Arduino IV12
Tak jsem pojmenoval desku, která slouží k novodobým hrátkám se starou sovětskou elektronkou IV-12. Je cosi fascinujícího na svitu starých vakuových fluorescenčních displejů, zvlášť když dnešní doba mikropočítačů umožňuje jejich snadné řízení. Tento článek neobsahuje podrobný stavební návod, ale k volnému užívání nabízí základní popis, výkresovou dokumentaci, soupisku použitých součástek, ukázkový program s popisky a soubory pro výrobu desky plošných spojů. Konstrukce není vhodná pro začátečníky, ale pokud bude stavba probíhat pod dohledem zkušeného amatéra, jistě dopadne dobře a stavba přinese nové praktické dovednosti.
Desku Arduino IV12 řídí kontroler Arduino Nano, který ovládá následující obvody:
- Vakuový fluorescenční displej (VFD) složený ze čtyř sovětských elektronek (itronů) typ IV-12
- Arduino modul hodin reálného času (RTC) s obvodem PCF8563
- Teplotní čidlo s obvodem DS18B20
- Arduino modul FM tuneru 50-115 MHz typ RRD-102 s obvodem RDA5807M připojený k nízkofrekvenčnímu zesilovači s obvodem LM386
- Regulovatelné dekorativní podsvíceni elektronek pomocí LED
Pro napájeni desky je nutný stabilizovaný zdroj 5 VDC s minimálním proudovým zatížením 1,5 A. Lze například použít běžný síťový adaptér uvedený v soupisce součástek. Napětí pro elektronky vyrábí dva DC-DC měniče řízené obvodem MC34063AP1. První (DD1) v zapojení Step-Up měniče vyrábí napětí 50 VDC pro mřížky a anody, druhý (DD2) v zapojení Step-Down vyrábí napětí 1,5 VDC pro žhavení. Podle údajů výrobce je jmenovitý žhavící proud jedné elektronky 100 mA při napětí 1,5 V. Maximální trvalé napětí jednotlivých anod a mřížky je 25 V, ale v impulsním režimu je dovoleno až 50 V při frekvenci opakování 200 Hz a střídě 10 %. Zapojení na desce je z důvodu jednoduchosti, ceny a dostupnosti součástek navrženo pro takzvané dynamické řízení displeje, kdy pomocí opakovaného volání obslužné funkce přerušení dochází k rozsvícení jednotlivých elektronek. V každém časovém okamžiku tedy svítí pouze jedna elektronka. U čtyř elektronek je tedy nejjednodušší použít střídu 25 % a programově si pohrát s frekvencí opakování nebo snížit napětí Step-Up měniče podle toho, jak vysvícené elektronky se podaří sehnat a jak bude vypadat výsledný dojem při pohledu na displej. Na Internetu lze najít podrobnější články a videa o principu VFD a jejich řízení.
Deska je dále osazena modulem hodin reálného času (RTC) s obvodem PCF8563. Modul komunikuje s kontrolérem pomocí sběrnice I2C a binárního výstupu přerušení. Obvod obsahuje registry řízení, času, kalendáře, alarmu a časovače. Chod obvodu je zálohovaný knoflíkovým článkem CR1230 o napětí 3 V, který je součástí dodávky modulu. Všechny možnosti obvodu lze najít v technickém listu výrobce, ale většinu práce za nás udělali tvůrci knihovny, kterou je potřeba nahrát do Arduina IDE. V ukázkovém programu jsem využil funkce pro čtení/zápis hodin a minut z/do registrů času a alarmu. Nastavení alarmu je signalizováno svitem HL1 a v případě jeho aktivace dojde k zapnutí (budík) nebo vypnutí (při usínání) FM přijímače v závislosti od jeho předchozího stavu.
Dalším užitečným obvodem na desce je senzor teploty s obvodem DS18B20. Jedná se o oblíbený senzor teploty v pouzdře malého tranzistoru TO-92. Na desce je použito zapojení pomocí tří vodičů. Jednoduchou komunikaci s čidlem zajišťují funkce použité knihovny. Ideální je čidlo vyvést vodiči ven, jinak se po zapnutí měřená teplota pomalu zvýší o oteplení desky. Zjištěné oteplení lze kompenzovat v progamu.
Dalším zajímavým obvodem na desce je modul FM tuneru 50-115 MHz RRD-102 s obvodem RDA5807M. Modul komunikuje s kontrolérem pomocí sběrnice I2C. Napájecí napětí modulu je 2,7 až 3,3 V a na desce IV12 je přivedeno z výstupu 3V3 kontroléru Arduino Nano. Nízkofrekvenční výstup je programově nastaven do módu mono a hardwarově připojen na vstup zesilovače s obvodem LM386. Ladění stanic a regulaci hlasitosti zajišťuje program kontroléru. Ukázkový program umožňuje přijímat FM stanice v pásmu VKV v rozsahu 87,5 až 108 MHz, ale obvod nabízí mnohem více možností. Jednoduché ovládání obvodu umožňují funkce použité knihovny.
V okolí desky je zvýšená hladina rušení vlivem spínání DC-DC měničů a digitálních výstupů. Použití drátové nebo teleskopické antény není vhodné, a proto doporučuji použít externí dipólovou anténu. Pro jednoduchost a nízkou cenu se osvědčila slabá ohebná dvojlinka (například CYH 2x0,15 mm2) délky 3,75 m. Na jednom konci se dvojlinka roztrhne na 2x75 cm a takto vzniklý dipól se vertikálně zavěsí k oknu. Na druhém konci, u desky IV12, je nutno dvojlinku minimálně dvakrát protáhnout feritovou trubičkou. Feritovou trubičku (feritový filtr) lze často najít na koncích nejrůznějších počítačových kabelů. Také lze použít jiná řešení, například dvouotvorové feritové jádro ze starých televizních symetrizačních transformátorů.
Asi nejdražší ale potřebná součástka na desce je keramická elektronková patice pro 10 pinů. Patice má uprostřed otvor, který se dá použít pro dekorativní podsvícení elektronek. Do otvoru každé patice je zasunuta červená LED o průměru 3 mm. Podsvícení lze regulovat programem pomocí PWM.
Ukázkový program neustále kontroluje stav čtyř připojených tlačítek. Pomocí tlačítka 1 (+) lze zvyšovat hodnoty. Tlačítkem 2 (-) lze snižovat hodnoty. Mačkáním tlačítka 3 (MENU) lze vybrat následující módy:
- Nastavení jasu podsvícení elektronek (J 0-255)
- Nastavení hlasitosti rádia (HL 1-6)
- Nastavení frekvence rádia (875-1080) x 100 kHz
- Programový mód zobrazení (P 1-3)
- Teplota (P 1)
- Čas (P 2)
- Střídavé zobrazení teploty a času (P 3)
- Nastavení proměnné set_minuty 0 až 59 (- - XX)
- Nastavení proměnné set_hodiny 0 až 23 (XX - -)
- Speciální mód pro nastavení obvodu RTC (- - - -)
- Přidržením tlačítka 4 (SET) a zmáčknutím tlačítka 2 (-) se proměnné set_minuty a set_hodiny zapíšou do registru času v obvodu RTC
- Přidržením tlačítka 4 (SET) a zmáčknutím tlačítka 1 (+) se proměnné set_minuty a set_hodiny zapíšou do registru alarmu v obvodu RTC. Zároveň se aktivuje/deaktivuje alarm, což je signalizováno rozsvícením/zhasnutím HL1 a krátkým zobrazením nastaveného času.
Soubory ke stažení:
- Schéma zapojení Arduino IV12
- Soupiska součástek
- Ukázkový program pro Arduino IV12
- Gerber data pro výrobu desky Arduino IV12_v2 v případě zájmu pošlu
