Nixie Uhr Bausatz 2.1

3D Ansicht der Platine in KiCAD

Übersicht

Die Turmlabor Nixie Uhr hat folgende Features:

• 4 IN14 Ziffernanzeigeröhren. Andere Ziffernanzeigeröhren könnten allerdings auch rein passen
• Stromversorgung über 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
• Hübsche Platine in Violett

Die Version 2.1 der Turmlabor Nixie Uhr weist gegenüber den vorherigen Versionen einige Änderungen auf. Schaltplan und Layout sind in KiCAD erstellt.

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

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.

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%.

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.

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.

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.

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.

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