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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Arduino und Conrad DCF77 beißen sich mit Nixie-Step-Up-Wandler


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von Felix W. (zeor)


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Hallo liebe Leute,

Kleiner 'Disclaimer' : Ich bin ein blutiger Anfänger in Sachen 
Elektrotechnik. Daher werden sich sicherlich einige wundern warum ich 
gleich mit so einem ambitionierten Projekt angefangen habe. Eigentlich 
studiere ich Physik; Elektrotechnik hat es mir aber irgendwie schon 
immer angetan. Mein Problem versuche ich so ausführlich wie möglich zu 
beschreiben. Bitte seid gnädig :).

Wie bereits erwähnt ist mein Projekt eine Nixie-Uhr. Realisiert habe ich 
das mit einem Arduino Micro, einem Nixie-Step-Up-Wandler für meine 
Röhren Z5660M (in der Grafik ganz unten zu sehen) und Shift-Registern 
74HC595N. Meine Hauptspannungsquelle ist ein 12V-Adapter mit 1.5A 
Ausgangsstrom. Diese 12V gehen einmal an den Step-Up-Wandler und an 
einen LM317LZ Spannungswandler um 5V für den Arduino bereitzustellen. 
Die Platine verwendet eine Massefläche für 'alle' verbauten Bauteile. 
Den Schaltplan von Step-Up-Wandler, Arduino und Spannungsregler seht ihr 
in der angehängten Grafik.

Soweit so gut. Bis jetzt läuft die Uhr einwandfrei. Die Röhren werden 
durch das von mir geschriebene Programm und die Uhrzeit wird auch 
korrekt dargestellt. Die Leuchtkraft der Röhren ist wie gewünscht hell 
und die vom Step-Up-Wandler erzeugte Spannung beträgt unter Last 150V 
(ohne 170V). Ich wollte den Arduino mit einem DCF77-Modul von Conrad 
betreiben, damit dieser die Zeit automatisch für mich aktuell hält. 
Leider funktioniert dieser gar nicht. Ich habe auf einen 
Pull-Up-Widerstand (50 kOhm) geachtet, welcher DCF-Ausgang mit VCC 
verbindet. Das Programm des Arduinos habe ich so eingestellt, das die 
Onboard-LED immer dann leuchtet soll, wenn das DCF-Modul auch ein 
logisches An ausgibt. Diese LED ist durchgehend dunkel. Verbinde ich das 
DCF-Modul mit einem RaspberryPi und lasse mir an dem gleichen Ort, wo 
sich meine Uhr sonst befand, den Zustand des Moduls ausgeben, bekomme 
ich ein korrektes DCF-Signal. Ich kann also ausschließen, dass das Modul 
entweder kaputt oder der Empfang an meinem Ort nicht gegeben ist. 
Gestern habe ich probiert, die Erdung und die Spannung des DCF-Moduls 
nicht über den 5V-Spannungswandler abzugreifen, sondern über den Arduino 
- mein Gedanke war das evtl. hier eine Brummschleife vorliegt (?). Wie 
gesagt, ich bin nicht so erfahren. Als ich dann etwas am Programm des 
Arduinos ändern wollte, der Arduino also per USB angeschlossen, das 
12V-Netzteil aber nicht angeschlossen war, fing plötzlich die LED in den 
richtigen DCF-Signal Intervallen zu leuchten. Sobald ich das 
12V-Netzteil angeschlossen habe, wurde mir nur wieder eine dunkle LED 
angezeigt. Mir kam der Gedanke, das der Nixie-Step-Up-Wandler etwas 
damit zu tun haben könnte und habe den verstellbaren Widerstand des 
Step-Up-Wandlers so hochgedreht, das die Spannung nicht mehr zum zünden 
der Röhren ausreicht. Beim verstellen des Widerstandes veränderte sich 
das Leuchtverhalten der LED, bzw. die Ausgabe des Moduls, sehr 
interessant. Erst flackerte sie sehr schnell und gleichmäßig. Wenn das 
Modul eine 1 ausgab, flackerte dieser 1 Zustand sehr schnell. Je weiter 
ich den Widerstand zu niedrigeren Ausgangsspannungen veränderte, umso 
langsamer wurde das flackern, bis das korrekte DCF-Signal angezeigt 
wurde. Jedoch waren jetzt die Röhren komplett aus.

Ich bin jetzt etwas irritiert und ratlos was nun das Problem sein 
könnte. Das mir hier Strom fehlt kann ich mir nicht vorstellen, weil die 
Ausgangsleistung des Netzteils eigentlich ausreichend sein sollte. Mit 
einem Stromzähler, an dem das Netzteil einmal im Vollbetrieb 
angeschlossen war, konnte ich auch 0.5A messen. Das kann es also doch 
eigentlich gar nicht sein. Weiß einer evtl. woran das liegen kann? Ein 
Stichwort welches ich schon mal gehört habe war galvanische Trennung, 
ist da was dran?

Ich würde mich riesig freuen wenn mir jemand hier weiterhelfen könnte.

Liebe Grüße,
Felix

: Bearbeitet durch User
von Philipp K. (philipp_k59)


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Meine Nixie auf ähnlicher Basis bügelt sporadisch über schlecht 
eingestellte Radiosender.. heisst wenn ich nen Frequenzpfeifen im Radio 
höre ist der Sender nicht richtig drin oder es hat sich verstellt.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

ein DCF77 Modul läßt sich durch alles mögliche stören. Der StepUp 
erzeugt mit Sicherheit genug Störungen im seinem Umfeld, speiziell wenn 
er irgendwo in der 50-100kHz-Gegend läuft.

Bei mir hier hilft ohnehin nur, das DCF-Modul abgesetzt an einer 
passenden Stelle. Inzwischen nehme ich hier auch lieber einen ESP8266, 
hole mir die Uhrzeit per WLAN vom NTP und schicke sie seriell an AVR.

Oder wie mein Bekannter: gleich die Uhr mit dem ESP8266 und TPIC595...

Gruß aus Berlin
Michael

von Gernstel (Gast)


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Spannungswandler mit dem MC34063 neigen zu einem höheren Störpotential.
Ich würde die Uhrzeit nur ein, zweimal am Tag mit DCF77 synchronisieren 
und zu dieser Zeit den Spannungswandler einfach abschalten.

Denn Entstörmaßnahmen fangen schon beim Layout an und hören bei einer 
Blechschachtel um den Störer noch lange nicht auf, können also sehr 
aufwändig werden.

Alte Empfänger haben beispielsweise oft noch eine feine Metallgaze über 
den Nixie-Röhren, um das Gehäuse wirklich HF-dicht zu bekommen.

von scherg (Gast)


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Ich hatte mal ein ähnliches Problem. Die Spannung am DCF77 Modul wurde 
von einem 5V Schaltregler bereitgestellt, die mit ca. 20KHz nur wenige 
mV pulsierte. Das hat ausgereicht um den Empfänger völlig aus dem Tritt 
zu bringen.

Lösung: Die DCF77 Module haben häufig einen Open-Kollektor Ausgang und 
arbeiten im Bereich von 2V bis 5V -> die 5V hatte ich mit einem LM317 
auf ca. 3V gesenkt und das Ding lief viele Jahre stabil und zuverlässig.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Da die Stromaufnahme dieser DCF-77 Empfänger sehr gering ist, könntest 
du erwägen, den Empfänger mit zwei Batterien (3V) zu betreiben und über 
ein langes Kabel abzusetzen.

von Hubert G. (hubertg)


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Den DCF77 Empfänger abgesetzt betreiben ist wahrscheinlich die beste 
Idee.
Vorher könntest du noch versuchen parallel zu C1 und C4 einen 100n 
Keramikkondensator zu platzieren. Ebenso einen Kondensator am DCF-Modul.
Wenn der C1 etwas weiter von MC34063 entfernt ist, dann so nahe wie 
möglich beim IC noch einen.
Wenn du bei jedem Schieberegister auch einen Kondensator platzierst, 
kann es auch nicht schaden.

von Peter D. (peda)


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Naja, die Schaltung mit der Drossel L1 ist ein prima Störsender, da 
müssen ja 170V Wechselspannung dran entstehen.
Ist die Drossel überhaupt so spannungsfest? Und ist es eine geschirmte 
Drossel?
Offene Stabdrosseln sind ja quasi Ferrit-Sendeantennen.
Viel störärmer wäre ein Wandler mit Trafo oder ein kleiner 
50Hz-Netztrafo.

von Felix W. (zeor)


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Also erst mal vielen Dank an alle für die schnellen Antworten. Ich bin 
euren Hinweisen einmal nachgegangen und habe das DCF77-Modul ans 
Raspberry Pi über 3V3 angeschlossen und mir auch darüber den Wert 
ausgelesen. Sobald ich die Uhr angeschlossen habe und der 
Step-Up-Wandler unter Last lief, brach das Signal am Raspberry Pi ab. 
Demnach ist es tatsächlich eine Störfrequenz die mir hier Probleme 
macht. Den Hinweis von scherg kann ich also leider nicht umsetzen, die 
3V3 bringen mir leider nichts, aber gute Idee!

@Hubert: Magst du mir erklären was die Keramikkondensatoren für eine 
Funktion erfüllen würden? Ich habe doch die über den Spannungsregler 
erzeugten 5V bereits mit mehreren Keramikkondensatoren der Größe 100nF 
geglättet. Und bei den Schieberegistern meinst du dann Parallel zu VCC?

@Peda : Die Drossel ist für diese Spannungen spannungsfest, geschirmt 
ist sie nicht, was auch wahrscheinlich mein Problem ist. Viele 
Step-Up-Wandler die so für Nixie-Uhren im Internet vorgeschlagen werden, 
bzw. Spannungsquellen für solche Uhren, bestehen immer aus einem Timer + 
Induktivität. Das schöne ist das sie halt sehr kompakt sind. Bei einem 
Trafo würde das ganze größer und schwerer werden, was ich eigentlich 
vermeiden wollte. Meinst du es würde ausreichen die Induktivität durch 
eine abgeschirmte zu ersetzen? Strahlen die Röhren nicht auch?

Liebe Grüße,
Felix

von Hubert G. (hubertg)


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Felix W. schrieb:
> @Hubert: Magst du mir erklären was die Keramikkondensatoren für eine
> Funktion erfüllen würden? Ich habe doch die über den Spannungsregler
> erzeugten 5V bereits mit mehreren Keramikkondensatoren der Größe 100nF
> geglättet. Und bei den Schieberegistern meinst du dann Parallel zu VCC?

Keramikkondensatoren haben einen wesentlich geringeren Innenwiderstand 
und eine geringere Induktivität als Elkos. Sie sind daher wesentlich 
besser für höhere Frequenzen geeignet.
Bei den Schieberegister die Kondensator parallel zu VCC.
Bei deiner Schaltung wird es auch sehr auf das Layout ankommen. Jedes 
Stückchen Leitung von der Widerstandskombination R68-71 über L1 bis zu 
C4 wirkt als Antenne. Schau dir das mit einem Oszi an, du wirst dich 
wundern.

von Felix W. (zeor)


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Danke Hubert, das werde ich mir mal vormerken. Ich hab meine Uhr mit 
einer selbstbelichteten und geätzten Platine gebaut. Da ist das Problem 
das ich nicht viel Handlungsspielraum habe was Veränderungen angeht. Das 
einzige was mir gerade einfällt, außer den ganzen Prozess von vorne 
anzufangen, ist das Austauschen der Spule. Würde es sich lohnen eine 
abgeschirmte Spule zu holen wie z.B. diese hier?

https://www.conrad.de/de/induktivitaet-geschirmt-radial-bedrahtet-1111-rastermass-5-mm-470-h-wuerth-elektronik-we-tis-7447471471-1-st-1087683.html

von Joachim B. (jar)


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Michael U. schrieb:
> Bei mir hier hilft ohnehin nur, das DCF-Modul abgesetzt an einer
> passenden Stelle.

bei mir auch, lange Leitung und weg von allen Störern!

von Hubert G. (hubertg)


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Felix W. schrieb:
> Würde es sich lohnen eine
> abgeschirmte Spule zu holen wie z.B. diese hier?

Einen Versuch ist es sicher wert.
Du könntest auch noch versuchen SMD-Kondensatoren in der Größe 1206 oder 
0805 anzubringen. Die passen oft zwischen die Beine der Bauteile auf der 
Lötseite.

von edgar S. (hbl333)


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So ein Problem hatte ich auch mal.
Versuche es einmal mit einem Klappferrit über der Zuleitung zum DCF
Empfänger, das hatte bei mir gefunzt.

von Felix W. (zeor)


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Hey,

habe jetzt verschiedene Sachen probiert die im Rahmen eines kleinen 
Fixes drin waren, ohne evtl. komplett neuanzufangen. Folgendes habe ich 
probiert :

* L1 ausgetauscht durch die etwas weiter oben von mir genannte 
abgeschirmte Drosselspule

Spule erfüllt - wie auch nicht anders zu erwarten - die primäre Aufgabe 
die Röhren zum leuchten zu bringen. Nichts desto trotz zeigt das DCF77 
Modul, welches am Raspberry Pi zu Testzwecken betrieben wird, immer noch 
kein Signal an wenn die Uhr läuft. Was aber auffällt ist das ich, 
verglichen mit der ursprünglichen Entfernung, bei der das Modul 
aussetze, näher ran kann. Etwa 50% näher. Nichts desto trotz ist das 
immer noch etwas weit weg.

* Klappferrit um die Zuleitung zum DCF Modul
Hat leider gar nichts gebracht. :(

* Datenkabel mit einem Koaxialkabel ausgetauscht
Hat auch nichts gebracht.

Sehr schade, eigentlich wollte ich das Funkmodul im Gehäuse haben. Aber 
so wie es scheint wird es mit dem derzeitigen Aufbau nichts. Ich sollte 
mir noch mal den Vorschlag von Hubert G. ausprobieren, wobei ich vom 
Bauchgefühl mir nicht sehr hohe Chancen gebe. Wahrscheinlich ist @amiga 
s Lösung eine gute Wahl - oder ein anderer StepUp-Wandler. Ein Trafo 
kommt nur nicht in Frage weil der relativ groß und schwer ausfällt und 
ich ich das mit meinem Gehäuse nicht ganz vereinbaren.

von Michael U. (amiga)


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Hallo,

Felix W. schrieb:
> Sehr schade, eigentlich wollte ich das Funkmodul im Gehäuse haben.

drastisch gesagt: vergiß es. Der Aufwand steht in keinem Verhältnich zum 
Nutzen eines abgesetzten Empfängers.
Oder klebe statt des DCF-Empfängers einen ESP8266-01 rein und hole die 
Zeit per WLAN und NTP.
Wenn Du für den ESP die Software selber machst, kannst Du auch einfach 
DCF77-Telegramme ausgeben und kannst Deine andere Software so lassen.
Ich habe aber jetzt nicht geschaut, ob jemand das schonmal fertig 
gemacht hat. Bei 40k freiem Ram und rund 800kB Flash und 80MHz Takt muß 
man sich mit dem Programm nichtmal wirklich Mühe geben.

Alle Stunde die Zeit holen und die 1 oder 2x raustakten sollte der 
DCF77-Software ja reichen.

Gruß aus Berlin
Michael

: Bearbeitet durch User
von Peter D. (peda)


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Wie schon gesagt, die Schaltung ist gegenüber einer Trafolösung eine 
rechte EME-Schleuder. Sie braucht ja eine ~20-fache Spannungsüberhöhung, 
also sehr steile Flanken.
Ein Trafo braucht das nicht, der hat ja eine passende Übersetzung. Da 
kann man bequem 50% Tastverhältnis erreichen, also lange, störarme 
Pulse.

Am störärmsten wäre aber ein 50Hz Trafo. Z.B. ein Trafo 2*30V mit 
Verdreifacher kommt auf ~250V.
https://www.reichelt.de/387-60-2/3/index.html?&ACTION=3&LA=446&ARTICLE=2422&artnr=387.60-2&SEARCH=2*30V

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