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Dies ist der Folgeartikel auf Pimp da Firmen-Kicker – Teil 1:

Nachdem ich die Batterien durch ein Netzteil ausgetauscht habe, stand ja nun einem Mikrocontroller-Projekt nichts mehr im Weg.

Wozu braucht man einen Mikrocontroller in einem Kicker? Nun, an jedem Kickertisch sind vorne und hinten jeweils hinter dem Tor einer Mannschaft kleine Stangen verschraubt, auf die zehn Kugeln/Würfel aufgefädelt sind, die Nummern tragen. Damit zählt man die Punkte, logisch. Tor – Punktzahl zurechtschieben – Weiterspielen.

Angenommen, man empfindet es als nervig, genau das zu tun. Dieses sich-um-die-Punktzahl-Kümmern. Dann hat man den idealen Vorwand für eine Automatik, die das erledigt!

Was braucht man dazu? 

• Tor-Trigger
• Anzeige für den Punktstand
• Mikrocontroller, der die Tore zählt und darstellt…

Die Tor-Trigger sind ja schon verbaut und durch den bereits eingebauten Schmitt-Trigger sind sie sogar in digitalen Schaltungen einsetzbar! Perfekt.

Während die Idee in meinem Kopf heranreifte, fielen mir noch folgende Features ein:

• Ansteuern des Soundmoduls (Schließlich war es mal der Kern der ganzen Aktion!)
• Zurücksetzen des letzten Tors (Falls es ein Unfall oder unfair war)
• Zurücksetzen des kompletten Spielstands

Die beiden Zurücksetz-Funktionen kann man problemlos an einen Druckknopf koppeln, der in den Tisch eingelassen sein kann. Ich hatte die Idee, dass der Mikrocontroller auf Knopfdruck das letzte Tor annulliert und wenn man den Druckknopf zwei, drei Sekunden gedrückt hält, das komplette Spiel auf Spielstand “0:0″ zurücksetzt. Das wäre total simpel zu bedienen. Vor allem soll der Mensch hier nicht viel interagieren, da Elektrogeräte viel schöner sind, wenn sie “einfach arbeiten”. Wie unpraktisch wäre ein Gerät, das dem Spieler die Arbeit, die Punktemarkierung ständig zu verschieben abnimmt, indem es ihm woanders neue Arbeit aufbürdet…

Okay, die Feature-Liste steht. Bevor die Phantasie erst richtig lossprudelt, sollte man sich darauf besinnen, die bestehenden Ideen erst einmal in die Tat umzusetzen. Doch womit fängt man nun an?

Die Tore zu zählen, bevor man sie überhaupt anzeigen kann, ist wenig sinnig. Damit fällt alles weg bis auf “Sound” und “Anzeige”. Ersteres läuft ja schon, also geht man am besten direkt zur Anzeige über. Die Anzeige der Punkte kann man nicht programmieren, wenn die Hardware, die die Leuchtzahlen trägt, noch nicht existiert.

Stundenlanges Durchforsten von Katalogen von CONRAD, Reichelt, ELV und so weiter hat nicht wirklich etwas gebracht. Ich wollte Digitalanzeigen verbauen, die Zahlen mit sieben Leuchtsegmenten darstellen. Sowas kennt schließlich jeder von überall her. Allerdings werden die nirgendwo in Größe “groß” zu erschwinglichen Preisen verkauft…

Kein Problem – Kann man schließlich selbst basteln. Hoffte ich. Und malte los, in welchem Format ich die Zahlen denn gerne hätte.

Eigentlich habe ich dabei nur die Größenverhältnisse meiner Digitaluhr dargestellt. Das Modell gibt es seit 30 Jahren und die Zahlen dürften so in ihrer Form demnach der Standard der Standards sein.

Ich entschied mich dazu, einfach mal eine Holzkiste mit Plexiglasfront drauf los zu bauen – die Elektronik wird da schon noch auch hineinpassen… Hauptsache es existiert erst einmal ein Display, dessen Ansteuerung man programmieren kann.

Also ab in den Baumarkt. Die Einkaufsliste:

• Ein viertel Quadratmeter (also 50×50cm) schwarze Bastelpappe
• Sekundenkleber
• Teppichmesser
• Folie mit Diffusionswirkung
• Holz für den Rahmen
• Plexiglas im Format 50×25 cm, 2 oder 3 mm dick 

Diffusionsfolie habe ich keine gefunden. Allerdings habe ich im Firmenmüll gewühlt und eine Folie gefunden, die fast perfekt durchsichtig ist, aber auch die gewünschte Diffusionswirkung hat. Es war mal ein Monitor darin eingepackt. Und da es sich um einen 24-Zoll-Monitor handelte, war sie sogar groß genug.

Ich konnte nur ahnen, wie unglaublich viel Arbeit mir alleine für diesen Handwerkslastigen Teil bevorsteht. Zunächst übertrug ich die Planzeichnung des Displays auf die Bastelpappe und schnitt mit dem Teppichmesser die Bleistiftstriche entlang.

Diese einfache Maske kann nun nicht einfach von hinten mit LEDs beleuchtet werden, da die Segmente ja nicht optisch voneinander getrennt sind. Also dachte ich mir eine Konstruktion für Trennwände aus. Das war auch der nervigste Teil der Arbeit, weil man hier auf engstem Raum Trennwändchen mit der Pinzette verklebt und ab und zu die eigenen Finger zusammenkleben. Wenn ein Finger an der Konstruktion klebt, kann man ihn natürlich nicht einfach so abreißen, denn sonst geht ja alles kaputt.

Witzig ist, dass man nach einigen Stunden Arbeit und Rückenschmerzen vom über die Tischplatte gebeugten und konzentrierten Arbeiten eine extrem dicke Hornhaut an den Fingern bekommt und nur die Fingerabdrücke offenbaren, dass es sich einfach nur um eine Plastikschicht aus Sekundenkleber handelt. Abwaschen ist nicht drin. Aber man gewöhnt sich dran.

Nun ja, jetzt sind die Trennwände vorhanden und verbaut, also kann man in jede dieser nun entstandenen Kammern eine LED setzen und so müsste das Ganze als Display benutzbar sein. Aber halt: Es ist noch mehr Handwerk gefragt. Sichtglas, Holzrahmen, die Halterung der LEDs und die LEDs selbst!

Auf dem letzten Bild zu sehen: Es ist alles verschraubt, die Diffusionsfolie ist das erste Element hinter der Platte und danach folgt die Maske.

Leider war ich so naiv und habe (so genannte) Superflux-LEDs in Ein-Chip-Ausführung bestellt. Diese stellten sich als viel zu wenig leuchtstark heraus, weshalb ich in verzweifelter Hoffnung die LED-Kämmerchen mit Alufolie ausgekleidet habe (Auf dem letzten Bild zu sehen). Wer sich einen riesen Haufen Arbeit sparen will, kauft direkt LEDs in der nächst-teureren Ausführung – und tut sich damit einen riesigen Gefallen.

Wie baut man nun die LEDs ein? Ich entschied mich dafür, hinten eine Schaumstoff-Wand anzusetzen, durch die ich die LEDs durchstecke und von hinten verlöte. Vorteile: Das ist so schön einpassbar und der Schaumstoff passt sich der Maske an, so dass keine Luftspalte zwischen den einzelnen Kammern entstehen. Das Licht kann so nur und nur vorne heraus und das ein Segment beleuchtet seine Nachbarn nicht mit.

Das hat ganz gut geklappt. Nur sollte man mit dem Lötkolben den Schaumstoff nicht berühren, da es sonst erbärmlich stinkt.

Mit der Verdrahtung wird es in diesem Teil des Projekts endlich technischer. Zusammengezählt ergeben die vier Zahlen, die aus jeweils sieben Segmenten bestehen und die beiden Punkte des Doppelpunkts 30 Leuchtdioden.

Da diese LEDs getrennt angesteuert werden müssen (sonst könnte man logischerweise keine Zahlen darstellen), muss irgendeine Lösung her, da der Mikrocontroller nicht einmal 30 Beinchen insgesamt hat.

Ich habe mich schon früher gewundert, wieso die Digitalanzeige meines Satellitenempfängers gerade noch wahrnehmbar (im Augenwinkel, welcher sowieso bei relativ hohen Frequenzen sensibler ist). Bis mir dann einfiel, dass man wohl nicht für jede Lampe einen Pin des steuernden Mikrochips verschwendet…

Man kann jedes Segment einer Zahl mit den Positionsgleichen Segmenten der anderen Zahlen verbinden. Also verbindet man alle oberen Segmente miteinander, alle mittleren und so weiter.

Damit hat man bisher schon einmal sieben Pins am Mikrocontroller verbaut. Wenn man die Zahlen jetzt ansteuern will, dann funktioniert das zwar, aber da alle Zahlen dasselbe Signal abbekommen, steuert man sie alle gleichzeitig an. Das macht natürlich wenig Sinn.

Jetzt allerdings kommt das Flackern ins Spiel:

Während man zwar alle Zahlen gleichzeitig ansteuert, müssen nicht alle gleichzeitig geerdet sein.

So schließt man einfach alle Segmente einer Zahl an das gleiche Massekabel an. Und nun lässt man den Mikrocontroller steuern, wer wann Anschluss an Masse bekommt.

Da die Leuchtdioden insgesamt zu viel Strom verbrauchen, wäre der Mikrocontroller damit überfordert, die Masse selbst bereitzustellen. Also lässt man diesen Job einfach von Feldeffekt-Transistoren machen.

Auf der anderen Seite der Ansteuerung, die der Einzelsegmente, braucht man keine Transistoren oder ähnliches, da hier sowieso nur eine auf einmal leuchten kann, da ja die Masse nur für ein Segment auf einmal aktiv ist. Das Problem lässt sich also relativ elegant lösen.

Also braucht man nun sieben Pins für die Steuerung der einzelnen Segmente + fünf Pins für die Masse jeder Zahl. Der Doppelpunkt wird als eigenständige Zahl gezählt. Das macht bei der Ansteuerung sowieso keinen Unterschied. Man nennt dieses Prinzip auch “Multiplexing“.

Als nächstes muss natürlich ein Stecker an das Display, so dass man es benutzen kann. Und die Transistoren müssen verbaut werden.

Die Transistoren und den Stecker habe ich auf eine Platine gelötet, die ich zuvor schnell geätzt habe. Da es sich nicht um eine große, komplizierte Sache handelte, ging das mit Edding und Säure.

Um sich gute Ätzbedingungen zu schaffen, schleift man die Kupferseite der Platine am besten gut an, damit der Edding später gut haftet und putzt sie danach mit Benzin, Spiritus oder Aceton. Aceton ist eigentlich das Mittel der Wahl. Hatte ich aber nicht zuhause. Benzin ist billiger als Spiritus. Hatte ich aber auch gerade nicht griffbereit. Mutter hat’s nicht gesehen.

Nachdem die zukünftigen Leiterbahnen schön mit Edding aufgemalt sind, kann man die Platine so in die Säure werfen. Ich habe Eisen-III-Chlorid benutzt. Es ist günstig, ungefährlich, stinkt kaum, aber man sieht nicht, wie weit die Platine mit dem Ätzen ist und muss sie ab und zu herausholen. Außerdem dauert es relativ lang.

Um die Loch-Abstände genau hinzubekommen, nimmt man am besten eine Lochrasterplatine, legt sie auf die geätzte Platine und körnt kleine Löcher als Bohrermarkierung mit einem dünnen Nagel durch die Lochrasterplatine. Dann gibt es später auch keinen Ärger beim Einsetzen des Steckersockels.

Eingelötet und alles zusammengebaut sieht das Ganze dann wie auf den Bildern aus.

Ein kleiner Test durch Anlegen von Spannung an die entsprechenden Pins des Steckersockels zeigte, dass alles funktioniert, wie vorgesehen.

Nun konnte es mit dem Mikrocontroller-Part weitergehen:

Zunächst klappte überhaupt nichts, weil der Mikrocontroller sich bei den einfachsten Rechenoperationen “verrechnet” hat. Zwei Stunden später fand ich heraus, dass ich einen Kondensator vergessen habe, der Spannungsspitzen vor der Spannungsversorgung am Mikrocontroller glättet. Anfängerfehler.

Nach stundenlanger Spielerei klappte es dann endlich. Ich konnte Zahlen darstellen, die vom µC hochgezählt wurden.

Die Darstellung der Zahlen übertrifft sogar meinen Satelliten-Empfänger, denn man sieht es nicht einmal flimmern (Okay, im Youtube-Clip unten flimmert es doch ein bisschen. Aber in der Realität tut es das nicht). Der Kasten, der zuvor noch in Einzelteilen beim Baumarkt lag, zeigt jetzt tatsächlich Zahlen an!

 

Auf Dauer hat sich alles etwas angehäuft. Es ist praktisch, einen zweiten Schreibtisch nur zum Basteln zu haben.

Mittlerweile ist alles so angeschlossen, dass zur Zeit eigentlich nur weiter programmiert werden muss. Auf dem Mikrocontroller ist zu diesem Zeitpunkt nur ein Programm drauf, das einen Zähler hat, welcher die darzustellende Zahl diktiert. 

Als nächstes soll das Programm allerdings auf gedrückte Taster reagieren, welche die Lichtschranken in den Toren simulieren. Wenn ich diese zuhause liegen hätte, dann könnte in der Firma ja niemand vernünftig Tischfußball spielen.

Stunden später funktioniert es prinzipiell. Die einen beiden Taster auf dem Steckbrett simulieren auf Knopfdruck Torschüsse und ein dritter Taster macht den Job des Druckknopfes, der mal in den Kickertisch eingelassen wird.

Okay, wo die Displayansteuerung funktioniert, kann ja alles auf Platine gebannt werden, weil die Hardware ja nun gut genug durchdacht ist. Danach folgen dann noch Schliffe an der Software, wie die automatische Abschaltung.

Die beiden alten Schmitt-Trigger kamen auch auf die neue Platine, damit es eine zentrale Steuerungseinheit im Display gibt und nicht alles irgendwie verstreut ist.

Ein paar Tage nach Fertigstellung der Platinenversion bekam die Software noch den erwähnten Abschalttimer (Eigentlich wird nur das Display abgeschaltet und der Punktstand zurückgesetzt) und eine Aufwachfunktion, so dass ab dem ersten Tor sofort das laufende Spiel mitgezählt wird (Also muss der Mensch nichts tun, um einfach loszukickern). Außerdem gibt das Display blinkend ein “YEAH” aus, wenn ein Tor geschossen wird und der Sound gestartet wird. Beim Einschalten liest man zunächst zwei Sekunden lang “HELO”.

das Ganze macht ja schon fast einen professionellen Eindruck, denn es funktioniert einfach!

Als nächstes sollte die Testphase am Kicker folgen. Ein Laie könnte alles anschließen. Man hängt das Display an die Wand, schließt es an den Strom an und verbindet es über ein normales Netzwerkkabel mit dem Kickertisch. Alleine die Tatsache, dass der Kicker eine Netzwerkbuchse hat, musste noch mit einigem an Vorarbeit gesichert werden. Aber im Endeffekt mussten die Kabel der Lichtschranken und des Soundmoduls nur mit der vorgefertigten Buchse verbunden werden. Gaffa-Tape und Schraubenzieher, sowie Heißkleber haben’s getan.

Nun ja, dank der Tatsache, dass danach tatsächlich alles funktionierte, gibt es hier eigentlich nichts mehr zu sagen.
(Okay, doch: Beim nächsten mal teurere, hellere LEDs kaufen!!!)

Den Sourcecode zum Projekt gibt es hier: kicker_sourcecode.

Tags:Computer, Elektrotechnik, Ich, Kicker, Köln, Lernen, mikrocontroller, Spaß

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