Elektronik-Projekt: Elektronischer Adventkalender
Elektronik-Projekt: Elektronischer Adventkalender
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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 150 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 150 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 D124) 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 D126 ist hier keine Bohrung notwendig, da diese Leuchtdiode "nur"
als Einschaltkontrolle dient.
Diese Bohrungen nun auf die endgültige Lochgröße aufbohren (5,5mm für die roten und grünen Leuchtdioden D1 bis D40
bzw. D77 bis D124, 3mm für die gelben Leuchtdioden D41 bis D76 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 150 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 150 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 4.5 (Bestückungsplan Lötseite) und 4.6 (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:
Durchkontaktierungen: Die in der Stückliste (Abschnitt 5)
angegebenen Hohlnieten mit einem geeigneten Werkzeug von der Bauteilseite in die Bohrungen einsetzen und
auf der Bauteilseite verlöten. Das Verlöten auf der Lötseite erfolgt erst beim Verlöten des durch die
Hohlniete geschobenen Bauteils. Achtung: Beim Spannungsregler (IC15) keine Durchkontaktierung! Die
Abbildung 4.4 zeigt die bestückten und auf der Bauteilseite verlöteten Durchkontaktierungen.
SMD-Widerstände R8 bis R83 (je 2k2) und R84 bis R107 (je 1k), alle in der Baugröße 1206, auf der Lötseite
der Platine (siehe Abbildung 4.5). 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.
Widerstände R1 und R3 bis R6 (je 10k), R2 (270 Ohm) und R7 (2k2): 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 D125 (1N4001): Achtung: Polarität beachten!
IC-Fassungen für IC1 (18polig) und IC2 bis IC14 (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.
Spannungsregler IC15 (7805) liegend mit einer Glimmerscheibe (zwischen Spannungsregler und Platine) einer
Zylinderkopfschraube M3x6, einer Beilagscheibe und einer Mutter M3 befestigen: Achtung: Polarität
beachten!
Keramikkondensatoren C3 und C4 (je 22pF).
Keramikkondensatoren C2, C5 bis C17, C19 und C20 (je 100nF).
Taster S1
Leuchtdiode D126 (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 D124)
erfolgen in einem anderen Schritt.
Printbuchse (K1)
Tantal C21 (1µF/35V): Achtung: Polarität beachten! (der längere Anschluss ist der +-Pol).
Mini-Elkos C1 und C18 (je 10µF/35V): Achtung: Polarität beachten.
Stiftleiste für Jumper JP1 bis JP4.
Schiebeschalter S2
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 gelben 3mm Leuchtdioden (D41 bis D76) einsetzen. Achtung: Der längere Anschluss ist die Anode
(plus), der kürzere Anschluss ist demnach die Kathode (minus).
Die im Schritt 1 vorbereitete Acrylglasscheibe mit 5mm Abstandsbolzen fixieren (Abstandsbolzen deswegen,
weil die gelben Leuchtdioden ein bischen über der Acrylglasplatte hinausragen).
Die eingesetzten gelben Leuchtdioden durch die entsprechenden Löcher in der Acrylglasscheibe schieben,
verlöten und die übrigstehenden Anschlussdrähte vorsichtig entfernen.
Die Abbildung 4.7 zeigt die so eingesetzten gelben Leuchtdioden.
Acrylglasscheibe entfernen.
Die roten 5mm Leuchtdioden (D77 bis D124) einsetzen. Achtung: Der längere
Anschluss ist die Anode (plus), der kürzere Anschluss ist demnach die Kathode (minus).
Die vorbereitete Acrylglasscheibe diesmal mit Senkkopfschrauben M3x10 befestigen.
Die eingesetzten roten Leuchtdioden durch die entsprechenden Löcher in der Acrylglasscheibe schieben und
zunächst nur einen Anschlusspin je Leuchtdioden verlöten.
Die roten Leuchtdioden sollten nun in etwa genausoweit von der Acrylglasscheibe hervorstehen wie die gelben
Leuchtdioden. Gegebenenfalls korrigieren.
Nun die restlichen Anschlussdrähte der roten Leuchtdioden verlöten und die übrigstehenden Anschlussdrähte
vorsichtig entfernen.
Die Abbildung 4.8 zeigt die so eingesetzten roten Leuchtdioden.
Acrylglasscheibe entfernen.
Nun die grünen 5mm Leuchtdioden (D1 bis D40) einsetzen. Achtung: Der längere Anschluss ist die Anode
(plus), der kürzere Anschluss ist demnach die Kathode (minus).
Die vorbereitete Acrylglasscheibe diesmal wieder mit Abstandsbolzen fixieren (Abstandsbolzen deswegen, weil
die grünen Leuchtdioden über die Acrylglasplatte hinausragen)
Die eingesetzten grünen Leuchtdioden soweit wie möglich durch die entsprechenden Löcher in der
Acrylglasscheibe schieben und zunächst nur einen Anschlusspin je Leuchtdioden verlöten.
Überprüfen, ob alle grünen Leuchtdioden in etwa gleich weit über die Acrylglasplatte hinausragen.
Gegebenenfalls korrigieren.
Nun die restlichen Anschlussdrähte der grünen Leuchtdioden verlöten und die übrigstehenden Anschlussdrähte
vorsichtig entfernen.
Die Abbildung 4.9 zeigt die so eingesetzten grünen Leuchtdioden.
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 IC14 (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 IC14: 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 IC14: 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 IC14 (74HC595) im
ausgeschalteten Zustand einsetzen. Achtung: Auf die Polarität achten!
Stromversorgung wieder einschalten oder anschließen.
Nach dem Einschalten blitzen möglicherweise einige Leuchtdioden sehr kurz auf, sollten aber gleich wieder
erlöschen.
Nach drücken der Taste S1 sollte nun der "Baum" (also die grünen Leuctdioden) zu blinken beginnen.
Weiters sollte eine "Kerze" aufleuchten. Mit jedem weiteren Druck auf die Taste S1 sollte immer
nur eine "Kerze" bzw. zur letzten (24ten) Kerze zusätzlich auch der "Stern" aufleuchten.
Schritt 7: Zusammenbau
Die Abbildung 4.10 zeigt den letzten Schritt.
Geschafft! Der elektronische Adventkalender ist für den Einsatz bereit.
Ich wünsche eine schöne und besinnlich Adventzeit, und möge das Warten auf das Christkind durch diesen elektronischen Adventkalender etwas leichter fallen.
Autor: Stefan Buchgeher
