Elektronik-Projekt: Elektronische Sanduhr
Dieses Projekt wurde in der Elektronik-Zeitschrift Elektor (
http://www.elektor.de)
in der Ausgabe Februar 2003 publiziert.
6. Nachbauanleitung
Schritt 1: (Lochraster)-Platinen bestücken
Die Elektronik dieses Projektes wurde auf mehrere Lochrasterplatinen aufgeteilt:
- Anzeige- und Bedienplatine
- Steuerplatine
- Stromversorgungsplatine
Das Bestücken einer 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 Platinen vorhanden sein.
Anzeige- und Bedienplatine:
Die Bauelemente entsprechend dem folgenden Bild, der folgenden Reihenfolge, der
Stückliste und den Schaltplänen im
Download-Bereich bestücken wobei zunächst nur die
Bauteile angelötet werden. Diese jedoch noch nicht verdrahten. Das Verdrahten
erfolgt erst wenn alle Bauteile angelötet sind. Die nach dem anlöten überstehenden
Anschlüsse mit einem kleinen Seitenschneider entfernen.
Reihenfolge zur Bearbeitung und Bestückung der Bedien- und Anzeigeplatine:
-
3-mm-Bohrungen für die Montage der Platine an der Frontplatte (4 Bohrungen)
und für die Montage der Steuerplatine (4 Bohrungen)
-
Leuchtdioden D1 bis D65 (gelb, diffus, 5 mm): Achtung: Polarität beachten!
(der längere Anschluss ist die Kathode (plus), der kürzere demnach die Anode
(minus). Tipp: Zuerst nur jeweils einen Anschluss der Leuchtdioden anlöten,
Leuchtdioden anschließend ausrichten, und erst wenn sie mit der Anordnung der
Leuchtdioden zufrieden sind denn jeweils zweiten Anschluss der Leuchtdioden anlöten.
-
Taster S2 und S3 (Impulstaster, rund): Achtung: abgeflachte Seite beachten!
-
HEX-Codierschalter (S1): Achtung: Einbaulage beachten!
Nachdem alle Bauteile eingelötet wurden, die Verbindungen auf der Lötseite
entsprechend dem folgenden Bild mit dünnem Draht bzw. mit isoliertem Draht
herstellen. Dabei sollte sorgfältigst gearbeitet werden, und man sollte sich dafür
ausreichend Zeit nehmen. Befinden sich Verbindungen direkt nebeneinander, so können
diese auch nur mit Lötzinn verbunden werden. Tipp: Folgendes Bild ausdrucken,
und während dem Verlöten die soeben durchgeführte Verbindung im Ausdruck kennzeichnen.
Auf diese Weise können Fehler durch fehlende Verbindungen vermieden werden.
Zum Schluss alle Verbindungen und Lötstellen noch einmal sorgfältig überprüfen.
(Auch hierfür sollte man sich ausreichend Zeit nehmen!)
Steuerplatine:
Die Bauelemente entsprechend dem folgenden Bild, der folgenden Reihenfolge, der
Stückliste und den Schaltplänen im
Download-Bereich bestücken wobei zunächst nur die
Bauteile angelötet werden. Diese jedoch noch nicht verdrahten. Das Verdrahten
erfolgt erst wenn alle Bauteile angelötet sind. Die nach dem anlöten überstehenden
Anschlüsse mit einem kleinen Seitenschneider entfernen.
Reihenfolge zur Bearbeitung und Bestückung der Steuerplatine:
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Platine auf eine Größe von 100 x 81 mm zuschneiden und die geschnittenen
Flächen abschleifen
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3-mm-Bohrungen für die Montage dieser Platine an der Anzeige- und Bedienplatine
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16 Drahtbrücken: Achtung: Bei den Transistoren T1 bis 16 (BC557B) befinden sich
14 der 16 Drahtbrücken.
-
Widerstände R2 (10k), R3 (680 Ohm), R4 (10k), R5 (270 Ohm), R6 (4k7), R7 bis
R15 (je 10k), R16 bis R23 (je 100k), R24 bis R31 (je 10k) und R32 bis R39 (je
100k): Tipp: Vor dem Einlöten des Widerstandes diesen überprüfen, auch wenn
die Bauteile in einem Regal sortiert sind. (z.B. mit einem Multimeter). 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.
-
IC-Fassungen für IC1 (18polig), IC2 und IC3 (je 16-polig): 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. Achtung: Bei der Fassung für IC1
(18polig) den mittleren Steg vorsichtig entfernen.
Anstelle einer IC-Fassung können im Notfall auch Buchsenleisten verwendet
werden. Hier empfiehlt sich wegen der fehlenden Kerbe diese mit einem Filzstift oä.
auf der Platine zu markieren.
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Widerstandsarray R1 (4x10k): Achtung: Polarität beachten! Anstelle des
Arrays können auch 4 Einzelwiderstände (je 10k) verwendet werden. In unteren Bild
sind beide Varianten eingezeichnet!
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Keramikkondensatoren C6 und C7 (je 22pF)
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Keramikkondensatoren C3 bis C5 (je 100nF): Achtung: C3 befindet sich
unter IC1 (bzw. in dessen IC-Fassung)
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Transistoren T1 bis T16 (BC557B) und T17 (BC547B): Achtung: abgeflachte
Seite beachten!
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2polige Stiftleiste (JP1)
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Elko C8 (10µF/25V): Achtung: Polarität beachten
-
Quarz X1 (4 MHz)
Nachdem alle Bauteile eingelötet wurden, die Verbindungen auf der Lötseite
entsprechend dem folgenden Bild mit dünnen Draht bzw. mit isoliertem Draht
herstellen. Dabei sollte sorgfältigst gearbeitet werden, und man sollte sich dafür
ausreichend Zeit nehmen. Befinden sich Verbindungen direkt nebeneinander, so können
diese auch nur mit Lötzinn verbunden werden. Tipp: Folgendes Bild ausdrucken,
und während dem Verlöten die soeben durchgeführte Verbindung im Ausdruck kennzeichnen.
Auf diese Weise können Fehler durch fehlende Verbindungen vermieden werden.
Zum Schluss alle Verbindungen und Lötstellen noch einmal sorgfältig überprüfen.
(Auch hierfür sollte man sich ausreichend Zeit nehmen!)
Stromversorgungsplatine:
Die Bauelemente entsprechend dem folgenden Bild, der folgenden Reihenfolge, der
Stückliste und den Schaltplänen im
Download-Bereich bestücken wobei zunächst nur die
Bauteile angelötet werden. Diese jedoch noch nicht verdrahten. Das Verdrahten
erfolgt erst wenn alle Bauteile angelötet sind. Die nach dem anlöten überstehenden
Anschlüsse mit einem kleinen Seitenschneider entfernen.
Reihenfolge zur Bearbeitung und Bestückung der Stromversorgungsplatine:
-
Platine auf eine Größe von 59 x 46 mm zuschneiden und die geschnittenen Flächen
abschleifen
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3-mm-Bohrungen für die Montage der Platine und des Batteriehalters
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Diode D66 (1N4001): Achtung: Polarität beachten!
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Keramikkondensatoren C2 (100 nF)
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Spannungsregler IC4 (78L05): Achtung: Polarität beachten!
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Elko C1 (10µF/25V): Achtung: Polarität beachten!
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Printbuchse
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Kippschalter S4
-
Batteriehalter für 9-V-Block: Batteriehalter zunächst mit 2 Senkkopfschraube
M3x10 und Mutter M3 befestigen und anschließend die Kontakte löten
Nachdem alle Bauteile eingelötet wurden, die Verbindungen auf der Lötseite
entsprechend dem folgenden Bild mit dünnen Draht bzw. mit isoliertem Draht
herstellen. Dabei sollte sorgfältigst gearbeitet werden, und man sollte sich dafür
ausreichend Zeit nehmen. Befinden sich Verbindungen direkt nebeneinander, so können
diese auch nur mit Lötzinn verbunden werden. Tipp: Folgendes Bild ausdrucken,
und während dem Verlöten die soeben durchgeführte Verbindung im Ausdruck kennzeichnen.
Auf diese Weise können Fehler durch fehlende Verbindungen vermieden werden.
Zum Schluss alle Verbindungen und Lötstellen noch einmal sorgfältig überprüfen.
(Auch hierfür sollte man sich ausreichend Zeit nehmen!)
Schritt 2: (Lochtraster)-Platinen miteinander verbinden
Die elektrischen Verbindung der Platinen miteinander erfolgt mit isolierten
Drähten. Dazu eignen sich z.B. die Adern eines bunten Flachbandkabels. Es sollten
verschiedene Farben verwendet werden. Dies erleichtert eine mögliche Fehlersuche.
Weiters sollten diese Drähte nicht zu kurz gewählt werden.
Anzeige- und Bedienplatine mit der Steuerplatine verbinden:
Hier sind 25 Verbindungen nötig. Diese sind mit den Zahlen 1 bis 25 auf den
Lötseiten dieser beiden Platinen gekennzeichnet.
Tipp: Da diese Verbindungen unterschiedlich lange sind sollte wie folgt
vorgegangen werden. Die zu verbindenden Platinen nebeneinander legen, wobei bei
beiden Platinen die Lötseite nach oben zeigt. (Die Steuerplatine sollte dabei links
von der Anzeige- und Bedienplatine liegen). Ein Ende eines Drahtes ca. 2 mm
abisolieren, Litzen verdrillen und verzinnen. Dieses Ende an z.B. Nr. 1 der Anzeige-
und Bedienplatine anlöten. Die Länge dieses Drahtes ermitteln, wobei eine Reserve
von einigen Zentimetern hinzugefügt werden soll. Draht mit einem kleinen
Seitenschneider trennen. Dieses (zweite) Drahtende wieder ca. 2 mm abisolieren,
Litzen verdrillen, verzinnen und an die mit 1 gekennzeichnete Position auf der
Steuerplatine anlöten. Diese Schritte für die restlichen Verbindungen wiederholen.
Steuerplatine mit der Stromversorgungsplatine verbinden:
Hier sind 2 Verbindungen nötig (+5V und GND). Diese sind mit den Buchstaben A und
B auf den Lötseiten dieser beiden Platinen gekennzeichnet. Die Drahtlänge sollte ca.
10cm betragen. Es ist sinnvoll für die +5V-Leitung (Buchstabe A) einen roten Draht
und für die GND-Leitung (Buchstabe B) einen schwarzen Draht zu verwenden. Dies
erleichtert möglicherweise eine spätere Fehlersuche!
Lautsprecher mit Steuerplatine verbinden:
Hier sind 2 Verbindungen nötig. Diese sind mit den Buchstaben C und D auf der
Lötseite der Steuerplatinen gekennzeichnet. Die Drahtlänge sollte ca. 14 cm betragen.
Hier sind die Farben der Drähte beliebig. Auch die Anschlussfolge am Lautsprecher ist
beliebig.
Schritt 3: Tests
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In die fertig bestückte Steuerplatine die ICs (IC1 bis IC3) noch nicht
einsetzen.
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Zuerst mit einem Mutltimeter prüfen, ob zwischen Betriebsspannung und Masse
kein Kurzschluss herrscht. (Multimeter im Mode "Durchgangstester" an den
Verbindungsleitungen zwischen Steuerplatine und Stromversorgungsplatine). Ist kein
Kurzschluss feststellbar, als nächstes am z.B IC-Sockel für IC1 an den Pins 5 (GND)
und 14 (Ub) messen. Diese Messung kann auch am IC-Sockel für IC2 oder IC3 an
den Pins 8 (GND) und 16 (Ub) durchgeführt werden. Multimeter nach wie vor im
Mode "Durchgangstester". Eventuell festgestellte Kurzschlüsse müssen
natürlich aufgespürt und entfernt werden!
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Kippschalter (S4) in Mittelposition bringen
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Steckernetzteil auf 9V einstellen und mit einem passenden Gegenstück in die
Buchse der Stromversorgungsplatine anstecken. Steckernetzteil am Netz anstecken.
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Sanduhr mit den Kippschalter (S4) in Richtung Printbuchse einschalten – Nur die
mittlere Leuchtdiode (D65) auf der Anzeige- und Bedienplatine muss aufleuchten. Ist
dies nicht der Fall, so wurde vermutlich beim Steckernetzteil der der Stecker
verkehrt angesteckt. – Diesen daher umdrehen und wieder anstecken. – Leuchtet
nun die zuvor genannte Leuchtdiode? – Nein! – Prüfen, ob die Verbindungsleitungen
zwischen Steuerplatine und Anzeige- und Bedienplatine korrekt sind (Verbindungen
21 und 22) bzw. ob die Leuchtdiode richtig gepolt ist.
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Spannung an IC1 zwischen den Pins 5 (GND) und 14 (Ub) messen. Wird hier (bei
angestecktem Netzteil und Kippschalter S4 in Richtung Printbuchse) keine oder eine
grob abweichende Spannung als 5V gemessen, so liegt ein Bestückungs- und/oder
Verdrahtungsfehler vor, welcher unbedingt aufgespürt und beseitigt werden muss.
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Programmierten Mikrocontroller PIC16F84 (IC1) sowie IC2 und IC3
(je 74LS138) im ausgeschalteten Zustand (Kippschalter S4 in Mittelstellung)
einsetzen. Achtung: Auf die Polarität achten!
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Sanduhr wieder einschalten (Kippschalter S4 in Richtung Printbuchse). Nun
müssen die unteren Leuchtdioden aufleuchten. Ist das nicht der Fall, so beginnen
Sie mit der Fehlersuche. Ist der Mikrocontroller (IC1, PIC16F84) auch wirklich
programmiert? – Mit einem fabrikfrischen (unprogrammierter) Mikrocontroller kann
die Sanduhr nicht funktionieren!
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Den HEX-Codierschalter (S1) in Stellung 0 drehen.
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Starttaste (mittlere Taste, S3) drücken. – Nun müssen die unteren Leuchtdioden
dunkel werden, während die oberen Leuchtdioden aufleuchten. Weiters beginnt der
Verrieselungsvorgang. D. h. Von den oberen Leuchtdioden wird nach und nach eine
dunkel während eine untere nicht leuchtende Leuchtdiode aufleuchtet. Dieser
Vorgang dauert 15 Sekunden (wenn sich der HEX-Codierschalter S1 in Position 0
befindet). Bei gestecktem Jumper (JP1) ertönt bei jedem Zustandswechsel der
Leuchtdioden (d.h., wenn eine Leuchtdiode dunkel wird, und dafür eine andere
aufleuchtet) ein Beepton. Ist dieser Verrieselungsvorgang beendet (es leuchten
wieder alle unteren Leuchtdioden, während alle oberen Leuchtdioden dunkel sind)
ertönt ein akustisches Signal.
Erfolgt nach dem Drücken der Starttaste keine Reaktion, so sollten zunächst die
Verbindungsleitungen 23 und 25 (zwischen Steuerplatine und Anzeige- und
Bedienplatine) überprüft werden.
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Stopptaste (rechte, äußere Taste, S2) drücken. Ist der Verrieselungsvorgang noch
nicht beendet, so wird er nun abgebrochen. Nun leuchten wieder nur die unteren
Leuchtdioden. War der Verrieselungsvorgang schon beendet (der Lautsprecher
erzeugte einen Ton), so wird dieser Ton beendet.
Erfolgt nach dem Drücken der Stopptaste keine Reaktion, so sollte zunächst die
Verbindungsleitung 24 (zwischen Steuerplatine und Anzeige- und Bedienplatine)
überprüft werden.
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Den HEX-Codierschalter (S1) in Stellung 1 drehen.
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Starttaste (mittlere Taste, S3) drücken. – Nun sollte der Verrieselungsvorgang
30 Sekunden dauern.
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Die letzten beiden Schritte für alle 16 Stellungen des HEX-Codierschalter (S1)
überprüfen. Die Verrieselnde Zeit muss dabei der Tabelle im Abschnitt
5.1. Zeitintervalle ändern entsprechen.
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Sanduhr ausschalten (Kippschalter S4 in Mittelposition bringen)
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Eine voll geladene 9V-Batterie oder einen voll geladenen 9V-Akku in den
Batteriehalter einlegen. Achtung: Polarität beachten! (Der Batteriehalter
besitzt eine entsprechende Kennzeichnung)
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Den HEX-Codierschalter (S1) in Stellung 0 drehen. – Verrieselungsszeit: 15
Sekunden
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Sanduhr mit den Kippschalter (S4) in Richtung Elko (C1) einschalten – Nun wird
die Sanduhr von der Batterie bzw. vom Akku versorgt. Auch hier müssen nun die
unteren Leuchtdioden leuchten.
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Starttaste (mittlere Taste, S3) drücken. Der Verrieselungsvorgang beginnt
Schritt 4: Frontplatte vorbereiten
Frontplatte (große Acrylglas-Scheibe) nach dem folgenden Bild und folgender
Anleitung vorbereiten:
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Frontplatte auf eine Größe von 175 x 100 mm zuschneiden.
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Bohrungen entsprechend dem folgenden Bild anzeichnen und bohren
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Die vier 3,5-mm-Bohrungen an den Ecken dienen zur Montage der Anzeige- und
Bedienplatine mittels Senkkopfschrauben und muss daher gesenkt werden. (von
oben)
-
Den im Download-Bereich angegebenen Vorschlag einer
Frontplattengestaltung auf eine Frontfolie (z.B. die in der Stückliste angegebenen,
bei Conrad erhältlich) ausdrucken, zurechtschneiden und so auf die Frontplatte
kleben, dass die Bohrungen der Frontfolie mit denen der Frontplatte übereinstimmen.
Schritt 5: Bodenplatte vorbereiten:
Bodenplatte (kleine Acrylglas-Scheibe) nach dem folgenden Bild und folgender
Anleitung vorbereiten:
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Bodenplatte auf eine Größe von 100 x 100 mm zuschneiden.
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Bohrungen entsprechend dem folgenden Bild anzeichnen und bohren. Alle
Bohrungen haben einen Durchmesser von 3,5 mm
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Alle Bohrungen von unten senken
-
An den Ecken je einen Gerätefuß kleben
Schritt 6: Montagewinkel vorbereiten
2 Montagewinkeln aus je einem 30x12 mm großen etwa 0,5 – 1 mm dicken Aluminium
nach dem folgenden Bild herstellen und zu einem Winkel von etwa 70 Grad biegen.
Schritt 7: Zusammenbau
Die soweit erfolgreich getestete Sanduhr und die in den Schritten 4 bis 6
vorbereiteten Komponenten nach folgenden Bild und der folgender Anleitung
zusammenbauen:
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Steuerplatine mit Anzeige- und Bedienplatine mit je 4 Zylinderkopfschrauben
M3x16, Distanzrollen 8mm und Mutter M3 verbinden. Im folgenden Bild mit A
gekennzeichnet.
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Stromversorgungsplatine mit je 4 Senkkopfschrauben M3x16, Distanzrolle 5mm und
Mutter M3 auf der Bodenplatte befestigen. Im folgenden Bild mit B gekennzeichnet.
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Lautsprecher (LS1) mit zumindest je 2 gegenüberliegenden Senkkopfschrauben
M3x20, Distanzrolle 8mm und Mutter M3 auf der Bodenplatte befestigen. Im
folgenden Bild mit C gekennzeichnet.
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Anzeige- und Bedienplatine (mit der bereits montierten Steuerplatine) auf die
Frontplatte mit je 4 Distanzbolzen M3x8, Senkkopfschrauben M3x6 und Mutter M3
montieren. Im folgenden Bild mit D gekennzeichnet. Achtung: Bei den
beiden unteren muss noch zwischen Bedien- und Anzeigeplatine und Mutter M3 je
ein Montagewinkel eingefügt werden.
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Bodenplatte mit je 2 Senkkopfschrauben M3x10 und Mutter M3 an die beiden
restlichen Enden der Montagewinkel befestigen. Im folgenden Bild mit E
gekennzeichnet.
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Steckachse und Kunststoff-Zeigerknopf auf den HEX-Codierschalter drücken.
Achtung: Vergewissern Sie sich dass der Zeiger auf die richtige Zeit
der Skala zeigt.
Geschafft! Nun Sollte Ihre Sanduhr so wie auf den folgenden Bildern aussehen.
Das folgende Bild zeigt die Sanduhr im Betrieb.
Autor: Buchgeher Stefan
Erstellt: 30. September 2003
Letzte Änderung: 10. Oktober 2004