ژنراتور عملکرد قابل حمل در آردوینو: 7 مرحله (همراه با تصاویر)

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:56

ژنراتور عملکرد یک ابزار بسیار مفید است ، به ویژه هنگامی که ما در حال بررسی پاسخ مدار خود به سیگنال خاصی هستیم. در این دستورالعمل ، من دنباله ساخت یک ژنراتور کوچک ، آسان برای استفاده و عملکرد قابل حمل را توصیف می کنم.

ویژگی های پروژه:

• کنترل کاملاً دیجیتالی: نیازی به اجزای آنالوگ غیرفعال نیست.
• طراحی ماژولار: هر زیر مدار یک ماژول آسان برای استفاده است که از قبل تعریف شده است.
• فرکانس خروجی: محدوده موجود از 0Hz تا 10MHz.
• کنترل ساده: رمزگذار دوار تک با دکمه داخلی.
• باتری لیتیوم یون برای استفاده قابل حمل ، با قابلیت شارژ خارجی.
• اتصال AC و DC برای شکل موج خروجی
• کنترل روشنایی LCD برای کاهش مصرف انرژی
• نشانگر شارژ باتری
• کنترل دامنه دیجیتال
• سه شکل موج موجود: سینوس ، مثلث و مربع.

مرحله 1: ایده

مدارهای زیادی وجود دارد که برای به دست آوردن اطلاعات در مورد پاسخ مدار به شکل موجی خاص ، به تجهیزات آزمایش نیاز دارد. این پروژه بر اساس آردوینو (در این مورد آردوینو نانو) ، با باتری 3.7 ولت لیتیوم-یون به عنوان منبع تغذیه ، دستگاه را قابل حمل می کند. مشخص است که برد آردوینو نانو به عنوان منبع تغذیه به 5 ولت احتیاج دارد ، بنابراین طراحی الکترونیکی شامل مبدل تقویت کننده DC-DC است که ولتاژ باتری 3.7 ولت را به 5 ولت مورد نیاز برای تغذیه آردوینو تبدیل می کند. بنابراین ، ساخت این پروژه آسان است ، کاملاً مدولار ، با نمودار شماتیک نسبتاً ساده.

تغذیه برد: دستگاه دارای یک کانکتور کوچک USB است که 5 ولت را از منبع تغذیه خارجی دریافت می کند ، که ممکن است رایانه یا شارژر USB خارجی باشد. مدار به گونه ای طراحی شده است که هنگام اتصال منبع تغذیه 5V DC ، باتری لیتیوم یون توسط ماژول شارژر TP4056 که به مدار منبع تغذیه متصل شده است ، شارژ می شود (موضوع در مراحل بعدی بیشتر گسترش می یابد).

AD9833: مدار ژنراتور عملکرد یکپارچه بخش مرکزی طراحی است که از طریق رابط SPI با قابلیت ایجاد موج مربع/سینوسی/مثلث با گزینه تعدیل فرکانس کنترل می شود. از آنجا که AD9833 توانایی تغییر دامنه سیگنال خروجی را ندارد ، من از یک پتانسیومتر دیجیتالی 8 بیتی به عنوان تقسیم کننده ولتاژ در نقطه پایانی خروجی دستگاه استفاده کرده ام (در مراحل بعدی توضیح داده خواهد شد).

صفحه نمایش: LCD اصلی 16x2 است که احتمالاً محبوب ترین صفحه نمایش کریستال مایع در بین کاربران آردوینو است. به منظور کاهش مصرف انرژی ، گزینه ای برای تنظیم نور پس زمینه LCD از طریق سیگنال PWM از پین "آنالوگ" از پیش تعیین شده آردوینو وجود دارد.

پس از این مقدمه مختصر ، می توانیم به روند ساخت و ساز ادامه دهیم.

مرحله 2: قطعات و ابزارها

1: قطعات الکترونیکی:

1.1: ماژول های یکپارچه:

• برد آردوینو نانو
• 1602A - صفحه نمایش کریستال مایع عمومی
• CJMCU - AD9833 ماژول تولید کننده عملکرد
• TP4056 - ماژول شارژر باتری Li -ion
• ماژول مخفی DC-DC Step-Up: مبدل 1.5V-3V به 5V

1.2: مدارهای مجتمع:

• SRD = 05VDC - رله 5V SPDT
• X9C104P - پتانسیومتر دیجیتال 8 بیتی 100KOhm
• EC11 - رمزگذار روتاری با سوئیچ SPST
• 2 x 2N2222A - NPN عمومی BJT

1.3: قطعات منفعل و طبقه بندی نشده:

• 2 x 0.1uF -خازن های سرامیکی
• 2 x 100uF - خازن های الکترولیتی
• 2 x 10uF - خازن های الکترولیتی
• 3 مقاومت 10 کیلو اهم
• 2 مقاومت 1.3 کیلو اهم
• 1 عدد دیود اصلاح کننده 1N4007
• 1 عدد سوئیچ SPDT Toggle

1.4: اتصالات:

• 3 عدد اتصال دهنده 4 ضلعی JST 2.54 میلی متری 4 پین
• 3 عدد اتصال دهنده پیست JST 2.54 میلی متری 2 پین
• 1 عدد کانکتور RCA Receptacle

2: قطعات مکانیکی:

• 1 x 12.5cm x 8cm x 3.2cm محفظه پلاستیکی
• 6 عدد پیچ کششی KA-2mm
• 4 عدد پیچ حفاری KA-8mm
• 1 عدد دکمه رمزگذار (درپوش)
• تخته نمونه اولیه 1 x 8cm x 5cm

3. ابزارها و نرم افزار:

• ایستگاه لحیم کاری/اتو
• پیچ گوشتی برقی
• سنگ زنی فایل ها در اندازه های مختلف
• چاقوی تیز
• مته
• قطعات پیچ گوشتی
• چسب حرارتی تفنگی
• کابل مینی USB
• آردوینو IDE
• کالیپر/خط کش

مرحله 3: توضیحات شماتیک

به منظور سهولت در درک نمودار شماتیک ، توضیحات به زیر مدار تقسیم می شود در حالی که هر زیرمجموعه مسئولیت هر بلوک طراحی را بر عهده دارد:

1. مدار آردوینو نانو:

ماژول آردوینو نانو به عنوان "مغز اصلی" برای دستگاه ما عمل می کند. این دستگاه تمام ماژول های جانبی دستگاه را در دو حالت دیجیتال و آنالوگ کنترل می کند. از آنجا که این ماژول دارای کانکتور ورودی mini-USB مخصوص به خود است ، از آن به عنوان ورودی منبع تغذیه و ورودی رابط برنامه نویسی استفاده می شود. به همین دلیل ، J1 - اتصال mini -USB از نماد شماتیک Arduino Nano (U4) جدا شده است.

یک گزینه برای استفاده از پین های اختصاصی آنالوگ (A0.. A5) به عنوان ورودی/خروجی عمومی وجود دارد ، بنابراین برخی از پین ها به عنوان خروجی دیجیتالی استفاده می شوند و با انتخاب اتصال خروجی دستگاه با LCD و AC/DC ارتباط برقرار می کنند. پین های آنالوگ A6 و A7 پین های ورودی آنالوگ اختصاصی هستند و فقط می توانند به عنوان ورودی ADC استفاده شوند ، زیرا بسته میکروکنترلر Arduino Nano ATMEGA328P TQFP ، همانطور که در برگه داده تعریف شده بود. توجه داشته باشید که خط ولتاژ باتری VBAT به پین ورودی آنالوگ A7 متصل است ، زیرا برای تعیین وضعیت پایین باتری ولتاژ باتری Li-ion باید مقدار آن را بدست آوریم.

2. منبع تغذیه:

مدار منبع تغذیه بر اساس تغذیه کل دستگاه از طریق باتری Li-ion 3.7V به 5V تبدیل شده است. SW1 یک سوئیچ ضامن SPST است که جریان برق را در کل مدار کنترل می کند. همانطور که در نمودارها مشخص است ، هنگامی که منبع تغذیه خارجی از طریق اتصال micro-USB ماژول Arduino Nano متصل می شود ، باتری از طریق ماژول TP4056 شارژ می شود. اطمینان حاصل کنید که خازن های بای پس با مقادیر مختلف روی مدار وجود دارد ، زیرا مبدل تقویت کننده DC-DC سر و صدا را روی زمین و پتانسیل های 5 ولت کل مدار را تغییر می دهد.

3. AD9833 و خروجی:

این زیر مدار شکل موج خروجی مناسب را ارائه می دهد ، که توسط ماژول AD9833 (U1) تعریف شده است. از آنجا که تنها منبع تغذیه دستگاه (5V) وجود دارد ، باید مدار انتخاب شده اتصال را به آبشار خروجی وصل کنید. خازن C1 به صورت سری به مرحله انتخاب دامنه متصل است و می توان آن را از طریق جریان حرکت در سلف رله خاموش کرد ، بنابراین سیگنال خروجی مستقیماً به مرحله خروجی ردیابی می شود. C1 دارای مقدار 10uF است ، کافی است که شکل موج حتی در فرکانسهای پایین از خازن بدون تحریف عبور کند ، فقط تحت تأثیر حذف DC قرار می گیرد. Q1 به عنوان سوئیچ BJT ساده ای استفاده می شود که برای هدایت جریان از طریق سلف رله استفاده می شود. اطمینان حاصل کنید که دیود به صورت معکوس به سلف رله متصل شده است تا از افزایش ولتاژ که می تواند به مدارهای دستگاه آسیب برساند جلوگیری شود.

آخرین مرحله اما مهمترین مرحله انتخاب دامنه است. U6 یک پتانسیومتر دیجیتالی 8 بیتی IC است که برای تقسیم موج خروجی به عنوان تقسیم کننده ولتاژ عمل می کند. X9C104P یک پتانسیومتر دیجیتالی 100 کیلو اهم با تنظیم موقعیت برف پاک کن بسیار ساده است: ورودی های دیجیتالی 3 پین برای تنظیم موقعیت برف پاک کن افزایش یا کاهش.

4. LCD:

صفحه نمایش 16x2 کریستال مایع رابط گرافیکی بین مدار کاربر و دستگاه است. به منظور کاهش مصرف انرژی ، پین کاتدی نور پس زمینه LCD به Q2 BJT متصل است که به عنوان سوئیچ متصل است ، توسط سیگنال PWM هدایت شده توسط توانایی Arduino analogWrite (در مرحله کد آردوینو توضیح داده می شود).

5. رمزگذار:

مدار رمزگذار یک رابط کنترل است که عملکرد کل دستگاه را مشخص می کند. U9 از رمزگذار و سوئیچ SPST تشکیل شده است ، بنابراین نیازی به افزودن دکمه های اضافی به پروژه نیست. پین های رمزگذار و سوئیچ باید توسط یک مقاومت خارجی 10 کیلو اهم بیرون کشیده شوند ، اما می توان آنها را از طریق کد نیز تعریف کرد. توصیه می شود برای جلوگیری از پرش روی این خطوط ورودی ، خازن های 0.1uF را به موازات پین های رمزگذار A و B اضافه کنید.

6. اتصالات JST:

تمام قسمتهای بیرونی دستگاه از طریق اتصالات JST به هم متصل شده اند ، بنابراین مونتاژ دستگاه بسیار راحت تر است ، با ویژگی اضافی کاهش مکان اشتباهات در هنگام ساخت. نقشه برداری از اتصالات به این صورت انجام می شود:

• J3 ، J4: LCD
• J5: رمزگذار
• J6: باتری
• J7: سوئیچ ضامن SPST
• J8: اتصال خروجی RCA

مرحله 4: لحیم کاری

به دلیل طراحی مدولار این پروژه ، مرحله لحیم کاری ساده می شود:

A. لحیم کاری صفحه اصلی:

1. اول از همه ، نیاز به برش نمونه اولیه به اندازه ابعاد محفظه مورد نظر وجود دارد.

2. لحیم کاری ماژول آردوینو نانو و آزمایش عملکرد اولیه آن.

3. لحیم کاری مدار تغذیه و بررسی تمام مقادیر ولتاژ مطابق با نیاز دستگاه است.

4. ماژول AD9833 لحیم کاری با تمام مدارهای جانبی.

5. لحیم کاری تمام اتصالات JST.

ب. اجزای خارجی:

1. سیمهای اتصال دهنده JST مردانه را به ترتیب دقیق همانطور که در صفحه اصلی برنامه ریزی شده بود به پین های LCD لحیم کنید.

2. سیمهای اتصال JST Male را به رمزگذار مشابه مرحله قبل لحیم کنید

3. سوئیچ ضامن لحیم کاری به سیم های JST.

4. لحیم کردن سیم های JST به باتری (در صورت نیاز به آن. برخی از باتری های Li-ion موجود در eBay با اتصال JST مخصوص خود لحیم کاری شده اند).

مرحله 5: محفظه و مونتاژ

پس از انجام تمام لحیم کاری ، می توانیم به دنباله مونتاژ دستگاه برویم:

1. در مورد قرار دادن قطعات خارجی دستگاه فکر کنید: در مورد من ، ترجیح دادم رمزگذار را زیر LCD قرار دهم ، هنگامی که سوئیچ ضامن و اتصال RCA در طرفین جداگانه جعبه محفظه قرار می گیرد.

2. آماده سازی قاب LCD: تصمیم بگیرید که LCD در دستگاه کجا قرار می گیرد ، مطمئن شوید که در جهت درست قرار گرفته است ، چندین بار برای من اتفاق افتاد که پس از اتمام تمام مراحل برش ، LCD به صورت عمودی وارونه شد ، که از آن صحبت می کنم غم انگیز است ، زیرا نیاز به تنظیم مجدد قاب LCD وجود دارد.

پس از انتخاب قاب ، چندین سوراخ در محیط کل قاب ایجاد کنید. تمام برش های پلاستیکی ناخواسته را با فایل آسیاب بردارید.

LCD را از داخل وارد کرده و نقاط پیچ را روی محفظه قرار دهید. سوراخ هایی با قطر مته مناسب ایجاد کنید. پیچ های کشیده را وارد کرده و مهره ها را در قسمت داخلی پنل جلویی محکم کنید.

3. رمزگذار: فقط یک قسمت دوار روی بسته دارد. منطقه را با توجه به قطر پیوست دوار رمزگذار مته کنید. آن را از داخل وارد کنید ، آن را با یک تفنگ چسب حرارتی محکم کنید. یک کلاه روی ضمیمه دوار قرار دهید.

4. تعویض سوئیچ: در مورد ابعاد نوسان کلید تعویض تصمیم بگیرید ، بنابراین ممکن است آزادانه به پایین یا بالا کشیده شود. اگر بر روی کلید تعویض نقاط پیچ دارید ، قسمت های مناسب را روی محفظه سوراخ کنید ، در غیر این صورت می توانید آن را با تفنگ چسب حرارتی محکم کنید.

5. اتصال خروجی RCA: سوراخ قطر مناسب برای اتصال خروجی RCA را در سمت پایین و پایین محفظه ایجاد کنید. آن را با تفنگ چسب حرارتی محکم کنید.

6. صفحه اصلی و باتری: باتری لیتیوم یونی را در قسمت پایین محفظه قرار دهید. باتری را می توان با تفنگ چسب حرارتی بست. صفحه اصلی باید در چهار مکان برای 4 پیچ در هر گوشه صفحه اصلی حفاری شود. اطمینان حاصل کنید که ورودی مینی USB آردوینو تا حد ممکن به مرز محوطه نزدیک است (ما باید از آن برای اهداف شارژ و برنامه نویسی استفاده کنیم).

7. Mini-USB: ناحیه مورد نظر برای Arduino Nano micro-USB را با یک فایل سنگ زنی قطع کنید ، بنابراین اتصال منبع تغذیه خارجی/رایانه به دستگاه را هنگامی که کاملاً مونتاژ می شود ، ممکن می سازد.

8. نهایی: تمام اتصالات JST را وصل کنید ، هر دو قسمت محفظه را با چهار پیچ 8 میلی متری در هر گوشه محفظه وصل کنید.

مرحله 6: کد آردوینو

کد پیوست کد کامل دستگاه است که برای عملکرد کامل دستگاه مورد نیاز است. تمام توضیحات مورد نیاز در قسمت نظرات داخل کد ضمیمه شده است.

مرحله 7: آزمایش نهایی

ما دستگاه خود را برای استفاده آماده کرده ایم. اتصال mini-USB هم به عنوان ورودی برنامه نویس و هم به عنوان ورودی شارژر خارجی عمل می کند ، بنابراین دستگاه می تواند در صورت مونتاژ کامل برنامه ریزی شود.

امیدوارم این مطالب آموزشی مفید واقع شود ،

ممنون که خواندید! ؛)