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.
Übersicht
Die Turmlabor Nixie Uhr hat folgende Features:
- 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. So können eigene Änderungen an der Firmware vorgenommen werden, um beispielsweise weitere Funktionen hinzuzufügen
- 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
Violettschwarz - 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
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%.
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.
Software und Bedienung
TODO!
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.
Bei den Bestellnummern insbesondere für die Standard-Chipwiderstände und -Kondensatoren im 0805 Gehäuse, haben die Bestellnummern eher einen Empfehlungscharakter. Je nachdem bei welchem Lieferanten Reichelt gerade diese Bauteile beschafft hat, können sich die Bestellnummern auch mal ändern. Das ist allerdings kein Problem, da diese Bauteile aus jeder verfügbaren Quelle genommen werden können.
| Reference(s) | Value | Reichelt | manf# |
| 68uH1 | INDUCTOR | WUE 7447709680 | 7447709680 |
| BT401 | Battery_Cell | BAT-HLD-012-SMT | |
| C1, C5, C6, C8, C14, C16, C17, C18, C19, C20, C21, C22, C23, C201 | 2.2u | KEM X5R0805 2,2U | C0805C225K8PACTU |
| C2, C3, C4 | 22u | X5R-G0805 22/6 | GRM21BR60J226ME39L |
| C7 | 150p | KEM C0G0805 150P | C0805C151J5GACTU |
| C9 | 1n | KEM C0G0805 150P | C0805C151J5GACTU |
| C12, C13 | 1u | 2225PC105MAT1A | |
| C305 | 3n3 | KEM X7R0805 3,3N | C0805C151J5GACTU |
| D1 | P6SMB6,8A | P6SMB 6,8A SMD | P6SMB6,8A |
| D2 | PRTR5V0U2X | PRTR5V0U2X,215 | |
| D304 | ES2G/SMB | ES 2G SMD | ES2G-E3/52T |
| D401 | TX | SMD-LED 0805 RT | KP-2012ID |
| D402 | RX | SMD-LED 0805 GN | KP-2012SGD |
| F1 | 2,2A | LITT MINISMDC110 | MINISMDC110F/24-2 |
| L4 | Ferrite_Bead | BLM21PG 331 | BLM21PG331 SN1D |
| LED401, LED402, LED403, LED404 | WS2812B | ||
| P301 | USB_OTG | USB BWM SMD | USB BWM SMD |
| Q1 | SI4434 | SI4434DY-GE3 | SI4434DY-T1-GE3 |
| Q2 | BSS138 | BSS 138 SMD | BSS 138 SMD |
| Q202, Q203, Q204, Q205, Q206, Q207, Q208, Q209 | MPSA92 | MPSA 92 | MPSA92 |
| Q401, Q403, Q404 | BSS138 | BSS 138 SMD | BSS 138 SMD |
| R1 | 68k1 | RND 0805 1 68K | RND1550805S8F6802T5E |
| R2, R3, R206, R310, R401, R402, R403, R410, R411, R412, R413, R414, R416, R417, R418, R419, R420, R421 | 10k | RND 0805 1 10K | RND1550805S8F1002T5E |
| R4 | 51k1 | RND 0805 1 51K | RND1550805S8F5102T5E |
| R5 | 1k | RND 0805 1 51K | RND1550805S8F5102T5E |
| R201, R203, R205, R208 | 330k | VI MBB02070C3303 | MBB02070C3303FCT00 |
| R202, R204, R207, R209 | 330 | VI MBB02070C3300 | MBB02070C3300FCT00 |
| R308 | 1M5 | SMD-0805 1,50M | RC0805FR-071M5L |
| R404, R405, R406, R407 | 10R | RND 0805 1 10 | RND1550805S8F100JT5E |
| R408, R409 | 120 | RND 0805 1 120 | RND1550805S8F1200T5E |
| RSENSE301 | 0R050 | PAN ERJ8CWFR050 | ERJ-L14KF50MU |
| SW1 | EG1224 | EG1224 | |
| SW401 | SW_Push | RND 210-00192 | RND 210-00192 |
| SW402 | Rechts | RND 210-00258 | RND 210-00258 |
| SW403 | Mitte | RND 210-00258 | RND 210-00258 |
| SW404 | Links | RND 210-00258 | RND 210-00258 |
| TBE201, TBE202, TBE203, TBE204 | IN14 | ||
| U1 | DS3231MZ | DS3231MZ+ | |
| U2 | LM1117-3.3 | LM 1117 IDT-3.3 | LM1117IDT-3.3/NOPB |
| U3 | LM3478 | LM 3478 MM | LM3478MM/NOPB |
| U201, U202 | HV5530 bzw HV5522 | HV5522PG-G | |
| U401 | ESP-12E | DEBO ESP8266-12F | ESP-12S |
| U402 | FT232RL | FT 232 RL | FT232RL-REEL |
| U403 | MCP23008 | MCP23008-E/SO |
Bestückungsplan
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.