Schlagwort-Archive: Atmega

VFD – Uhrenbausatz

dsc_2772

Uhren und Zeitmessgeräte, auch die nicht-mechanischen, gehören zu meinen Interessengebieten. Vor allem, wenn die Uhrzeit  mit optisch schönen Anzeigen dargestellt wird, bin ich Feuer und Flamme. Dazu zählen Nixie-Anzeigeröhren und auch die VFD-Röhren. Über letztere handelt dieser Blogeintrag. Hier hat Herr Günter Rother (www.grother.de) einen sehr schönen Bausatz zusammengestellt, der schnell und einfach zusammen zu setzen ist. Es sind alle zum Aufbau benötigten Teile enthalten und man kann gleich loslegen.

dsc_2766

Auf einer zweiseitigen, gelayouteten und mit Lötstoplack versehenen Platine mit den Abmessungen 100×50 mm findet die Uhrenschaltung Platz, bei der als Anzeige für jede Ziffer je eine 7-Segment VFD-Röhre verwendet wird. VFD bedeutet hier Vakuum-Fluoreszenz-Display. Die Funktionsweise ist hier nicht wie bei Nixieröhren eine Glimmentladung, sondern wie bei Elektronenröhren, eine, von einer direktbeheizten Kathode emittierte Elektronenwolke, die auf einer Leuchtschicht – Anode (Phosphor) auftrifft.dsc_2773 Die Spannung zwischen Kathode und Anode liegt hier üblicherweise zwischen 20V und 50V. Mit einem Steuergitter vor den Segmenten können die Elektronen gezielt gebremst werden. Somit ist eine Ansteuerung einzelner Segmente möglich.

Treiberbaustein für die IV-3 VFD-Röhre ist ein LB1240 Display Tube Driver IC, der acht voneinander unabhängige Darlingtonstufen beinhaltet. Jeder Ausgang ist in der Lage 30mA bei maximal 55V zu treiben. Die Eingänge des LB1240 werden über einen Atmel AT89C2051-12PU angesteuert und mittels vier Transistoren wird jede Röhre per Multiplexing geschaltet. Getaktet wird der Atmel mit 11.0592Mhz. Ein DS18B20 Temperatursensor ist ebenfalls in den Bausatz integriert, um auch die Temperatur anzeigen zu können. Der DS18B20 ist ein 1-Draht Digital-Temperatursensor, einstellbar  in 9 bis 12 Bit-Auflösung   an 5V Spannungsversorgung und mit einer Ansprechzeit von 94ms bis 750ms, je nach Auflösung. Der Mikrocontroller ist bereits mit der Firmware für die Uhr geflashed und direkt einsatzbereit. Die IC´s sind gesockelt, 1/25W Kohleschichtwiderstände auf Band und sogar alle Schrauben, Abstandhalter und vorgefertigte Acrylglasplatten für ein finales Gehäuse sind vorhanden.

Die gesamte Schaltung wird mit einem 50Hz Steckernetzteil mit konventionellem Eisenkerntransformator versorgt. Die Spannungen an Board werden mit einem 7905 Linearregler für die 5V und einem fertigen DC/DC Convertermodul (Step-UP-Wandler) für die ca.30V Anodenspannung erzeugt. Bedient wird die Uhr über zwei Mikrotaster, mit denen Stunden und Minuten eingestellt werden können.

Ein kurzes Video über den Zusammenbau und die fertige Uhr kann hier angesehen werden:

 

Dimmen ohne Triac

DSC_4883Als klassische Variante, einen ohmschen Netzverbraucher (z.Bsp. Glühlampen) in ihrer Helligkeit zu steuern, wird üblicherweise ein Triac in einer Phasenanschnitt- oder Phasenabschnittsteuerung verwendet. Diese Schaltung ist einfach aufzubauen, kostet wenig und man kann durch Änderung der Zeitkonstante eines RC-Gliedes (durch Ändern des Widerstandes mit Hilfe eines Potentiometers) die Spannungsform an der Last beeinflussen. Dies geschieht durch „An- oder Abschneiden“ der „Sinuswelle“ zu einem gewünschten Zeitpunkt. Die daraus resultierende, verbleibende „Wellenform“ versorgt die Last mit Energie. Da die „Sinuswelle“ nun jedoch nicht mehr „vollständig“ ist, ist auch die effektiv übertragene Energie zur Last kleiner. Das bedeutet weniger Spannung liegt an der Lampe an. Somit sinkt auch die Lampenhelligkeit. Hierzu findet man reichlich Informationen im Netz. Will man eine solche Phasenanschnittsteuerung nun jedoch nicht mit einem Potentiometer steuern, sondern mit einem Microcontroller oder einer externen analogen Spannung von zum Beispiel 0-5V, so ist hier ein erweiterter Schaltungsaufwand notwendig.

Auf eine ganz andere Weise ist die hier dargestellte Schaltung aufgebaut. Hier wird nicht mit einem Triac die negative bzw. positive Halbwelle angeschnitten, sondern mit einem FET der Pfad in einem Brückengleichrichter durchgeschaltet. Der FET selbst wird per PWM (PulsWeitenModulation) angesteuert. Die PWM wiederum erzeugt der Einfachheit halber ein Atmega Microcontroller. Durch die frei wählbaren PWM Grundfrequenzen sind hier sehr schnelle und somit auch flackerfreie Schaltvorgänge realisierbar.

_20151123_104151Die Skizze soll die simple Funktionsweise veranschaulichen: Im Bild ist der Stromkreis dargestellt. Der Verbraucher liegt in Serie mit dem Brückengleichrichter an der Phase L und dem Neutralleiter N. Im Querpfad des Brückengleichrichters befindet sich ein Schalter (in der realen Anwendung ein angesteuerter Mosfet). Wird der Schalter S nun nicht betätigt, bleibt also offen, kann durch die Dioden kein Strom fließen. Weder die positive noch die negative Halbwelle finden einen geschlossenen Stromkreis.  Anders sieht es jedoch aus wenn der Schalter S geschlossen wird. Dies ist in der rechten Skizze dargestellt. Der Strompfad einer Halbwelle ist in Rot, der der anderen Halbwelle in blau dargestellt. Der Strom fließt und die Lampe leuchtet. Das Besondere daran ist es nun, verfolgt man die Stromrichtung beider Halbwellen durch den Schalter, so kann man erkennen, dass bei beiden Halbwellen dieselbe Stromrichtung vorliegt. Damit ist es nun möglich mit einem Transistor oder FET, eine Wechselspannungsquelle zu schalten. Das Ein/Aus Verhältnis (also PWM) des Schaltsignals, kann somit wieder die effektive Spannung an der Last beeinflussen.

dimmerUnd genau eine solche Schaltung habe ich hier aufgebaut. Der Atmega-Microcontroller erzeugt ein PWM Signal, das über einen Optokoppler den Mosfet ansteuert. Somit sind ganz einfach per Software alle möglichen Schalt- und Dimm-Szenarien realisierbar. (z.Bsp. Steuerung der Lampenhelligkeit über eine Analogspannung am ADC des µC …)

 

 

 

DSC_4882Im Bild rechts ist ein Testaufbau des Dimmers (Laststellers) dargestellt. Die Versorgungsspannung des µC wird hier noch durch einen AC/DC Converter realisiert, um eingangsseitig eine galvanische Trennung vom Netz herzustellen.