Tutorial - Aufbau WordClock mit WS2812

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Dieses Tutorial soll Einsteigern und Fortgeschrittenen einen Leitfaden zum Zusammenbau der WordClock mit WS2812 geben. Das dazugehörige Projekt ist hier beschrieben: WordClock mit WS2812.

Vorbemerkungen[Bearbeiten]

Das Projekt „WordClock mit WS2812“ ist so konzipiert, dass zum Nachbau keine besonderen Vorkenntnisse erforderlich sind. Vorausgesetzt werden aber:

  • Natürlich ein Lötkolben (ca. 25 W, an Schutzleiter angeschlossen) und Elektronik-Lötzinn mit max. 1 mm Durchmesser.
  • Bei wenig Löterfahrung bitte nicht gleich am Shield löten „üben“, sondern an einem Stück Streifenrasterplatine (z. B.
    Reichelt Streifenrasterplatine) und einigen Drahtstücken. Im Internet gibt es genügend Seiten, die das richtige Löten erklären.
  • Ein einfaches Multimeter, um Gleichspannungen und Widerstände messen zu können. Gibt es ab 10 € bis 12 €.
  • Sorgfalt und Geduld: Es ist nicht viel Aufwand, z. B. Widerstände vor dem Einlöten zu messen und somit Fehler bei der Bestückung zu vermeiden.
  • Bei Unklarheiten mit Bauteil-Anschlüssen nicht einfach verschiedene Einbaumöglichkeiten „ausprobieren“ – das kann die Bauteile zerstören.
  • Das komplette Lesen des Artikels kann helfen, Fehler zu vermeiden und aufwändige Fehlersuche unnötig zu machen.

Montage der LEDs[Bearbeiten]

Die folgende Anleitung beschreibt den Aufbau der WS2812-LEDs für die WordClock24h. Bis auf die unten aufgeführten Maße gelten dieselben Ausführungen auch für die WordClock12h.

LED-Display für WordClock24h[Bearbeiten]

Für die Montage des LED-Displays benötigt man:

  • Alu-Platte 310x310x1 mm
  • 5 Meter WS2812-LED-Streifen mit 60 LEDs/m
  • Bleistift - weich
  • Zollstock oder Lineal
  • Tesa-Band
  • Schere

Schritt 1: Streifen schneiden[Bearbeiten]

Den langen LED-Streifen zerschneidet man mit einer Schere nach jeweils 18 LEDs, bis man insgesamt 16 kurze Streifen erhält.

Schritt 2: Markierungen setzen[Bearbeiten]

Auf der Alu-Platte zeichnet man jeweils links und rechts mit dem Bleistift kurze Striche auf den Höhen:
  • 1,5 cm
  • 3,4 cm
  • 5,2 cm
  • 7,1 cm
  • 9,0 cm
  • 10,9 cm
  • 12,8 cm
  • 14,7 cm
  • 16,5 cm
  • 18,4 cm
  • 20,2 cm
  • 22,1 cm
  • 24,0 cm
  • 25,9 cm
  • 27,7 cm
  • 29,6 cm

Eine Alternative ist, die Alu-Platte an den Zwischenboden anzuschrauben und mit einem Stift von vorne auf der Aluplatte in der Mitte der Löcher Punkte einzuzeichen. Alu-Platte dann wider ab, und wenn man nun die LED-Streifen dann auf Höhe dieser Punkte anbringt, ist sichergestellt dass sie genau hinter den Löchern sitzen.

Markierungen und Klebeband

Schritt 3: Isolierung[Bearbeiten]

Anschließend verklebt man jeweils den linken und rechten Rand senkrecht mit einem durchsichtigen TESA-Band mit einer Breite von 1,0 bis 1,5 cm. Sollte das Klebeband breiter sein, schlägt man es einfach nach hinten um. Das Klebeband dient dazu, Kurzschlüssen mit der Alu-Platte vorzubeugen, wenn nachher die LED-Streifen wieder an den Enden verlötet werden.

Schritt 4: Aufkleben der Streifen[Bearbeiten]

Nun klebt man die abgeschnittenen Streifen auf die Alu-Platte, so dass jeweils der mittlere Kontakt der LED-Streifen links und rechts auf der Höhe des jeweiligen Bleistriftstrichs ist. Dabei ist zu beachten, dass jeder 2. Streifen auf dem "Kopf" verklebt wird. Das heisst:
  • Streifen 1: DIN links, DO rechts
  • Streifen 2: DO links, DIN rechts
  • Streifen 3: DIN links, DO rechts
  • Streifen 4: DO links, DIN rechts
  • usw.

Bei der Positionierung kommt es nicht auf jeden Millimeter genau an. Es ist nicht so schlimm, wenn die LEDs dabei um einen Millimeter verschoben sind. Hilfreich bei der Orientierung, wo gerade DIN oder DO zu finden ist, waren bei meinem Streifen kleine Pfeile neben DIN, welche die Flussrichtung der Daten angeben, siehe Fotos rechts.

LED-Streifen - beachte DIN und DO!
Das Zwischenergebnis ist rechts zu sehen. Wichtig ist, dass die LEDs so gut wie möglich im Raster bleiben - nicht nur horizontal, sondern auch vertikal.
Zwischenergebnis

Schritt 5: Verlöten der Streifen[Bearbeiten]

Zunächst werden die Lötpunkte an den Enden der WS2812-Streifen verzinnt, siehe Bild links. Anschließend schneidet man vom Flachbandkabel ein paar 5cm lange Abschnitte, welche man dann als einzelne Litzen trennt, indem man sie einfach mit dem Fingernagel einklemmt und auseinanderzieht.

Übrig bleiben 5cm lange Litzen, die dann einzeln verlötet werden. Zunächst verbindet man immer 2 Streifen paarweise auf der *rechten Seite*, indem man GND mit GND, DOUT mit DIN und 5V mit 5V verbindet, siehe Bild rechts.

Ist man auf der rechten Seite fertig, verbindet man ab der 2. Reihe lediglich mit je einer Litze DOUT mit DIN, GND und 5V lässt man zunächst frei, siehe Bild rechts.

Streifen an den Enden verzinnen
Streifen verlöten rechts
Streifen verlöten links
Das Zwischenergebnis ist rechts zu sehen. Gut zu erkennen ist, dass links jeweils immer nur eine Litze (ab der 2. Reihe) DOUT mit dem nächsten DIN verbindet, während rechts (beginnend mit der 1. Reihe) immer alle drei Kontakte miteinander verbunden werden.
Zwischenergebnis
Nun lötet man auf der linken Seite das Flachbandkabel an, indem man immer zwei Litzen paarweise an GND und 5V heranführt. Dabei unbedingt die Reihenfolge beibehalten: Wenn man die linke Ader des Paares an GND anschließt, muss für alle Paare immer die linke Ader genutzt werden! Demzufolge wird die rechte Ader eines Paares immer an 5V angelötet. Das Ergebnis sieht man im Bild rechts.

Als letztes klappt man das Flachbandkabel auf die Rückseite der Platte und fixiert dieses dort mit Klebeband. Das Ergebnis sieht man auf dem Bild rechts.

Wie das Ende des 16-poligen Flachbandkabels nun mit der Platine verbunden wird, wird später erklärt. Dabei ist unbedingt auf die richtige Polung beim Anschluss zu achten!

Flachbandkabel anlöten
Flachbandkabel umklappen

Löten des Mini-Dev-Board-Shields v3 für STM32F103[Bearbeiten]

Zunächst werden alle Widerstände, Kondensatoren und Stiftleisten von Seite mit den Bauteil-Bezeichnungen und -Werten aus eingesetzt und von der anderen Seite aus an das Shield gelötet. Dabei empfiehlt es sich, mit den Teilen mit niedriger Bauhöhe anzufangen (die Kondensatoren also zum Schluss). Je nach Ausstattung mit den optionalen Bauteilen müssen unterschiedliche Widerstände gesetzt werden (->Übersicht einfügen).

Löten des Nucleo-Shields v3 für STM32F401RE oder STM32F411RE[Bearbeiten]

Vorbereiten/Löten des STM32F411 Nucleo-64

Schritt 1

Wie auf dem Bild rechts zu sehen: die SMD Brücken SB54/SB55 [1], die SMD Brücken SB50 [2] und SB16 [3] entfernen und aufheben.

Nucleo Rückseite mit Brücken
Schritt 2

R35 und R37 [4] mit den vorher entfernten SMD Brücken bestücken (siehe Bild rechts) die Kondensatoren C33 und C34 [6] bestücken und dann den Quarz X3/8Mhz [5] einlöten.

Nucleo Bestückungsseite

Verkabelung[Bearbeiten]

Gesamtmontage[Bearbeiten]

Zwischenboden[Bearbeiten]

Die Zwischenböden sind genauso groß wie die Frontplatte, womit sich die Frage der Holzoptik an den Seiten stellt. Die meisten Leute greifen zu einer der folgenden Lösungen:

  • Rahmen um die Uhr (siehe Teileliste)
  • Zwischenboden anstreichen
  • Zwischenboden mit Umleimer einfassen

Frontplatte[Bearbeiten]

Möglichkeiten der Anbringung der Frontplatte aufzählen und erläutern, u.a.

  • Kleber
  • Magnete

Man sollte die Magnete die an der Frontplatte angeklebt werden ca 3-4mm in den Zwischenboden rein ragen lassen, damit sich Frontplatte nicht verschiebt. Außerdem muß man abwarten, bis der Kleber völlig ausgehärtet ist.

  • Powerstrips

Aufhängen an der Wand[Bearbeiten]

Inbetriebnahme[Bearbeiten]

Flashen des STM32[Bearbeiten]

Flashen des Nucleo STM32F4xx[Bearbeiten]

Flashen des STM32F103 (Mini-Dev-Board)[Bearbeiten]

Flashen des ESP[Bearbeiten]

Erläuterung der Meldungen im Log[Bearbeiten]

  • time "192.53.103.103" -> Der STM32 hat ein Time Commando zum ESP geschickt
  • (OK time) -> Der STM32 hat eine Antwort erhalten
  • (TIME 3703484819) -> Die Zeit die Empfangen wurde
  • (- new client) -> Ein neuer WLan client hat sich angemeldet

Bekannte Fehlermöglichkeiten[Bearbeiten]

STM32F103C8T6 Mini-Development Board[Bearbeiten]

Falsche STM Software geflasht, mögliche Symptome:

  • Die LEDPC13 des STM32F103 Board leuchtet nach dem Start nicht
  • Der WebServer ist erreichbar, allerdings ist das EEProm Offline
  • Der WebServer ist erreichbar, aber Datum und Uhrzeit sind 01.01.1900
  • Auf der Updateseite ist die WordClock firmware version leer, (Update kann durchgeführt werden, allerdings ändert sich das Problem nicht)

RTC/EEProm defekt oder falsch angeschlossen,

  • Beim Startup steht im Log

rtc is offline
eeprom is offline