HowTo: Retro-SmartHome-Display via Analog-Anzeigen selber bauen

Neulich habe ich beim Ausmisten des Kellers ein altes Bedienpanel mit alten analogen Anzeigen gefunden. Dabei kam mir die Idee, dass man diese Anzeigen doch auch irgendwie nutzen können muss um Daten des SmartHomes anzeigen zu können.

Gerade um die aktuellen Klimadaten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit, etc. anzeigen zu lassen, sollten sich diese Anzeigen recht gut gebrauchen lassen.

Wie das geht und was Ihr dabei beachten Müsst ist im folgenden Artikel beschrieben.


Sicherheitshinweise

Ich weiß die folgenden Hinweise sind immer irgendwie lästig und wirken unnötig. Aber leider haben schon viele Menschen die es "besser" wussten aus Leichtsinnigkeit Augen, Finger oder anderes verloren bzw. sich verletzt. Im Vergleich dazu ist ein Datenverlust fast nicht der Rede Wert, aber auch diese können echt ärgerlich sein. Deswegen nehmt Euch bitte fünf Minuten Zeit um die Sicherheitshinweise zu lesen. Denn auch das coolste Projekt ist keine Verletzung oder anderen Ärger wert.
https://www.nerdiy.de/sicherheitshinweise/

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Voraussetzungen

Hilfreiche Artikel:
Bevor ihr mit diesem Artikel startet solltet Ihr euch mit den Grundlagen des Lötens beschäftigt haben. Informationen dazu findet Ihr in dem folgenden Artikel.
Elektronik – Mein Freund der Lötkolben

Benötigtes Material:

In der folgenden Liste findet Ihr alle Teile die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels benötigt.

Benötigtes Werkzeug:

In der folgenden Liste findet Ihr alle Werkzeuge die Ihr zur Umsetzung dieses Artikels benötigt.


Benötigte Teile sammeln

Im folgenden Bild seht Ihr die benötigten Teile um Eure eigenes Retro-SmartHome-Display zu bauen.


Die benötigten 3D-Teile drucken

Download aller benötigten STL-Dateien: Retro-SmartHome-Display via Analog-Anzeigen selber bauen

In dem Abschnitt Mehr als zwei Anzeigen in einem Gehäuse findet Ihr außerdem noch Vorlagen für modulare Gehäuseteile.

Gehäuse für eine Anzeige:

Ihr könnt die 3D-Ansicht der STL-Datei mit gedrückter Maustaste rotieren. Rein- und Raus-Zoomen könnt Ihr mit dem Mausrad.

Gehäuse für zwei Anzeigen:

Ihr könnt die 3D-Ansicht der STL-Datei mit gedrückter Maustaste rotieren. Rein- und Raus-Zoomen könnt Ihr mit dem Mausrad.


Anbringen der alternativen Display-Skalen-Beschriftung

In diesem Schritt werden die alternativen Beschriftungen der Display-Skalen aufgeklebt. Denn Ihr wollt mit den analogen Anzeigen ja keine Spannungen anzeigen sondern andere Werte wie Temperaturen, Luftfeuchtigkeit, etc. Dazu müssen die Skalen etwas angepasst werden.

In der folgenden pdf-Datei findet Ihr dazu Vorlagen für Temperatur (innen und außen), Luftfeuchtigkeit (innen und außen), Luftdruck, Stunde und Minute jeweils auf Deutsch und Englisch. Druckt diese einfach aus und klebt sie wie unten beschrieben auf die Skalen der analogen Anzeigen. Dazu eignet sich bedruckbares Etikettenpapier am besten, da dies einseitig schon mit einer Klebeschicht ausgestattet ist.

Download: scale-lettering.pdf

Löst dazu die Schrauben im vorderen Deckel…
…und nehmt alles soweit auseinander bis Ihr die dünne Skalenplatte entnehmen könnt. Achtet dabei darauf, dass Ihr den empfindlichen Zeiger nicht verbiegt oder anderweitig beschädigt.
Habt Ihr die alternative Display-Skalen-Beschriftung Eurer Wahl ausgeschnitten, könnt Ihr diese auf die zuvor ausgebauten Skalenplatte kleben. Hier solltet Ihr sehr sauber arbeiten, da man diese Skalenplatte und die alternative Display-Skalen-Beschriftung später gut sehen kann(und auch soll).
habt Ihr die alternativen Display-Skalen-Beschriftung auf die Skalenplatte geklebt sollte dies in etwa so aussehen.
Die beklebte Skalenplatte könnt Ihr nun wieder in die analogen Anzeigen einlegen und diese zusammen bauen.

Hintergrundbeleuchtung anbringen

Damit Ihr die Anzeigen später auch bei Dunkelheit beleuchten könnt, wird eine LED-Hintergrundbeleuchtung eingebaut.

Dazu müsst Ihr zuerst eventuell Vorhandene Hindernisse abbauen. Ihr müsst nämlich an die Rückseite der Skalenfläche herankommen.
Dort bohrt Ihr relativ mittig zuerst ein kleines Loch mit ca. 3mm Durchmesser. Achtet beim bohren, darauf, dass Ihr beim Durchstoßen nicht die Skalenplatte auf der Vorderseite beschädigt.
Das kleine Loch könnt Ihr dann mit einem 6mm auf die letztlich gewünschte Größe aufbohren.
Nun könnt Ihr eine der fertig gekauften oder mit Leitung vorbereiteten WS2812-LED’s…
…wie abgebildet in das gebohrte Loch einkleben.
Das wars auch schon mit dem einbau der Hintergrundbeleuchtung. Baut die Anzeige wieder zusammen…
und baut diese in das Gehäuse ein.
Dazu wird die Anzeige von der Vorderseite aus in die Gehäuseöffnung geschoben. Danach könnt Ihr die Anzeige auf der Innenseite mit Muttern fixieren.
Dies wiederholt Ihr mit der zweiten Anzeige, bei der Ihr natürlich auch schon die neue Skalenbeschriftung aufgeklebt habt.
Danach könnt Ihr auch die Hintergrundbeleuchtung an der zweiten Anzeige anbringen.
Entfernt dazu wieder eventuell vorhandene Hindernisse…
…und bohrt wieder ein ausreichend großes Loch wie bei der vorherigen Anzeige.
Dort klebt Ihr nun die übrige WS2812-LED ein…
…und baut die Anzeige wieder zusammen.

Anschlussleitungen vorbereiten

Um die Zeigerauslenkung der analogen Anzeigen später steuern zu können, müssen diese natürlich mit einer Spannungsquelle verbunden werden. Dazu werden in diesem Schritt die Anschlussleitungen vorbereitet.

Schneidet dazu vier ca. zehn cm lange Stücke Leitung ab und isoliert die Enden ca. zwei cm weit ab.
Verzinnt die Enden der Leitungen…
…und biegt die verzinnten Enden zu Ringen. Dies geht am besten mit einer Rundzange. Der Durchmesser sollte dabei mindestens vier mm groß sein.
Das jeweils andere Ende der Leitungen müsst Ihr dann noch ca. fünf mm abisolieren und verzinnen.
Die beiden blauen Leitungen können dann noch verbunden werden. Sie werden an den „Minuspol“ der analogen Anzeige angeschlossen.
Der „Minuspol“ ist bei dieser analogen Anzeige an dem „Minus“ neben der Anschlussschraube zu erkennen. Um die Leitung nun dort anzuschließen legt Ihr als erstes eine Unterlegscheibe…
…dann die zuvor zurechtgebogene Leitung…
…dann noch eine Unterlegscheibe….
…und einen Federring über die Anschlusschraube.
Dieses ganze „Paket“ kann dann mit einer Mutter fixiert werden.
Diese solltet Ihr „Handfest“ anziehen. Bedenkt hier: Nach „Fest“ kommt „ab“. 🙂
Dies wiederholt Ihr für den anderen „Minuspol“.
Die übrigen „Pluspole“ der analogen Anzeigen könnt Ihr dann mit den übrigen Leitungen verbinden.
Die angeshclossenen Leitungen müssen nun mit dem PCA9685-Breakout-Board verbunden werden.
Dazu verzinnt Ihr zuerst den Kontakt „GND“(auf dem Foto an der oberen linken Ecke des PCA9685-Breakout-Boards) und die oberen Kontakte der Anschlussreihen „1“ und „2“(Auf dem Foto im Bereich unten links).
In diesem Zuge könnt Ihr auf der gegenüberliegenden Seite des PCA9685-Breakout-Boards auch schonmal die Kontakte „GND“, „SCL“, SDA“, „VCC“ und „V+“ verzinnen.
Dann könnt Ihr die Anschlussleitungen wie abgebildet mit dem PCA9685-Breakout-Board verbinden. Der (gemeinsame) „Minuspol“(hier die blaue Leitung) wird mit dem Kontakt „GND“ des PCA9685-Breakout-Board verbunden. Die „Pluspole“ der analogen Anzeigen werden mit den vorbereiteten Kontakten von „1“ und „2“ verbunden.
Das angeschlossene PCA9685-Breakout-Board sollte (bis jetzt) in etwa so aussehen.
Damit das PCA9685-Breakout-Board funktioniert muss es nun noch an die Stromversorgung angeschlossen werden – genauso wie die WS2812 LED’s. Dazu wird nun eine gemeinsame Versrgungsleitung für LED’s und PCA9685-Breakout-Board vorbereitet. Dazu isoliert Ihr die einzelnen Leitungen der Zuleitung der WS2812 LED’s ca. zehn mm ab.
Außerdem bereitet Ihr zwei Leitungen vor an denen Ihr das eine Ende jeweils zehn mm und das andere Ende jeweils fünf mm abisoliert.
Die zehn mm abisolierten Enden verdrillt Ihr nun – wie abgebildet – mit den Leitungen der WS2812-LED’s und verzinnt diese mit etwas Lötzinn. Dabei solltet Ihr bereits darauf achten, welche Leitung der WS2812-LED’s die „5V“ Leitung ist. In diesem Fall ist es die Leitung die mit der roten Leitung verbunden ist.
Dies sollte dann in etwa so aussehen.
Nun lötet Ihr die „5V“ Leitung an den Kontakt „VCC“ des PCA9685-Breakout-Boards…
Nahaufnahme der angelöteten Leitung am PCA9685-Breakout-Board.
Die andere Leitung der Versorgungsleitung wird dann an den Kontakt „GND“ am PCA9685-Breakout-Board angelötet.

ESP8266-Adapterboard anschließen

Die nun vorbereiteten Leitungen müssen natürlich noch mit dem Herz – dem ESP8266-Adaperboard – verbunden werden.

Dazu müssen zunächst die Kontakte vorbereitet werden.
Verzinnt dazu die Kontakte „5V“, „G“, „D4“, „D2“, „D1“ und „3V3“ – wie auf der Abbildung zu erkennen.
Dann könnt Ihr die „plus“-Leitung(auf dem Foto die roete und rot/transparente Leitung) and den Kontakt „5V“ des ESP8266 Adapterboard anschließen.
Dies wiederholt Ihr nun mit der „Minus“-Leitung(auf dem Foto die blaue und transparente Leitung). Schließt diese an den Kontakt „GND“ des ESP8266 Adapterboards an.
Um die WS2812-LED’s komplett anzuschließen, müsst Ihr nun noch die Datenleitung(die letzte verbleibende von den WS2812-LED’s kommenden) an den Kontakt „D4“ anschließen.
Bereitet nun nochmal drei fünf bis zehn cm lange Leitungsstücke vor, indem Ihr die Leitungsenden ca. 5mm abisoliert und verzinnt.
Die erste dieser drei Leitungen dient dazu das PCA9685-Breakout-Board mit 3,3V vom ESP8266-Adapterboard zu versorgen.
Lötet die Leitung dazu an den Kontakt „VCC“ des PCA9685-Breakout-Boards…
…und das andere Ende an den Kontakt „3,3V des ESP8266-Adapterboards.
Die nächste anzubringende Leitung verbindet die Busleitung „SCL“ zwischen PCA9685-Breakout-Board und ESP8266-Adapterboard.
Lötet die Leitung dazu an den Kontakt „SCL“ des PCA9685-Breakout-Boards…
…und das andere Ende an den Kontakt „D1“ des ESP8266-Adapterboards.
Die letzte Leitung(danach seid Ihr mit den Lötarbeiten fertig) verbindet die Busleitung „SDA“ zwischen PCA9685-Breakout-Board und ESP8266-Adapterboard.
Lötet die Leitung dazu an den Kontakt „SDA“ des PCA9685-Breakout-Board und das andere Ende an den Kontakt „D2 des ESP8266-Adapterboards.
Das war es mit den Lötarbeiten. 🙂 Euer Aufbau sollte nun in etwa so aussehen.
Nun könnt Ihr die Elektronik auch schon etwas „verstauen“.
Klebt dazu das PCA9685-Breakout-Board mit etwas Heißkleber mittig wie abgebildet zwischen die analogen Anzeigen…
…und das ESP8266-Adapterboard wie abgebildet daneben. Beachtet dabei, dass der USB-Anschluss des ESP8266-Adapterboards gut erreichbar bleiben muss, weil dieses darüber programmiert und mit Strom versorgt wird.
Das war es auch schon mit dem Zusammenbau der benötigten Hardware. 🙂

Andere Varianten

Das tolle an dem PCA9685-Breakout-Board ist, dass dies bis zu 16 Ausgänge bietet. Das heißt Ihr könnt bis zu 16 Anzeigen anschließen.

Um ein Gehäuse für eine oder zwei analoge Anzeigen herzustellen reicht ein 3D-Drucker. Für mehr als zwei Anzeigen sind die meisten 3D-Drucker dabei aber leider zu klein. Eine Möglichkeit mit der Ihr trotzdem mehrere Anzeigen kombinieren ist in dem Abschnitt Mehr als zwei Anzeigen in einem Gehäuse weiter unten beschrieben.

Gehäuseversion mit nur einer analoger Anzeige.
Falls Ihr mehr als zwei Anzeigen verwenden wollt, könnt Ihr auch ein Gehäuse aus Holz anfertigen.

Mehr als zwei Anzeigen in einem Gehäuse

…sind auf dem oben beschriebenem Weg schwer umsetzbar. Zumindest lässt sich ein Gehäuse mit Platz für mehr als zwei Anzeigen nur sehr schwer mit einem 3D-Drucker drucken. Die meisten 3D-Drucker haben dazu einfach nicht genug Platz auf ihrem Druckbett.

Zumindest wenn man das Gehäuse in einem Teil ausdrucken will klappt dies nicht. Für den Fall, dass Ihr kein Problem damit habt das Gehäuse aus mehreren Teilen zusammen zu schrauben kommt hier ein Vorschlag wie sich das ganze trotzdem umsetzen lässt. Leider gibt es dazu aktuell noch keine Bilder mit einer Schritt-für-Schritt-Anleitung. Diese werde ich sobald wie möglich hier einfügen.

Der Zusammenbau lässt sich aber anhand der 3D-Vorlagen trotzdem sehr gut erahnen. Für die, die es trotzdem einfach ausprobieren wollen:

Ein paar Bilder die den Zusammenbau erklären, findet Ihr nach der Ansicht der benötigten 3D-Dateien.

Download der benötigten STL-Dateien: Retro-SmartHome-Display modulares Gehäuse

Mittelteil des modularen Gehäuses:

Ihr könnt die 3D-Ansicht der STL-Datei mit gedrückter Maustaste rotieren. Rein- und Raus-Zoomen könnt Ihr mit dem Mausrad.

Endteil des modularen Gehäuses:

Ihr könnt die 3D-Ansicht der STL-Datei mit gedrückter Maustaste rotieren. Rein- und Raus-Zoomen könnt Ihr mit dem Mausrad.

Für den Zusammenbau eines Gehäuses mit zum Beispiel zwei Elementen benötigt Ihr 12x Schrauben (z.B. M4x16) und 12 Muttern. Für jedes weitere Element kommen dann jeweils vier dazu.
Die Gehäuseteile werden dann einfach miteinander verschraubt.
Auf diese Weise lassen sich – theoretisch – unednlich viele analoge Anzeigen in einem Gehäuse unterbringen.
Detailansicht.
Detailansicht.
Detailansicht.
Detailansicht der Front inklusive analoger Anzeigen.
Die Spaltmaße und Qualität des Gehäuses hängen natürlich auch stark von der Druckqualität Eures 3D-Druckers ab.
Detailansicht des kompletten Gehäuses.

Firmware flashen

Nun ist es an der Zeit die Firmware auf die Anzeige zu übertragen.

Programmiert dazu die ESPEasy-Firmware inkl. dem „Nerdiys-PanelMeter“-Plugin auf das ESP9266-Adapterboard. Wie dies geht ist im folgenden Artikel erklärt: ESPEasy – NerdiysPanelMeter-Plugin installieren und konfigurieren


Ich hoffe bei euch hat alles wie beschrieben funktioniert. Falls nicht oder ihr Fragen oder Anregungen habt lasst es mich in den Kommentaren bitte wissen. Ich trage dies dann ggf. in den Artikel nach.
Auch Ideen für neue Projekte sind immer gerne willkommen. 🙂

Fab

P.S. Viele dieser Projekte - besonders die Hardwareprojekte - kosten viel Zeit und Geld. Natürlich mache ich das weil ich Spaß daran habe, aber wenn Du es cool findest, dass ich die Infos dazu mit Euch teile, würde ich mich über eine kleine Spende an die Kaffeekasse freuen. 🙂

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