Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wortuhr Dioden Multiplex entstören


von Klaus B. (forrestjump)


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Hallo,
schon seit längerer Zeit ist mir aufgefallen das meine Wortuhr mit einem 
Node MCU etliche scheinbar vom Diodenmultiplexing stammende 
Breitbandstörungen verbreitet. Das war bis dato kein Problem, weil ich 
direkt mit dem Netzwerkkabel an der Fritzbox hing. Nun hat sich das 
gesamt Setup geändert und ich möchte daher so gut es geht die Störungen 
eindämmen bzw. minimieren.
Das Ganze sieht so etwa wie auf dem Bild aus. Lässt sich ja schlecht 
alles in ein abgeschirmtes Gehäuse packen. Wie muss ich das also 
angehen?
von Rainer W. (rawi)


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Klaus B. schrieb:
> Wie muss ich das also angehen?

Als erstes solltest du herausfinden, was genau die Störungen verursacht 
und auf welchem Weg sie sich ausbreiten.

> schon seit längerer Zeit ist mir aufgefallen das meine Wortuhr mit einem
> Node MCU etliche scheinbar vom Diodenmultiplexing stammende
> Breitbandstörungen verbreitet

Die Verdrahtung sieht nicht nach Multiplexing aus. Vermutlich sind das 
WS2812.

Wie sieht das Spektrum von den Störungen aus und wie sieht der zeitliche 
Verlauf aus?

Wie ist die Versorgung der LED-Controller abgeblockt?
Sind die Störungen auch vorhanden, wenn du keine Datenaktualisierungen 
schickst?
: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Klaus B. schrieb:
> Diodenmultiplexing
Wo hast du da Multiplexing?

> Das Ganze sieht so etwa wie auf dem Bild aus.
Wie sieht der entsprechende Schaltplan dazu aus?
Dort kann man am besten reinmalen, wo Entstörelemente reingehören.

> Lässt sich ja schlecht alles in ein abgeschirmtes Gehäuse packen.
> Wie muss ich das also angehen?
- Steile Schaltflanken vermeiden
- Blockkondensatoren anbringen

> Nun hat sich das gesamt Setup geändert und ich möchte daher so gut es
> geht die Störungen eindämmen bzw. minimieren.
Willst du das nur wegen des schlechten Gewissens? Oder weil tatsächlich 
irgendwas (ge)stört (wird)? Denn wenn das Ding dein WLAN stört, dann 
hast du ein ganz anderes Problem.

> Das war bis dato kein Problem
Und was ist jetzt das Problem? Verbessert sich dieses Problem, wenn du 
die Uhr ausschaltest?
: Bearbeitet durch Moderator
von Marek N. (db1bmn)


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Was ist denn das für eine Glas-Diode hinter der ersten LED?
Ist das so ne Level-Shifter-Murks-Schaltung?

"Echte" WS2812B lassen sich auch mit 3,3 V am Eingang sauber ansteuern.
Für "kompatible Clone" spendiere man lieber einen richtigen 
Level-Shifter in Form eines 74LVC1G17. Das LVC ist wichtig!
Und bei längerer Datenleitung zwischen µC und LED schadet ein 
Serienwiderstand 10...100 Ohm in der Datenleitung nicht.

Man kanns nur erahnen, welchen ESP du nimmst, aber beim WeMos D1 mini 
mit ESP8266 musste ich bei der Neopixel-Lib den Takt auf Maximum (240 
MHz?) stellen, weil ich die LEDs leider am PortPin D0 angeschlossen 
hatte und es da irgendwelche Timing-Restriktionen gab. -- Kann sein, 
dass das mittlerweile gefixt wurde.
: Bearbeitet durch User
von Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Marek N. schrieb:
> Was ist denn das für eine Glas-Diode hinter der ersten LED?
> Ist das so ne Level-Shifter-Murks-Schaltung?
Sieht tatsächlich so aus, als ob damit die Versorgungsspannung der 1. 
LED reduziert wird.
: Bearbeitet durch Moderator
von Rainer W. (rawi)


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Marek N. schrieb:
> "Echte" WS2812B lassen sich auch mit 3,3 V am Eingang sauber ansteuern.

Das kommt auf die Version an.

Auch WS garantiert IMHO erst ab Version 5 eine Ansteuerbarkeit mit 3.3V 
(V_IH min=2,7V). Vorher lag der Minimalwert für V_IH bei 0,7·VDD, d.h. 
bei VDD=5V war das nichts mit garantierter 3.3V-Ansteuerung.
: Bearbeitet durch User
von Klaus B. (forrestjump)


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Hallo, das Bild ist ein Symbolbild, aber bis auf die "Level Shifter 
Diode" (hab ich weggelassen) ist bei mir alles ganz genau so 
verschaltet. Als Herz der Anlage wird ein Node MCU v3 mit Software von 
Ulrich Radig verwendet. Das Ganze funktioniert so schon ein paar Jahre. 
Die Bauanleitung ist als PDF angehängt. Die Datenleitung hängt an Rx des 
Node MCU, die LEDs and 3,3v und ground. Da die LEDs eigentlich 5v 
wollen, gehört "eigentlich" noch ein Netzteil dazu, aber es funktioniert 
auch so. Möglicherweise ist aber genau dass das Problem. Ich versuche es 
erstmal mit einem Widerstand in der Datenleitung und ggf. auch noch mit 
Ferriten, aber diese muss ich erst noch besorgen.
von Klaus B. (forrestjump)


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@ Lothar Miller

Schlechtes Gewissen ist ein erfolgreiches Geschäftsmodell, das hab ich 
mir hi und da, aber natürlich nicht komplett abgewöhnt.

die Uhr hängt neu  unmittelbar über der Fritz Box die auf einem 
"Highboard" steht. Und meine "Vermutung" ist tatsächlich, das diese nun 
die Datenrate des W-Lan drückt. Man kann die Uhr noch 1 Etage höher auf 
u.a. 142.410 MHz  höhren. Das soll so nicht länger sein.
von Rainer W. (rawi)


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Klaus B. schrieb:
> ... aber bis auf die "Level Shifter Diode" (hab ich weggelassen) ist bei
> mir alles ganz genau so verschaltet.

Dann solltest du klären, welche HW-Version deine WS2812B besitzen. In 
der Doku wird offensichtlich von der damals aktuellen Version mit V_IH 
min = 0.7·V_DD (3.5V bei VDD=5V, 3.1V bei VDD=4.4V) ausgegangen (Doku 
S.6).

Klaus B. schrieb:
> Man kann die Uhr noch 1 Etage höher auf
> u.a. 142.410 MHz  höhren. Das soll so nicht länger sein.

Dann stelle fest, was man da "höhrt". Sind es die Daten, dein Netzteil 
oder die auf die Stromversorgung durchschlagende PWM?
: Bearbeitet durch User
von Gerald B. (gerald_b)


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Die WS2812 Streifensegmente braucht man nicht Daisy Chain versorgen. Die 
Datenleitung reicht. Die Spannungsversorgung (Masse, +Ub) würde ich an 
einer Seite kammförmig einspeisen und mit einem (Gel)Elko und einem 
KerKo am Einspeisepunkt abblocken. Der ESP wird als "Sternstrahl" dort 
mit angeschlossen, Keinesfalls die Stromversorgung der LEDs über den ESP 
schleifen.

Wenn man das ganze Konstrukt dagegen über ein chinesisches 2 Meter 
USB-Kabel aus einer Wandwarze speist, am besten gleich über den 
USB-Anchluss auf dem ESP, und da den Stripe dranrödelt, ohne jegiche 
Abblock-Cs, dann wundert mich das "Feature" Störsender nicht :P
von Klaus B. (forrestjump)


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heute hatte ich die Uhr auf dem Tisch und mir Eure Vorschläge zu Herzen 
genommen. Kann jetzt kaum noch etwas feststellen, es sei denn, man hält 
den Empfänger direkt an die Frontscheibe der Uhr. Im Moment wird noch 
wie Gerald schrieb über die Wandwarze betrieben, nun aber die Zuleitung 
durch einen herumlungernden Ferritkern gefädelt, aber auch das werde ich 
demnächst noch ändern. Wandwarze ist ja auch nicht Wandwarze, da gibt es 
qualitative Unterschiede, die man den Dingern ja nicht ansieht. Da 
forsche ich noch, oder hat jemand einen guten Geräte Tip? Ansonsten, 5V 
Trafonetzteil bauen.
von Rainer W. (rawi)


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Klaus B. schrieb:
> heute hatte ich die Uhr auf dem Tisch und mir Eure Vorschläge zu Herzen
> genommen

Und was war genau die Ursache für die Störungen?
von Joachim B. (jar)


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Gerald B. schrieb:
> Die Spannungsversorgung (Masse, +Ub) würde ich an
> einer Seite kammförmig einspeisen

war mein erster Gedanke, so wie das Bild zeigt hast du links und rechts 
Platz für 1cm oder mehr selbstklebende Kupferbahnen.
Auf der einen Seite alle +V und auf der anderen Seite alle -V(GND für 
die Versorgung)

An alle Dout nach Din noch einen 470 Ohm Widerstand.

Zwischen VCC und GND könnten an den Stripes noch etwas Elko helfen.

Deine Kette ist viel zu lang mit dünnen Drähtchen, habe mal 
ausgerechnet, an alle VOLL WEIß lässt 4A bei 110 WS fließen, ein Pups 
genügt um alles aus dem Takt zu bringen wenn die Versorgung nicht stabil 
steht.
Ich habe in der Art ja auch 2 Uhren gebaut.

Klaus B. schrieb:
> Wandwarze ist ja auch nicht Wandwarze, da gibt es
> qualitative Unterschiede

Ich hatte, ist lange her, eine 5V 4A Wandwarze gekauft
https://www.shopudio.com/p/nUAwgo8hSFG6nXAs4DXHSA.html
https://www.pollin.de/p/mean-well-steckernetzteil-gst25e05-5v-4-a-352243

Meanwell baut gute Netzteile, aber andere können es auch
: Bearbeitet durch User
von Ulrich (Firma: DC3AX) (uprinz)


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Wir haben in einer Gruppe vor langer Zeit auch 10 oder 15 dieser Uhren 
nachgebaut. An den Widerstand kann ich mich nicht erinnern, aber richtig 
funktioniert haben die Uhren erst, als wir an die NodeMCUs an die +5V 
noch 470uF als Kapazität geklemmt haben. Eine Diode haben wir nicht drin 
und beim Widerstand bin ich mir nicht sicher. Läuft seit ~7 Jahren 
ununterbrochen und völlig problemlos.

Durch einen Überspannungsschaden wurde eine meiner NodeMCU beschädigt, 
da arbeitet jetzt ein ESP32-C3, ebenfalls mit einem 470uF Kondensator 
direkt an der Platine.

Versorgt wird über ein älteres Anker USB-C Netzteil mit einem dicken 
UGreen USB-C Kabel. Meine zweite Uhr hängt an einem anderen Anker 
USB-Netzteil, das liegt da eh zur freien Verwendung durch Handys und 
Kopfhörer.

Da fällt mir ein, dass ich sowohl die Anpassung für die ESP32-C3 als 
auch unser Layout der Matrix noch eingitten muss. Schande über mich!
Ein paar Änderungen für MQTT fehlen auch noch. Der Minuten-Event spammt 
das Log zu, dafür würde ich gerne Farb-Designs definieren können, die zu 
bestimmten Tageszeiten von Home Assistant aufgerufen werden können. Das 
gibt noch mehr Flexibilität für Tag / Nacht Steuerung.

Ein Teil unserer Gruppe hat hierauf aufgesetzt:
https://github.com/ESPWortuhr/Multilayout-ESP-Wordclock
ein anderer hat sich selbst was auf Basis Raspi programmiert.
von Gerald B. (gerald_b)


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Ulrich schrieb:
> richtig
> funktioniert haben die Uhren erst, als wir an die NodeMCUs an die +5V
> noch 470uF als Kapazität geklemmt haben.

Man sollte Evaluationboard durchaus wörtlich nehmen. Alles was nicht 
zwingend erforderlich ist, für einen stabilen Dauerbetrieb, wurde 
gnadenlos eingespart. Ich habe 470µ zwischen 3,3V und Masse gehängt. Ich 
verwende die Boards wirklich nur für Testaufbauten. Habe mir für 
WLED-Projekte mittlerweile eine eigene Platine entworfen und fertigen 
lassen, wo ich die "Briefmarken" Platinen auflöte. Ebenfalls mit guter 
Pufferung und Levelshifter onBoard und Versorgung per 78xx kompartiblen 
Schaltregler.
von Rainer W. (rawi)


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Gerald B. schrieb:
> Ich habe 470µ zwischen 3,3V und Masse gehängt.

Warum lässt du die Schwankungen durch Lastspitzen nicht den 
Spannungsregler ausregeln? Kurze Spikes, die schneller sind als der 
Spannungsregler, sind nicht Aufgabe eines dicken Elkos.
von Gerald B. (gerald_b)


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Rainer W. schrieb:
> Gerald B. schrieb:
>> Ich habe 470µ zwischen 3,3V und Masse gehängt.
>
> Warum lässt du die Schwankungen durch Lastspitzen nicht den
> Spannungsregler ausregeln? Kurze Spikes, die schneller sind als der
> Spannungsregler, sind nicht Aufgabe eines dicken Elkos.

Gerade die ESPs sind durch ihre Wifi Funkerei unglaublich stromhungrig, 
was Impulse betrifft. Das in Kombination mit unterdimensionierten LDOs, 
kann Linderung verschaffen. Da ich keine Lust habe, mühsam rauszufinden, 
welcher LDO nun konkret bei meinem x-ten Chinaclone verbaut wurde, kommt 
der Elko dort hin und hat sich bewährt.
von Gerald B. (gerald_b)


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Kleiner Nachtrag:
Mit den ESPs vergleichbar sind SIM 800 GSM Module. Für die SIM 800 gibt 
der Hersteller explizit einen 1000µ Tantal, nebst mehrerer Dekaden 
KerKos, für eine stabile Funktion vor.
Dein Einwand bezüglich der Stabilität in Verbindung des LDOs... Der Elko 
sollte von der Topologie so dicht wie möglich am ESP sitzen. Direkt am 
Ausgang des LDOs nutzt er dir herzlich wenig.
Bei meinem eigenen Board heißt das: Unmittelbar vor und hinter dem 
Spannungsregler sitzt ein Kerko, ebenso unmittelbar am ESP. 1-2 cm 
weiter, quasi auf halber Strecke, wo Platz war, ist der Elko.
von Ulrich (Firma: DC3AX) (uprinz)


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Natürlich kann man sich da durch Rechnen und Messen an eine ideale 
Konfiguration von Kondensatoren auf 3V3 und 5V0 herantasten. Aber die 
470uF haben mit unterschiedlichen Varianten von ESP8266 und ESP32 ebenso 
gut funktioniert, wie auch mit unterschiedlichen USB-Netzteilen und 
Kabeln.

Ebenso hat es sich bewährt, wenn man die Streifen parallel mit Strom 
versorgt und nur die Datenleitung seriell verschaltet. Ich habe bei mir 
auf einer Seite der Streifen einen senkrechte Silberdraht für 5V und auf 
der anderen Seite einen für GND gezogen.

In unserem Fall haben wir auf einen damals verfügbaren IKEA Bilderrahmen 
aufgebaut. Der Rückenteil wurde vorne mit den LEDs und hinten mit dem 
ESP beklebt. Außerdem haben wir uns eine V2A Stahl Front mit den 
Buchstaben Wasserschneiden oder Lasern lassen. Zwischen LED Rückwand und 
VA Stahl Front sind die Teammitglieder dann unterschiedliche Wege 
gegangen. Ich habe eine Holzplatte mit einem Kegelbohrer Perforiert im 
passenden Raster und die Löcher dann weiß angemalt. Dann eine Lage 
Backpapier, die V2A Stahl Front und das original Plexiglas vom Rahmen 
als Schutz. Auf die Art kann man keine LEDs sehen, sondern nur 
gleichmäßig beleuchtete Buchstaben.

Kleine Warnung am Rande: Das Original ist geschützt.
Bei einer Sammelbestellung von Fronten mit dem Buchstabensalat muss man 
aufpassen. Solange der Fertiger Teil der Gruppe ist, ist das wohl ein 
Graubereich. Fertigt das jemand kommerziell, dann bekommt er ganz 
schnell Anwaltspost, gerade wenn die Größe und das Material dem Original 
zu nahe kommt.
von Gerald B. (gerald_b)


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Ulrich schrieb:
> Fertigt das jemand kommerziell, dann bekommt er ganz
> schnell Anwaltspost, gerade wenn die Größe und das Material dem Original
> zu nahe kommt.

Also in China (z.B. bei Elecrow) fertigen lassen. Die lachen sich tot, 
wenn die deutsche Anwaltspost bekommen :-)
von Ulrich (Firma: DC3AX) (uprinz)


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Gerald B. schrieb:
> Also in China (z.B. bei Elecrow) fertigen lassen. Die lachen sich tot,
> wenn die deutsche Anwaltspost bekommen :-)

Da unterliegst Du einem gefährlichen Irrglauben!

Beim Zoll liegt ein Überwachungsantrag der Rechteinhaber vor. Damit 
musst man als Importeur die Kosten für die Feststellung, die Vernichtung 
und die entsprechende Abmahnung tragen. Der Importeur bis Du, der 
Besteller!

Alles Andere muss jeder für sich selbst entscheiden.
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