Nicht ganz Nixie

Seit ein paar Jahren liegen sechs Nixie-Tuben in meiner Werkstatt. Ursprünglich habe ich sie bei einem sowjetischen Elektronikhändler gekauft, da sie nicht mehr hergestellt werden, was sie als Antiquitäten gelten lässt. Ich wollte schon immer eine Uhr oder ein anderes Zahlenanzeigegerät aus ihnen bauen, aber sie haben ein Problem: Um sie zum Glühen zu bringen, benötigen sie eine weit höhere Spannung, als meine Laborausrüstung ausgestattet ist und mit der ich mich sicher fühle - etwa 200V.

Kurz nachdem ich zum ersten Mal per Laser etwas in Acryl graviert hatte, dachte ich darüber nach, mehrere dieser Gravuren übereinander zu legen. Meine erste Idee war es, ein Vollfarbbild zu erzeugen, indem ich drei Farbkanalbilder in Rot, Grün und Blau beleuchtete. Das habe ich noch nicht versucht. Mein nächster Gedanke war: “Hey, wenn ich zehn Zahlen mit einzelnen LEDs staple….”. Das dünnste Acryl, das ich fand, waren 2 mm starke, extrudierte Platten, also begann ich meine Experimente damit. Erste Versuche wurden mit einzelnen LEDs pro Schicht zusammengestellt, was die Steuerung des Displays über eine große Anzahl von Datenleitungen auf dem Mikrocontroller erforderte. Ich begann, dies zu umgehen, indem ich ein oder mehrere 74HCT594 Schieberegister verwendete. Dadurch wurden die erforderlichen Datenleitungen reduziert: Statt zehn Datenpins pro Anzeigestelle wurden nur noch drei (Latch, Data, Clock) für potenziell beliebig viele Stellen benötigt, da die Schieberegister hintereinander geschaltet werden können. Es bedeutete aber trotzdem viel Lötarbeit…

…bis ich WS2182B-LEDS entdeckte. Diese gibt es einzeln oder – wie hier abgebildet – auf Streifen. Die LEDs verfügen jeweils über einen eigenen IC, mit dem man sie nicht nur einzeln ein- und ausschalten kann, sondern auch eine individuelle Farbe pro seriell angeschlossener LED über nur eine Datenleitung einstellen kann. Ich bestellte ein paar Meter bei dem chinesischen Elektroniklieferanten meines Vertrauens und stiess auf das nächste Problem: Die LEDs sind mit einem Abstand von etwa 4,5 mm angeordnet. Zuerst habe ich experimentiert, indem ich den Streifen diagonal verlegt habe, um einen effektiven horizontalen Abstand von 2 mm zu erreichen, aber das bedeutete, dass die einzelnen Zahlen zu gross wurden, um zehn auf eine Acrylplatte zu platzieren. Am Ende entschied ich mich, die Zahlen mit einem Luftspalt zwischen den einzelnen Platten zu platzieren, damit ich zehn LEDs auf dem begrenzten horizontalen Platz, den ich hatte, unterbringen konnte. Das bedeutete wieder mehr Löten.


Das sind acht Streifen à je fünf LEDs, die zu einer 40-LED-Einheit zusammengelötet sind. Diese habe ich in einen lasergeschnittenen MDF-Rahmen eingeklebt, der unter die Acrylnummern passt. Das Display, das ich baue, hat daher vier Ziffern. Das funktioniert hervorragend, um die Zeit anzuzeigen. Es ist als <> gedacht, aber kann durchaus einen Nutzen als Schreibtischuhr haben. Hätte ich das Projekt heute von Grund auf neu gestartet, hätte ich einen fünften Stapel mit Wettersymbolen (Wolken, Sonne usw.) für zusätzliche Darstellungsmöglichkeiten hinzugefügt. Die nächste Frage war, welchen Mikrocontroller ich für das Display verwenden würde. Da ich es als Uhr benutze, dachte ich zuerst an einen Arduino mit einem zusätzlichen RTC-Modul, um Reboots zu überstehen. Das hätte es notwendig gemacht, Tasten zur Zeiteinstellung hinzuzufügen, und ich wollte das Projekt außen so einfach wie möglich halten – idealerweise nur mit einem Kabel für die Stromzufuhr. Nach einiger Überlegung entschied ich mich für ein ESP8266 - da ich nur eine Datenleitung für alle vier Nummern verwende, schien ein ESP-01 zu passen. Letztendlich habe ich mich für ein NodeMCU-v3-Modul entschieden, da dieses einen eingebauten USB-Anschluss hat und 5V DC direkt versorgt (die 3,3V des ESP-01 reichen nicht aus, um die LEDs zu steuern und ich habe gerade keine Level-Shifters auf Lager). Ein zusätzlicher Vorteil des ESP8266 gegenüber dem Arduino ist, dass ich ihn in MicroPython programmieren konnte, was mir besser passt als der C-Dialekt von Arduino-boards. Ebenso hat der ESP8266 eine eingebaute RTC, und sein Netzwerkstack ermöglicht es, die Zeit von einem NTP-Server zu beziehen. Dies ist der letzte Prototyp - verpackt in MDF, mit schwarzer Acrylfarbe lackiert und auf meinem Büroarbeitstisch. Bei alltäglichem Betrachten werde ich sehr daran erinnert, dass es sich immer noch um einen Prototypen handelt. Hier sind die Dinge, die ich für das nächste Modell ändern möchte: Das aktuelle Modell synchronisiert die Zeit von meinem Mobiltelefon beim Start - und bleibt bei dieser einen Synchronisation. Da die Echtzeituhr des ESP8266 nicht die genaueste ist (um es vorsichtig auszudrücken), muss ich die Uhr oft neu starten, um die genaue Zeit zu halten. Ich muss entweder einen regelmäßigen Synchronisationsprozess einführen oder eine Möglichkeit, ihn manuell auszulösen. Derzeit sind die Farben der Zahlen fest einprogrammiert, wobei die Minuten im Sekundentakr zwischen einem etwas helleren und dunkleren Orange blinken. Ich stelle mir die Möglichkeit vor, die Farben über die Zeit definierbar zu machen, so dass ich beispielsweise 12:00 Uhr auf Weiss und 13:00 Uhr auf Blau einstellen kann, wobei die Farbe in der Zeit dazwischen nahtlos von der einen zur anderen übergeht.. Die einzige Möglichkeit, die Uhr einzustellen, ist derzeit, die Stromversorgung zu unterbrechen, während mein mobiler Hotspot eingeschaltet ist. Eine Reihe von Tasten zum Erhöhen/Verringern von Minuten und Stunden wäre praktisch. Während wir bei den Knöpfen sind: Vier Stellen können auch ein Datum anzeigen, so dass auch eine Taste zum Umschalten zwischen Uhrzeit und Datum implementiert werden kann. Um das Design sauber zu halten, wäre ein induktives Touchpanel am Gehäuse schön. Die Paneele haben einen Luftspalt zwischen sich. Im Moment ist das nicht der Fall. Übersetzt mit www.DeepL.com/Translator

1 Comment
  • Walter Baumann (5 years ago)

    ist für mich auf der Moosegg sehr intressant! Liebe Grüsse Va