Projekt: Zahnputzuhr

Tischuhr-Bild Zähneputzen gehört nicht unbedingt zu den Tätigkeiten, die Kinder gern tun und das gilt gleichermaßen auch für Erwachsene :-)   Außerdem ist es immer schwierig, die empfohlene Zeit von 3 Minuten ohne Hilfsmittel abzuschätzen. Dieses kleine Gerät, welches mit einem PIC16F84, einer 7-Segment-Anzeige, 6 LEDs und einem Taster realisiert wurde, soll das Zähneputzen etwas motivieren.

Letzte Bearbeitung: 30.10.2003

Hinweis: Dieses Projekt wird nicht weiterentwickelt.

Symbol Beschreibung

Das Gerät stellt im Prinzip eine einfache Uhr dar, die durch eine Taste gestartet wird, dann 3 Minuten rückwärts läuft und sich danach wieder abschaltet. Kurz vor der Abschaltung werden noch einige Piep-Töne erzeugt, damit man das Ende auch wirklich nicht verpasst. Die 7-Segment-Anzeige zeigt die verbleibenden Minuten an und 6 kreisförmig angeordnete LEDs symbolisieren einen Sekundenzeiger, der alle 10 Sekunden weiterrückt. Die Anzeigen leuchten allerdings nicht ständig und werden immer nur kurz aktiviert. Das sieht dann so aus: Die Ziffernanzeige leuchtet 31 ms auf und verlischt dann für 219 ms, danach leuchtet 31 ms lang eine der Zeiger-LEDs auf und verlischt dann wieder für 219 ms usw. Das spart viel Strom und macht die Anzeige ein wenig "lebendiger".

Symbol Schaltung

Schaltung

Die gesamte Schaltung wird mit 4 Micro-Batterien (R3 oder AAA) betrieben und ist auf geringen Stromverbrauch ausgelegt. Im Ruhezustand wird praktisch kein Strom verbraucht, da die komplette Schaltung durch die gesperrten Tr1 und Tr2 abgeschaltet ist. Auch im aktivierten Zustand ist die Stromaufnahme gering, da der PIC in einem speziellen Low-Power-Modus betrieben wird und alle LEDs immer nur kurz aufleuchten.

Zur Funktion der Schaltung: Durch Druck auf den Taster wird Tr1 durchgesteuert und somit die Betriebsspannung eingeschaltet. Nun beginnt der PIC mit seiner Arbeit und legt ein H-Signal auf RA3. Das aktiviert Tr2, so dass auch nach dem Loslassen des Tasters die Betriebsspannung eingeschaltet bleibt.
Über die PIC-Anschlüsse RB1 bis RB7 sowieso RA0 und RA1 werden alle LEDs angesteuert. Da der PIC eigentlich zu wenig Anschlüsse für diesen Zweck besitzt, werden die LEDs im Multiplex-Betrieb gesteuert. Wenn RA0 aktiv ist (L-Signal), dann bilden RB1 bis RB7 die Ausgänge für die 7-Segment-Anzeige. Bei aktivem RA1 wirken RB1 bis RB6 auf die Zeiger-LEDs. Die Software im PIC sorgt aber dafür, dass die LED-Ausgänge immer im richtigen Moment geschaltet werden :-)
Der Anschluss RA2 des PIC wird nach Ablauf der 3 Minuten 8 mal kurz auf L-Pegel gesetzt. Damit wird der Tongenerator mit Tr3 und dem Piezo-Signalgeber eingeschaltet (125 ms ein, 375 ms aus). Mit R15 kann die Lautstärke nach eigenen Wünschen eingestellt werden.
Zum Schluss sollte noch der PIC-Anschluss RB0 erwähnt werden: Dieser ist über eine Diode mit dem Taster verbunden und überwacht diesen. Wird der Taster während des Betriebes der Uhr gedrückt, dann wird der Timer einfach neu gestartet.
Nach Ablauf des kompletten Programms wird schließlich RA3 auf L gesetzt. Dabei sperren Tr2 und Tr1 und die Betriebsspannung wird wieder abgeschaltet.

Diese Stückliste enthält alle Bauelemente, die für dieses Projekt benötigt werden.

Besonderheiten:

Die Software wurde mit dem MPLAB von Microchip in Assembler geschrieben, wobei die meisten Programmzeilen kommentiert sind. Die aktuelle Software v1.03 enthält den Assembler-Quelltext und das fertige HEX-File für den PIC16F84.

Symbol Aufbau der Platine

Platine1

Die Zahnputzuhr wurde (wie alle meine Mikrocontroller-Projekte) auf einer Punktrasterplatine aufgebaut. Die Anordnung der Bauelemente ist relativ unkritisch, allerdings sollten die Verbindungen zwischen C1, C2, C4, X1 und dem Mikrocontroller möglichst kurz sein.
Der Signalgeber findet später (getrennt durch eine Pappscheibe) unter der Platine Platz.

Platine2

Die Unterseite der Platine enthält jede Menge Drähte. Das sieht zwar optisch nicht so toll aus, aber das sieht ja keiner im fertigen Gerät :-)   Bei den folgenden Projekten habe ich mir aber bei der Verdrahtung etwas mehr Mühe gegeben und dann sieht das auch von unten ganz gut aus.

Die Platine wurde so bemessen, dass sie in ein schlichtes Kunststoff-Gehäuse mit den Maßen 103 x 62 x 26 mm passt.

Das Batteriefach dieses Gehäuses ist eigentlich für eine 9V-Batterie ausgelegt, deshalb reicht der Platz nicht für eine ordentliche Batterie-Halterung. Da man aber die Batterien nur selten wechseln muss, habe ich diese einfach mit kurzen Drähten zusammengelötet. Für den Nachbau empfiehlt sich auf jeden Fall ein Gehäuse mit einem größeren Batteriefach.

Zahnuhr Das fertige Gerät sieht dann so aus. Mit ein paar Pokémon-Aufklebern kann man es für Kinder noch etwas ansprechender gestalten :-)


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