Projekt MoodPixel Teil 3 es kommt Licht ins Dunkel
Wie ihr sicher bemerkt habt, ist es hier sehr ruhig geworden. Das hat keineswegs mit mangelnder Lust zu tun, mir fehlt einfach die Zeit. Ich habe im Moment beruflich und privat sehr viel um die Ohren. Dazu rückt der Abgabetermin für mein Abschlussprojekt immer näher!
Ich habe immer noch nicht so richtig realisiert, dass ich nur noch neun Schulabende vor mir habe, dann ist es erledigt. Ich weiß schon gar nicht mehr was ich nach den Vier Jahren Abendschule alles mit meiner neu gewonnenen Freizeit anstellen soll. Vielleicht mache ich noch irgendeine andere Fortbildung, suche mir einen Nebenjob oder übernehme die Weltherrschaft ... wir werden sehen.
Jetzt hat erst einmal mein Abschlussprojekt Priorität. Es sind nur noch zwei Monate Zeit und ich liege etwas hinter meinem Zeitplan. So wie es ausschaut, wird wohl ein gutes Stück von meinem Jahresurlaub dafür geopfert werden. Aber ganz so schlecht schaut es jetzt auch wieder nicht aus, ein paar Fortschritte konnte ich schon verzeichnen.
Die LEDs haben jetzt einen ordentlichen Rahmen aus Polyoxymethylen (in der Fachsprache auch Plastik genannt 
). Dieser ist mit Löchern, welche in Verbindung mit dem Lüfter im inneren für frischen Wind sorgen sollen, versehen. Ob das so funktioniert wie ich mir das vorstelle, kann ich noch nicht genau sagen.
Die Treiber sitzen jetzt so nah wie möglich an dem LED-Modul. Da die Treiber nicht gerade unerhebliche Lasten sehr hochfrequent schalten, kommt es sonst zu allerlei lustigen Effekten. Ground-Bounce ist da nur das geringste Problem. Die etwas schlechter gewordene Kühlung nehme ich dabei in Kauf. Um einen drohenden Hitzetod rechtzeitig zu erkennen, habe ich dem Leistungsteil noch einen Temperatursensor spendiert. Das sorgt später auch für einen höheren WAF, Stichwort Lüfterregelung. Den Sensor hatte ich eh schon lange auf dem Schirm, es handelt sich dabei um einen Maxim DS18B20. Warum ich mich gerade für diesen entschieden habe und was ihn so sexy macht, erzähle ich euch ich in einem anderen Artikel 
Der schon angesprochene Lüfter befindet sich direkt unter dem Kopf. Ich hätte NIE gedacht, dass so ein kleiner Lüfter (30mm) soooo teuer sein kann! Das Loch an der Seite ist zur Durchführung der Kabel vom LED-Kopf gedacht. Wenn das Gehäuse geschlossen ist, ist er auch auf voller Drehzahl fast nicht mehr zu hören.
Die Steuerplatine musste wesentlich kompakter werden. Meine SMD-Pläne habe ich wieder über Bord geworfen, das ist zeitlich einfach nicht mehr drin. Das blaue Teil ist ein step down converter von Murata, die wahrscheinlich eleganteste Möglichkeit von den 28V LED-Spannung 5V für den Mikrocontroller zu generieren. Er ist mit 2A belastbar und hat einen Wirkungsgrad von über 98%. Leider ist auch dieses Bauteil nicht gerade günstig aber was tut man nicht alles für den Umweltschutz. Die Kondensatoren auf der rechten Seite sollen den Regelkreis des Spannungswandlers am schwingen hindern. Außerdem puffern sie Lastspitzen ab. Sie sind noch ein wenig schwach dimensioniert. Mal schauen was ich noch in der Baustelkiste habe.
Anfangs war ich noch sehr begeistert von dem Fädeldraht (das rote auf dem Bild), mittlerweile hat sich das aber etwas gelegt. Zum einen wird die Verdrahtung unübersichtlich und hässlich, zum anderen muss man ewig an den Lötstellen herum brutzeln, was sich erstens negativ auf die Bauteile auswirkt und zweitens unschöne Lötstellen hinterlässt. Für den Prototyp bleibt das erst mal so, später will ich das anders haben.
Mit der anderen Seite bin ich noch nicht fertig geworden. Man kann die Transistoren sehen, welche hoffentlich verhindern, dass mit die LED noch einmal abraucht. Das geht langsam in die Ersparnisse :-) Hier fehlen noch das Funkmodul die RTC (Echtzeituhr) und der Controller für den Touchsensor. Die Transistoren hätten durchaus auch kleiner sein können.
Zusammen flutscht das jetzt wunderbar in die Röhre. Auf Steckverbindungen habe ich absichtlich verzichtet. Das Innenleben soll so stabil wie möglich sein, lose Teile machen sich in einem Metallgehäuse nicht so gut. Die Kanten werden noch mit Moosgummi beklebt, das alles sicher sitzt und nicht verrutscht.
Ich bin recht zuversichtlich, dass ich diese Woche noch dazu komme, die Funkstrecke aufzubauen. Zur not mit tatkräftiger Unterstützung von diesem tollen Logic-Analyzer. Es handelt sich dabei um einen "Saleae Logic". Mal abgesehen von dem tollen Design, bringt er noch viele andere tolle Features mit. Da währe zum Beispiel: Software für Windows, Mac und Linux, ein ausgezeichneter Support und ein fairer Preis. Dazu werde ich aber noch einen eigenen Artikel veröffentlichen.
thinkJD
Projekt MoodPixel Teil 2
Es ist mir ja fast schon peinlich, aber ich habe schon wieder einen LED-Treiber geschrottet. Die Dinger sind empfindlicher als gedacht. Bis der Neue (mal wieder) da ist, habe mich ein wenig mit der Ansteuerung und dem Gehäuse beschäftigt.
Nach Langem hin und her, messen, gucken, zeichnen und drehen lassen ist es jetzt so weit fertig.
Die Zwischenstücke aus Edelstahl werden am ende noch auf die richtige Größe abgedreht. Da ich zum aktuellen Zeitpunkt noch nicht weiß, wie viel Platz ich benötige, wird das zum Schluss erledigt. (Genau wie der Boden)
Das Gehäuse ist komplett steckbar, so kann ich die Lampe bei der Präsentation zerlegen und wieder zusammenbauen ohne Werkzeug verwenden zu müssen. Der Lüfter ist auch weiter ins Innere gewandert. Ich hoffe, dass ich so die Geräuschentwicklung weiter eindämmen kann. Wir werden sehen ob sich das bewährt.
Aktuell habe ich noch drei große Probleme zu lösen.
- Die Kommunikation.
Ich benutze verschiedene Funkmodule, den CC1100 von TI und den RFM12 von Hope. Ich glaube das wird noch spaßig, da die beiden nicht so ohne Weiteres bereit sind miteinander zu sprechen. - Der kapazitive Näherungsschalter.
Am oberen Stahlring wird man die Lampe per Berührung einschalten können. Ich mache mir Sorgen, dass das nicht so funktioniert wie ich mir das vorstelle. Schließlich habe ich noch ein Funkmodul und die LED-Treiber in der Nähe, gerade die Treiber schalten bis zu 800mA sehr hochfrequent. Das und die Tatsache, dass die Flanken recht steil sind, wird wohl für einegen HF-Müll im inneren sorgen. - Die Antenne.
Das Gehäuse besteht überwiegend aus Metall. Ich bin mir noch nicht sicher, wo ich die Antenne am besten unterbringe, ohne sie zu stark zu dämpfen.
Das Programm tut auch schon etwas, leider kann ich das mangels Treiber nicht zeigen. Vielleicht nächstes mal.
thinkJD
Was treibt der JD eigentlich so?
Sag mal, was treibt der eigentlich? Zwei Tage ohne Blogpost und auf Twitter hört man auch nix mehr? Keine Sorge, ich lebe noch. Zurzeit kämpfe ich etwas mit den Tücken meiner Abschlussarbeit.
Die ersten Niederlagen und Erfolge konnte ich schon verbuchen, wollt ihr mehr wissen? Bitte:
Vom tragischen Ableben meiner geliebten High Power LED habe ich euch in diesem Artikel schon berichtet. Mittlerweile ist das neue Päckchen bei mir eingetroffen und ich konnte das Herz mit Erfolg transplantieren.
Beim ersten Zusammenbauen der Lampe war ich etwas skeptisch, ob es wirklich ausreicht, den Kühlkörper mit einem Wärmeleitpad an die Platine zu kleben. Im Nachhinein kann ich sagen, das hält bombenfest. Der Kühlkörper war nur mit mittlerer Gewalt von der LED-Platine zu trennen.
So muss das sein.
Fertig montiert und in ihr neues Zuhause eingebaut, schaut das Ganze schon recht schnuckelig aus.
Das Gehäuse mach allerdings einen viel globigeren Eindruck, als ich mir das gedacht hatte. So kann man das nicht lassen, schließlich soll die Lampe später in unserem Wohnzimmer stehen und in diesem Gehäuse könnt ihr euch sicher vorstellen, dass der Woman acceptance factor nicht gerade im grünen Bereich ist.
Um das Ganze etwas schöner zu machen, habe ich dann erst einmal Sketchup angeworfen und mir eine schöne Zeichnung erstellt. Das Tool ist für solche Dinge bestens geeignet, schauts euch mal an falls ihr es noch nicht kennt (es gibt auch eine Mac-Version. Linuxer bleiben leider außen vor).
Dank einiger sehr guter Kollegen, die zufällig auch noch begnadete Mechaniker sind, konnte ich schnell den ersten Prototyp des neuen Gehäuses in den Händen halten. Das macht doch schon mal viel mehr her als der schäbige Würfel.
Die Linse wird später im oberen Ring gefasst sein, so leuchtet Deckel und Zwischenring noch ein wenig in der passenden Farbe mit. Da das Gehäuse mir weniger als einem Millimeter Spiel sehr genau passt, muss man sich jetzt etwas mehr um die Kühlung kümmern. Kein Problem, im unteren Teil befindet sich ein Lüfter, welcher eine Angenehme priese durch das komplette Gehäuse presst. Das dieser natürlich temperaturgereglt ist muss ich ja nicht extra erwähnen
Parallel dazu, habe ich auch schon den ersten Prototyp der Steuerungsplatine fertig. Im Moment ist es noch eine mit Fädeldraht verdrahtete (oder soll ich vermurkste sagen?) Lochrasterplatine, diese bietet genug Flexibilität, um schnell etwas auf die Beine zu stellen, später wird diese durch eine geätzte Leiterplatte ersetzt und wesentlich verkleinert.
Ihr seht darauf einen DC/DC-Wandler, er wird gebraucht um die 24V Eingangsspannung möglichst effektiv auf 5V Versorgungsspannung für den Mikrocontroller zu wandeln.
ein 7805 hätte es zwar auch getan, scheidet aber wegen dem schlechten Wirkungsgrad aus.
Außerdem finden sich noch eine Realtimeclock, ein RFM12 Funkmodul und die Optokoppler um die LED anzusteuern.
Aus Sicherheitsgründen und weil ich Spannungen über 12V nicht so gerne in der Nähe eines Mikrocontrollers sehe, sind Steuer und Laststromkreis galvanisch getrennt.
Das wars fürs Erste, nächstes mal kann ich die Lampe bestimmt schon in Aktion zeigen. Die ersten Zeilen Sourcecode sind schon geschrieben.
Wenn ihr eine Frage oder Anregung habt, immer her damit!
thinkJD
Eine verdammt helle LED!
Kennt ihr die erste Regel im Umgang mit ICs?
Richtig, das Datenblatt lesen! Was passiert wenn man das mal eben sein lässt, will ich euch in diesem Artikel erzählen.
Außerdem erwarten euch noch einige Informationen zum Thema LED und deren Ansteuerung. Habt ihr Fragen? Dann packt sie in die Kommentare, wenn ich kann werde ich sie euch beantworten.
Ich habe mir drei wirklich helle LEDs bestellt. Je eine Rote, eine Grüne und eine Blaue. So kann man mit geschickter Ansteuerung viele verschiedene Farben, aus dem sichtbaren Spektrum, darstellen.
Die LEDs sitzen, zwecks besserem Handling, ?bereits auf einer Adapterplatine um die Linse und den Kühlkörper anzubringen.
Kühlkörper? Ja richtig, die Teile benötigen einen Kühlkörper.
Immerhin werden sie mit bis zu 700 mA Strom betrieben, was das Silizium bei 3V Spannungsabfall schon reichlich zum Schwitzen bringt.
Für die Rechenfaulen unter euch 700mA X 3V = 2,1W und da ist noch nicht Ende der Fahnenstange
Auch die Ansteuerung solcher Monster ist nicht so trivial wie man vermutet. Ein einfacher Vorwiderstand, wie ich es in diesem Artikel beschrieben habe, kann man aus wirtschaftlichen Gründen nicht benutzen. Bei so hohen Strömen würde man unnötig viel Energie "verheizen". Eine Spannungsregelung ist bei LEDs dieser Größe ist auch nicht Mittel der Wahl, da die Kennlinie sehr steil ist (wie bei allen Dioden) und bereits kleine Spannungsschwankungen nahezu gigantische Stromschwankungen mit sich bringen.
Will man es richtig machen, regelt man den Strom durch die LED. Dazu gibt es einige sehr gute Treiber ICs, man muss das Rad ja nicht neu erfinden. Ich habe mich entschieden den ZXLD1360 zu benutzen.
Ein wirklich tolles IC mit einigen interessanten Features:
- Er befeuert LEDs mit bis zu einem Ampere
- Der Ausgangsstrom kann auf einen Maximalwert begrenzt werden
- Bis zu einem Megaherz PWM-Frequenz
- Ein sehr geringer Aufwand an externen Bauteilen
- Und zuletzt der Knackpunkt dieses Artikels, er besitzt einen Tri-State Inputpin
Jetzt muss ich natürlich kurz erklären was Tri-State bedeutet.
In der Digitaltechnik wird keineswegs nur zwischen 0 und 1 unterschieden, es gibt noch einen dritten Zustand. Nennen wir ihn der Einfachheit halber mal IchBinWeg-Zustand.
In der C-Mos Technik wird eine logische 0 nicht durch 0V dargestellt, sondern durch 0 bis 1,5V eine logische 1 entspricht einem Pegel von 3,5V bis 5V alles dazwischen wird undefinierter Zustand genannt und sollte tunlichst vermieden werden.
Der dritte Zustand ist einfach hochohmig, kein Pegel vorhanden, der PortPin ist quasi weg. (Ich hoffe man versteht das so wie ich es beschreibe)
Jetzt besitzt das wunderbare Treiber IC also einen solchen Eingang. Logisch 0 bedeutet die LED ist aus. Hochohmig bedeutet die LED wird mit dem in der Schaltung vorgegeben Maximalstrom betrieben und Logisch 1 bedeutet die LED wird mit maximalem Strom betrieben.
Ihr ahnt sicher schon was kommt. Ich habe diesen Umstand einfach großzügig überlesen und die LED bei einem Ampere schön knusprig gebraten.
Daher immer ja wirklich immer das Datenblatt lesen!
Fuuuuuuuuuuuuuu!!!!!
Vielleicht wollt ihr noch wissen warum es so eine Option überhaupt gibt, wenn man damit die LED schrotten kann.
Nun das ist ganz einfach. Um eine LED zu dimmen benutzt man PWM, dabei wird der Strom gepulst, um so länger die Pulse in einem festgelegten Zyklus um so heller leuchtet die LED.
Wie das genau funktioniert kann ich gerne mal in einem extra Artikel erklären. Wenn man mehrere LEDs betreiben will, aber nur wenige Ausgänge zur verfügung hat, kann man diese multiplexen.
Das bedeutet man schaltet LED1 an, dann LED2, dann LED3, immer nacheinander. Das Auge ist so träge, dass es von dem schnellen Schalten nichts mit bekommt. Der unangenehme Nebeneffekt ist, dass diese Signalform wie PWM wirkt. Die LED wird immer dunkler wahrgenommen, da sie nicht mehr so viele Photonen aussenden kann (sie ist ja seltener eingeschaltet). Dem kann man entgegenwirken, indem man die LED mit einem höheren Strom betreibt.
Es ist also zulässig einen größeren Strom anzulegen, allerdings nur für eine gewisse Zeit. Diese Zeit ist im Datenblatt angegeben und beträgt je nach Strom maximal ein paar Millisekunden.
Überschreitet man diesen heiklen Grenzwert, verabschiedet sich die LED blitzartig in den Failhimmel.
Man sollte bei solchen Späßen auch immer auf sein Programm achten. Eine Schleife, die zu lange dauert, kostet euch genau wie ein Freeze die LED. Ein Watchdog oder gut ausgetestet Interrupt Routinen sind Pflicht, zumal die LEDs nicht gerade billig sind.
Ich hoffe euch hat der Artikel gefallen und ich kann ähnliche Fails bei euch vermeiden
thinkJD
Ist es eine Lampe? Ist es ein High-Power Laser? Nein es ist ne LED!
Ich stöbere so meinen Reader durch, das übliche blabla, bis ich plötzlich über diesen Artikel gestolpert bin. Das ist einfach unglaublich! Eine High Power LED, die mühelos Plastik zum schmelzen bringt. Auch Streichhölzer anzünden ist kein Ding.
Mehr Bilder gibts hier.
Es fließen satte 8A! Das ist unglaublich!
Stellt eun nur mal vor, eine normale LED verkraftet 20mA. Das ist 400000 mal weniger Strom.
Ich kann es gar nicht fassen, was sich in der LED-Technik getan hat!
Gut, beruflich arbeite ich manchmal mit Beschriftungslasern, die LED oder besser der LED-Stack wird von Ingenieuren, per Hand, unter dem Mikroskop gelötet. Die LED hat Löcher für Kühlwasser, direkt auf dem Substrat. Es fließen Ströme bis zu 40A durch die Dioden, um einen 34W Laserstrahl zu erzeugen. Das ist aber eine ganz andere Liga, wir sind hier in Preisregionen von 10000€ pro LED Stack, bei einer Haltbarkeit von 10000 Betriebsstunden. Und einfach selbst ansteuern ist auch nicht drinn.
Die LED hier ist eher so ein Bastlerteil.
thinkJD
Hackea wie der Einkauf auch für Geeks interssant wird
Wenn ich durch den Ikea gehe, ich bleibe bei der Wahrheit, gehen muss, male ich mir oft aus, wie man die Sachen zweckentfremden könnte. Vor allem wenn man einen Hack mit Licht vor hat, sollte man sich dort unbedingt mal umschauen. LED-strips wie "Dioder" sind fast nicht günstiger zu bekommen.
Um euch auch etwas zu inspirieren, könnt ihr ja mal das folgende Video anschauen.
Hackea a lamp oriented Arduino workshop from AlluvioneMediatica on Vimeo.
