Elektronik-Projekt: Elektronischer Adventkranz
Elektronik-Projekt: Elektronischer Adventkranz
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Dieser Abschnitt beschreibt den Nachbau dieses Projekts. Das Herstellen der Platine wird hier nicht beschrieben, da hier jeder seine eigene Methode besitzt, außerdem werden industriell gefertigte Platinen (auch in der Einzelfertigung und auch für eine Privatperson) immer günstiger, so dass die Eigenfertigung immer mehr abnimmt.
Schritt 1: Deckplatte (Acrylglasscheibe, 200 x 200 mm) vorbereiten
Den Bestückungsplan mit z.B. dem Sprint-Layout-Viewer ausdrucken (Wichtig: Sonderlayer "Lötstop 2" aktivieren, Skalierung: 1:1)
Den Bestückungsplan ausschneiden und auf der in der Stückliste angegebenen Acrylglasscheibe (200 x 200 mm) mittig mit z.B. einem Tixo
fixieren (siehe Abbildung 4.1).
Mit einem 1-mm-Bohrer alle Löcher an denen Leuchtdioden (LEDs) befestigt werden (hier D1 bis D88) und die vier Befestigungslöcher an den Ecken
vorbohren. Durch den Sonderlayer "Lötstop 2" lässt sich die Mitte jeder Bohrung sehr gut abschätzen. Dieser Schritt sollte sehr
sorgfältig duchgeführt werden. Anmerkung: Für die Leuchtdiode D91 ist hier keine Bohrung notwendig, da diese Leuchtdiode "nur"
als Einschaltkontrolle dient.
Diese Bohrungen nun auf die endgültige Lochgröße aufbohren (5,5mm für die grünen Leuchtdioden D37 bis D88, 10,5mm für die roten Leuchtdioden
D5 bis D36, 20 mm (z.B. mit einem Schaftbohrer) für die gelben Leuchtdioden D1 bis D4 und 3,5mm für die 4 Befestigungslöcher an den Ecken).
Achtung: Bei Acrylglas (Plexiglas) sollte beim Aufboren eine sehr niedrige Drehzahl gewählt werden, da sonst die Gefahr besteht, dass
das Acrylglas (Plexiglas) zerspringt!
Die 4 Befestigungsbohrungen an den Ecken so senken, dass Senkkopfschrauben (hier M3x8) auf der Oberseite plan abschließen.
Den Bestückungsplan von der Acrylglasscheibe entfernen.
Alle Bohrungen sauber entgraten.
Die Abbildung 4.2 zeigt die so vorbereitete Deckplatte.
Schritt 2: Bodenplatte (Aluminium, 200 x 200 mm) vorbereiten
Auch hier wieder den Bestückungsplan mit z.B. dem Sprint-Layout-Viewer ausdrucken (Wichtig: Sonderlayer "Lötstop 2" aktivieren,
Skalierung: 1:1).
Den Bestückungsplan ausschneiden und auf der in der Stückliste angegebenen Aluminiumplatte (200 x 200 mm) mittig mit z.B. einem Tixo
fixieren.
Mit einem 1-mm-Bohrer nun die 4 Löcher an den Ecken vorbohren. Durch den Sonderlayer "Lötstop 2" lässt sich die Mitte jeder
Bohrung sehr gut abschätzen. Dieser Schritt sollte sehr sorgfältig duchgeführt werden.
Diese vier Bohrungen nun auf die endgültige Lochgröße von 3,5mm aufbohren und so senken, dass Senkkopfschrauben
(hier M3x4) auf der Oberseite plan abschliessen.
Den Bestückungsplan von der Aluplatte entfernen.
Alle Bohrungen sauber entgraten.
Gehäusefüße an den vier Ecken anbringen.
Die Abbildung 4.3 zeigt die so vorbereitete Bodenplatte.
Schritt 3: Platine herstellen
Zu diesem Zweck kann im Abschnitt 7 (Download)
das Layout zu diesem Projekt gedownloadet werden.
Selbstverständlich kann eine eigene Platinen entworfen werden, die den eigenen
Anforderungen entspricht.
Schritt 4: Platine bestücken
Das Bestücken der Platine ist erst dann sinnvoll, wenn alle für diese Platine benötigten Bauteile vorhanden sind. Es sollten generell nur erstklassige und neuwertige Bauteile verwendet werden. Auf Bauteile aus ausgeschlachteten Geräten sollte grundsätzlich verzichtet werden, da ihre Funktionalität nicht gewährleistet ist, und eine unnötige Fehlersuche dadurch vermieden werden kann.
Weiters sollte ausreichend Platz und vor allem ausreichend Zeit für die Bestückung der Platine vorhanden sein.
Die Bauelemente entsprechend den Abbildungen 4.4 (Bestückungsplan Lötseite) und 4.5 (Bestückungsplan Bauteilseite), der folgenden Reihenfolge, der Stückliste (Abschnitt 5) und der Schaltungsbeschreibung (Abschnitt 2) bestücken. Die nach dem Anlöten überstehenden Anschlüsse mit einem kleinen Seitenschneider entfernen.
Reihenfolge zur Bestückung der Platine:
SMD-Widerstände 0 Ohm (9 Stück, in der Baugröße 1206) auf der Lötseite der Platine (siehe Abbildung 4.4)
Tipps zum Löten von SMD-Widerständen: Zuerst nur ein Lötpad mit Lötzinn versehen. Ich verwende dazu
ein 0,5mm dickes Lötzinn und eine Lötspitze mit max. 0,8mm. Mit einer Kreuzpinzette lässt sich der
SMD-Widerstand sehr gut positionieren. Den SMD-Widerstand am verzinnten Lötpad anlöten. Gegebenenfalls mit
der Kreuzpinzette korrigieren. Den zweiten Anschluss des SMD-Widerstands verlöten. Fertig. Eventuell
überschüssiges Lötzinn mit einer Entlötlitze (z.B. 1,5mm) entfernen.
33 Drahtbrücken (alternativ können auch 0-Ohm-Widerstände verwendet werden). Die Drahtbrücken sind in
Abbildung 4.5 durch eine "0" im Widerstandssymbol gekennzeichnet.
Diode D89 (1N5711): Achtung: Polarität beachten!
Widerstände R1 und R3 bis R8 (je 10k), R2 (270 Ohm), R9 bis R69 (je 2k2), R70 bis R73 (je 10 Ohm) und R74
bis R89 (je 100 Ohm): Tipp: Vor dem Einlöten des Widerstandes diesen mit einem Multimeter überprüfen,
auch wenn die Bauteile in einem Regal sortiert sind. Die Praxis hat gezeigt, dass sich hin und wieder doch
falsche Bauteilwerte in das Regal eingeschlichen haben. Dies gilt nicht nur für Widerstände, sondern auch für
Dioden, Kondensatoren, Transistoren usw.
Diode D90 (1N4001): Achtung: Polarität beachten!
IC-Fassungen für IC1 (18polig) und IC2 bis IC9 (je 16polig): Tipp 1: Obwohl es bei den Fassungen
elektrisch gesehen egal ist wie die Fassungen eingelötet sind, sollte man doch die Fassung so einlöten, dass
die Kerbe in die richtige Richtung zeigt. Dies erleichtert das spätere Einsetzten der ICs bzw. erleichtert
die Arbeit bei einem IC-Tausch. Tipp 2: Beim Einlöten der Fassungen sollte man wie folgt vorgehen:
Fassung an der einzusetzenden Stelle lagerichtig einsetzen und zunächst nur einen beliebigen Eckpin anlöten.
Fassung kontrollieren und eventuell nachlöten. Sitzt die Fassung ordentlich, den gegenüberliegenden Pin
anlöten. Fassung wieder kontrollieren und eventuell nachlöten. Erst wenn Sie mit der Lage der Fassung
zufrieden sind, die restlichen Pins anlöten.
Buchsenleiste K1 für die ICSP-Schnittstelle (5polig): Tipp: Bei mehrpoligen Buchsenleisten zuerst den
ersten Pin anlöten, die Buchsenleiste anschließend ausrichten, eventuell nachlöten, dann den letzten Pin
anlöten, die Buchsenleiste eventuell ausrichten und/oder nachlöten. Erst danach die restlichen, dazwischen
liegenden Pins anlöten.
Spannungsregler IC10 (7805) liegend mit einer Zylinderkopfschraube M3x6, einer Beilagscheibe und einer
Mutter M3 befestigen: Achtung: Polarität beachten!
Keramikkondensatoren C3 und C4 (je 22pF).
Keramikkondensatoren C2, C5 bis C12, C14 und C15 (je 100nF).
Taster S1 bis S4
Leuchtdiode D91 (low current, 3mm, grün): Achtung: Polarität beachten! Der längere Anschluss ist die
Anode (plus), der kürzere demnach die Kathode (minus), Anmerkung: Die restlichen Leuchtdioden (D1 bis D88)
erfolgen in einem anderen Schritt.
Printbuchse (K2)
Tantal C16 (1µF/35V): Achtung: Polarität beachten! (der längere Anschluss ist der +-Pol).
Mini-Elkos C1 und C13 (je 10µF/35V): Achtung: Polarität beachten.
Transistoren T1 bis T8 (BC547B): Achtung: Polarität beachten.
Stiftleiste für Jumper JP1 bis JP3.
Schiebeschalter S5
Quarz X1 (20 MHz)
Zum Schluss alle Lötstellen noch einmal sorgfältig auf Kurzschlüsse oder kalte Lötstellen überprüfen. Hier sollte man sich ausreichend Zeit nehmen!
Schritt 5: Leuchtdioden ausrichten und anlöten
Die im Schritt 4 bestückte Platine mit den in der Stückliste angegbenen Abstandsbolzen versehen. Die
längeren Abstandsbolzen (M3x15) auf der Bauteilseite und die kürzeren Abstandsbolzen (M3x8) auf der Lötseite.
Die roten 10mm Leuchtdioden (D5 bis D36) einsetzen. Achtung: Polarität beachten! Der längere Anschluss
ist die Anode (Plus), der kürzere Anschluss ist demnach die Kathode (Minus). Wichtig: Bei den
Leuchtdioden D5 bis D20 ist die Anode (Plus) links, bei den Leuchtdioden D21 bis D36 ist die Anode (Plus)
rechts (siehe Abbildung 4.5).
Die im Schritt 1 vorbereitete Acrylglasscheibe mit 5mm Abstandsbolzen fixieren (Abstandsbolzen deswegen,
weil die roten Leuchtdioden ein bischen über der Acrylglasplatte hinausragen).
Die eingesetzten roten Leuchtdioden durch die entsprechenden Löcher in der Acrylglasscheibe schieben,
verlöten und die übrigstehenden Anschlussdrähte vorsichtig entfernen.
Die Abbildung 4.6 zeigt die so eingesetzten roten Leuchtdioden.
Acrylglasscheibe entfernen.
Die gelben 20mm Leuchtdioden (D1 bis D4) und die grünen 5mm Leuchtdioden (D37 bis D88) einsetzen.
Achtung: Polarität beachten! Der längere Anschluss ist die Anode (plus), der kürzere Anschluss ist
demnach die Kathode (minus). Wichtig: Bei den gelben Leuchtdioden D1 und D2 ist die Anode (Plus)
links, bei den Leuchtdioden D3 und D4 ist die Anode (Plus) rechts (siehe Abbildung 4.5).
Die vorbereitete Acrylglasscheibe diesmal mit längeren Abstandsbolzen (z.B. mit 15 mm) fixieren.
Die eingesetzten gelben und grünen Leuchtdioden durch die entsprechenden Löcher in der Acrylglasscheibe so
weit wie möglich schieben, verlöten und die übrigstehenden Anschlussdrähte vorsichtig entfernen.
Die Abbildung 4.7 zeigt die so eingesetzten gelben und grünen Leuchtdioden.
Acrylglasscheibe entfernen.
Zum Schluss alle Lötstellen noch einmal sorgfältig auf Kurzschlüsse oder kalte Lötstellen überprüfen. Hier sollte man sich ausreichend Zeit nehmen!
Schritt 6: Test
Den Mikrocontroller IC1 (PIC16F87) und die Schieberegister IC2 bis IC9 (74HC595) noch nicht in die
Fassungen einsetzen, und auch noch nicht die Betriebsspannung anschließen.
Zuerst mit einem Multimeter prüfen, ob zwischen Betriebsspannung und Masse kein Kurzschluss herrscht. (Multimeter
im Mode "Durchgangstester" an der Anschlussbuche, Lötseite messen). Ist kein Kurzschluss
feststellbar, als nächstes an allen IC-Sockeln messen (IC1: zwischen Pin 5 und Pin 14, IC2 bis IC9: zwischen
Pin 8 und Pin 16). Multimeter nach wie vor im Mode "Durchgangstester". Eventuell festgestellte
Kurzschlüsse müssen natürlich aufgespürt und entfernt werden!
Eine Spannungsquelle mit einer Spannung zwischen 7V und 9V anschließen.
Die Spannung an allen IC-Sockeln messen (IC1: zwischen Pin 5 und Pin 14, IC2 bis IC9: zwischen Pin 8 und
Pin 16). Wird hier (bei angestecktem Netzteil) keine oder eine grob abweichende Spannung als 5V gemessen,
so liegt ein Bestückungsfehler vor, welcher unbedingt aufgespürt und beseitigt werden muss.
Ist die Spannung okay, entweder die Stromversorgung abschalten, oder die Platine von der Stromversorgung
trennen.
Den programmierten Mikrocontroller IC1 (PIC16F87) und die Schieberegister IC2 bis IC9 (74HC595) im
ausgeschalteten Zustand einsetzen. Achtung: Auf die Polarität achten!
Stromversorgung wieder einschalten oder anschließen.
Nach dem Einschalten sollten nun die grünen Leuchtdioden, also der "Kranz" zu "blinken"
beginnen, die vier "Kerzen" sollten sich mit den jeweiligen Tastern neben den "Kerzen"
voneinander unabhängig ein- bzw. wieder ausschalten lassen.
Schritt 7: Zusammenbau
Die Abbildung 4.8 zeigt den letzten Schritt.
Geschafft! Der elektronische Adventkranz ist für den Einsatz bereit.
Ich wünsche eine schöne und besinnlich Adventzeit, und möge das Warten auf das Christkind durch diesen elektronischen Adventkranz etwas leichter fallen.
Autor: Stefan Buchgeher
