PCB für LED Schild erstellen

[Allan Sche Sar]

Hallo zusammen,

ich würde gerne meine erste eigene Platine (PCB) gestalten. Leider weiss ich nicht so recht, wie damit anzufangen ist.
Ziel soll es sein ein LED Schild zu haben mit folgenden Anforderungen:

• Darstellen einer Nummern mit farbigen LEDs
  • Option 1: 1 LED Schild pro Nummer mit jeweils einem anderen PCB
  • Option 2: 1 LED Schild mit mehreren Nummern, welche man auswählen kann. Etwas ähnliches habe ich bereits mit Symbolen einmal ausprobiert: Siehe hier
• Betrieb des Schilds für 24 Stunden mittels Batterien zum Beispiel 3 AA.
• Schalter zum Anschalten
• Knopf, sofern Option 2, um die verschiedenen Zahlen durchzuschalten

Als Zusatz/ Extra, hätte ich noch folgenden Ideen:

• Farbe via Button zwischen Gelb oder Grün (nur ein Beispiel wechselbar)

Wie gehe ich soetwas an?
Klar ich brauche ein Layout auf dem alle meine LED's enthalten sind, als zum Beispiel als Zahlen: 1, 2 ...
Das PCB muss zwei Layer haben, damit auf der einen Seite die LED's und auf der anderen Seite die Batteriebox, Anschalter und Button angebracht sind.
Nur wie lege ich das aus? Wie fertige ich die Zeichnung des PCB's an, damit dieses zum Beispiel von Dienstleistern wie PCBWay produziert werden kann?

 

[kartoffelpü]

Wie gehe ich soetwas an?

Elektrotechnik studieren und danach anfangen
Ne, ein paar Basics solltest du dir schon aneignen, ansonsten einfach nach Beispielschaltplänen suchen, benötigte Batteriekapazität errechnen (hängt ja u.a. von den LEDs, Helligkeit und Anzahl ab) und an einen Schaltplan machen. Bevor du ne Platine mit Design erstellst, einfach vorher auf nem Breadboard zusammenstecken, sowas gibt es ja für ein paar €...

KiCAD

2 Layer brauchst du dafür nicht zwingend. aber so viel teurer wird's dadurch vermutlich auch nicht.

 

[VDC]

7 Segmentanzeigen können doch sowas, dazu gibt es auch sicher entsprechend fertige Vorlagen, wie groß brauchst du das?

 

[Skysurfa]

BCD zu 7-Seg.-Decoder. Die Ausgänge über jeweils einen Transistor als Schalter führen und damit die LED Segmente ansteuern.

 

[K-551]

Also, bin auch kein Elektroniker und kann dir bei deinem Grundproblem nicht wirklich helfen, aber das klingt für mich nach X-Y-Problem.

Wenn dur NUR Ziffern darstellen möchtest, gibt es bessere Varianten. Die schon erwähnten 7-Segment-Anzeigen, welche es auch in riesig gibt. Oder als LED-Satz.
Alternativ gibt es auch Matrix-Displays. Quasi eine 8x8 (oder mehr) Led-Matrix, mit der man auch div. Dinge, außer Ziffern, darstellen kann.
Dann gibt es auch fertige, RGB-LED-Matrix-"Bilder" bzw. Anzeigetafeln, die man via App steuern kann. (Beispiel)

In jedem Fall (außer die fertigen) brauchst du eine Ansteuerung.
Da bietet ich wohl ein programierbarer Microcontroller (z.B. Arduino) an...

Mit etwa handwerklichem Geschick und z.B. einem verfügbaren 3D-Drucker oder CNC-Fräse kannst du dir auch selber 7-Segment-Anzeigen basteln...

 

[Ranayna]

Wie gross sollen die Ziffern denn werden?
Wenn es ueber eine Kantenlaenge der Platine von 10 Zentimetern hinausgeht, werden die Budget PCB Hersteller teurer.
Ueber weniger als 2 Layer nachzudenken macht keinerlei Sinn mehr heutzutage.

KiCAD als Designsoftware wurde ja schon erwaehnt. KiCAD ist aber ein ganz schoenes "Biest" und bedient sich nicht trivial. Sowohl der Schematic-, als auch der Layouteditor machen einiges anders als uebliche Grafikprogramme.
Sehr gefallen hat mir fuer kleinere Projekte DipTrace. Die kostenlose Version ist auf 300 Pins und zwei Layer begrenzt und kann frei heruntergeladen werden. Als ehemaliger Nutzer von MS Visio ging mir DipTrace wesentlich einfacher von der Hand.

Zur Umsetzung...
Da stellt sich halt die Frage wieviel du dir zutraust, und ob du Programmieren kannst/willst.
Da einer deiner Wuensche Farbwechsel war, wuerde ich drueber nachdenken, die Segmente aus ansteuerbaren LEDs (WS8212, "NeoPixel") zu bauen. Das kann dann ziemlich einfach mit einem Arduino angesteuert werden.
Allerdings wird die Stromversorgung dann gegebenenfalls recht knapp.

Wenn es simpler werden soll, dann recherchiere mal in die Richtung die @Skysurfa erwaehnt hast. Da kannst du dann die Zahlen mit einem Drehschalter durchwechseln. Der Vorteil ist dann, dass die Elektronik ausser den LEDs selber quasi keinen Strom braucht. Mit 2-Farb LEDs kann man da ggf. auch was basteln, aber dafuer braeuchte ich schon laenger

 

[Skysurfa]

Es geht auch relativ einfach mit einem 4026. Da kann man die 7-Segmentanzeigen dahinterklemmen und es erspart einem die Beschaltung der Binäreingänge. Den Taster entprellt man mit einem S/R-Glied. Den Farbwechsel würde ich mit RGB LEDs und Potis realisieren.

Der Vorteil einer digitalen Schaltung ist, dass der Stromverbrauch sehr gering ist. Nachteilig bei einem µController ist, dass dieser mehr Strom verbrauchen wird. Der Vorteil des µControllers ist, dass man hier sehr flexibel neue Funktionen hinzufügen kann. Für die Betriebsdauer einer Batterie ist es aber eher negativ.

Die Schaltung ist auch relativ einfach auf Lochrasterplatine aufzubauen. Wenn es hinterher schön werden soll, dann kann man die Schaltung auch mit EagleCAD (gibt es das noch?) relativ einfach zeichnen und sich eine Platine ätzen/fräsen.

@Allan Sche Sar

Wie sind eigentlich deine Kenntniss im Bereich der Elektronik? Das Thema ist verhätnismäßig trivial, wenn man in dem Bereich fit ist. Ohne Grundlagenkenntnisse wirst du einiges an Recherche und Arbeit in das Projekt stecken müssen.

• Grundlagen zur Beschaltung der LEDs und festlegen von Vorwiderständen?
• Aufbau von diskreten Schaltungen?
• Programmierung eines µControllers?

 

[Allan Sche Sar]

Danke für euren Input. An ein 7Segment Display hatte ich so noch nicht gedacht. Damit könnte man es doch relativ einfach umsetzen.
Beim Projekt geht es mir auch darum, dass ich es machen möchte und nicht unbedingt alles nur kaufen und fertig.
3D Druck oder CNC für Gehäuse ist kein Problem.
Grundkenntnisse wie ich die Batterie für die LED's berechnen müsste ist auch vorhanden.
Kenntnisse, wie das PCB gestaltet werden muss, ist allerdings nicht vorhanden.

Die Zahlen sollten etwa eine Grösse von 15-18 cm in der Höhe haben.

Was wäre denn ein Weg, ein 7 Segment Display selbst zu erstellen. Von der Einstelllogik her könnte ich es mir selbst simple vorstellen. Anschalten und es startet bei 00. Mit jedem klick auf den integrierten Knopf (auf der Rückseite) erhöht sich die Nummer, also: 01, 02, etc.
Ausschalten kann man es einfach über das entfernen der Batterie.

Umschalten der LED Farbe über einen zweiten Knopf wäre noch charmant. Von einem µControllers habe ich noch nie gehört 😅
Nachteil einer Fernbedienung ist, dass man somit zwei Geräte hat, welche man nicht durcheinander bringen kann, wenn es mehrere LED Schilder gibt.

 

[K-551]

Von einem µControllers habe ich noch nie gehört

Von der Einstelllogik her könnte ich es mir selbst simple vorstellen. Anschalten und es startet bei 00. Mit jedem klick auf den integrierten Knopf (auf der Rückseite) erhöht sich die Nummer, also: 01, 02, etc.

Da liegt aber der Hase im Pfeffer!
Mit einen Druck auf den Knopf muss eine Logik ja der richtigen LED(-Kette) sagen, welch angehen soll und welche nicht. Auch der Farbwechsel klingt erstmal einfacher als du denkt.
Da ganze rein passiv nur mit Schaltern und fertigen Bauteilen zu erstellen wird schwierig, nicht unmöglich, aber schwierig und wohl recht klobig. (außer es gibt einen IC, welcher dies schon alles inne hat)

Wie gesagt, besorg dir mal nen Arduino(klon), guck dir ein paar Videos an und probier mal. Das macht spaß und lernen kann man auch was.

Große 7-Segmente zum selber drucken gibts zu Hauf auf den bekannten Plattformen wie Thingiverse, Printable etc.

Ausschalten kann man es einfach über das entfernen der Batterie.

Schon mal was von Schaltern gehört? 😉
Gibt auch Batteriefächer mit eingebauten schaltern...

 

[Allan Sche Sar]

Mit dem 7 Segment Display habe ich etwas weiter gemacht und nun stelle ich mir umso mehr die Frage, warum die Umsetzung nicht ohne "Computer" geht. In Minecraft sind es auch nur ein paar Leitungen.

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Warum also nicht auch als Leiterbahn direkt umsetzen. Ich könnte auch pro Segment einen Knopf. Also 10 Knöpfe für 0-9.
Warum also einen ESP nutzen?

 

[Piktogramm]

Wie gehe ich soetwas an?

Es kommt etwas darauf an, welche Vorkenntnisse du hast. Es wäre sinnvoll, wenn du diese darlegst, bevor hier irgendwas wild empfohlen wird. Denn auch wenn KiCAD gut zum Design von Platinen geht, die Software richtet sich an Personen, die wissen was sie tun.

Ansonsten wäre der Ansatz sowieso Schalt- bzw. Netzplan auf Papier als Anfang.

 

[S.a.M.]

klar, kannst du das mit Schalter lösen. Wenn Schalter würde ich hier einen 10stufigen Drehschalter einsetzen, damit ist immer nur eine Zahl "aktiv"

z.b. sowas https://www.ebay.de/itm/182694997076?_ul=DE&rb_itemId=182694997076&var=690011526963

 

[Ranayna]

warum die Umsetzung nicht ohne "Computer" geht.

Es geht ohne Computer.
Ein Stichwort, der BCD Decoder, ist ja schon gefallen.
Das in Kombination mit ein paar Logikchips, und man kann die Logik recht einfach ohne MC bauen.
Fuer die Logik kannst du mal diese (alte) Artikelserie durchlesen:
https://de.elv.com/p/digitaltechnik-ganz-einfach-teil-110-P202437/
Die Chips sollten durchaus noch zu bekommen sein.

Einen wichtigen Unterschied gibts noch im Vergleich zur ELV Artikelserie. Wenn du grosse Segmente haben willst, brauchst du mehr Strom als die Logikchips direkt ausgeben koennen.
Also musst du noch Transistorschaltungen lernen, um mit einem schwachen Schaltsignal genug Strom steuern zu koennen um die LEDs leuchten zu lassen.

In Minecraft sind es auch nur ein paar Leitungen.

Minecraft ist halt nunmal keine echte Elektronik
Die Prinzipien sind aehnlich. Du kannst dir natuerlich deine S-R-Flipflops auch aus Transistoren diskret zusammenbauen wenn du willst.

 

[dms]

Wenn Schalter würde ich hier einen 10stufigen Drehschalter einsetzen, damit ist immer nur eine Zahl "aktiv"

oder mit genügend Dioden die Segmente ansteuern (Vorwiederstand nicht vergessen)

https://www.electronics-tutorials.ws/de/kombinations/display-decoder.html

--> Wahrheitstabelle für eine 7-Segment-Anzeige

 

[Allan Sche Sar]

Vor nunmehr 13 Jahren hatte ich die Grundlagen alle einmal im Studium der Elektrotechnik (Grundstudium Maschinenbau). Ich kenne mich mit Hochvolt System bei Fahrzeugen aus und bin darauf geschult. Der Niederspannungsbereich ist da eher Neuland für mich 😇
Das Projekt möchte ich nutzen, um dies zu ändern.

 

[Skysurfa]

Wie schon vorher geschrieben: Schau dir bitte den CD4026 an. Viel einfacher geht es doch kaum.

https://components101.com/ics/ic-cd4026-pinout-circuit-datasheet

 

[Piktogramm]

Niederspannungsbereich ist da eher Neuland für mich

Dann zum Ansatz, Stift raus, vereinfachte Schaltung zeichnen, auf einem Breadboard zur Probe stecken und danach kannst du versuchen das in Kicad auf eine Platine zu bringen. Tutorials zu KiCad gibt es auf Youtube zahlreich. Als Beispiel:

YouTube

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auf Englisch, 13min lang dabei ohne Längen. Ein guter Ausgangspunkt um sich von da an weiter zu hangeln.

 

[Allan Sche Sar]

Hallo zusammen,
ich habe etwas getüftelt und im Netz nach eine Lösung gesucht, wie ich digital erst einmal keinen Schaden anrichten kann. Dabei bin ich auf TinkerCAD gestossen.
Damit habe ich mich an das Thema 7 Segment Display herangearbeitet.
https://www.tinkercad.com/things/hF...e=5Ua-ut6JIblui8Ksa80L7LKHrEBWySVlPLaQHXmZzOA

In meiner Testumgebung seht ihr die verschiedenen Varianten (alt zu neu von oben nach unten).
Die mittlere Variante macht genau das, was es soll. Auf einen Knopfdruck werden die Zahlen von 0 bis 9 durchgespult. Diese sieht dann so aus:

Nur komme ich nun bei meiner letzten Variante (also mit richtigen LEDs) gerade nicht weiter. Jede der LEDs soll später eine Reihe aus LEDs (vermutlich 7 darstellen). Der CD4511 in Kombination mit einem 4 Bit Binär Kombinierer schaltet dann die LEDs durch.
Wie lege ich nun die LEDs aus, damit sie mit der gleichen Stromquelle betrieben werden kann. Im Kopf habe ich einen Batteriebox mit 3x AA Batterie.

 

[Skysurfa]

Schau ins Datenblatt der LED und multipliziere die Vorwärtsspannung der LED mit der gewünschten Anzahl der LEDs. In deinem Fall 7×UF

Dann muss die gesamte Vorwärtsspannung kleiner sein als die Spannung der Spannungsquelle.