Holz-Wecker

Im Rahmen eines Kontaktes über das Wort-Uhr Forum hat Andreas die Idee aufgebracht, einen Wort-Wecker zu bauen, der nicht mit LED Stripes sondern mit einzelnen RGB LEDs beleuchtet wird um ein möglichst kleines Gehäuse zu erhalten. Das Gehäuse soll komplett mit Microwood überzogen werden um dem Ganzen ein “monolithisches Aussehen” zu geben :-)

Im Zuge der aufkommenden Diskussion sind wir die verschiedenen Möglichkeiten der Verkleinerung der LED Matrix mit vorhandenen, käuflichen Lösungen durchgegangen.

Eine Idee war die Verwendung von LED Panels, die es in verschiedenen Ausprägungen zu kaufen gibt. Lest nach, was aus zwei LED Panels mit jeweils 8x8 LEDs geworden ist.

LED-Stripes mit hoher Pixeldichte, z.B. 144 LEDs/m, wie sie in einer 19er Wort-Uhr verwendet wurden, haben den Nachteil, dass die Streifen deutlich breiter als der LED-Abstand auf dem Streifen sind, man bekommt also keine annähernd quadratische Matrix damit hin.

Letztlich haben wir uns dann entschlossen, eine Platine zu entwerfen, auf die die LED-Pixel aufgelötet werden.

Der Wecker soll ein Gehäuse mit 12 - 13 cm Kantenlänge bekommen. Da meine Freeware-Version von Eagle maximal 80 x 100 mm große Platinen unterstützt, bin ich für dieses Design auf EasyEDA umgestiegen.

Der Wecker wird mit einem Wemos D1 mini befeuert, der auf der Rückseite der Platine einen Steckplatz spendiert bekommt. Die Bedienung erfolgt über drei Sensortasten vom Typ TTP223, die Anschlusspins für die Sensoren sind auf andere als die normalen Pins gewandert, da ich die Möglichkeit Debugausgaben an den Rechner zu senden gerne behalten habe. Über Lötbrücken kann jedoch bei Bedarf die Originalbeschaltung hergestellt werden.

Das Schaltbild ist aufgrund der vielen Bauteile etwas unübersichtlich.

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Gleiches gilt auch für das Board.

         (Click auf das Bild für größere Darstellung)

Beim sukzessiven Bestücken und der testweisen Inbetriebnahme habe ich herausgefunden, dass der jeder LED zugeordnete Blockkondensator eigentlich absoluter Overkill ist. Ich vermute, auf den LED-Stripes ist diese 1:1 Zuordnung notwendig, weil die Stripes an jeder Stelle getrennt werden können und im Extremfall auch eine einzelne LED betrieben werden soll und diese LED dann ihren Blockkondensator benötigt.

In der gegebenen Konstellation, mit festgelegtem Layout, genügt es hingegen vollkommen, wenn je zwei LEDs einen gemeinsamen Blockkondensator bekommen.

Ich lehne mich so weit aus dem Fenster, weil ich anfangs immer ein Zeile LEDs bestückt und dann sofort getestet habe, ob diese LEDs funktionieren. Dabei habe ich glatt vergessen , die Kondensatoren ebenfalls zu bestücken und es kam auch ohne die Kondensatoren zu keinerlei besonderen Effekten.

Zum Schluss habe ich dann die zweite Hälfte der LEDs auf einmal bestückt und getestet, diese untere Hälfte der LEDs war komplett ohne Kondensatoren und auch hierbei sind keine LEDs ausgefallen oder Farbverfälschungen aufgetreten.

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Die Layouterstellung in EasyEDA hat den Charme, dass das Design sofort und ohne große Umwege beim angegliederten Boardhersteller JLCPCB geordert werden kann, was Andreas auch sofort umgesetzt hat.

Ziemlich genau zwei Wochen später liegen die georderten Platinen im Briefkasten und wir können anfangen zu bestücken.

Die Platinen sind sehr sauber gefertigt und alle denkbaren Features sind im - äußerst günstigen - Preis enthalten: Freie Farbwahl der Lötstoppmaske, Maske beidseitig, Beschriftung vorne und hinten, Bestückungsdruck und sonstige Texte.

Andreas verwendet GRBW LEDs, meine Wahl fiel auf die günstigeren RGB LEDs ohne expliziten Weißanteil. Die Platine ist für beide Varianten geeignet, die Pinouts aller gängigen, adressierbaren Mehrfarb-LEDs sind zum Glück identisch.

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Damit aus der bestückten Platine eine Uhr wird, ist ein Lichtgitter zu entwerfen, das die einzelnen LEDs und deren Lichtemission voneinander trennt um Übersprechen zu verhindern. Der ursprüngliche Gedanke, dafür weißes Material zu verwenden, um möglichst viel Licht nach vorne an die Buchstaben zu bringen, wurde recht schnell ad absurdum geführt. Das Lichtgitter aus weißem PLA kann das Übersprechen zwischen benachbarten Licht-Bins nicht verhindern.

Bei der schwarzen Variante sind dann gleich noch ein paar Optimierungen eingeflossen.

Das Gehäuse wird im ersten Ansatz aus 19 mm dicken MDF-Platten gefräst. Damit sich mit einer Größe von 12 x12 cm ein gefälliges Aussehen ergibt, werden 3 Schichten vorgesehen.

Die Platte in Orange stellt die Leiterplatte dar, die von hinten an die acht Vorsprünge angeschraubt werden wird. Diese Vorsprünge zentrieren auch das Lichtgitter im Rahmen.

Die Rahmen für die Minuten-LEDs sind in der endgültigen Version des Lichtgitters noch einmal verkleinert worden, da die Front von der Rückseite her ziemlich dünn ausgefräst werden muss um Übersprechen innerhalb des Leiterplattenmaterials zu verhindern. Da dadurch die Stabilität der Frontplatte leidet, muss wenigstens am Rand genügend Material stehen bleiben um ein Verwerfen zu verhindern und gleichzeitig Fläche zum Ankleben am Gehäuserahmen zu bieten.

In der Explosionszeichnung oben fehlt noch die Front, die ähnlich aufgebaut sein wird, wie beim Testboard, also aus FR4-Material mit ausgefrästen Buchstaben. Die Front wird von vorne an die Vorsprünge und den Rand des Rahmens angeklebt und somit ein fester Bestandteil des Gehäuses werden.

Der Deckel verschwindet flächenbündig im hintersten Rahmen.

Dieser Rahmen erhält dafür eine Kante, die verhindert, dass der Deckel zu weit ins Gehäuse rutscht.

Vorderes und mittleres Rahmenteil sind bereits fertig gefräst.

Das oben als 3D-Modell abgebildete Lichtgitter in den Rahmen eingebaut.

Die vorderen beiden Rahmenteile mit Platine und Lichtgitter bestückt.

Inzwischen sind alle Gehäuseteile fertig ausgefräst. Der rückseitige Deckel ist aus weiß beschichtetem HDF-Material.

Die Front ist noch nicht dünn gefräst. Entgegen der ursprünglichen Idee, die Front aus FR4 Material zu fertigen, wurde sie letztlich aus 3 mm starkem Spiegel-Acryl von Modulor hergestellt.

Die Gehäuseteile stehen einzeln hintereinander.

Die Rückwand sitzt flächenbündig im hinteren Rahmen.

Die fertig abgefräste Front  sitzt ebenfalls flächenbündig im vorderen Rahmenteil.

Die vier Vorsprünge am vorderen Rahmenteil halten die Front von hinten am Platz.

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Da meine Aktivitäten in Sachen Holz-Wecker in den vergangenen Wochen dramatisch in Richtung Mini-Wecker abgedriftet sind, liegt es jetzt in Andreas’ Händen, einen fertig aufgebauten Holz-Wecker zu präsentieren :-)