внутренний транзистор активно переключается на низкий уровень FALSE / 0 / LOW. При добавлении резистора от выходного контакта к V + (50 В) контакт будет подтягиваться до этого уровня напряжения до тех пор, пока внутренний транзистор не подтянет его к GND.

На схеме показаны каскады 3 из этих регистров сдвига. Решетки резисторов используются в качестве подтягивающих устройств. Схема также содержит переключатель мощности накала (Н-мост) и простой усилитель напряжения, который позже был отклонен и заменен платой XL6009.

Шаг 5: Изготовление уровнемера

Для этого я использую точечно-матричный дисплей с 20 цифрами и 5x12 пикселей на цифру. Он имеет 20 ворот, по одному на каждую цифру, и каждый пиксель имеет штифт пластины. Для управления каждым пикселем потребуется 60 + 20 отдельных управляемых контактов, например. 10 микросхем TPIC6b595.

У меня всего 24 управляемых пина от 3x TPIC6b595. Поэтому я подключаю кучу пикселей к одному большему пикселю индикатора уровня. На самом деле я могу разделить каждую цифру на 4, потому что я могу управлять 20 + 4 контактами. Я использую 2x5 пикселей на шаг индикатора уровня. Контакты этих пикселей спаяны, выглядит немного хаотично, но работает:)

PS: Только что нашел этот проект, в котором этот дисплей управляется по пикселям..

Шаг 6: программирование Arduino

Как уже упоминалось, сдвиговый регистр будет подключен к аппаратному SPI. На схеме распиновки Леонардо (изображение от Arduino) контакты называются «SCK» и «MOSI» и выглядят фиолетовыми. MOSI означает MasterOutSlaveIn, поэтому дата сериализуется.

Если вы используете другой Arduino, поищите в распиновке SCK и MOSI и используйте эти контакты. Сигнал RCK должен храниться на выводе 2, но его можно переместить, изменив это в коде.

Скетч запускает АЦП на выводе A0 как службу прерывания. Таким образом, значения AD постоянно считываются и добавляются в глобальную переменную. После некоторого считывания устанавливается флаг, и основной цикл принимает значение объявления, преобразует его в то, какой вывод делает то, что делает, и переключает его на SPI на TPIC6b. и снова с такой скоростью, чтобы человеческий глаз не заметил его мерцания.

Именно для такой работы была создана Arduino:)

Вот код для моего дисплея измерителя уровня …

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

Шаг 7: печатная плата

Я сделал несколько печатных плат для этого проекта, просто чтобы получить красивую и чистую сборку. Эта печатная плата содержит еще один усилитель напряжения, который не обеспечивает достаточной мощности, поэтому я не использовал его здесь, а вместо этого использовал 50 В от усилителя XL6009.

Сложная часть - это добавление VFD, поскольку они могут иметь все виды форм, я пытался сделать печатную плату несколько универсальной в части разъема VFD. В конце концов, вам нужно выяснить распиновку для вашего дисплея и каким-то образом подключить проводку и в конечном итоге немного изменить программный код, чтобы все соответствовало друг другу.

Печатная плата доступна здесь: