Word Clock Variante 3

Wordclock, die Dritte

Übersicht

Das hier ist ein dritter Aufguss des Themas WordClock. Diese Variante verwendet einfarbige P-LCC2 LEDs und ist 160x160mm groß.

Hardware

Die verwendeten Spaltentreiber sind TLC5916 zusammen mit FZT851 als Zeilentreiber. Betriebsmodus ist 1:5 Multiplex. Damit ergibt sich eine Konstantstrombetrieb der LEDs und ein relativ geringer Bauteilpreis.

Als Controller kommt ein ATMega88 zum Einsatz, wenn kein DCF-Modul verwendet wird, dient ein DS1307 mit Batteriebackup als Zeitbasis.

Alle Komponenten sitzen auf einer doppelseitigen Platine, die vorne nur die LEDs enthält. Damit ist eine einfache Montage möglich.

Eckdaten

• SMD-Only (Der ISP-Header ist bedrahtet, wird aber nur zum Flashen in die Bohrungen geklemmt)
• Einfarbige LEDs
• DCF optional mit Reichelt- oder Pollin-Modul
• Echtzeituhr-IC DS1307 optional
• Automatisches Dimmen in abhängigkeit von der Umgebungshelligkeit
• Keine Schnittstellen für IR oder PC vorgesehen (RS-232 liegt auf Bord Rev.2 auf Stiftleiste)
• 8-24V Versorgungsspannung (12V Steckernetzteil) und onboard Schaltregler
• Alle Bauteile außer den LED-Treibern gibt es bei Reichelt

Mechanischer Aufbau

Die Uhr besteht aus 5-6 "Schichten":

• Front(plexi)glas - alternativ wären auch Gebürsteter Edelstahl oder Kupfer/Messing (Patina) möglich
• Lichtdiffusor-Maske
• Gebohrte Hartschaumplatte (500x250mm für 2,65 € im Baumarkt, reicht für 3 Uhren)
• Platine
• Abstandshalter
• optionales Rückblech

Der Aufbau ist ohne Spezielwerkzeuge möglich. Man sollte allerdings eine Tischbohrmaschine zur hand haben, um die Plexiglasplatte und die Hartschaumplatte zu bearbeiten.

Als Diffusor kann man einfach ein Stück weißes Druckerpapier zuschneiden und einlegen - das Funktioniert überraschend gut. Die Maske sollte man sich auf Film ausbelichten lassen zwecks besserem Kontrast. EIn voller Toner und matte Layoutfolie, ggf. mit Tonerverdichter, geht aber zur Not auch.

Die einzelnen Schichten werden mit vier M3-Schrauben zusammengehalten.

Das Frontglas kann man auch beliebig vergrößern, um die Uhr in einem Gehäuse einzubaun.

Dateien

Schaltplan: Datei:Wordclock variante3 schaltplan.pdf

Maske (vorläufig) Media:Wordclock_variante3_maske.svg

Software (Beta): GIT Archiv auf http://git.al84.de/?p=ledclock.git

Aufbau

Optimalerweise bestückt man zuerst die LEDs und den Fototransistor auf der Vorderseite der Platinen. Anschließend arbeitet man sich auf der Rückseite von klein nach groß durch. Die SMD-Quarze sind etwas fies, man sollte sie Daher vor den anderen Bauteilen bestücken, damit man gut an die Pads drankommt.

Der ISP-Verbinder wird nicht eingelötet. Stattdessen wird er zu programmierung von hinten in die PLatine gesteckt und leicht verkantet. Damit ist eine zuverlässige Programmierung des AVR möglich.

Falls man die Software weiterentwickeln will (und damit häufiger flashen muss), kann man alternativ auch die Beine des Steckverbinders soweit abschneiden, dass sie nicht mehr auf der Front herausragen und ihn dann einlöten.

Von den beiden möglichen Batteriehaltern wird nur einer bestückt.

Geeignete LEDs

Eigentlich geht hier alles im passenden Gehäuse. Allerdings sollten farbige LEDs hinter passend getöntem Glas minimum 900mcd haben, weiße eher 1500mcd, um auch bei Sonneneinstrahlung gut ablesbar zu sein. Für eine rote Uhr gehen zB Reichelt LA T68B (0,11€/stück)

Verbesserungswürdiges

Die in Revision 1 verwendeten Keramikkondensatoren tendieren dazu, geräusche zu machen (piezoelektrischer Effekt), von daher sollte man zum Puffern der LED-Spannung doch eher Elkos verwenden, wenn man auf eine absolut geräuschlose Uhr Wert legt. Der Einbau in ein Gehäuse hilft hier jedoch schon signifikant. Ein solches kann man zB aus Holz selbst bauen.

Der im Bild sichtbare Fädeldraht ist inzwischen mit dem aktualisierten Layout nicht mehr nötig.

Was noch denkbar ist, wäre ein NE555, der als retriggerbarer Monoflop vom Multiplexsignal einer der Zeilen auf resettet wird und bei Ablauf des Timers die LED-Versorgung abschaltet. Platz wäre dafür noch genug vorhanden.

Die Buchse für das Netzteil könnte man auch weiter innen bestücken, damit der Stecker seitlich nicht herausragt.

Bezugsquellen

• LED-Treiber: Farnell, Digikey (für Einzelstücke evtl Samples direkt von TI)
• Plexiglas als Zuschnitt: diverse, zB Glas Schmid (http://www.glasschmid.de/)
• Hartschaumplatte: Baumarkt, typischerweise beim Plexiglas, Hornbach hats auf jeden Fall
• Restliche Bauteile: Reichelt, ggf auch Conrad
• Leiterplatte: ggf Sammelbestellung im Forum

Reichelt Warenkörbe

• Revision 1: https://secure.reichelt.de/index.html?;ACTION=20;AWKID=572385;PROVID=2084
• Revision 2: T.B.D.

Gegenentwurf/Ideen

- Maße minimal erhöhen (da Eurocard 160x100mm) 170x170?, 190x190? 210x210? dabei Formvarianten der Anzeige prüfen - mehr rechteckig denn quadratisch, rund? - evtl. zusätzliche Temperaturworte (Plus/Minus/sind/Grad) - evtl. eMail-Benachrichtigungszeichen (@)

Aufteilung auf 2 oder 3 Platinen - Controller (Mini-Arduino-Variante) und LED Teil(e), gegf. fertige in 6er Schritten ablängbare, untereinander verschaltbare 30er LED-Streifen nehmen (Maße?) LED-Platine mit z.b. Headeranschluss, vollbestückt zur Verfügung stellen (SMD only, incl. LED) Kühlflächen via Platinen Material auf Gegenseite der LEDS

- Stromsparen - evtl. über OLED, ePaper, über mit EL-Leuchtfolie oder LED-HG beleuchtbares 160x160er LCD, 7" TFT oder eInk-Display nachdenken, Dioden/Folie mit 200Hz (?) pulsen

Materialien für Front:

- Acryl, farbig, mehrlagig bedruckt mit Zusatzschicht für diffus (dünne Folie 160x160 oder Streifen) - Alu - Stahl gebürstet - Siliziumwafer - Kupfer (Patina) - Messing

Stromversorgung:

24V? 5V? - USB-Universallader, (Mini)-Buchse auch für Updates/Einstellen Uhr nutzen

Anschlüsse:

Strom Mini-USB (Strom und Programmierung) LAN -> PoE? (Strom/Programmierung/Zusatzfunktionen/Zeitserversignal)

to be continued

Anmerkungen zu den Gegenentwürfen

Diese Uhr wurde so wie oben beschrieben gebaut. Der Artikel dient daher in erster Linie der Beschreibung des Aufbaus. Es wurde bewusst auf nicht zwingend nötige Optionen verzichtet um so eine möglichst einfach nachzubauende und kostengünstige Uhr zu entwickeln.

Der Bauteilpreis ohne LEDs liegt bei ungefähr 25€, die LEDs schlagen mit ab 9€ zu Buche. Die Leiterplatten liegen bei einer Abnahme von 10 Stück bei pcbcart bei 25€/Stück. Das Plexiglas gibt es für ca 5€ bei zB Glas Schmid Karlsruhe.

Somit ergibt sich ein Komplettpreis von ca 60-80€ für die Uhr.

Arduino schließe ich als PLattform aus, da das das Projekt nur unnötig verteuern würde.

Für Multi-Board und LED-Streifen, siehe Variante 1