View source for Nixie Uhr Bausatz 2.1

Das ist mittlerweile die dritte Version dieses Bausatzes und hat den Anspruch die bei den vorherigen Versionen aufgetretenen Fehler und Unzulänglichkeiten auszubessern. [[File:Nixie2v1 3d.png|thumb|3D Ansicht der Platine in KiCAD]]
==Übersicht==
Die Turmlabor Nixie Uhr hat folgende Features: [[File:Nixie_2v1_Layout.png|alt=|thumb]]

*4 IN14 Ziffernanzeigeröhren. Andere Ziffernanzeigeröhren, wie die IN8-2 könnten allerdings auch rein passen
*Stromversorgung über ein USB Netzteil
*Mikrocontroller ESP12E mit WLAN. Die Uhr kann sich die aktuelle Zeit von einem NTP Server holen
*DS3231 RTC. Dadurch bleibt die Zeit auch ohne WLAN Anbindung stabil
*Mikrocontroller über USB mittels FT232 am PC programmierbar
*MQTT Client. Dadurch kann die Uhr in ein bestehendes Hausautomatisierungssystem eingebunden werden, um z.B. die Ziffernanzeigeröhren nur bei Anwesenheit einzuschalten.
*WS2812 RGB LEDs unter den Röhren für alle, die bunt beleutete Nixieröhren mögen
*I2C und die UART des ESP8266 sind an einer Stiftleiste herausgeführt, um externe Sensoren oder Ähnliches anschließen zu können
*Die Schaltung ist für den Einbau eines Photowiderstandes vorbereitet, um beispielsweise bei Nacht die LEDs zu dimmen oder die Anzeige auszuschalten
*Hübsche Platine in <s>Violett</s>  schwarz
*Ein Gehäusevorschlag aus Acrylglas ist geplant. 


Die Version 2.1 der Turmlabor Nixie Uhr weist gegenüber den vorherigen Versionen einige Änderungen auf.  

===Aktueller Stand===

*Juli 2020: Prototyp aufgebaut, Hochspannungsversorgung funktioniert, upload der Firmware und abschließender Funktionstest steht aus.
*Nach erfolgreichem Test wird es eine Kleinserie zum Selbstkostenpreis geben.
*Februar 2021: Der Test des Prototyps waren erfolgreich. Es wurde eine Kleinserie von 30 Platinen aufglegt. Diese können im Turmlabor zum Selbstkostenpreis erworben werden.

====Schaltungsänderungen gegenüber den vorhergehenden Versionen====
[[File:LM3478 Schaltplan.png|alt=Schaltplan Hochspannungsversorgung|thumb|Schaltplan der Hochspannungsversorgung]]Erklärtes Ziel der Änderungen ist es, neben dem Beheben von Schaltungs- und Layoutfehlern, eine Effizienzsteigerung insbesondere in der Anodenspannungsversorgung zu erreichen, unnötige Schaltungsteile zu entfernen und auf Durchsteckbauelemente weitgehend zu verzichten. Durchsteckbauteile sind jetzt hauptsächlich in den Bereichen der Anodenspannung zu finden, wo es auf die Einhaltung von Isolationsabständen ankommt. Weiterhin sind alle Schalter und Taster wegen der mechanischen Stabilität als Durchsteckbauelemente ausgeführt.
====Spannungsversorgung====
Eine wesentliche Verbesserung ist der geänderte Hochsetzsteller für die Anodenspannung. Dieser nutzt nun den Reglerschaltkreis LM3478 und den Schalttransistor SI4434. Die Schaltung wurde in LT-Spice optimiert und erreicht in der Praxis einen Wirkungsgrad von etwa 70%. 
[[File:LM3478 Layout.png|alt=LM3478 Layout|thumb|Layout der Hochspannungsversorgung]]
Die Überstromschutzschaltung hat bei den vorherigen Versionen als zu aufwändig und zu wenig wirksam herausgestellt. Sie wurde jetzt durch eine Polyfuse und eine unidirektionale TVS Diode zum Überspannungs- und Verpolschutz ersetzt.  

====Nixieröhren====
Die Komma-Anschlüsse der Röhren sind jetzt ebenfalls an die Schiberegister angeschlossen. Dadurch ergibt sich eine Änderung in der Zuordnung der Ziffern in der Software.

==Hardwarebeschreibung==

====Spannungsversorgung====

====Röhrenansteuerung====

====Controller====

==Layout==
Das Layout ist darauf optimiert, auf dem [[Bestückapparat]] des Turmlabores bestückbar zu sein. Das bedeutet insbesondere, dass alle Bauteile auf einer Seite der Platine montiert werden. Weiterhin gibt es Änderungen am Package des IO Expanders, es ist jetzt ein SOIC18W. Dadurch sollte dieses Bauteil auch für im SMD Löten unerfahrene Menschen bestückbar sein. 

<br />

==Materialliste und Aufbauhinweise==
Die Bestückung der Platine mit den SMD-Bauteilen ist im Lötofen möglich. Dazu existiert im Turmlabor eine Schablone zum Lotpastendruck. Die Bauteile lassen sich auf dem Bestückapparat des Turmlabores platzieren und nacher mit Heißluft oder im Lötofen löten. Die Durchsteckbauelemente und das ESP8266 Modul werden nach dem Löten der SMD-Bauteile von Hand nachbestückt. Häufig vorhandene Bauelemente sind auf dem Bestückungsplan farblich markiert.
[[File:Nixie proj-F.Fab.svg.png|center|thumb|554x554px|Bestückungsplan Nixieuhr 2.1]]
Es müssen nicht alle im Bestückplan eingezeichneten Bauelemente auch wirklich bestückt werden. Insbesondere der Photowiderstand und die Stiftleiste J1 sind optional. In einer Sparvariante könnte der FT232RL samt Beschaltung ebenfalls weg gelassen werden, dann ist ein Programmieren des ESP8266 nur über die Stiftleiste J1 möglich. 

Wer keine beleuchteten Röhren möchte, kann die vier WS2812B LEDs samt Pegelwandler ebenfalls weg lassen. <br /><br />

==Weblinks==

*https://www.analog.com/en/design-center/design-tools-and-calculators/ltspice-simulator.html

*https://tubehobby.com/datasheets/in14.pdf

*https://kicad-pcb.org/
*https://github.com/dm2lct/Nixieclock_kit
*https://codeberg.org/paul/nixie_clock

[[Category:Projekt]]
[[Category:Bausatz]]