Sprechender Wecker 2

Zweite Version des sprechenden Weckers mit IV-18 VFD Röhre

Dieser Wecker wurde im Jahr 2007 als Geburtstagsgeschenk für eine gute Freundin entwickelt. Dabei kommt eine runde VFD Röhre des Typs IV-18 (IW-18, ИВ-18) aus russischen Surplus-Beständen zum Einsatz. Das Gerät ist mit seinem transparenten Gehäuse aus Acrylglas ein echter Blickfang. Die Firmware wurde über die Jahre mit einer Vielzahl neuer Funktionen versehen.

Hardware

Gegenüber dem ersten sprechenden Wecker wurde auf spezielle Treiberbausteine zurückgegriffen. Die Wechselspannung für die Heizung sowie die Anodenspannung erzeugt ein LM9022. Dieser Chip ist im Prinzip ein Operationsverstärker mit einer leistungsfähigen Ausgangsendstufe. Die am Ausgang anliegende Rechteckspannung steuert die Heizung direkt, und erzeugt mit der nachgeschalteten Villard-Vervielfacherschaltung etwa 20V Gleichspannung. Ein MAX6921 steuert die Segmente und Gitter der Displayröhre. Er integriert Hochspannungstreiber und ein Schieberegister.

Das Herzstück der Schaltung bildet ein ATMega32 Mikrocontroller. Dieser ist mit 8MHz getaktet. Die serielle Schnittstelle ist über einen FT232 USB-Seriell-Wandler herausgeführt. Am I2C Bus befinden sich eine DS1338 Realtime-Clock und ein DS75 Temperatursensor.

Die Sprachausgabe verwendet einen ISD2590 Sprachspeicher, dessen Adresspins über CD4094 Schieberegister an den Mikrocontroller angebunden sind. Einige Ausgänge der Schieberegister steuern ein DS1866 Digitalpoti zur Lautstärkeeinstellung und einen Transistor, der den LM386 NF Verstärker aktiviert. Ein LDR sorgt für an die Umgebung angepasste Displayhelligkeit, zwei ultrahelle grüne LEDs bei Alarm für effektvolle Beleuchtung.

Anschließend entstanden aus den Entwürfen zwei Leiterplatten. Die Hauptplatine ist doppelseitig aufgebaut. Darauf befinden sich Displayansteuerung und Mikroprozessor sowie Peripherie. Eine kleine Herausforderung war die RTC. Hier spielen nicht nur die Komponenten selbst, sondern auch Layout und eventuelle Flussmittelrückstände im Bereich des Uhrenquarzes eine Rolle. Der ursprünglich eingeplante Chip DS1307 wurde im Verlauf der Experimente durch einen DS1338 ersetzt. Einige Layout-Revisionen später erreichte ich dann die geplante Ganggenauigkeit.

Die Sprachausgabeplatine wurde zunächst auf dem Steckbrett erprobt, und ist auf einer einseitigen Platine umgesetzt.

Gehäuse

Das Gehäuse besteht aus Acrylglas und ist in allen Ecken mit Gewindewürfeln verschraubt. Der Prototyp wurde händisch ausgesägt, spätere Gehäuse sind lasergeschnitten. So sind die Kanten komplett transparent, was besonders edel aussieht.

Der fertige Aufbau kann sich sehen lassen:

Firmware

Die Firmware war zunächst in Bascom geschrieben, wurde jedoch 2008 auf C umgestellt. In den folgenden Jahren gab es immer wieder Funktionsupdates und Verbesserungen, wie beispielsweise eine vollständig parametrierbare Schlummerfunktion, Mondphasenanzeige, Funkmodul oder eine Sommer-/Winterzeit-Automatik. Die Firmware ist unter der GPL v3 Open-Source-Lizenz veröffentlicht.

Der Funktionsumfang von Version 2.2 umfasst:

Anzeige von Uhrzeit, Datum und Raumtemperatur
Sprachausgabe der Uhrzeit
Berechnung der Mondphase
Vier Alarmzeiten (separat oder gleichzeitig)
Anpassbare Alarmtöne und Sprachausgabe (via PC-Software, Audio- und USB-Kabel)
Fester oder zufälliger Alarmton aus dem Soundspeicher
8 Lautstärkestufen
Dimmbares Display (umgebungslichtabhängig)
Snooze-Funktion mit benutzerdefinierter Wecktonlänge, Schlummerintervall, Anzahl der Wiederholungen
Das Funkmodul kann 433MHz Funksteckdosen bei Alarm einschalten (und verzögert wieder ausschalten)
Automatische Sommerzeitkorrektur

Erweiterungen

Im Juni 2008 wurde außerdem ein Außensensor geplant. Dieser nutzt RFM12 Funkmodule zur Kommunikation auf 433MHz. Er sollte Außentemperatur und DCF77 Uhrzeit übertragen, und mit einer Solarzelle gepuffert sein. Die Firmware dazu wurde jedoch nie vollständig umgesetzt. Das Funkmodul in der Uhr kann jedoch dazu genutzt werden, handelsübliche Funksteckdosen zur Alarmzeit automatisch einzuschalten, und nach einem benutzerdefinierten Intervall wieder abzuschalten. Dies kann beispielsweise zum Schalten einer Lampe nützlich sein.

Fazit

Das Geschenk sorgte für viel Freude und ist auch nach mehr als 15 Jahren Dauerbetrieb noch im Einsatz. Der Wecker meldet sich zuverlässig zur eingestellten Weckzeit und auch die automatische Sommer-/Winterzeitumstellung funktioniert problemlos.

Einzelne, kleinere Reparaturen wie Kondensatoren im Netzteil oder die Speicherbatterie der RTC blieben natürlich nicht aus.

Einige Bauteile wie der ISD2590 Sprachspeicher oder LM9022 Filament-Treiber wurden leider mittlerweile vom Hersteller abgekündigt und sind nicht mehr erhältlich. Somit bleiben die wenigen von mir gefertigten Uhren ein Unikat.