Rainer Radows Projekte

13.03.2017

Digitalmessschieber für den Hobbykeller
mit großem Display ausstatten

Digitalmessschieber werden von Hobbybastlern zur Positionsanzeige an Drehmaschinen, Fräsen, Bohrmaschinen und an diversen Holzbearbeitungsmaschinen verwendet. Seit 1996 beschäftige ich mich mit dem Auslesen preiswerter Messschieber und der Messwertausgabe auf großen LED-Anzeigen für mich und meine Hobbyfreunde.

2013 habe ich die Schaltung weiter entwickelt. Nun beherrscht sie das ältere 2x 24 bit Datenformat sowie die neueren 7 BCD und das 6x 4 bit (= 1x 24 bit) Protokolle. Wer möchte, kann den programmierten Chip und die nötige Platine (ab März 2017 endlich mit Lötstoplack!) bei mir erwerben und sich ohne Programmierkenntnisse selbst so eine Anzeige aufbauen. Ich zeige hier wie alles funktioniert.

Inhalt

Leistungsmerkmale der hier vorgestellten Schaltung von Rainer Radow
Welche Typen von Anbaumessschiebern sind geeignet und wie erkenne ich diese?
Welche LED- und LCD-Anzeigen kann ich anschließen?
Wie baue ich die Prozessorplatine auf?
Wie erhalte ich den programmierten Chip und die Schaltpläne?
Was kosten die anderen Bauteile für 3 Messschieberanzeigen?
Wie baue ich eine alte Schaltung mit 20-poligem Chip auf die hier vorgestellte neue Version um?

Leistungsmerkmale der hier vorgestellten Schaltung von Rainer Radow

Signalanschluss:geschirmte 4-Draht Leitung (0 Volt, Takt, Daten, 1.6 Volt)
Datenformate:2x 24 bit, 7 BCD, 6x 4 bit (= 1x 24 bit)
Anzeigeformat:-000.00 = Vorzeichen, 3 Stellen vor dem Komma, Komma, 2 Stellen hinter dem Komma
Vorzeichenwechsel:wenn der Messschieber "verkehrt herum" eingebaut werden muss
Messwertverdoppelung:für den Einsatz an der Drehmaschine
Displayarten:LED-Displays mit verschiedenen Ziffernhöhen möglich - DOGM-LCD-Displays
Speicherfunktion:speichern von 3 Wegpositionen, z.B. für verschiedene Stahl- und Werkzeughalter
Spannungsversorgung       5 Volt Steckernetzteile, stabilisiert, z.B. USB-Steckernetzteil
BatterieersatzSchaltung versorgt den Messschieber mit 1,6 Volt - Batterie im Schieber kann entfallen


Anwendung und Funktion der 3 Positionsspeicher:

Welche Typen von Anbaumessschiebern sind geeignet und wie erkenne ich diese?

1. Wo finde ich die Anschlusskontakte?
Die digitalen Messschieber und auch die speziellen Anbaumessschieber müssen einen Datenausgang besitzen. Dieser liegt immer oben rechts über der Anzeige unter einer kleinen Klappe.

Nur Digitalmessschieber mit 4 Kontakten können von meiner Schaltung ausgewertet werden. Mitutoyo verwendet z.B. eine 5 Draht Leitung, die ich in naher Zukunft nicht unterstützen werde.
Digitalmessschieber mit Datenausgang

Manche Schieber haben zwar Anschlüsse, geben hier aber kein Signal aus. Manche Schieber ohne Klappe besitzen diese Kontakte im Verborgenen. Hier solch einer von TCM (Tschibo China Management oder wie sich das nennt?)
Digitalmessschieber mit Datenausgang
Tschibo: Keine Klappe und geht doch - dieser aktuelle Schieber sendet im 2x 24 bit Format.
Beim Fotografieren habe ich das LCD während des Umschaltens von 6 auf 7 in der letzten Stelle erwischt - die LED-Anzeige ist noch nicht aktualisiert...
Digitalmessschieber mit Datenausgang

2. Wie stelle ich den Kontakt zum Messschieber her?
Für No-Name Messschieber findet man oft keine passenden Stecker. Spezialstecker sind manchmal teurer als einfache Messschieber. Ich löte die Anschlussdrähte daher immer fest an die vier Kontakte auf der Platine - siehe Bild oben. Mit einer Lötstation, einer ruhigen Hand und etwas Geduld schafft das jeder. Wenn man nicht minutenlang auf einem Kontakt herum lötet, kann hier auch nichts beschädigt werden. Vor dem Löten bitte die Batterie entfernen.

Digitalmessschieber mit angelöteten Datenleitungen

3. Wie unterscheide ich die verschiedenen Digitalmessschieber?
Für den ersten Test benötigt man einen gewöhnlichen Durchgangsprüfer. Damit kann man testen, ob der Plus-Pol oder der Minus-Pol der Batterie am Schiebergehäuse angeschlossen ist. Für einen unkomplizierter Aufbau sollten pro Werkzeugmaschine immer nur Schieber eines Typs verwendet werden.

3a. Batterie-Plus am Gehäuse (alte Messschieber - heute aber noch Handelsüblich!)
Bei meinen ersten Messschiebern von 1987 sind das metallene Schiebergehäuse und der Plus-Pol der Batterie miteinander verbunden. Das ganze Töpfchen der Knopfzellen liegt auf +. Man muss die Batterie also gar nicht heraus nehmen, um diesen Test durchzuführen.
Digitalmessschieber mit Batterie-Plus am Gehäuse

Wenn man diese Schieber öffnet, sieht man auch schon den Grund der seltsamen Polung (normal liegt bei Geräten ja immer Minus = GND am Gehäuse). Damals hat man alles noch solide in Metall hergestellt und so wurde der Elektronikschirm auch gleich der Batteriehalter:
Digitalmessschieber mit Batterie-Plus am Gehäuse

3b. Batterie-Minus am Gehäuse (neuere Messschieber)
Bei den neueren Messschiebern sind meist das metallene Schiebergehäuse und der Minus-Pol der Batterie miteinander verbunden. Um an den Minus-Kontakt des Messschiebers zu gelangen, entfernt man die Batterie.
Digitalmessschieber mit Batterie-Minus am Gehäuse

So sieht es heute unter der Haube aus. Die Batteriespannung wird nun nur noch mit den kleinen Ärmchen rechts im Bild abgegriffen. Dieser neue Batterieanschluss macht aber auch die Auswertung viel einfacher als früher, da Schieber und Mikrocontroller auf "der gleichen Seite" des Minuspols liegen.
Digitalmessschieber mit Batterie-Minus am Gehäuse

4. Welche Protokolle zur Datenübertragung werden unterstützt?
Die üblichen Messschieber besitzen eine Takt- und einen Datenleitung. Freundlicherweise ist die Pinbelegung bei allen mir bekannten Digitalmessschiebern gleich - ob nun alte oder neue Batterieverschaltung und egal welches Protokoll.

Bei jedem Taktimpuls liegt an der Datenleitung - je nach Messergebnis - eine 0 oder 1 an. Aus der Kombination der Nullen und Einsen kann der Anzeigewert hergeleitet werden. Der Messschieber sendet seine Daten in regelmäßigen Zeitabständen, ohne dabei auf den Empfänger zu reagieren (unidirektionales Protokoll).

Der von mir programmierte Chip ist in der Lage, die drei gängigen Protokolle bei beiden Batteriepolungen zu verarbeiten:
2x 24 bit Signale
7 BCD Protokoll
4x 6 bit Protokoll (= 1x 24 bit)

Wer ein Oszilloskop besitzt, kann die verschiedenen Datenformate auf den zwei Leitungen erkennen. Auf meiner Schaltung probiert man die verschiedenen Einstellungen einfach so lange, bis der richtige Wert angezeigt wird - dabei kann nichts kaputt gehen!


Sollte jemand ein weiteres unidirektionales Protokoll auf der 4-Draht Leitung kennen, arbeite ich das gerne mit ein.

5. Kann ich verschiedene Messschiebertypen an einer Fräse oder Drehbank verwenden?
Es ist kein Problem, Schieber mit 7 BCD, 4x 6 bit oder 24 bit Protokoll an einer Maschine zu betreiben. Die Batterie-Masse aller Schieber muss aber entweder nur auf Plus oder nur auf Minus liegen! Wer unbedingt beide Schieberbauformen kombinieren möchte, den Berate ich gerne per Mail...

Welche LED- und LCD-Anzeigen kann ich anschließen?       zurück zum Inhaltsverzeichnis

13 mm LED 7-Segmentanzeigen
Ich habe meine Schaltung mit 13 mm hohen roten LED 7-Segmentanzeigen aufgebaut. Man kann natürlich auch gelbe, grüne oder blaue LED-Segmente verwenden. Um alles auf einer Platine unter bringen zu können, müssen hier einige SMD Bauteile aufgelötet werden - das kann aber jeder, der eine ruhige Hand hat. Auf diesem Bild ist das LCD Display wieder vor dem LED-Display im Hundertstel-Bereich umgesprungen. Für das Auge ist diese Verzögerung im Normalbetrieb nicht wahrnehmbar.
LED Anzeige für Digitalmessschieber mit 14 mm Ziffernhöhe

23 mm LED 7-Segmentanzeigen
Wer es lieber groß mag, kann auf die Jumbo Digitalanzeige Platinen von Wolfgang Tewes zurück greifen. Er hat den seit vielen Jahren bewährten Entwurf 2013 auf meinen neuen Chip mit den 3 Messschieberprotokollen angepasst. Hier sind 23 mm hohe LED 7-Segmentanzeigen verbaut. Wolfgang bietet seine Platinen fertig geätzt und mit Bestückungsplan auf seiner Homepage zum Verkauf an. Der Vorteil: es werden nur "große" bedrahtete Bauteile verwendet.

Die Abbildung zeigt noch die alte Auswerteplatine (unten im Bild) die Displayplatine (oben) sieht für den neuen Chip aber genau so aus wie früher (neues Bild folgt).

9.5 mm LED 7-Segmentanzeigen
Wer es lieber klein mag, kann auch eine fertige LED-Anzeige aus Fernost an meinen Prozessor stecken. Ein Vorteil: für den Schaltungsaufbau benötigt man dann nur eine kleine Lochrasterplatine. Wer es ganz einfach haben möchte, bestellt bei mir dazu noch eine gefräste und gebohrte Prozesorplatine. Mit knapp 9.5 mm Ziffernhöhe muss man noch gute Augen haben oder die Anzeige nicht all zu weit entfernt montieren. Dafür kommt solch ein fertiges LED-Modul aber schon für 4 bis 6 Euro aus Fernost oder der Ebay. Passende Displays sollte so aussehen wie das hier abgebildete. Wichtig: Sie müssen mit einem MAXIM MAX 7219 Chip ausgestattet sein
LED Anzeige von 'DealExtreme' für Digitalmessschieber mit 10 mm Ziffernhöhe

Hier noch ein kleines Video zu den verschiedenen LED Anzeigen.
Über einen Jumper kann man dem Controller sagen, welches Display angeschlossen ist.


LCD Anzeigen
Im Herbst 2014 habe ich auch das erste LCD-Display programmiert. Die DOGM 081 Module von Electonic Assembly verwende ich auch beruflich. Bei "nur" 12 mm Ziffernhöhe haben sie aber eine schicke moderne Optik. Dazu gibt es verschiedenfarbige Hintergrundbeleuchtungen!
Mit 8.50 Euro pro Modul plus 3.50 Euro für die Hintergrundbeleuchtung ist man dabei. Die Hintergrundbeleuchtung wird zwischen LCD-Glas und Platine gesetzt. Der Verdrahtungsaufwand hält sich in Grenzen: + und - sowie 4 Steuer-Leitungen zur Prozessorplatine.

DOG-LCD-Module für Digitalmessschieber mit 12 mm Ziffernhöhe

Graphische Anzeigen
Graphische LCD Anzeigen bringen für die bloße Darstellung der Zahlenwerte keinen Mehrwert. Eine Unterstützung ist daher aktuell nicht geplant.

Wie baue ich die Prozessorplatine auf?       zurück zum Inhaltsverzeichnis

Was "macht" die Prozessorplatine?
An die Prozessorplatine wird der Messschieber angeschlossen und mit Spannung versorgt (unten im Bild). Die Batterie im Messschieber entfällt dadurch. Das Datensignal wird auf dieser Platine verstärkt und an den Mikrocontroller übergeben. Dieser ermittelt den Anzeigewert, speichert bis zu 3 Messpositionen, unterstützt das Bedienfeld und gibt den Anzeigewert an das Display weiter. Auf der Prozessorplatine gibt es einige Jumper, mit denen man das Verhalten der Anzeige vorwählen kann.
DOG-LCD-Module für Digitalmessschieber mit 12 mm Ziffernhöhe

Wie löte ich das zusammen?
Wer schon einmal eine Schaltung auf einer Lochrasterplatine aufgebaut hat, wird mit dieser Schaltung keine Schwierigkeiten haben. Mit dem programmierten Chip schicke ich Euch mein Lochrasterlayout, an dem Ihr Euch orientieren könnt. Neben dem Prozessor benötigt man für eine LED-Anzeige (= ein Schieber) lediglich 2 IC's mit 8 Polen, 1 Poti, 6 Widerstände, 5 Kondensatoren und einen Quarz. Für das Speichern der Positionen und die Menünavigation des Setups benötigt man noch 4 Taster und 4 LED'S mit Vorwiderstand.

Eine Testfunktion erleichtert die Inbetriebnahme und Fehlersuche beim ersten Aufbau:


Im Frühjahr 2017 habe ich ein paar Roh-Platinen in Fernost herstellen lassen. Eigentlich sind das 3 unabhängige Prozessorplatinen, die man trennen kann. An diese Platine kann man dann die 4 Drähte des Messschiebers, das Display und die Taster anschließen. Eine 5 Volt Spannungsversorgung muss extern aufgebaut werden. Vielleicht hat man ja soetwas noch herum liegen oder man kauft ein 5 Volt Steckernetzteil. Je nach Displaytyp muss das Netzteil aber bis zu 2 A liefern!

Digitalmessschieber Prozessorplatine

So einfach geht's: 5 Kabel zum MAX 7219 Modul (links im Bild) oder 6 Kabel zum EA-DOGM Modul (rechts) verlegen.
(Achtung - Diagramm gilt erst ab Softwarestand r6.1)

Digitalmessschieber Prozessorplatine

Wie erhalte ich den programmierten Chip und die Schaltpläne?       zurück zum Inhaltsverzeichnis

Man benötigt einen Chip pro Messschieber, der dann eine LED Zeile "füttert".
1 Chip, der die drei Formate 24 bit, 7 BCD und 6x 4 bit verarbeiten kann kostet 10 Euro.

1 unbestückte Platine, auf der 3 Chips Platz finden kostet 13 Euro. Sie ist verzinnt und mit Lötstoplack ausgerüstet, damit beim Löten das Zinn nicht von einem Pin zum nächsten herüber läuft. Damit gelingt der Aufbau nun viel schneller als mit den alten gefrästen Platinen.
Das kann man aber auch auf der Lochrasterplatine aufbauen!

Die Chips kommen per Einwurfeinschreiben zu Euch - es geht also nichts verloren. Für Porto und Verpackung rechnet daher bitte 3,60 Euro pro Sendung dazu (außerhalb Deutschlands = 6 Euro).

Wenn jemand solch einen Chip ordern möchte, biete ich folgendes an
- Fragt bitte per Mail, ob es gerade Chips gibt: -> rainer @ radow . org
- Leistet Vorkasse per Banküberweisung.
(Wer möchte kann auch PayPal nutzen - das kostet dann den PayPal Zuschlag von 1.9% + 0,35 €)
=> 3 Chips = 33,60 € + 1 € PayPal Gebühren = 34,60 Euro
- Schreibt mir anschließend eine Mail, dass Ihr überwiesen habt.
- Unbedingt in dieser Mail Eure Anschrift mit angeben!
- Dann wartet ein bisschen - innerhalb von 2 Wochen solltet Ihr eine Sendung erhalten.
- Die Chips kommen per Einwurfeinschreiben zu Euch - es geht also nichts verloren.
- Die Chips werden von mir gleich nach dem Brennen getestet. Sie sind vom Umtausch ausgeschlossen!

Was kosten die anderen Bauteile für 3 Messschieberanzeigen?       zurück zum Inhaltsverzeichnis

1. Lochrasterplatine und 3 fertige 10 mm China 7-Segmentmodule
Die Low-Cost Variante:
9 € = 3 Module mit MAX7219 Chip bei Ebay: 3 x 3 €
2 € = Lochrasterplatine Hartpappe
7 € = Diverse Bauelemente für 3 Verstärker
5 € = Steckernetzteil 5 Volt 1000 mA - oder mehr.
23 € Summe - ohne Gehäuse und Taster.

2. Selber ätzen mit SMD

3. Jumbo LED-Anzeige von Wolfgang !! Achtung - 02.12.2013 auch Wolfgang ist noch am Basteln...
Die große Lösung für Nicht-SMD-Experten:
25,00 € = Wolfgangs Platine
x,xx € = LED- 7-Segmentanzeigen Ziffernhöhe 23 mm, 18 x xx €
7,50 € = Diverse Bauelemente für 3 Verstärker plus LED-Treiberbausteine
5,65 € = Steckernetzteil 5 Volt 1000 mA - oder mehr.
xx,xx € Summe - ohne Gehäuse und Taster.

4. Lochraster und DOGM 081 Modul
36 € = 3 Stück DOGM 081 Module mit Hintergrundbeleuchtung
7,50 € = Diverse Bauelemente für 3 Verstärker
5,65 € = Steckernetzteil 5 Volt 1000 mA - oder mehr.
~50 € Summe - ohne Gehäuse und Taster.

Wie baue ich eine alte Schaltung mit 20-poligem Chip auf die hier vorgestellte neue Version um?       zurück zum Inhaltsverzeichnis

! Achtung - hier nur weiter lesen, wenn man eine früher aufgebaute Schaltung mit dem neuen Chip ausrüsten möchte.
=> Wer hier "neu" ist, braucht nicht weiter zu lesen!


Die neue Software benötigt etwas mehr Platz und ein paar Leistungsmerkmale, die der seit 1996 verwendete Atmel 89C2051 nicht bietet. Der neue Chip hat nun 28 Pins und passt daher nicht 1:1 in den alten Sockel. Durch leichte Modifikationen an der vorhandenen Platine und einen Adaptersockel kann man den neuen Chip aber in einer bestehenden Schaltung nutzen. Wie das geht beschreibe ich für meine SMD-Platine und Wolfgang Tewes Jumbo-Anzeige in dieser Umbauanleitung.


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