Von der Schaltung zur Lochrasterplatine

Für den einfachen und kompakten Aufbau von elektronischen Schaltungen sind sog. Lochrasrerplatinen sehr gut geeignet. Die dazu notwendigen Schritte sollen in den folgenden Abschnitten beschrieben werden.

Die Schaltung (TonUINO Basis)

Als Schaltung für diese Anleitung wird die Basis-Schaltung des TonUINO verwendet, wie sie im Downlod des gesamten Programmpaketes enthalten ist.

Diese Schaltung zeigt nur die Bauelemente und Verbindungen, die absolut notwendig für einen funktionierenden TonUINO sind
  1. Mikrocontroller (Arduino Nano)
  2. MP3-Player (DF-Player Mini)
  3. Kartenleser für RFID-Tags (MFRC-522)
  4. Lautsprecher
  5. Bedientasten
Die Stromversorgung ist (noch) nicht Bestandteil dieser Schaltung und wird zunächst von einer Power Bank oder einem USB-Anschluss übernommen.

!! - Achtung - !!
Diese Grundschaltung ist nur für den Betrieb mit Schnittstelle als SW-Serial zum DF-Player geeignet.

Aufteilung und Anordnung der Bautelemente

Damit eine möglichst große Flexibilität für Gehäusekonstruktion und Montage gegeben ist, werden Lautsprecher, Tasten und Kartenleser nicht mit auf die Lochrasterplatine montiert sondern über Kabelverbindungen angeschlossen.

So verbleiben für die Lochrasterplatine nur noch der Mikrocontroller und der MP3-Player.
Für die Kabelverbindungen zu den anderen Bauelementen sollen zusätzlich gut erreichbare Anschlusspunkte als Steckleiste vorgesehen werden.
Auf die Lochrasterplatine müssen somit folgende Bauteile montiert und verschaltet werden Bei der Anordnung dieser Bauteile sind folgende Punkte zu beachten: Unter Berücksichtigung dieser Bedingungen kommt man zu der gleichen Anordnung der Bauelemente, wie sie auch auf der Classic Platine gewählt wurde.

Planung / Verlegung der Leiterbahnen

Nachdem nun die Bauelemente und deren Position (grob) festgelegt sind, müssen diese nun auf das Rastermaß ausgerichtet und die Leiterbahnen verlegt werden.
Als Lochrasterplatine wird nur einseitig beschichtetes Material mit eine Punktraster verwendet. Beidseitig beschichtetes Material hat sich als problematisch erwiesen, da die Lötpunkte beider Seiten miteinander verbunden sind (sein können) und so zu unerwünschten Verbindungen führen, wenn Leiterbahnen beidseitig verlegt werden.
Leiterbahnen auf Lochrasterplatinen werden beidseitig verlegt, um Kreuzungen von Leiterbahnen ohne elektrische Verbindung zu ermöglichen.

Einen Plan der Leiterbahnverlegung kann man schon ganz gut auf einfachem Karopapier zeichnen, wobei dann jedes Kästchen einer Bohrung mit Lötpunkt entspricht. Bei diesem Verfahren sind Korrekturen am Layout bei Irrtümern jedoch recht aufwändig.

Als besser praktikabel hat sich erwiesen, diese Arbeit am PC mit einer entsprechend konfigurierten Excel-Tabelle vorzunehmen. Mit diesen Einstellungen sollte die Excel-Tabelle nun etwa wie nebenstehendes Bild aussehen.
Die Tabellenfelder sind nahezu quadratisch mit dem "O" in der Mitte, das einen Lötpunkt der Lochrasterplatine repräsentiert.

Hier sind nun die Bauelemente "maßstabsgetreu" in Anlehnung an die TonUINO Classic Platine auf dem Raster platziert.

Zur Verlegung der Leiterbahnen werden beide Seiten der Platine verwendet

Lochrasterplatine (TonUINO Classic Klon)

Das Layout für die Lochrasterplatine wurde mit leichter Abweichung von der Regel "vertikal = grün und horizontal = orange" gemacht, da bei Verwendung von Sockelleisten für Mikrocontroller und DF-Player sowie Pfostenverbinder oder Buchsenleisten für die Anschlussfelder alle Verbindung zu diesen Bauteilen nur auf der Lötseite gemacht werden können und dennoch bei Verwendung von blankem oder versilbertem Kupferdraht für die Leiterbahnen keine riskanten Kreuzungen entstehen, die zusätzlich isoliert werden müssten.

Der Einsatz von Pfostenverbindern oder Buchsenleisten für die Anschlussfelder ist nur notwendig, wenn diese Verbindungen steckbar sein sollen.

Die hier gezeigte Platine hat eine Größe von ca. 85 mm x 45 mm gegenüber 60 mm x 40 mm der original Classic Platine. Dies ist dem großzügigen Leiterbahnabstand geschuldet, der für die einfache Baubarkeit und den sicheren Betrieb gewählt wurde.

Montage der Lochrasterplatine

Nachdem die Pläne für Package und Layout fertiggestellt sind, kann nun mit der Montage der Lochrasterplatine begonnen werden.

Lochraqsterplatine auf die ermittelte Größe zuschneiden.

Da die Platine aus einem Rohling im sog. Europaformat (100 mm x 160 mm) geschnitten wurde, hat die gezeigte Platine eine Abmessung von 100 mm x 45 mm.

Position der Bauelemte, besonders der Buchsen- und Stiftleisten markieren.


Bestückung mit den Buchsen- und Stiftleisten

Damit die Buchsenleisten für den DF-Player und den Mikrokontroller parallel und winklig ausgerichtet sind, empfiehlt es sich, die Buchsenleisten schon auf die Bauelemnte aufzustecken und dann gemeinsam an der Position einzusetzen und zu verlöten.

Die Verbindungen hergestellt und verlötet

Die Leiterbahnen wurden mit blankem, versilberten Kupferdraht hergestellt.
Ansicht von der Oberseite

Hier die Unterseite der Platine

Bei Bedarf kann die Platine problemlos auf ein Maß von 45 mm x 85 mm gekürzt werden.

Funktionstest bestanden


Fertigstellung TonUINO

Um einen funktionsfähigen TonUINO zu erhalten, müssen noch einige weitere Schritte erfolgen
  1. Aufspielen der Firmware auf den Mikrokontroller
    Eine detaillierte Beschreibung dazu ist im Kapitel Inbetriebnahme & Programmierung des Arduino nachzulesen.
  2. Anschluss des Kartenlesers MFRC-522
    Wenn der Kartenleser mit einer Stiftleiste ausgerüstet wird, kann er direkt auf die 8-polige Buchsenleiste gesteckt werden.
    Ohne Stiftleiste muss dann eine gerade 1:1-Verdrahtung mit der Buchsenleiste erfolgen
  3. Anschluss der Bedientasten (Buttons)
    Je nach gewünschtem Ausbau (3 / 5 Tasten) werden die Tasten mit den Anschlüsse "A0" bis "A4" so verbunden, dass sie Bei Betätigung eine Verbindung zu "GND" herstellen.
    Die Verbindung der Buttons ist fast identisch mit Beschaltung der originalen Classic Platine.
  4. Anschluss der Button-LEDs
    Die Anschlüsse "A5","D5" und "D6" zur Ansteuerung der animierten Button-LEDs sind auf die Stiftleiste herausgeführt. Mit einem Vorwiderstand von 270 Ω können dort LEDs gegen GND direkt angeschlossen werden.
    Nicht vergessen die Funktion #define USE_LED_BUTTONS in der constants.hpp zu aktivieren
  5. Anschluss der Stromversorgung
    Schaltung und Platine sind für eine stabilisierte Stromversorgung mit + 5 V Gleichspannung ausgelegt. Diese Spannung kann über die Stiftleisten "+ 5 V" und "GND" eingespeist werden
    Erforderliche Schalter (mechanisch oder elektronisch) sind nicht auf der Platine vorgesehen sondern Bestandteil der Stromversorgung. Unterschiedliche Möglichkeiten werden in einem separaten Abschnitt "Stromversorgung" vorgestellt.