เครื่องวัดระดับเสียงจาก VFD อัพไซเคิล: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:04

VFD - จอเรืองแสงสุญญากาศ ประเภทของไดโนเสาร์แห่งเทคโนโลยีการแสดงผล ยังคงสวยและเท่ สามารถพบได้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ภายในบ้านที่ล้าสมัยและถูกละเลยจำนวนมาก แล้วเราจะทิ้งพวกเขาไหม? ไม่เป็นไร เรายังใช้ได้อยู่ ใช้ความพยายามเพียงเล็กน้อย แต่ก็คุ้มค่า

ขั้นตอนที่ 1: ทำความรู้จักกับจอแสดงผล

VFD มี 3 ส่วนหลัก

- เส้นใย (สีน้ำเงิน)

- เกตส์ (สีเขียว)

- แผ่น (สีเหลือง) เคลือบสารเรืองแสง ซึ่งจะสว่างขึ้นเมื่อโดนอิเล็กตรอน

อิเล็กตรอนเดินทางจากเส้นใยไปยังจานผ่านประตู สำหรับสิ่งนี้ที่จะเกิดขึ้น จานจะต้องมีค่าบวกประมาณ 12 ถึง 50V มากกว่าไส้หลอด (อิเล็กตรอนเชิงลบจะถูกดึงไปทางด้านบวก) ประตูจะช่วยให้อิเล็กตรอนสามารถบินผ่านได้เมื่อแรงดันของพวกมันอยู่ใกล้กับเพลต มิฉะนั้น เมื่อเกทมีแรงดันไฟต่ำหรือเป็นลบ อิเลคตรอนจะกระดอนออกไปและไปไม่ถึงเพลต ส่งผลให้ไม่มีแสง

เมื่อมองใกล้จอแสดงผล คุณจะเห็นว่าประตู (แผ่นโลหะที่คั่นด้วยเครื่องหมายวรรคตอน) ครอบคลุมแผ่นหลายแผ่น (องค์ประกอบการแสดงผลด้านหลัง) ดังนั้นประตูหนึ่งจะสลับองค์ประกอบการแสดงผลจำนวนหนึ่ง เพลตจำนวนหนึ่งเชื่อมต่อกันด้วยขาเดียว ซึ่งส่งผลให้เมทริกซ์ซึ่งจำเป็นต้องดำเนินการในลักษณะมัลติเพล็กซ์ คุณเปิดทีละประตูและเปิดแผ่นซึ่งควรจะสว่างขึ้นใต้ประตูนี้ จากนั้นเปิดประตูถัดไปและแผ่นอื่นๆ

ในการทดสอบจอแสดงผล คุณสามารถค้นหาพินไส้หลอด - ปกติแล้วจะอยู่ด้านนอกสุด - และใช้ไฟ 3V กับมันโดยใช้แบตเตอรี่ AA 2 ก้อน อย่าใช้ไฟฟ้าแรงสูง เพราะอาจทำให้สายใยละเอียดแตกได้ จากนั้นสายไฟก็ปรากฏเป็นแสงสีแดง คุณใช้แรงดันไฟฟ้ามาก !

จากนั้นใช้แบตเตอรี่ขนาด 9/12/18V (แบตเตอรี่ 2x 9V) ที่ประตูและจาน (เพียงแค่มองเข้าไปในจอแสดงผลที่มีหมุดสำหรับประตูโลหะ) สิ่งนี้จะทำให้องค์ประกอบการแสดงผลหนึ่งชิ้นสว่างขึ้น

ในภาพฉันเพียงแค่เชื่อมต่อ (เกือบ) เกตและแอโนดทั้งหมดกับ 12V สิ่งนี้จะเปิดทุกอย่าง

จดบันทึกเกี่ยวกับพินที่สว่างขึ้นซึ่งส่วนแสดงผล ! สิ่งนี้จำเป็นสำหรับการเชื่อมต่อและตั้งโปรแกรมจอแสดงผล

ขั้นตอนที่ 2: ความท้าทายที่ 1: แรงดันสูง

ดังที่เราได้เห็นในทฤษฎี เพลต/เกทต้องมีแรงดันไฟฟ้า 12 ถึง 50 โวลต์จึงจะดึงดูดอิเล็กตรอนและให้ฟอสเฟอร์ได้รับแสงสว่างที่ดี ในอุปกรณ์สำหรับผู้บริโภค แรงดันไฟฟ้าเหล่านี้มักจะนำมาจากแท็บพิเศษบนหม้อแปลงหลัก ในฐานะที่เป็นคนทำ DIY คุณไม่มีหม้อแปลงที่มีแท็บเพิ่มเติม และคุณก็ชอบอุปกรณ์ USB 5V ธรรมดาอยู่แล้ว:)

จากนั้นเรียกใช้จอแสดงผลเมทริกซ์แบบมัลติเพล็กซ์ เราต้องการแรงดันไฟฟ้ามากขึ้นเมื่อ ~12V จากการทดสอบของเรา เนื่องจากส่วนการแสดงผลจะสว่างขึ้นทีละส่วน ส่งผลให้เกิดเอฟเฟกต์การหรี่แสง (รูปแบบ PWM ที่มีอัตราส่วน 1: NumberOfGates) ดังนั้นเราควรตั้งเป้าไว้ที่ 50V

มีวงจรจำนวนหนึ่งสำหรับเพิ่มแรงดันไฟฟ้าตั้งแต่ 5V ถึง 30V..50V แต่ส่วนใหญ่จ่ายไฟเพียงเล็กน้อย เช่น mA@50V สองสามตัวสำหรับไดรเวอร์ที่ฉันแสดงในขั้นตอนต่อไป ซึ่งใช้ตัวต้านทานแบบดึงขึ้น, นี้ไม่เพียงพอ. ฉันลงเอยด้วยการใช้วงจรบูสเตอร์แรงดันต่ำตัวใดตัวหนึ่งที่คุณสามารถหาได้ใน Amazon หรือ eBay (ค้นหา "XL6009") มันแปลง 5V เป็น ~ 35V ด้วยกระแสไฟสูงซึ่งดีพอ

อุปกรณ์ที่ใช้ XL6009 นี้สามารถแมงดาให้เป็นเอาต์พุต ~ 50V โดยการเปลี่ยนตัวต้านทาน ตัวต้านทานถูกทำเครื่องหมายในภาพด้วยลูกศรสีแดง คุณยังสามารถค้นหาแผ่นข้อมูลของ XL6009 ซึ่งมีข้อมูลที่จำเป็นสำหรับการคำนวณแรงดันไฟขาออก

ขั้นตอนที่ 3: ความท้าทายที่ 2: รับพลังเส้นใย

เส้นใยควรจะขับเคลื่อนด้วยประมาณ 3V (ขึ้นอยู่กับจอแสดงผล) ควรเป็น AC และติดเทปไว้ตรงกลาง GND พุทโธ 3 ความปรารถนาในหนึ่งแถว

อีกครั้งในอุปกรณ์ดั้งเดิมนี้สามารถทำได้ด้วยแท็บบน Transformer และการเชื่อมต่อ Z-diode บางอย่างกับ GND หรือที่ที่แปลกกว่านั้น (เช่นราง -24V)

การทดลองบางอย่างในภายหลังฉันพบว่าแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับธรรมดาเหนือ GND นั้นดีเพียงพอ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรง เช่น แบตเตอรี่ AA 2 ก้อนก็ใช้งานได้เช่นกัน แต่มันสร้างการไล่ระดับความสว่างจากด้านหนึ่งของ VFD ไปยังอีกด้านหนึ่ง ซึ่งเป็นตัวอย่างบางส่วนใน youtube เมื่อคุณค้นหา "VFD"

โซลูชันของฉัน

เพื่อให้ได้แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ นี่คือแรงดันไฟฟ้าที่เปลี่ยนขั้วของมันตลอดเวลา ฉันสามารถใช้วงจร H-Bridge ได้ สิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องธรรมดามากในวิทยาการหุ่นยนต์ในการควบคุมมอเตอร์กระแสตรง H-Bridge ช่วยให้สามารถเปลี่ยนทิศทาง (ขั้ว) และความเร็วของมอเตอร์ได้

ซัพพลายเออร์อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ DIY ที่ชื่นชอบของฉันมีโมดูลขนาดเล็ก "Pololu DRV8838" ซึ่งทำในสิ่งที่ฉันต้องการได้อย่างแท้จริง

อินพุตเดียวที่จำเป็นคือพลังงานและแหล่งสัญญาณนาฬิกา ดังนั้นสิ่งนี้จึงสลับขั้วอย่างต่อเนื่อง นาฬิกา? ปรากฎว่าองค์ประกอบ RC อย่างง่ายระหว่างเอาต์พุตเชิงลบและอินพุต PHASE สามารถทำหน้าที่เหมือนออสซิลเลเตอร์สำหรับสิ่งนี้

รูปภาพแสดงการเชื่อมต่อของไดรเวอร์มอเตอร์เพื่อสร้างแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับสำหรับไส้หลอด VFD

ขั้นตอนที่ 4: เชื่อมต่อกับลอจิก 5V

ตอนนี้เราสามารถจุดไฟให้หน้าจอทั้งหมดสว่างขึ้นได้ เยี่ยมมาก เราจะแสดงจุด/หลักเดียวได้อย่างไร

เราจำเป็นต้องสลับแต่ละเกตและแอโนดในเวลาที่กำหนด สิ่งนี้เรียกว่ามัลติเพล็กซ์ ฉันเคยเห็นบทช่วยสอนอื่น ๆ เกี่ยวกับเรื่องนี้ที่นี่ เช่น (https://www.instructables.com/id/Seven-Segment-Di…

VFD ของเรามีพินจำนวนมาก ทั้งหมดนี้ต้องถูกขับเคลื่อนด้วยค่าที่แตกต่างกัน ดังนั้นแต่ละตัวจึงจำเป็นต้องมีพินบนคอนโทรลเลอร์ คอนโทรลเลอร์ขนาดเล็กส่วนใหญ่ไม่มีพินมากมายขนาดนั้น ดังนั้นเราจึงใช้ shift register เป็นตัวขยายพอร์ต สิ่งเหล่านี้เชื่อมต่อกับนาฬิกา ข้อมูล และสายที่เลือกไปยังชิปควบคุม (เพียง 3 พิน) และสามารถต่อเรียงกันเพื่อให้มีเอาต์พุตพินได้มากเท่าที่ต้องการ Arduino สามารถใช้ SPI เพื่อจัดลำดับข้อมูลไปยังชิปเหล่านี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ด้านจอแสดงผลมีชิปเพื่อการนี้เช่นกัน "TPIC6b595" เป็น shift register พร้อม open drain output ซึ่งรองรับได้ถึง 50V Open drain หมายความว่าเอาต์พุตเปิดทิ้งไว้เมื่อตั้งค่าเป็น TRUE/1/HIGH และทรานซิสเตอร์ภายในจะสลับไปที่ด้านต่ำ FALSE/0/LOW เมื่อเพิ่มตัวต้านทานจากพินเอาต์พุตไปที่ V+ (50V) พินจะถูกดึงขึ้นไปที่ระดับแรงดันไฟฟ้านี้ ตราบใดที่ทรานซิสเตอร์ภายในไม่ดึงลงไปที่ GND

วงจรแสดงการลดหลั่นกัน 3 ของรีจิสเตอร์กะเหล่านี้ อาร์เรย์ตัวต้านทานถูกใช้เป็นแบบดึงขึ้น วงจรยังประกอบด้วยตัวสลับไฟแบบฟิลาเมนต์ (H-bridge) และตัวเพิ่มแรงดันไฟแบบธรรมดาซึ่งต่อมาถูกปฏิเสธและแทนที่ด้วยบอร์ด XL6009

ขั้นตอนที่ 5: การสร้างเครื่องวัดระดับ

สำหรับสิ่งนี้ฉันใช้จอแสดงผลดอทเมทริกซ์ที่มีตัวเลข 20 หลักและ 5x12 พิกเซลต่อหลัก มี 20 เกท 1 อันสำหรับแต่ละหลักและแต่ละพิกเซลมีพินเพลท การควบคุมทุกพิกเซลจะต้องใช้หมุดที่ควบคุมได้ 60+20 ตัวเช่น 10x TPIC6b595 ชิป

ฉันมีพินที่ควบคุมได้เพียง 24 อันจาก 3x TPIC6b595's ดังนั้นฉันจึงเชื่อมต่อพิกเซลจำนวนหนึ่งกับพิกเซลตัวบ่งชี้ระดับที่ใหญ่กว่าหนึ่งพิกเซล อันที่จริงฉันสามารถแบ่งแต่ละหลักออกเป็น 4 เพราะฉันสามารถควบคุมพินได้ 20+4 อัน ฉันใช้ 2x5 พิกเซลต่อขั้นตอนตัวบ่งชี้ระดับ หมุดสำหรับพิกเซลเหล่านี้ถูกบัดกรีเข้าด้วยกัน ดูวุ่นวายเล็กน้อย แต่ก็ใช้งานได้:)

PS: เพิ่งพบโปรเจ็กต์นี้ที่ควบคุมการแสดงผลนี้แบบพิกเซล..

ขั้นตอนที่ 6: การเขียนโปรแกรม Arduino

ดังที่ได้กล่าวไว้ shift register จะเชื่อมต่อกับฮาร์ดแวร์ SPI ในแผนภาพ pinout ของ Leonardo (รูปภาพจาก Arduino) หมุดเรียกว่า "SCK" และ "MOSI" และมีลักษณะเป็นสีม่วง MOSI ย่อมาจาก MasterOutSlaveIn นั่นคือวันที่ถูกทำให้เป็นอนุกรม

หากคุณใช้ Arduino ตัวอื่น ให้ค้นหาไดอะแกรมพินเอาต์สำหรับ SCK และ MOSI และใช้พินเหล่านี้แทน สัญญาณ RCK ควรเก็บไว้ที่ขา 2 แต่สามารถย้ายตำแหน่งนี้ได้เมื่อเปลี่ยนสิ่งนี้ในรหัสด้วย

ภาพร่างเรียกใช้ตัวแปลง AD ที่พิน A0 เป็นบริการขัดจังหวะ ดังนั้นค่า AD จะถูกอ่านและเพิ่มไปยังตัวแปรส่วนกลางอย่างต่อเนื่อง หลังจากอ่านค่าแล้ว แฟล็กจะถูกตั้งค่าและลูปหลักรับค่าโฆษณา แปลงเป็นพินที่ทำอะไรและเลื่อนออกไปเป็น SPI เป็น TPIC6b และซ้ำแล้วซ้ำเล่าด้วยอัตราที่สายตามนุษย์จะมองไม่เห็นริบหรี่

งานประเภทที่ Arduino สร้างขึ้นสำหรับ:)

นี่คือรหัสสำหรับการแสดงมาตรวัดระดับของฉัน…

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

ขั้นตอนที่ 7: PCB

ฉันสร้าง PCB สองสามตัวสำหรับโปรเจ็กต์นี้ เพื่อให้มีบิลด์ที่ดีและสะอาด PCB นี้มีตัวเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอีกตัวหนึ่งซึ่งไม่ได้ส่งพลังงานเพียงพอ ดังนั้นฉันจึงไม่ได้ใช้ที่นี่และฉีด 50V จากบูสเตอร์ XL6009 แทน

ส่วนที่ยากคือการเพิ่ม VFD เนื่องจากสิ่งเหล่านี้สามารถมีรูปร่างได้ทุกประเภท ฉันพยายามทำให้ PCB เป็นแบบทั่วไปในส่วนตัวเชื่อมต่อ VFD ในตอนท้าย คุณต้องหาพินเอาต์สำหรับจอแสดงผลของคุณและต่อสายไฟและในที่สุดก็เปลี่ยนโค้ดโปรแกรมเล็กน้อยเพื่อให้ทุกอย่างเข้ากันได้ดี

PCB มีอยู่ที่นี่: