Geigerzähler – die Nächste

Das Thema „Radioaktive Strahlung“ bzw. deren Messung, beschäftigt mich auch immer wieder. In einem alten Weblogeintrag habe ich bereits einmal einen Geigerzähler geplant und ihn als Ausbildungsprojekt mit dem damaligen Elektroniker-Lehrling gebaut. Als Zählrohr kam ein Philips-Rohr ZP1400 aus meinen alten Lagerbeständen zum Einsatz. Die benötigte Betriebsspannung für das Zählrohr generierte ein, über einen 555er angesteuerter Transformator/Wandler mit nachgeschalteter Greinacherkaskade. Diese Schaltung hat den Nachteil, dass sie relativ viele und große Komponenten benötigt und somit auch einen unhandlichen Aufbau nach sich zieht.  Die Schaltung hat die Impulse lediglich auch nur hörbar gemacht. Einen Zähler, oder Integrator hat die Schaltung nicht mehr bekommen. -> man konnte ja optional ein Mikrocontroller Board (Arduino UNO , PIC, etc.) anschliessen…

geiger (16)Auf jeden Fall wollte ich noch einen anderen Detektor bauen. Irgendwann habe ich bei Neuhold-Elektronik günstig ein weiteres Zählrohr gefunden und auch gleich bestellt. Dabei handelt es sich um eine Geiger-Müller Röhre RFT VA-Z-114 (70014NR) aus DDR Beständen. Also warum damit nicht noch einen weiteren Geiger-Müller Zähler basteln. Diesmal sollte die Elektronik jedoch um einiges kleiner ausfallen. Als Grundlage für den neuen Zähler diente das Konzept eines Bausatzes von Pollin, der schon lange nicht mehr lieferbar ist, jedoch noch immer auf der Webseite publiziert wird. Teile dieses Schaltungskonzeptes habe ich nun für dieses Projekt herangezogen. Hier wird die Hochspannung mit einem Boostconverter – IC MC34063 der über einen FET eine 330uH Induktivität schaltet, erzeugt. Die Impulse der Röhre werden über Schmitt-Trigger und Filter aufbereitet und die Software in einem ATTINY2313 übernimmt das Zählen.

schematicDie Spannungserzeugung habe ich hier übernommen. Für die Auswertung kommt jedoch der Atmega328 zum Einsatz. Ein kleines LC-Display (mit 8×2 Zeichen) wird die Impulse anzeigen. Ein paar andere Funktionen, wie Batteriespannung etc. sollen auch noch implementiert werden, da der Atmega ja auch A/D- Converter Eingänge hat und mit 10Bit auch eine genügend hohe Auflösung. Die ganze Schaltung sollte dann so groß werden, dass sie in einem 15x8x5cm großen Gehäuse Platz findet. Als Energiequelle wird eine 9V Blockbatterie zum Einsatz kommen.

Der Schaltplan ist schnell gezeichnet und daraus ein Layout erstellt.

 

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Das ist das Platinenlayout in der ersten Version. Eine einseitig gelayoutete Platine mit ausschließlich bedrahteten Bauteilen wird hier völlig ausreichend sein und kann die geplante Größe einfach erreichen. Nach den folgenden drei Fertigungsschritten: (auch hier zu sehen)

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Bohrplotten

geiger (9)Belichten und Entwickeln

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und abschließend Ätzen,

ist die Platine soweit fertig, dass sie bestückt werden kann. Vorher wird auf die Kupferseite noch eine Schicht Lötlack aufgetragen, um hässliche Korrosionen der Kupferschicht zu vermeiden und eine gute Lötoberfläche zu erhalten.

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geiger (12)Das ist die Platine in der bestückten Ausführung. Hier fehlen noch der Mikrocontroller, das LC-Display und natürlich das Zählrohr. Doch zuerst habe ich begonnen, das Gehäuse vorzubereiten und eine Alu-Frontplatte zu erstellen, die dem ganzen Konstrukt ein etwas schöneres Aussehen verleiht. Ein Layout hierfür kann mit allen möglichen Konstruktionstools erstellt werden, die die Möglichkeit bieten, die Zeichnung beispielsweise im „dxf“-Format zu exportieren. Die vhf-Fräsbohrplotter müssen jedenfalls mit den Exportformaten umgehen können und sie idealerweise auch maßstabsgetreu auf den Rohling übertragen können.

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Das Ergebnis der Fräsarbeiten, sind diese beiden Platten, die dann miteinander verschraubt werden, das Display, die Schalter und Taster halten sollen. Damit die eingefrästen Vertiefungen in der Aluminiumplatte schlussendlich auch schön kontrastreich zu sehen sind, werden sie mit schwarzem Acryllack gefüllt.

 

 

 

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So sieht die fertige Frontplatte aus.

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Jetzt wird die Elektronik im Gehäuse untergebracht. Wie hier gut zu erkennen ist, hat wieder das ZP1400 Zählrohr von Philips seinen Platz gefunden. Leider war dem Neuhold – DDR Zählrohr trotz vieler Experimente kein einziger Impuls zu entlocken. Ich vermute, das Rohr hat im Laufe der vielen Lagerjahre Luft gezogen und ist einfach defekt.

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Alle Komponenten haben ihren Platz gefunden. Die „Trennkammern“ sind kupferbeschichtete FR4 Platten, die einerseits die Röhre in Position halten und andererseits eine Kammer für die 9 Volt Blockbatterie darstellen.

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Hier ist nun alles zusammengebaut. Als Testsoftware werden die Impulse vorerst lediglich nur über einen IRQ Eingang gezählt und über den kleinen Lautsprecher hörbar gemacht. Wenn das Programm dann einmal fertig ist, werde ich es hier wieder veröffentlichen…

 

 

 

RetroPie und IngmarsRetro

Ein schon lange in meinem Kopf herumirrender Gedanke war, einmal einen Videospielautomaten zu bauen. Diese Teile haben mich als Kind magisch angezogen, wenn es mit den Eltern in den Sommerurlaub an die Adria ging. Dort gab es und gibt es auch heute noch die Spielhallen. Die Faszination hat aber seit Erscheinen der Heimkonsolen und der Möglichkeit, vor dem heimischen TV-Gerät zu zocken, stark nachgelassen, und die Automaten wurden rar. Auch die einfache Pixelwelt, der 8Bit und 16Bit Spiele ist schon lange verschwunden. Dabei, so finde ich zumindest, haben die alten, einfachen 8Bit Pixelspiele mehr Reiz, als die modernen High-End-Games mit fotorealistischer 3D-Rendergrafik. Vielleicht ist auch aus dem Grund der „Retroboom“ der letzten Zeit entstanden. Nun ja – mein erster Kontakt zu den Videospielautomaten war eben als Kind im Urlaub und dann erstmals am heimischen TV, Ende der siebziger Jahre an einer geliehenen Atari 2600 Konsole. In den letzten Jahren, auch Dank des Internets, habe ich immer wieder mal die Zeit gefunden in Foren und auf Websites zu schmökern und so die Faszination aufrecht zu erhalten. Auch die Vielzahl an Emulatoren (Mame, Vice, etc.) die ganz leicht und schnell auf jedem PC eingerichtet werden können, lässt schnell die alten Gefühle wieder aufkommen.

Nun ja, dieses Jahr habe ich mich überwunden und das Projekt endlich begonnen. Dank Internet und elektronischer Bucht ist es jetzt auch einfach, die benötigten Materialen zu bekommen. Die Basis des Videospielautomaten „Arcade – Station“ soll ein Raspberry Pie sein. Den kleinen Einplatinenrechner gibt es mittlerweile schon in der 3. Generation und der hat auch mächtig Leistung um die alten Homecomputer und Spielekonsolen wie Commodore C64, Amiga, Atari, Nintendo 64 etc. in der Emulation zum Laufen zu bekommen. Als Softwarebasis nutze ich das Projekt retropie , das mittlerweile als DAS Projekt für die Umsetzung von Retrospielekonsolen und -computern bezeichnet wird. RetroPie wird als Image für alle Raspberry Pi Modelle angeboten und ständig weiterentwickelt. Es ist einfach einzurichten und man hat schnell wieder das „feeling“ der guten alten 8 Bit Zeit 🙂

Folgende Dinge benötige ich für den Bau der Retro-Arcade Maschine:

  • Rasperry Pi als Zentrale Recheneinheit
  • Ein Interface, das die Microschalter der Joysticks und Tasten in ein USB-HID umsetzt (hier kommt mein Arduino HID Projekt zum Einsatz) es gibt aber auch etliche Controller (XinMo und GPIO Controller etc.)
  • Tasten und Joysticks für die Bedienkonsole
  • Ein Gehäuse passend im Stil einer Arcademaschine . (Hier habe ich in der Bucht einen Lieferanten gefunden, der MDF-Platten beschichtet und gefräst liefert)
  • Eine Bemalung des Gehäuses (in meinem Fall schwarzer Mattlack und ein auf Klebefolie gedrucktes Design – liefert auch die Firma, die die MDF Platten bearbeitet)
  • Montageteile, Schrauben, Kabel, Netzteile, USB-Kabel…
  • Einen alten LCD Monitor mit DVI-Eingang
  • Adapterkabel für den Anschluss des Monitors an den Raspberry
  • Lautsprecher und einen Audioverstärker
  • Eine Hintergrundbeleuchtung für den Ledkasten
  • Zeit und Geduld, Werkzeug und ein bisschen Geschick

Die folgenden Bilder sollen den Auf- und Zusammenbau der Arcadestation ein wenig dokumentieren:

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Die Gehäuseteile sind geliefert und werden erstmal auf Passgenauigkeit und Vollständigkeit überprüft.

DSC_2266Alles passt zusammen.

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Das sind die Dekor-Klebefolien

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Die Joysticks …

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… und die Tasten

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Im Garten werden die Teile zum Lackieren vorbereitet. Ja, jetzt vor Beginn der Blütezeit klappt das mit dem Outdoorlackieren noch ganz gut.

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Schon bald sind die Teile mit einer matten, schwarzen Lackschicht überzogen.

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Mit Klarlack wird dann nochmals übergesprüht.

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Jetzt ist der Cutter dran, die Dekorfolien müssen zugeschnitten werden.

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auch alle Löcher für Tasten und Joysticks

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und natürlich sollen auch die Kanten schön aussehen

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nach dem Bekleben mit den Folien wird wieder probiert. Passt perfekt…

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Nachdem jetzt alle Teile vorbereitet sind, kann der Zusammenbau beginnen

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Tasten einbauen und Microschalter/-taster bestücken

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Joystickmodul einbauen und verschrauben

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Ansicht von oben (sieht ja schon mal nicht schlecht aus)

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Jetzt kann mit der Verkabelung begonnen werden. Es empfiehlt sich, alle Drähte zu beschriften 😉

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Nach dem Verkabeln der Tasten wird wieder provisorisch zusammengesteckt und ein erster rein informeller Funktionstest gemacht.

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und schon kann mit der Monitorhalterung begonnen werden. Ich habe einen 19″ Monitor mit vier M4 x 20 Schrauben am Brett befestigt. Zwischen Brett und Rückseite des Monitors sind noch 4mm Abstandhalter unterlegt, um die Löcher im Blechkasten des Bildschirmes nicht durch das Bett abzudecken.

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So ist der Bildschirm mit dem Brett verschraubt.

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Die Monitorhalterung samt Monitor wird jetzt in Position gebracht, die weiteren Montagelöcher gebohrt und dann mit einer Seitenwange verschraubt. Auch das bestückte Bedienpanel sowie das Lautsprecherpanel und die restlichen Gehäuseteile werden mit der Seitenwange verleimt.

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Das soll dann so aussehen. Passt alles, dann kann die andere Seitenwange vorbereitet werden. Ist alles gebohrt, wird wieder geleimt und das Gehäuse bekommt seine zweite Seite.

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Das Seitenteil liegt perfekt in der Nut. Mit Winkeln wird jetzt alles zusätzlich noch verschraubt.

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Jetzt kann der Kasten erst einmal ruhen und der Leim aushärten.

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In der Zwischenzeit kann ich eine Montageplatte anfertigen, die den Raspberry und den Controller für die Joysticks tragen soll. Die Platte besteht aus einer 2mm dicken Aluminiumplatte an der ich 20mm lange Sechskant-Abstandhalter schraube. Festgemacht werden die mit M3x10 Senkkopfschrauben.

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So sieht die fertige Trägerplatte aus

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Sie wird jetzt am Boden des Arcade-Gehäuses angeschraubt

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Und hier sind die Platinen auch schon befestigt

DSC_2314Im nächsten Schritt wird die Bildschirmfrontverkleidung, eine 2mm Plexiglasplatte vorbereitet.

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Die Ränder der Plexiplatte werde ich von der Rückseite schwarz lackieren. Praktischerweise kann ich die Schutzfolie auch gleich zum Maskieren für die Lackierung verwenden. Mit dem Cutter wird die nicht benötigte Schutzfolie ausgeschnitten und entfernt. Jetzt kann lackiert werden.

DSC_2324Nach dem Lackieren und Entfernen der Schutzfolie habe ich die Ränder mit 9x3mm Unterlegeband (Dichtband) beklebt, das dann auf dem Monitor aufliegen soll und gleichzeitig vor Kratzern in der Plexiplatte und Staub zwischen den Scheiben schützen soll.

DSC_2321Für die seitliche Auflage der Plexischeibe habe ich links und rechts je eine Alukante ans Gehäuse geschraubt.

DSC_2322auch auf die Aluleisten kommt das Dichtband. Jetzt kann die Plexiplatte eingesetzt werden.

_20160326_173240Auch innen ist es jetzt ein wenig mehr aufgeräumter. Alle Buttons sind am Controller angeschlossen. Die Innereien eines PC-Speakersets dienen als Audioversorgungseinheit. Ein Led-Streifen soll den „Lichtkasten“ später beleuchten.

Wie der ganze „Automat“ dann im fertigen Zustand aussieht ist im folgenden Video zu sehen: