Draagbare funksie generator op Arduino: 7 stappe (met foto's)

2024 Outeur: John Day | [email protected]. Laas verander: 2024-01-30 07:26

Funksiegenerator is 'n baie nuttige hulpmiddel, veral as ons dit oorweeg om die reaksie van ons stroombaan op 'n sekere sein te toets. In hierdie instruksies beskryf ek die bouvolgorde van 'n klein, maklik om te gebruik, draagbare funksiegenerator.

Kenmerke van die projek:

• Ten volle digitale beheer: geen passiewe analoog komponente nodig nie.
• Modulêre ontwerp: Elke subkring is 'n vooraf gedefinieerde, maklik om te gebruik module.
• Uitsetfrekwensie: Beskikbare reeks van 0Hz tot 10MHz.
• Eenvoudige beheer: Enkel draaikodeerder met ingeboude drukknop.
• Li-ion battery vir draagbare gebruik, met eksterne laai vermoë.
• AC- en DC -koppeling vir uitsetgolfvorm.
• LCD -helderheidsbeheer om energieverbruik te verminder.
• Battery laai aanwyser.
• Digitale amplitude -beheer.
• Drie beskikbare golfvorms: Sinus, driehoek en vierkant.

Stap 1: Die idee

Daar is baie stroombane wat toetsapparatuur benodig om inligting te kry oor die reaksie van die stroombaan op 'n sekere golfvorm. Hierdie projek is gebaseer op Arduino (Arduino Nano in hierdie geval), met 'n 3,7V litium-ion-battery as kragbron, wat die toestel draagbaar maak. Dit is bekend dat die Arduino Nano-bord 5V benodig as 'n kragtoevoer, dus bevat die elektroniese ontwerp 'n DC-DC boost-omskakelaar wat 'n batteryspanning van 3,7V omskakel na 5V wat benodig word om die Arduino aan te skakel. Hierdie projek is dus maklik om te bou, volledig modulêr, met 'n relatief eenvoudige skematiese diagram.

Voeding van die bord: Die toestel het 'n enkele mini-USB-aansluiting wat 5V van die eksterne kragtoevoer ontvang, dit kan 'n rekenaar of 'n eksterne USB-laaier wees. die stroombaan is so ontwerp dat wanneer die 5V DC-bron gekoppel word, 'n Li-ion-battery opgelaai word deur 'n TP4056-laaismodule wat aan die kragtoevoer gekoppel is (die onderwerp word verder uitgebrei in die volgende stappe).

AD9833: geïntegreerde funksiegeneratorstroombaan is 'n sentrale deel van die ontwerp, wat beheer word via SPI -koppelvlak met die vermoë om 'n vierkant/sinus/driehoekgolf te genereer met 'n frekwensie modulasie opsie. Aangesien AD9833 nie die amplitude van die uitsetsein kan verander nie, het ek 'n digitale 8-bis potensiometer gebruik as 'n spanningsverdeler by die eindpunt van die toestel (sal in verdere stappe beskryf word).

Display: is die basiese 16x2 LCD, wat waarskynlik die gewildste vloeibare kristalvertoning onder Arduino-gebruikers is. Om die energieverbruik te verminder, is daar 'n opsie om die LCD-agtergrond aan te pas via PWM-sein van die Arduino vooraf gedefinieerde "analoog" pen.

Na hierdie kort inleiding kan ons voortgaan met die bouproses.

Stap 2: Onderdele en instrumente

1: Elektroniese onderdele:

1.1: Geïntegreerde modules:

• Arduino Nano bord
• 1602A - Generiese vloeibare kristalvertoning
• CJMCU - AD9833 Funksie kragopwekker module
• TP4056 - Li -ion battery laaier module
• DC-DC Step-Up coverter module: 1.5V-3V tot 5V converter

1.2: Geïntegreerde stroombane:

• SRD = 05VDC - 5V SPDT -aflos
• X9C104P - 8 -bis 100KOhm digitale potensiometer
• EC11 - Draaikodeerder met SPST -skakelaar
• 2 x 2N2222A - BJT vir algemene doeleindes van NPN

1.3: Passiewe en ongeklassifiseerde dele:

• 2 x 0.1uF -Keramiese kapasitors
• 2 x 100uF - Elektrolitiese kapasitors
• 2 x 10uF - Elektrolitiese kapasitors
• 3 x 10KOhm weerstande
• 2 x 1.3KOhm weerstande
• 1 x 1N4007 Gelykrigterdiode
• 1 x SPDT -skakelaar

1.4: Verbindings:

• 3 x 4-pins JST 2.54mm steekverbindings
• 3 x 2-pins JST 2,54 mm steekverbindings
• 1 x RCA -houer -aansluiting

2: Meganiese onderdele:

• 1 x 12,5 cm x 8 cm x 3,2 cm plastiek omhulsel
• 6 x KA-2 mm trekskroewe
• 4 x KA-8mm boorskroewe
• 1 x Encoder knop (dop)
• 1 x 8 cm x 5 cm prototipe bord

3. Instrumente en sagteware:

• Soldeerstasie/yster
• Elektriese skroewedraaier
• Maal lêers van verskillende groottes
• Skerp mes
• Boorpunte
• Skroewedraaier stukkies
• Warm gom geweer
• Mini-USB kabel
• Arduino IDE
• Remklauw/liniaal

Stap 3: Skematiese uiteensetting

Om die skematiese diagram makliker te verstaan, word die beskrywing in subkringe verdeel, terwyl elke subkring verantwoordelik is vir elke ontwerpblok:

1. Arduino Nano -stroombaan:

Die Arduino Nano -module dien as 'n 'hoofbrein' vir ons toestel. Dit beheer al die perifere modules op die toestel, in beide digitale en analoog werkingsmetodes. Aangesien hierdie module sy eie mini-USB-ingangskoppelstuk het, sal dit beide as 'n ingang van die kragtoevoer en as 'n programmeerkoppelvlak-ingang gebruik word. As gevolg hiervan is J1 - die mini -USB -aansluiting losgemaak van die skematiese simbool van Arduino Nano (U4).

Daar is 'n opsie vir die gebruik van toegewyde analoog penne (A0.. A5) as I/O vir algemene doeleindes, dus word sommige van die penne gebruik as digitale uitset, wat kommunikeer met LCD en AC/DC koppeling van die toestel se uitset. Analoog penne A6 en A7 is toegewyde analoog -invoerpenne en kan slegs as ADC -insette gebruik word as gevolg van die Arduino Nano -mikrokontroleerder ATMEGA328P TQFP -pakket, soos dit in die datablad gedefinieer is. Let op dat die batteryspanninglyn VBAT aan die analoog-ingangspennetjie A7 gekoppel is, want ons moet die waarde daarvan kry om die lae batterytoestand van die Li-ion-batteryspanning te bepaal.

2. Kragtoevoer:

Die kragtoevoerstroombaan is gebaseer op die krag van die hele toestel via 'n Li-ion-battery van 3,7V wat omgeskakel word na 'n 5V. SW1 is 'n SPST -skakelaar wat die kragvloei oor die hele stroombaan beheer. Soos uit die skema gesien kan word, word die battery deur die TP4056-module gelaai wanneer eksterne kragtoevoer via 'n mikro-USB-aansluiting van die Arduino Nano-module gekoppel is. Maak seker dat bypass-kondensators van verskillende waardes op die stroombaan voorkom, aangesien daar 'n DC-DC boost-omskakelaargeluid op die grond en 5V-potensiale van die hele stroombaan is.

3. AD9833 en uitset:

Hierdie subkring bied die gepaste uitsetgolfvorm, gedefinieer deur die AD9833-module (U1). Aangesien daar slegs 'n enkele kragtoevoer op die toestel (5V) is, moet 'n koppelkieskringkring aan die uitgangskaskade gekoppel word. C1 -kondensator is in serie gekoppel aan die amplitude -seleksiestadium en kan stilgemaak word via dryfstroom op die relaisinduktor, waardeur die uitsetsignaal direk na die uitsetstadium teruggevoer word. C1 het 'n waarde van 10uF, dit is voldoende dat die golfvorm, selfs met lae frekwensies, deur die kondensator gaan sonder om te verdraai, slegs beïnvloed deur DC -verwydering. Q1 word gebruik as 'n eenvoudige BJT -skakelaar wat gebruik word om stroom deur die relais se induktor te dryf. Maak seker dat die diode in 'n omgekeerde toewysing aan die relaisinduktor gekoppel is, om spanningstygings te voorkom wat die stroombane kan beskadig.

Laaste maar nie die minste stadium is 'n amplitude -keuse. U6 is 'n 8-bis digitale potensiometer IC, wat dien as spanningsverdeler vir 'n gegewe uitsetgolfvorm. X9C104P is 'n 100KOhm digitale potensiometer met 'n baie eenvoudige aanpassing van die ruitveërposisie: 3-pins digitale ingange vir die aanpassing van die ruit/ruitveërposisie.

4. LCD:

16x2 vloeibare kristalvertoning is 'n grafiese koppelvlak tussen die gebruiker en die kring van die toestel. Om die energieverbruik te verminder, word die katodepen van die LCD -agtergrond gekoppel aan die Q2 BJT wat as skakelaar gekoppel is, beheer deur 'n PWM -sein wat deur die Arduino analogWrite -vermoë aangedryf word (word beskryf in die Arduino -kode -stap).

5. Encoder:

Encoder circuit is 'n beheerkoppelvlak wat die hele toestel se werking bepaal. U9 bestaan uit encoder en 'n SPST -skakelaar, dus hoef u nie ekstra knoppies by die projek te voeg nie. Encoder- en skakelpenne moet deur 'n eksterne 10KOhm -weerstand opgetrek word, maar dit kan ook via kode gedefinieer word. Dit word aanbeveel om 0.1uF kapasitors parallel met die encoder A- en B -penne by te voeg om te voorkom dat hierdie invoerlyne weerkaats.

6. JST -verbindings:

Al die eksterne dele van die toestel is verbind via JST -verbindings, wat dit baie makliker maak om die toestel te monteer, met 'n bykomende kenmerk om die plek vir foute tydens die bouproses te verminder. Die kartering van die verbindings word op hierdie manier gedoen:

• J3, J4: LCD
• J5: Encoder
• J6: battery
• J7: SPST -skakelaar
• J8: RCA -aansluiting

Stap 4: Soldeer

As gevolg van die modulêre ontwerp van hierdie projek, word die soldeerstap eenvoudig:

A. Hoofbord soldeer:

1. In die eerste plek is dit nodig om die prototipe te sny tot die grootte van die gewenste omhulselafmetings.

2. Soldeer die Arduino Nano -module en toets die aanvanklike werking daarvan.

3. Soldeerkragstroomkring en die kontrole van al die spanningswaardes voldoen aan die vereistes van die toestel.

4. Soldeer AD9833 module met al die perifere stroombane.

5. Soldeer al die JST -verbindings.

B. Eksterne komponente:

1. Soldeer JST manlike verbindingsdrade in die presiese volgorde aan die LCD -penne soos op die hoofbord beplan was.

2. Soldeer JST Manlike verbindingsdrade aan die encoder soortgelyk aan die vorige stap

3. Soldeerskakelaar na die JST -drade.

4. Soldeer JST-drade na die battery (as dit hoegenaamd nodig is. Sommige van die Li-ioonbatterye wat op eBay beskikbaar is, word vooraf met hul eie JST-aansluiting gesoldeer).

Stap 5: Omhulsel en montering

Nadat al die soldeerwerk klaar is, kan ons voortgaan met die samestelling van die toestel:

1. Dink na oor die plasing van die eksterne dele van die toestel: in my geval het ek verkies om die encoder onder die LCD te plaas, wanneer die skakelaar en die RCA -aansluiting aan die verskillende kante van die omhulselkas geplaas word.

2. Voorbereiding van die LCD -raam: Besluit waar die LCD op die toestel geleë is, maak seker dat dit in die regte rigting geplaas word. Dit het my verskeie kere oorgekom dat die LCD vertikaal omgekeer het nadat ek die snyproses voltooi het is hartseer, want die LCD-raam moet herrangskik word.

Nadat u die raam gekies het, boor u verskeie gate op die omtrek van die hele raam. Verwyder al die ongewenste plastiese snitte met die maalvyl.

Plaas die LCD van binne af en vind die skroefpunte op die omhulsel. Boor gate met 'n gepaste deursnee. Plaas die trekskroewe en maak die moere aan die binnekant van die voorpaneel vas.

3. Encoder: het slegs 'n roterende deel op die pakket. Boor die gebied volgens die deursnee van die draaibare hegstuk. Plaas dit van binne af, maak dit vas met 'n warm lijmpistool. Plaas 'n dop op die draaibank.

4. Wisselskakelaar: besluit oor die afmetings van die swaai om die skakelaar te skakel, sodat dit vrylik af of omhoog getrek kan word. As u skroefpunte op die skakelaar het, boor die toepaslike gebiede op die omhulsel, anders kan u dit met 'n warm lijmpistool vasmaak.

5. RCA-uitgangskonnekteerder: Boor 'n gepaste deursnee-gat vir die RCA-uitgangskonnektor aan die onderkant van die omhulsel. Maak dit vas met die warm lijmpistool.

6. Hoofbord en battery: Plaas Li-ion battery aan die onderkant van die omhulsel. Die battery kan met 'n warm lijmpistool vasgemaak word. Die hoofbord moet op vier plekke geboor word vir 4 skroewe op elke hoek van die hoofbord. Maak seker dat die Arduino mini-USB-ingang so nader as moontlik aan die grens van die omhulsel is (ons moet dit gebruik vir laai en programmeer).

7. Mini-USB: sny die gewenste area vir Arduino Nano mikro-USB af met 'n slyplêer, en maak dit dus moontlik om 'n eksterne kragtoevoer/rekenaar aan die toestel te koppel as dit heeltemal gemonteer is.

8. Laastens: Sluit al die JST -verbindings aan, bevestig albei dele van die omhulsel met vier skroewe van 8 mm op elke hoek van die omhulsel.

Stap 6: Die Arduino -kode

Die aangehegte kode is die volledige toestelkode wat nodig is vir die volledige werking van die toestel. Al die nodige verduideliking is aangeheg by die kommentaarafdelings in die kode.

Stap 7: Finale toetsing

Ons het ons toestel gereed om gebruik te word. mini-USB-aansluiting dien as programmeerder-invoer en eksterne laaierinvoer, sodat die toestel geprogrammeer kan word wanneer dit heeltemal gemonteer is.

Hoop, u sal hierdie instruksies nuttig vind, Dankie vir die lees!;)