NE555 vs TS555

Per Zufall bin ich auf einen Low-Power-555 IC gestoßen. Bei Conrad gibt es einen zu kaufen. Den werde demnächst mal ausprobieren, da für die Licht-Anlage zwei 555-Timer eingesetzt werden. Einmal als Schmitt-Trigger zur Unterscheidung zwischen Tag- und Nachtmodus und einmal als Monoflop. Interessant wird die Schmitt-Trigger-Schaltung, die mit der herkömmlichen Version so ca. 10mA verbraucht. Das Datenblatt verspricht dagegen ein Bruchteil (100µA bzw. unter 1mA) an Stromverbrauch. Das wäre super, denn der Schmitt-Trigger ist ja permanent an. Eine Reduzierung des Stromverbrauchs wäre willkommen, damit mehr Strom zum Aufladen der Batterie zur Verfügung steht. Denn in Schweden scheint ja nicht immer die Sonne...

Projekt: Lichtanlage - Kopf, Teil 2

Die Löcher für die Bewegungsmelder und Kabelführungen der Lichtleisten sind nun angebracht. Rahmen + Plexiglasscheibe für den Hut sind fertig. Mit der Batterie werden gerade die Führungsschienen am Hut beschwert, die mit Holzleim geklebt werden. Setzt man später den "Hut" auf den "Kopf", dann werden beide mit den Führungsschienen fixiert. Eventuell kommen noch zwei Winkel zum Einsatz, falls die Verbindung zwischen Kopf und Hut zu locker wird.

Projekt: Lichtanlage - Hut, Teil 2

Krempe fertiggestellt

Der Rahmen (Krempe), der die Regentropfen abführen wird, ist nun fertig geklebt. Das ganze wird nun noch geschliffen und lackiert. Zuvor wird für das Guckloch des LDR-Widerstands ein kleiner Rahmen gesägt, der die Plexiglasscheibe aufnimmt.

Hier sieht man das Guckloch. Mit einem Forsterbohrer (20mm) wurde das Loch gebohrt. Damit das Ende nicht ausfranst, wurde beim Bohren die Stelle mit Krempklebeband und einem Stück Holz abgedeckt.

Die kleinen Lücken und Löcher werden mit Acryl ausgespachtelt, so dass die Oberfläche einigermaßen glatt wird. Als nächstes steht dann der Kasten für die Batterie und die Schaltung an. Ein Versuchsobjekt kann man oben betrachten. Sieht zwar gerade und rechtwinklig aus, ist es aber nicht. Es ist gar nicht so leicht, größere rechtwinklige Boxen zu bauen. Man muss schon genau vorgehen und exakt sägen. Aus diesem Grund wurde ein neues Sägeblatt mit 36 Zähnen angeschafft, in der Hoffnung, die Kanten noch sauberer sägen zu können. Des Weiteren wird eine Schablone verwendet, damit die Seiten in Form gebracht werden und beim Kleben nicht verziehen.

Projekt: Lichtanlage - Hut, Teil 1

Der Hut liegt auf dem Kopf der Lichtanlage. Er bietet Sichtschutz für jeden Bewegungsmelder, links und rechts im Winkel von 45 Grad und Regenschutz. Die Seiten haben eine nach unten abgewinkelte Krempe, wodurch das Regenwasser abtropfen kann. In der Mitte befindet sich ein Guckloch für den LDR-Widerstand. Zwei Plexiglas-Scheiben werden mit dem Heisskleber dort angebracht, damit durch das Loch kein Wasser in den Kopf eindringen kann. Zusätzlich wird ein kleiner Rahmen befestigt, der die obere Plexiglas-Scheibe aufnimmt. Mit Silikon werden die alle Rillen gefüllt. Damit sollte kein Wasser langfristig eindringen können.

Zu sehen, der Hut mit Kopf auf dem Kopf. Hervorgehoben ein Sichtschutz. Derzeit wird die Krempe angebracht, anschließend wird alles glatt geschliffen und lackiert. Dann wird wieder geschliffen und eine zweite Lackschicht aufgetragen. Die Trennwände sind vorne im Rahmen eingelassen und haben einen kleinen Fuss, so dass sie einigermaßen stabil stehen. Dem Kopf fehlen noch die Löcher für Bewegungsmelder und Kabelführung. Den ersten Prototypen kann man hier sehen. Dieser ist etwas kleiner, wodurch die Verkabelung aufgrund der Raumenge recht knifflig wurde. Die neue Version ist in Breite und Länge um jeweils 5cm größer.

12V Akku

Um LED-Streifen am 12V Bleiakku zu betreiben, benötigt man eine konstante Spannung von 12V. Der Akku selbst liefert aber eine Spannung von 11 bis 13,8V. Das ist natürlich zu viel und die LEDs könnten aufgrund der hohen Spannung irgendwann zerstört werden. Daher muss eine Spannungsreglung her, die unabhängig von der Spannung des Akkus 12V anbietet.

Meine erste Idee wäre ein Universal Step-up /Step-down Spannungswandler. Ich dachte, so müsste man es richtig machen. Ich besorgte mir also zwei verschiedene Spannungswandler (50 €, 24 €). Soweit so gut. Die Dinger funktionieren gut, wobei mein Labornetzteil beim billigeren Wandler aufgrund von zu hohen Stromspitzen aufgibt. An der Batterie funktioniert er aber tadellos. Das teurere Modell fiept ein wenig, wenn man einen Quellspannung von ca. 12V simuliert. Beide Modell verbrauchen ohne Last ca. 20 bis 30mA Strom.

Nochmal nachgedacht

Im Prinzip sind diese Spannungswandler quatsch. Letztendlich reicht ein stinknormaler Spannungswandler oder ein Low-Drop-Spannungswandler (Conrad) für unter 5 €!

Warum ist das so?

Die Spannungsdifferenz ist maximal 2V, wenn überhaupt. Das ganze bewegt sich eher zwischen 13,5 und 12,5V. Irgendwann bei 11V würde die Tiefenentladung vom Laderegler einsetzen. Weiter verbraucht der Spannungswandler im Betrieb ohne Last ca. 10mA. Er fiept auch nicht. Es lohnt sich nicht, solche teuren und komplizierten Spannungswandler für das Projekt einzusetzen.

In einigen Foren wurde eine ähnliche Frage gestellt. Die Profis haben natürlich ihren Unmut darüber geäußert, aber keiner hat auch nur ansatzweise etwas erklärt, warum sich der Aufwand nicht lohnt. Daher habe ich selbst ein paar Experimente gemacht. Das Ergebnis ist, dass man zwar eine schöne geregelte Spannung auf Kosten von einem hohen Stromverbrauch bekommt. Dazu kosten die Regler ein vielfaches und benötigen mehr Platz. Ein kleiner Low-Drop-Spannungswandler + ein paar Kondensatoren funktionieren ebenso gut. Geht der Akku mal unter 12V, dann erhält man ebenfalls eine Spannung unter 12V. Für die LED-Streifen bedeutet dies nur, dass sie ein wenig dunkler sind. Irgendwann greift der Schutz vor Tiefenentladung und dann gibt es sowieso keinen Strom mehr. Ich habe Erkenntnisse und zwei Universal-Spannungswandler für 12V gewonnen. Ende gut, alles gut!

Nachtrag

Des Weiteren wird ja noch eine geregelte Spannung von 5V für die Bewegungsmelder + IC-Schaltung benötigt. Dort kommt sowie ein normaler Spannungsregler zum Einsatz. Mit Hilfe eines Schmitt-Triggers und einem LDR-Widerstand soll die Anlage nur Nachts aktiv sein. Tagsüber wird die Schaltung gar nicht eingeschaltet. Nimmt man einen NE555-IC als Schmitt-Trigger, benötigt man den Spannungsregler (in diesem Fall) erst dann, wenn es Nacht wird. Das Signal des Schmitt-Triggers schaltet einen PNP-Mosfet, der dann die Spannungsregler von 12V und 5V aktiviert.

Projekt: Lichtanlage - Der Kopf, Teil 1

Der sogenannte Kopf der Lichtanlage enthält neben den vier Kabelausgängen der Leisten auch die Bewegungsmelder. Das Material ist einfaches 2mm dickes Bastelholz aus dem Baumarkt. Mit 18mm dicken Leisten werden die Wände verstärkt. Der Boden ist ebenfalls 18mm dick. Eine kleine Abdeckung nimmt den LDR-Widerstand zur Messung der Lichtverhältnisse auf. Die Abdeckung verfügt über zwei praktische Henkel, mit denen man die Abdeckung hochnehmen kann, wobei sie mitsamt den Henkel in den Kopf der Lichtanlage abgesenkt werden kann. Später kommt dort ein Deckel drauf, der ein kleines Fenster für den LDR-Widerstand hat. Der Deckel wird ebenfalls aus Holz angefertigt und später mit wetterfester Farbe lackiert.

Im zweiten Bild ist der LDR-Widerstand auf eine Platine befestigt. LDR-Kabel samt Stecker ist ebenfalls fertig. Zur Verkabelung wird Litze mit 0,22mm Durchschnitt verwendet. Für die Bewegungsmelder werden jeweils drei Kabelleitungen (VCC,GND,Data) benötigt. Für die Lichtleisten jeweils zwei (12V,GND) und zwei für den LDR-Widerstand. D.h. die Box muss mindestens Platz für 21 Kabel haben. Es wird also eng, daher sind alle Seiten 15cm lang und 10cm hoch. Bei allen Holzarbeiten wird Holzleim verwendet.

Projekt: Lichtanlage - Einführung

Einführung

Die Idee zu diesem Projekt kam mir in dem Sinn, als ich mit Arduino herumgespielt habe. Ich wollte eine Lichtanlage, die auf einem Solar-Modul und einer Batterie basiert. Das ganze wird z.B. in der Mitte eines Zeltlagers in Südschweden aufgestellt, so dass die Freizeitteilnehmer in der Nacht automatisch Licht bekommen, ohne mit irgendwelchen Taschenlampen rumfuchteln zu müssen.

Folgende Anforderungen müssen erfüllt sein:

• Batteriebetrieb. Es gibt kein Stromanschluß im Zeltlager.
• Viel Licht, aber sparsam. Wegen dem Batteriebetrieb.
• Verschiedene Betriebsspannungen. LED-Leiste bei 12V, Schaltung bei 5V.

Seit Anfang 2011 habe ich mich mit den einzelnen Komponenten (Laderegler, LED-Streifen, Spannungsregler, Kabelausgänge, Schaltungen mit Arduino, Platinen) auseinander gesetzt. Der Prototyp ist bereits fertig. Nun wird die nächste Version fertiggestellt. Damit ich das ganze Wissen nicht vergesse, schreibe ich ab und an ein paar Erkenntnisse in diesen Blog.

Einige der Anforderungen sind Folge von vorherigen Anforderungen. Es gilt LEDs einzusetzen, damit so wenig Strom wie möglich verbraucht wird. Bei Conrad gibt es günstige starre LED-Streifen, die man miteinander kombinieren kann. Diese LED-Streifen können direkt an 12V angeschlossen werden, wobei aber eine Batterie keine exakten 12V bereitstellt. Daher benötigt man einen Spannungsregler für 12V. Für die Schaltungen selbst benötigt man in der Regel 5V. Damit die Lichtanlage möglichst lange Licht spenden kann, soll diese mit Solar-Strom tagsüber aufgeladen werden. In dieser Kombination wird noch ein Laderegler für Batterie und Solar-Modul dazwischen geschaltet. Der Laderegler kümmert sich um den Zustand der Batterie und schützt diese vor Tiefenentladung über Überladung (Obwohl es in Schweden oft und lange regnet).

Bewegungsmelder in vier Richtungen reagieren auf Bewegungen und aktivieren eine Lichtleiste (3xLED-Streifen). Es wird vier solcher Lichtleisten geben, die idealerweise rechtwinklig in Form eines Kreuzes befestigt werden. In der Mitte befindet sich also das Gerüst der Lichtanlage, unten die Batterie, Laderegler und Schaltung, oben durch eine Metallstange in ca. 2m Höhe die vier Bewegungsmelder mit den jeweiligen Leitungen der Lichtleiste. Jede Lichtleiste ist ca. 1m lang und wird von einem 2m langen Kabel mit der Anlage verbunden. Damit kann man die Leisten in gewünschte Positionen bewegen. Die Bewegungsmelder sind fest installiert.

Wie in der Skizze dargestellt, kann man sich die Anlage nun vorstellen. Man betrachtet die Anlage von der Vogelperspektive. In der Mitte befinden sich die vier Bewegungsmelder und die Kabelverbindungen zu den Lichtleisten, die ca. 2m lang sind, so dass man in der Lage ist, die mittels Seilen in die gewünschte Lage/Höhe auszurichten.

PIR-Sensor

AMN3

...ist die Bezeichnung für einen PIR-Bewegungssensor (Conrad). Der Sensor funktioniert tadellos, solange man das Datenblatt richtig liest.

Für eine Lichtanlage sollte der PIR-Bewegungssensor arbeiten. Auf dem Steckbrett funktionierte die Schaltung, der Bewegungssensor erkennt tadellos Bewegungen. Aber nachdem die geätzte Platine verkabelt wurde, fing der Ausgang des Sensors zu wackeln an. Obwohl niemand im Raum war, wurden Signale gesendet.

Lösung

Das Problem war, dass am Ausgang des Sensors zu viele Verbraucher (Dioden) direkt angeschlossen waren. Erst durch einen Pull-Down-Widerstand von 100K liessen den Sensor korrekt arbeiten. Bei einem Pull-Down-Widerstand unter 100K fing der Sensor an zu flimmern. Ständig gab es Bewegungssignale, wodurch der nachgeschlossene Monoflop ebenfalls retriggert wurde. Zurück zum Datenblatt. Dort sind in den Schaltung direkt Transistoren mit dem Ausgang verbunden. Mag sein, dass durch parasitäre Kapazitäten auf dem Steckbrett alles funktioniert hat, aber dieser Aufbau war falsch.

Der Ausgang kann nicht großartig belastet werden, auch wenn die Signale nur als Eingang für andere Logik-Bausteine gedacht waren (z.B. Monoflop + AND-Gatter). Daher muss das Signal umgehend verstärkt werden. Mit einem einfachen Transistor wird das Signal zwar verstärkt aber auch negiert. Durch Verwendung vom IC 4050 (Conrad) kann das Signal gebuffert werden. Dieser IC liefert das Eingangssignal ohne Negierung zurück. Ein Pull-Down-Widerstand von 10K reicht, da der Ausgang offen ist, wenn keine Bewegung registriert wird. In der obigen Testschaltung auf dem Steckbrett habe ich vier Kombinationen ausprobiert. Es wird eine LED angesteuert.

• direkt, funktioniert
• mit einem Transistor, funktioniert
• mit dem IC 4050, funktioniert
• IC 4050 und Transistor, funktioniert nicht mehr, Ausgang wackelt

Sobald der IC und der Transistor das Signal parallel erhalten, flimmert der Ausgang des Sensors, wenn keine Bewegung vorhanden ist. Der direkte Anschluss hat zwar auch funktioniert, aber letztendlich war der Verbrauch auch nur eine LED. Laut Datenblatt kann der Ausgang nur eine kleine Menge (Mikroambere) Strom liefern.

Crimpen oder Bördeln?

Crimpen!

Während meiner persönlichen Forschungsreihe in Sachen Elektronik bin ich recht schnell auf das Problem der Anschlüsse gestoßen. Per Fritzing (http://fritzing.org/) habe ich eine Schaltung ätzen lassen und wollte die Platine nun ausprobieren. Leider waren meine Schraubklemmen größer als die von Fritzing vorgesehen, so dass ich die Anschlüsse gelötet habe. So fest verdrahtet war die anschließende Problemlösung etwas komplizierter, ständig mit dem Lötkolben rumzufuchteln.

Eine Lösung musste her. Es wäre jetzt besser, einen Stecker zu haben, so dass man die Platine nicht mehr mit Kabel verlöten muss, sondern es genügt den Stecker mit Kabelanschlüssen zu befestigen. Mit dieser Vision zog ich los, um scheinbar eine neue Welt der Steckverbindungen zu erkunden.

Oh mein Gott!

Bei Conrad, Reichelt und all den anderen Web-Shops entdeckte ich eine Unzahl von Möglichkeiten. In den Foren erklärten Profis anderen Profis, welche Profitools sie einsetzen, wobei die Profis nicht einfach Fragen beantworten, sondern Nichtprofis erklären, wie dämlich doch ihre Frage sei oder wie blöd ihr Vorhaben doch sei. Aber ich wollte nur eine stinknormale Verbindung schaffen, wie man sie z.B. aus dem Innenleben eines Computers kennt. Steckleiste, Steckbuchse mit Kabel fertig...

Lösung

Nun, die Lösung heisst selbermachen. Und so geht das. Zunächst benötigt man seine Lieblingsstecker-Marker. Es gibt dafür verschiedene Systeme und Namen. Ich habe mich für Fu-Stecker bzw. Servo-Stecker entschieden. Diese kommen in der Modellbauwelt häufig vor. Die Stecker sind allesamt Gehäuse ohne Innenleben. Das Innenleben besteht aus männlichen oder weiblichen Kontakten (Crimp-Kontakten), die mit dem Kabel zusammengequetscht werden. Das ganze wird dann einfach Krimpen genannt (Wiki). Das hört sich natürlich recht einfach an, aber so ist es auf den ersten Blick nicht. Es gibt hier scheinbar unendlich viele Varianten und Kombinationen, wobei aber immer nur eine Kombination aus Steckleiste, Gehäuse, Kontakt und Zange korrekt funktioniert. Grumpf!

Crimpen

Mit http://www.rm-computertechnik.de/ habe ich einen Shop gefunden, der meine Stecker anbietet. Desweiteren gibt es weibliche Crimpkontakte und ja, die passende Crimpzange. Ich habe also alles zusammen bestellt und nach einigen Tagen habe ich meinen ersten Stecker hergestellt. Um nicht ganz so dumm dazustehen, habe ich im Internet weiter recherchiert und konnte eine ganz nette Erklärung (PDF) dort finden. Letztendlich wird die Dicke eines Drahtes in den USA durch die Anzahl der Dehnungen/Ziehungen ausgedrückt. Je mehr ein Draht gezogen wurden, umso dünner wird er. Meine Zange unterstütz zwei Größen:

• AWG 24-30
• AWG 18-22

Diese Werte kann man dann grob mit Hilfe von Wikipedia (American Wire Gauge) in Drahtdurchmesser umrechnen, damit man die richtige Litze bestellen kann. D.h. für AWG 24-30 kann man Litze mit 0,25mm2, 0,14mm2 und 0,09mm2 (mm2 = Quadratmillimeter) verwenden. Beim Crimpen muss man nur darauf achten, dass der Einsatz nur von einer Seite verwendet werden kann. Die Einsätze haben zwei unterschiedliche Vertiefungen, um die Isolierung und dann Draht gleichzeitig zu verbiegen. Die Seite für die Isolierung ist höher, daher ist die Vertiefung im Einsatz tiefer. Am besten ein paar 100 Crimpkontakte und Litze in der passenden Größe bestellen und schon kann die eigene Steckerherstellung beginnen. Die Crimp-Stecker haben das Rastermaß 2.54 und passen daher gut auf Stiftleisten im gleichen Rastermaß. Ich kann jetzt Platinen mit Fritzing herstellen. Anschlüsse werden mit Stiftleisten verlötet und die passenden Stecker werden anschließend gecrimpt. Viel Spaß beim Bördeln!