Das alte Commodore 64 Netzteil - oft auch als Türkeil oder Elefantenfuß bezeichnet - ist für seine Ausfälle bekannt. Es passiert nicht selten, dass dabei ein C64 wegen Überspannung gegrillt wird. Die Ursache liegt meist an dem verwendeten 7805 Linearregler, dessen Lebenserwartung nach über 30 Jahren einfach überschritten wurde. Manchmal ist aber auch eine der Gleichrichterdioden am Ausfall des Netzteils schuld. Auch die Anhebung der Netzspannung Ende der 1980er / Anfang 1990er Jahre auf 230V~ statt der vorher üblichen 220V~ ist wohl mitschuld am Sterben der Netzteile. In diesem Beitrag soll erklärt werden, wie man den 7805 Linearregler durch einen DC-DC Wandler ersetzt.

Es gibt verschiedene Bauweisen des Türkeils. Bisher habe ich eine Schaltung wie die oben abgebildete gesehen, aber auch eine Variante ohne den Spannungsteiler RK1 / RK2. Bei der Variante mit Spannungsteiler werden etwas mehr als 5V (ca. 5,2V) erzeugt, weil der Ausgang des Linearreglers nur die Spannung an RK1 misst. Außerdem gibt es Varianten mit vier einzelnen Dioden als Gleichrichter oder als Gleichrichter selbst. Die Analyse der Schaltung ist aber relativ einfach durchzuführen.

Um nun an die Elektronik des Netzteils zu gelangen, muss man vorsichtig versuchen mit Cuttermesser und Schraubenzieher den Bodendeckel abzubekommen. Im Inneren befindet sich ein Steg, der den Deckel noch zusätzlich befestigt. Dieser hält meistens Bombenfest. Achtung, bitte passt auf eure Hände auf! Verletzungsgefahr!!!

Das Ergebnis schaut das in etwa so aus:

Im Inneren sieht man den Anschluss der Primärseite des Trafos, geschützt durch eine T160mA Sicherung. Die Anschlüsse für die 9V~ auf der 1. Sekundärseite, führen gleich weiter zum Netzstecker des C64. Die Anschlüsse der 2. Sekundärseite laufen zur Platine auf der sich die Gleichspannungsregelung befindet. Der Linearregler befindet sich in der Vergussmasse, nur mehr die drei Anschlüsse sind mit der Platine verbunden. 

Zum Entfernen der Platine, lötet man die zwei Verbindungen vom Trafo und die zwei zum Netzanschluss des C64 einfach mal ab. Danach knipst man die Beinchen des 7805 ab, dieser wird nicht mehr benötigt, da er ja ersetzt werden soll.

Auf dieser Platine befindet sich ein großer Elko zum Glätten und ein Gleichrichter (oder 4 Dioden) zum Gleichgerichteten der Wechselspannung. Nun erfolgt die Vorbereitung zum Einbau des DC-DC Wandlers. Ich habe für meinen Umbau einen Mini MP1584EN DC-DC BUCK Adjustable Step Down Module um rund 1 US$ auf ebay.com bestellt. Die Ausgangsspannung lässt sich über ein Potentiometer einstellen.

Das Potentiometer habe ich durch einen passenden Widerstand von etwa 42 kOhm ersetzt, weil das es bei schlechtem Kontakt sonst wieder zu gefährlicher Überspannung kommen könnte.

Auch die Verbindungsdrähte habe ich an den DC-DC Wandler gelötet, damit man das Ding dann an die Netzteilplatine anschließen kann. Die Schaltung sieht in etwas so aus:

Dem 7805 wurde ja, wie oben beschrieben, die Beine abgezwickt. Dafür nimmt nun der DC-DC Wandler seinen Platz ein. Zu guter Letzt habe ich den Wandler in einen großen Schrumpfschlauch verpackt und mit einem Kabelbinder auf den Elko geschnallt. Nach dem Einbau sollte man noch die Spannung überprüfen, um zu kontrollieren ob alles richtig arbeitet und die 5 - 5,1V am Netzstecker des C64 anliegen. Wenn das passt kann man den C64 damit in Betrieb nehmen.

Einer der wichtigsten Bestandteile eines Aquarium Computers ist eine Uhr. Diese wird benötigt um beispielsweise die Beleuchtung ein- bzw. auszuschalten.  Da der verwendete uController, der Arduino Nano, selber keine Real Time Clock besitzt, muss man diese erweitern. Das "Tiny RTC I2C module" eignet sich für diese Zwecke sehr gut.

 

Auf dem Modul befinden sich 2 Chips, ein DS1307 (Real Time Clock von Dallas) und zusätzlich ein HK24C32 (EEPROM mit 32 kByte).

Weiters ist auch der Quarz für die Uhr verbaut.

Die restlichen SMD Bauteile sind passive Bauteile wie Widerstände, Dioden und Kondensatoren. 

 

 

Auf der Rückseite befindet sich eine Batteriehalterung, der für eine Akku Zelle vom Typ LIR2032 (wiederaufladbar!!!) vorgesehen ist. Wenn man darin eine Standard CR2032 Lithium Zellen verwenden würde, könnte diese durch die Ladeschaltung explodieren.

 

 

 

Um dennoch eine gewöhnliche Batterie verwenden zu können, ist lediglich eine kleine Modifikation notwendig. R5, D1 R4 und R6 müssen entfernt werden. Statt dem Widerstand R6 wird eine Lötbrücke gemacht.

 

 

Außerdem sollte man den Quarz mit etwas Zinn auf der Massefläche, auf der er aufliegt, festlöten, so schreibt es das Datenblatt vor. Zur Verwendung mit dem Arduino Nano, muss das Modul mit 4 Leitungen verbunden werden, wenn man eine fertige Bibliothek verwenden möchte.

RTC Module	Arduino
VCC	5V
GND	GND
SDA	A4
SCL	A5

Ich habe die von playground.arduino.cc vorgeschlagenen Bibliotheken Time und DS1307RTC verwendet. Die Einbindung ging super einfach.

#include <Time.h> // includes for time
#include <DS1307RTC.h>  // a basic DS1307 library that returns time as a time_t

// MACRO TO GET COMPILE TIME IN SECONDS
#define t(index, multiplier)  ((__TIME__[index]-'0') * (multiplier))
// use hours, minutes and seconds
#define hhmmss() (t(0,36000) + t(1,3600) + t(3,600) + t(4,60) + t(6,10) + t(7,1))

void setup() {
  // is the RTC running?
  if (RTC.get() == 0) {
    // set the RTC to the time this example was compiled
    RTC.set(hhmmss());
  }

  setSyncProvider(RTC.get); // the function to get the time from the RTC
}

Das RTC Objekt wird bekommt man bereits durch die Lib DS1307RTC, man braucht es nur noch verwenden. Diese Bespiel setzt die Uhr auf die Uhrzeit der Kompilierung, falls sie nicht laufen sollte.

Die aktuelle Uhrzeit kann man mit den Funktionen der Bibliothek Time dann ganz einfach auslesen.

  char buffer[32];
  snprintf(buffer, 30, "%.2d:%.2d:%.2d", hour(), minute(), second());
  print(buffer);

Viel Spaß beim Ausprobieren!

Nun beginnt das große Zusammenfügen der einzelnen Module.
Einer der ersten Versuche war die Einbindung des Dallas Temperatur Sensors DS18B20. Die Hardware dafür ist recht simpel. Alles was man dazu benötigt sind der Sensor selbst und ein 4,7kΩ Widerstand. Die Schaltung habe ich ja bereits bei meinem letzten Post angehängt.

Die Ansteuerung des Sensors wird über das sogenannte "One-Wire-Protocol" realisiert. Das heißt so, weil nur eine Datenleitung (1-Wire BUS) zum Sensor verläuft. Zusätzlich benötigt der Sensor aber noch eine Versorgung (V_DD) und eine Masse (GND). Die fertigen Kabel mit dem Sensor am Ende haben dafür 3 Adern ausgeführt, die meist folgende Farben haben:

	Spannungsversorgung (VDD)
	Masse (GND)
	1-Wire BUS

Masse wird mit GND des Arduino Boards verbunden. Die Spannungsversorgung (V_DD) kommt an den 5V Pin des Arduinos. Die 1-Wire BUS Leitung wird mit einem Digital Pin des Arduinos und zusätzlich über den 4,7kΩ Widerstand (Pullup) mit 5V verbunden.

Thomas Wenzlaff hat in seinem Blog eine nette Anleitung dazu geschrieben.
Er verwendet dazu die Bibliotheken OneWire 2.2 und Dallas Temperature Control Library 3.7.2.
Die Bibliotheken kommen in das sketchbook/libraries Verzeichnis, das von der Arduino IDE bereitgestellt wird. Das eigentliche Programm fällt durch die Bibliotheken relativ klein aus. Ich habe das Beispielprogramm von Thomas Wenzlaff dazu etwas gekürzt, um es übersichtlicher zu halten.

// benötigte Bibliotheken importieren
#include <OneWire.h>
#include <DallasTemperature.h>

OneWire onewire(2); // Digitalport Pin 2 als 1-Wire-BUS verwenden
DallasTemperature temp(&onewire); // "Dallas Temperature Library" instanzieren

void setup() {
  Serial.begin(9600);  // serielle Schnittstelle mit 9600 Baud starten
  temp.begin();        // "Dallas Temperature library" starten
}

void loop() {
  temp.requestTemperatures(); // Temperatur abfragen (blockiert etwa 800ms)

  Serial.print(temp.getTempCByIndex(0)); // gibt die Temperatur aus
  Serial.println(" Grad Celsius");       // gibt " Grad Celsius" aus
}

Wie man sieht gestaltet sich die Abfrage des Sensors recht einfach. Später soll natürlich die Temperatur nicht über die serielle Schnittstelle ausgegeben werden, sondern wird auf dem kleinen Display angezeigt.

Viel Spaß beim Ausprobieren!

 

Nachtrag 10. Februar 2016:

Die Schaltung dazu in KiCad gezeichnet.

Meine ersten Überlegungen für einen Eigenbau Aquarium Computer sind folgende:
Was benötige ich überhaupt und was darf das System maximal kosten? (Arbeitszeit nicht eingerechnet!) Ich habe mir daher eine Liste von Anforderungen überlegt, die das System erfüllen sollte:

Requirements

• Zeitsteuerung für die Beleuchtung (kein Dimmer, Keine LED Ansteuerung)
• Messung der Temperatur
• Steuerung des Heizstabes (optional)
• Messung des pH-Wertes (optional)
• Messung anderer chemisch/physikalischer Werte (optional)
• Anzeige der Werte auf einem Display
• Einstellmöglichkeit über Tasten
• Einfacher Aufbau, damit es auch von anderen nachgebaut werden kann
• Die Kosten sollten sich bis maximal 40€ belaufen

Mein 240L Aquarium betreibe ich derzeit mit sehr einfachen Mitteln.
Die Temperatur messe ich über ein Thermometer, das an der Beckenaußenwand klebt. Die Beleuchtung wird über eine ganz einfache Zeitschaltuhr realisiert. Den pH-Wert erfasse ich gar nicht. Der Heizstab schaltet sich gegebenenfalls selbst ein.

Auswahl der Hardware Module

Mit dem Gedanken einer etwas komfortableren Steuerung und Überwachung des Beckens spiele ich schon länger. Ich habe mir auch schon überlegt, das Projekt mit Hilfe eines Raspberry Pi umzusetzen, aber ich kam zu dem Schuß, dass diese Lösung überfeatured wäre. Außerdem ließen sich damit die maximalen Kosten nicht einhalten und der Nachbau wäre wohl zu kompliziert.

Als günstigere Alternative ist mir der Arduino in den Sinn gekommen. Er bietet bereits einige Schnittstellen, es gibt Unmengen von Bibliotheken auf die man zurückgreifen kann und es gibt viele Möglichkeiten ihn durch Hardware zu erweitern. Da ich von anderen Projekten noch ein paar Stück Arduino Nanos herumliegen hatte, machte ich mich erst einmal auf die Suche nach passender Hardware. Den Arduino Nano Nachbau bekommt man bereits für wenige Euro auf Amazon oder Ebay.

Da der Arduino keine Real Time Clock (RTC) besitzt, eine Uhrzeit für das Projekt aber unentbehrlich ist, suchte ich nach adäquater Hardware. Die Auswahl viel auf das RTC DS1307 I2C Modul. Es besitzt einen DS1307 Chip (RTC), der von einer CR2032 Batterie versorgt wird, damit die Uhr auch im stromlosen Zustand weiter läuft. Zusätzlich ist auf dem Modul noch ein AT24C32 EEPROM, indem man Daten ablegen kann. Module findet man wie auch die Arduinos auf Amazon oder ebay.

 

Um die Temperatur messen zu können, benötigt man einen Sensor. Man könnte zwar den Aufwand betreiben, die Wassertemperatur über eine PTC oder NTC Schaltung analog zu messen, weil der Arduino auch 8 ADCs besitzt, jedoch wäre das mit erheblichen Kalibrierungsaufwand verbunden. Der einfachere Weg ist es, einen digitalen Sensor zu verwenden, der bereits die gemessene Temperatur als Wert liefert. Die ehemalige Firma Dallas Semiconductor (jetzt ein Teil von Maxim Integrated) hilft uns hier ebenso, wie bei der RTC, mit einem geeigneten Chip aus der Patsche. Den DS18B20 Sensor gibt es entweder nackt in einem TO92 Gehäuse oder gleich wasserdicht verpackt in einer Metallröhre mit einem Meter Anschlussleitung. Ebenfalls zu finden auf Amazon oder ebay.

 

Mit dem Sensor kommuniziert man über das sogenannte One-Wire-Protokol, das lediglich einen Pin des Microcontrollers benötigt. Die Beschaltung ist ebenfalls sehr simpel. Es reicht ein einzelner 4,7K Pullup-Widerstand. die anderen 2 Pins gehen einfach auf GND und +5V des Arduino Boards.

Für die Schaltung der Beleuchtung und des Heizstabes gibt es auch eine recht einfache Lösung, nämlich Funksteckdosen. Bevor ich auf diese Idee kam, habe ich oft nachgedacht, wie ich am besten die Relais in meine Schaltung integrieren sollte. Ich habe auch mit dem Gedanken gespielt, eine Steckdosenleiste zu modifizieren. Doch auf eine einfach umsetzbare Lösung bin ich nie gekommen. In einem Forum habe ich dann zufällig etwas von Funkmodulen gelesen, die sich für Microcontroller verwenden lassen, um unter anderen auch Funksteckdosen anzusteuern. Die Teile werden im Fünferpack um 3-4€ auf ebay verkauft. Am besten sucht man nach " 433Mhz RF transmitter", dann bekommt man ca. 200 Angebote. Eigentlich benötigt man nur den Sendeteil, das Teil in der Abbildung mit den 3 Anschlüssen und dem Knopfbatterie ähnlichen Teil. Aber diese gibt es scheinbar nicht einzel zu kaufen. Der Sender benötigt ebenfalls nur einen Digi-Pin des Arduinos.

 

Um die eingelesenen Daten und Schaltzustände auch ordentlich zu visualisieren, soll der Arduino mit einem kleinen Display versehen werden.
Sehr günstige Displays gibt es ebenfalls wieder auf ebay zu erwerben. Ein sehr bekannter Display Controller ist der ST7735S, mit dem sehr viele dieser mini TFT-Displays angesteuert werden. Meine Auswahl viel auf ein 128x160 Pixel großes Modul, das für meine Zwecke ausreichend ist.

 

Außer einem pH-Wert Sensor und den Tasten für die Bedienung wären somit alle HW-Module ausgewählt. Macht man eine kurze Hochrechnung dann errechnen sich folgende Kosten:

Arduino Nano	ca. €2,50
RTC Modul	ca. €1,00
Temperatur Sensor	ca. €3,00
Funksender	ca. €1,00
Display	ca. €4,00
SUMME	€11,50

Ein paar Tasten werden den Preis nicht in wesentlich die Höhe treiben, wohl aber die Elektrode zum Messen des pH-Wertes. Ich muss noch etwas recherchieren, wo man diese am besten her bekommt. Und wenn sie zu teuer wird, lasse ich sie bei meinem Aquarium einfach weg.