Homepage von Manuel Friedrich

Banner   Banner    
.   .    

 open Startseite

 open Schule

 open P-Seminare

 open Bau einer Wordclock

 

Bau einer Wordclock



Wir erstellen im P-Seminar "Mikrocontroller" eine Wordclock, wie sie im Internet anhand vieler Beispiele zu sehen ist. Inspiriert wurden alle diese Projekte von dem kommerziellen Produkt - wie hier gesehen in Regensburg, abgeschreckt allerdings auch von deren Preisen:





Im ersten Nachbau-Beispiel wird eine fertige Platine verwendet. Der Mikrocontroller, eine Atmega8, den es in einem Spielebausatz zu kaufen gibt wird mit einem neuen Programm überspielt.




Die genaue Beschreibung findet sich auch hier.

Im zweiten Beispiel wird ein Arduiono-Board verwendet, alle anderen Bauteile werden von Hand hergestellt: LEDs verkabeln, Schieberegister verbinden usw. Hier klicken, um die Bauanleitungen eines ganz tollen Projektes nachzuvollziehen.

Wir werden zunächst uns mit dem Pong-Spiel beschäftigen, später aber auch eine Uhr vollständig selbst herstellen!

Der Schaltplan des Retro-Spieles Pong, das es bei Conrad zu kaufen gibt, zeigt uns die Ansteuerung der 120 LEDs.

Quelle: http://www.elo-web.de/elo/mikrocontroller-und-programmierung/ping-pong/schaltung-und-selbsttest, aufgerufen am 19.11.2011

Wenn wir die Platine selbst herstellen wollen, werden wir keine SMD-Bauteile verwenden. Der Mikrocontroller ATMEGA8 hat dann 28 und damit etwas weniger Beinchen als die SMD-Variante und der Schaltplan muss angepasst werden. Als LEDs werden low-current LEDs verwendet, die eine Stromaufnahme von 2mA haben.

Der neue Schaltplan könnte so aussehen:


Schwierig gestaltet sich das Layout der Platine, die wir im Ätzverfahren selbst herstellen wollen. Da wir keinerlei Erfahrungen haben, wird das sicher ein spannendes Vorhaben. Die Leiterbahnen wurden auf 1 mm Breite festgelegt. Brücken ließen sich in diesem ersten Entwurf nicht ganz vermeiden, der Leiterplatten-Plan lässt sich aber sicher noch verbessern. Gezeigt wird er ohne Stromanschluss und ohne Taster und Uhrenquarz:



Für die Vorderseite der Uhr haben wir die Buchstaben selbst mit der Software Indesign gestaltet. Im mittleren Bereich befindet sich eine Zeile, bei denen die Buchstaben nicht zur Uhrenzeitanzeige notwendig sind. Hier haben wir den Schulnamen 'Schiller' eingetragen. Versuche, wie wir die Buchstaben auf ein Glas bringen laufen noch: Ein Drucken auf transparente selbstklebende Folie war vielversprechend, die Vorderseite solcher Tintenstrahlfolien ist aber nicht grifffest. Ggf. kann die Oberfläche mit Klarlack behandelt werden. Spielgelverkehrt auf die Rückseite kleben ist eine weitere Möglichkeit. Ggf. kann die Bastelglasplatte auch lackiert werden und die Buchstaben werden eingraviert. Hier sind noch erhebliche Versuche notwendig. Bastelglas lässt sich mit einer Dekupiersäge mit einem feinen Sägeblatt problemlos zersägen.



Einen ersten Entwurf für das Gehäuse der Uhr und die Anschlüsse des Tasters und des Netzteiles gibt es ebenfalls schon:

Das Lichtgitter wollen wir mit unserer CNC-Fräse selbst erstellen. Folgendes Bild dient der Planung, die Kreise haben einen Durchgessser von 4mm, der Abstand der Kreismittelpunkte beträgt jeweils 5 mm. Bild in Originalgröße:



Um diese Löcher aus einer Platte zu fräsen, sind G-Befehle zu erstellen. Eine Kurzanleitung findet sich hier.

Der G-Code hat folgendes Aussehen:
G01 X2.5 Y48.5
G01 Z-3.0
G02 X2.5 Y48.5 I0.0 J-1.0
G01 Z+3.0
G01 X7.5 Y48.5
G01 X7.5 Y48.5
G01 Z-3.0
G02 X7.5 Y48.5 I0.0 J-1.0
G01 Z+3.0
G01 X12.5 Y48.5
G01 X12.5 Y48.5
G01 Z-3.0
G02 X12.5 Y48.5 I0.0 J-1.0
G01 Z+3.0
G01 X17.5 Y48.5
G01 X17.5 Y48.5
G01 Z-3.0
G02 X17.5 Y48.5 I0.0 J-1.0
G01 Z+3.0
G01 X22.5 Y48.5
G01 X22.5 Y48.5
G01 Z-3.0 ...

Es geht noch lange weiter. Zum Erstellen des Programms haben wir uns eine kleine Java-Methode für BlueJ geschrieben.


Der gesamte G-Code befindet sich in einer TXT-Datei hier.

Der Test des G-Codes am 23.11.2011 war sehr erfolgreich.

Projektgruppe Lichtgitter beim ersten Versuch

Wir hatten kleine Anfangsprobleme, konnten diese aber sofort beheben. Ausprobiert haben wir das Abstandsgitter mit einer 4mm starken Sperrholzplatte. Dazu mussten wir die Eintauchtiefe in das Material auf 5mm erhöhen.


Auch haben wir vier gerade Linien zum Ausschneiden des Werkstückes am Ende hinzugefügt.




Die CNC-Maschine wurde auch benutzt, um unser 4mm Bastelglas zu schneiden. Hierfür haben wir die Drehzahl des Fräsers und die Vortriebsgeschwindigkeit stark reduziert (Vortrieb von F100 auf F50). Auf der vierte Seite gab es kleine "Verglasungen" (Plastik ist geschmolzen), als das Material zu heiß wurde. Vermutlich durch die Reibung, als das Werkstück zu vibrieren begann.



Die ersten Bauteile sind schon fertig.


Weiterhin wurde beschlossen, auf eine Batterie zu verzichten und die Uhr nur mit Netzteil zu betreiben. Daraufhin wurde das Gehäuse detailierter geplant. Die Platine wird über zwei Nuten gehalten. Das Lichtgitter liegt auf der Glasscheibe auf, dahinter folgt nahtlos die Platine. Die bestellten Bauteile Taster und Netzteil-Anschluss waren leider zu groß. Es müssen neue bestellt werden. Als nächstes sind genaue Pläne für das Gehäuse zu erstellen.

Diffusorfolie: Noch keinerlei Erfolg hatte die Suche nach einer Diffusorfolie. Hier werden wir weitersuchen. Wir werden zunächst drei weitere Versuche für die Folie unternehmen:
- spiegelverkehrter Druck auf Folie und Bekleben von Hinten auf das Glas
- Versiegeln der Folie mit Klarlack
- Druck auf weiße Folie "Flaschen-Etiketten" (Avery Zweckform 90x120mm - MD4001)

Das Drucken mit weißer Folie (Weinetiketten) war nicht so erfolgreich - es zeigte sich, dass das Licht der LEDs nicht ausreichend ist, wenn auf die Vorderseite geklebt wird - die Scheibe ist zu dick, so dass das Licht zu sehr streut. Selbst auf der Rückseite ist die weiße Folie zu sehr lichtabsorbierend bei 4mm Sperrholzplatte als Lichtgitter. Wir werden weiter suchen müssen...

Als Gehäuse kommt auch Holz in Frage, z. B. 28 mm starkes Leimholz, in das wir eine Aussparung für die Platine und das Lichtgitter einfräsen können. Wir werden dies an einem Beispiel ausprobieren.



Technische Zeichnung unseres Gehäuses

Weiterhin haben wir angefangen, den Quellcode des Programms zu analysieren. Wir wollen den bestehenden Quellcode in einem ersten Schritt vollständig verstehen, um dann Anpassungen vornehmen zu können.

In der letzten Sitzung haben wir uns dem Quellcode der Pong-Wordclock von Martin Steppuhns gewidmet und eine ausführliche Kommentierung erstellt. PDF-Dokument Kommentar

Pong Word-Clock


In der Zwischenzeit wollen wir etwas mit den kleinen Word-Clocks weiterkommen, bei denen wir die fertige Platine des Pong-Spiels verwenden. Wir haben eine Holzplatte genommen und auf das Format 10x15 cm gesägt. Für die Platine habe wir eine Aussparung 8x6 cm eingefräst. Einen Innenraum haben wir vollständig ausgesägt. Als Rückseite verwenden wir eine Kunststoffplatte, die wir mit kleinen Schrauben befestigen werden. Die Kunststoffplatte soll den Taster und den Stromstecker (Hohlbuchse) aufnehmen.


Der ATmega8 braucht gleichäßige 5 V Spannung, dies kann ein einfaches Netzteil aber nicht garantieren, da dort Spannungsspitzen auftreten können, v.a. wenn wenig Strom benötigt wird. Diese Spannungsspitzen könnten den Mikrocontroller beschädigen. Ein stabilisiertes Netzteil ist mir ca. 14 EUR zu teuer, daher haben wir uns entschlossen, eine kleine Platine zu basteln, die den Strom von 9 V Eingangsspannung auf stabilisierte 5 V transformiert. Dazu verwenden wir das Bauteil 7805, einen 100uF-Eleko und zwei 100nF-Kondensatoren.




Nun noch ein Netzteil dran: Und fertig ist der Prototyp:



Start der Produktion


Nach den Planungen und dem Ergänzen der Bauteillisten am 11.01.2012 konnte am 18.01.2012 mit der Produktion gestartet werden.

Der Hausmeister half mit der Tischkreissäge aus und schnitt unser Leimholz in handliche Rahmen der Größe 15 x 10 cm.

Auf diese wurde mit Bleistift der Rand der Platine eingezeichnet, der ausgefräst werden soll und ein innerer Rahmen, der vollständig ausgesägt werden muss.
Vor dem Aussägen wurden mit der Bohrmaschine vier Löcher gebohrt, um das Sägeblatt durchführen zu können.

Saegen01

Saegen02

Die CNC-Gruppe begann der mit der Produktion der Lichtgitter. Für ein Lichtgitter benötigt die CNC-Maschine ca. 15 Minuten. In der Zwischenzeit ist Langeweile angesagt.

CNC01

CNC02

Die Löt-Gruppe hat angefangen, Platinen zu bauen und Bauteile zu verlöten, um 9V-Spannung auf stabilisierte 5V zu senken.

Loeten

Das Ergebnis kann sich durchaus sehen lassen:

Loeten

Zwei Platinen, Acht Lichtgitter und 13 ausgesägte Rahmen. Die Mädels haben an diesem ersten Produktionstag am längsten durchgehalten und erst gegen 17:45 Uhr die Schule verlassen...



Rahmen

Der Rahmen, der bisher nur gesägt wurde, musste noch mit einer Nut versehen werden, auf den die Platine aufgelegt wird.

Rueckseite

Die Rückseite zeigt, dass die Anschlüsse für den Taster und die Stromversorgung zugänglich sein müssen.

Loeten

Nun wird geschliffen...

Anmalen

Dann kann endlich lackiert werden, zweimal...

Vorne

Von vorne sieht es sehr gelungen aus, Platine und Lichtgitter schließen gut mit dem Rahmen ab.

Doppelloch

Auf der Rückseite wird eine Kunststoffplatte angebracht. Wir benötigen zwei kreisrunde Öffnungen, um den Taster und den Anschluss der Netzsteckerbuchse anbringen zu können.

Noch gibt es einiges zu erledigen. Wir haben noch keine Ahnung, wie wir die Frontplatte anbringen wollen, momentan wird sie noch von einem Tesafilm gehalten. Die Anzeige ist noch aus Papier. Eine Difusor-Folie ist noch nicht vorhanden.





Loecher_Alu

In ein Aluminiumprofil werden Löcher gebohrt.

Halterungen

Zersägt ergeben sich kleine Winkel, mit denen wir die Glasplatte an der Frontseite festschrauben wollen.

Diffusor

Als Diffusor nehmen wir hochwertiges Transparentpapier, das hier in Streifen geschnitten wird.

Loeten1

Die Anschlüsse werden eingeschraubt und Drähte angelötet.

Loeten2

Der Stromanschluss wird an der Platine angelötet. Es fehlt noch der Anschluss des Tasters.

Passform

Die fertigen Teile werden eingepasst.

VieleRueckseiten

Am Ende des Tages.

Platinen

Jetzt sind wir fast fertig...


Gruppe

Hurra! 18 Word-Clocks sind fertig! Neun Monate hat es gedauert!

Die Anleitung zum Bau einer Wordclock mit einem Ribba-Rahmen hat mich sehr beeindruckt, so dass ich die Bastelanleitung ausprobieren möchte - allerdings in einem ersten Versuch mit Änderungen. Zunächst wird das LED-Display erstellt. Dabei verwende ich allerdings den kleinen Ribba-Rahmen, der nur 23cm Seitenfläche besitzt und nehme auch kleine gelbe low-current LEDs (2 mA), da die mit 0,06 EUR viel günstiger sind. Ansonsten halte ich mich zunächst sehr genau an die Anleitung von oben. Hier die Bilder:

Dem Ribba-Rahmen von Ikea entnehme ich den hinteren Pappkarton. Ich lasse einen Außenrand von 4 cm, verbleiben 14,9 cm für 11 Spalten und 10 Reihen. Ein Taschenrechner hilft beim Festlegen der Linien:



Am äußeren Rand werden mit einer Mini-Bohrmaschine kleine Löcher mit einem Durchmesser von 1mm gebohrt, durch die der Silberdraht gefädelt wird.



In die Mitte der Vierecke werden mit einem 5mm-Bohrer die Löcher gebohrt. Vorsicht! Der Karton kann leicht brechen, also wenig Druck ausüben!



Nun werden 10 Silberdrähte quer gelegt und an den beiden Seiten eingefädelt. In die erste Reihe kommen die LEDs, schön die Anode unten rechts und die Kathode oben links.




Die Kathode wird nun nach links unten umgebogen:



Vor dem Umbiegen empfiehlt es sich, die Funktion der LED zu prüfen. Mit einer Knopfzelle CR2032 funktioniert das prima und schnell.



Die 110 LEDs sind gesteckt und jeweils ein Beinchen angelötet. Sieht schlimmer aus, als es ist.



Nun lege ich 10 Papierstreifen, jeder ist 1 cm breit, im rechten Winkel auf die Leiterbahnen des Silberdrahtes, spanne elf weitere Silberdrähte auf - diesmal quer - und löte die anderen LED-Anschlüsse fest. Die Papierstreifen dienen dazu, dass es keinen Kurzschluss zwischen den sich kreuzenden Silberdrähten gibt.



Zum Testen der Matrix brauchen wir wieder unsere Batterie, allerdings brauche ich zwei Drähtchen, die ich mit einer Klemme befestige, vorher aber mit Tesafilm isoliere:



Jetzt können wir die LED-Matrix testen. Links positive Batterie, unten Masse - schon leuchtet die LED im Schnittpunkt.



Sehr schön bis hierher. Ob die LED-Leuchtkraft ausreichend sein wird, die Folie ausreichend zu erhellen, werden wir sehen... und hier natürlich berichten.


Verwendete Software:
- Target 3001 V15 (kostenfreie Version) für das Erstellen des Schaltplans und des Leiterbahnen-Layouts.
- Adobe Indesign für das Erstellen der Buchstabenfolie.
- PonyProg (Freeware) zum Überspielen der Software auf den Mikrocontroller.
- AVR-Studio (Freeware) zum Anpassen des C-Quellcodes und Erstellen der Programmdateien.
- Corel-Draw zum Erstellen der Vorlage für das Lichtgitter
-BlueJ für die Programmierung einer Java-Methode, um G-Code auszugeben
 

In den letzten 7 Tagen geändert:



  Copyright 2003-12 - Letzte Änderung am 2012-06-02  Login