Hallo,
ich bin mir nicht sicher, ob ich das richtige Forum/Unterforum gewählt
habe. Falls nicht, bitte um Weiterleitung.
Ich möchte folgendes bauen:
Eine Lichtinstallation für zu Hause mit ca. 25 12v Glübirnen (jeweils
ca. 5-10 Watt) in einer Matrix angeordnet (5x5). Jede der Birnen soll
über einen Mikrocontroller einzeln angesteuert werden und hoch und
runter gedimmt werden in zu progammierenden Mustern.
Was brauche ich Eurer Meinung nach um das umzusetzen?
Arduino? MOSFET-Schaltungen?
Ich habe noch keinerlei Ahnung davon, möchte es aber umsetzen und dabei
lernen. Habe viel recherchiert, aber nichts in der Richtung gefunden,
was mir weiterhelfen könnte.
Meine Annahme: jede Birne an einen MOSFET anschliessen, alle MOSFETs
werden gemeinsam über einen einzigen Mikrocontroller angesteuert (z.B.
Attiny, Arduino)
Es wäre toll wenn mir jemand ein paar Stichwort zuwerfen könnte wonach
ich überhaupt suchen muss.
Vielen Dank!
Deine Annahme ist richtig.
Allerdings haben die üblichen Mikrocontroller nicht so viele PWM
Ausgänge. Du kannst das PWM Signal allerdings per Software "Zu Fuß"
erzeugen. Dazu könntest du einen Timer verwenden, und in der
Interruptroutine die Pins zum gewünschten Zeitpunkt auf High bzw. Low
schalten.
Wenn der Mikrocontroller nicht genug I/O Pins hat, bieten sich
Schieberegister wie das 74HC595 an. Man kann mehrere davon verketten.
Kai schrieb:> Meine Annahme: jede Birne an einen MOSFET anschliessen, alle MOSFETs> werden gemeinsam über einen einzigen Mikrocontroller angesteuert (z.B.> Attiny, Arduino)
Richtig. Die Glühbirnen müssen aber mit 12V Gleichstrom versorgt werden,
also nicht direkt aus einem Trafo. Bei 25*10W brauchst du ein sehr
kräftiges Netzteil dafür.
Warum Glühbirnen und keine LEDs (stromsparender)?
Kai schrieb:> Ich möchte folgendes bauen:>> Eine Lichtinstallation für zu Hause mit ca. 25 12v Glübirnen (jeweils> ca. 5-10 Watt) in einer Matrix angeordnet (5x5). Jede der Birnen soll> über einen Mikrocontroller einzeln angesteuert werden und hoch und> runter gedimmt werden in zu progammierenden Mustern.>> Was brauche ich Eurer Meinung nach um das umzusetzen?>> Arduino? MOSFET-Schaltungen?
Man kann es mit einem Arduino machen, aber auch jeder andere µC kann die
Steuerung übernehmen, wichtig ist einzig und allein, dass er noch zehn
freie Pins hat, nämlich je fünf für die Zeilen und Spalten deiner
Matrix.
> Meine Annahme: jede Birne an einen MOSFET anschliessen
Nö, je ein MOSFET pro Zeile und pro Spalte, also insgesamt zehn.
Alles andere passiert in Software. Das ist ziemlich unkritisch, weil
Glühlampen der von dir genannten Klasse thermisch ziemlich träge sind.
Das kann man also selbst mit dem ultralangsamen Pinwackeln der
Arduino-Softwaregülle noch hinreichend gut hinbekommen.
Da ist der Scheiß wenigstens mal zu was nütze, nämlich dem Delinquenten
das Prinzip von Matrixsteuerungen nahe zu bringen, insbesondere solchen,
die mit einer PWM kombiniert sein sollen.
Wenn du das auf Grundlage des Arduinio-Frameworks selber programmiert
hast, dann hast du am Ende wirklich das Prinzip verstanden. Und wenn du
dann stolz dieses Prinzip auf LEDs übertragen möchtest, lernst du gleich
auf die ganze harte Tour, warum das Arduino-Framework Gülle ist.
Gleich zwei Lernziele zum Preis von einem erreicht, das nennt man
Lerneffizienz...
Kai schrieb:> Meine Annahme: jede Birne an einen MOSFET anschliessen, alle MOSFETs> werden gemeinsam über einen einzigen Mikrocontroller angesteuert
Kann man machen, wenn der MOSFET den Kaltstrom der Glühbirne aushält
(12V/Innenwiderstand).
Multiplexen macht nicht viel Sinn, zwar mitteln Glühbirnen die Leistung,
aber einerseits leiten Glühbirnen den Strom in beide Richtungen,
bräuchten also eine zusätzliche Diode pro Glühbirne und damit auch nicht
weniger Bauteile, zum anderen sind die Ströme recht hoch, einerseits
schon 5 mal so hoch wegen Multiplex und dann noch 10 mal so hoch wengen
Kalteinschaltstrom.
Aber wir wissen NATÜRLICH dank deiner oberflächlich uninformativen
Beschreibung nicht, ob due 50mA E5 Winzigbirnen oder 100W Halogen
verwenden willst.
Achte auf ein ausreichend leistungsstarkes Netzteil, sonst bricht dir
die Versorgungsspannung beim Einschalten aller Glühbirnen zusammen. Es
lohnt sich, sie vorzuheizen, und zwar beginnen mit einer der Reihe nach.
Ebenso problemlos könnte man 25 230V~ Glühlampen mit TRIACs ansteuern,
nur liegt der uC dann auf Netzspannungspotential.
Michael B. schrieb:> Aber wir wissen NATÜRLICH dank deiner oberflächlich uninformativen> Beschreibung nicht, ob due 50mA E5 Winzigbirnen oder 100W Halogen> verwenden willst.
Wer lesen kann, ist im Vorteil.
Zitat:"12v Glübirnen (jeweils ca. 5-10 Watt)"
Harald W. schrieb:> Michael B. schrieb:>>> Aber wir wissen NATÜRLICH dank deiner oberflächlich uninformativen>> Beschreibung nicht, ob due 50mA E5 Winzigbirnen oder 100W Halogen>> verwenden willst.>> Wer lesen kann, ist im Vorteil.> Zitat:"12v Glübirnen (jeweils ca. 5-10 Watt)"
Sei nachsichtig, Harald, das ist laberkopp.
Joe F. schrieb:> Wird dann aber ziemlich funzelig, wenn man das mit 12V betreibt...
Kann mich nicht erinnern, das die verfügbare Betriebsspannung vorgegeben
war. Vorgegeben war nur die Nennspannung der Glühlampen. Aber drauf
geschissen, selbst wenn nur 12V verfügbar sind:
Bei einem 1:5-Mux wird's bei Glühlampen noch nicht wirklich funzelig.
Dank thermischer Trägheit und thermischer Widerstands-Kennlinie der
Glühlampen einerseits und Beschränkungen der menschlichen
Sinneswahrnehmungen andererseits würden wir ("wir"=normale Menschen) den
Helligkeitsunterschied nur im direkten Vergleich bemerken können...
Mit "funzelig" meinte ich auch nicht, dass man flackern wahrnehmen kann,
sondern dass die Glühbirnen mit nur noch 1/5 der Leistung betrieben
werden (bei 1:5 Muxing).
Ich gehe mal davon aus, dass die Versorgungsspannung 12V beträgt. Die
ansonsten für volle Leistung nötigen 60V wären dann schon in einem nicht
mehr ganz ungefährlichen Spannungsbereich (>48V).
Deswegen nochmal die Frage: warum Glühbirnen und keine LEDs?
c-hater schrieb:> selbst wenn nur 12V verfügbar sind:>> Bei einem 1:5-Mux wird's bei Glühlampen noch nicht wirklich funzelig.> Dank thermischer Trägheit und thermischer Widerstands-Kennlinie der> Glühlampen einerseits und Beschränkungen der menschlichen> Sinneswahrnehmungen andererseits würden wir ("wir"=normale Menschen) den> Helligkeitsunterschied nur im direkten Vergleich bemerken können...
Mal wieder hanebüchener Quatsch des c-hater.
Eine 12V 10W Glühlampe die nur 1/5 der Zeit mit 12V versorgt wird,
bekommt 1/5 der Leistung, also 2W ab, leuchtet damit so hell wie
dieselbe Glühbirne an dauerhaften 4.8V, nämlich mit etwa 5% der
Helligkeit und ganz schön rötlich.
https://de.wikipedia.org/wiki/Gl%C3%BChlampe#/media/File:Helldiagram.jpg
Alle normalen Menschen erkennen das sofort als verdammt dunkel und
funzelig, du gehörst also offenkundig nicht zum "wir".
Joe F. schrieb:> Die> ansonsten für volle Leistung nötigen 60V wären...
Wie kommst Du auf 60V?
Ich rechne da ca. 27V.
(ohne Verluste an Halbleitern oder Berücksichtigung des
Kaltleiterverhaltens)
Michael B. schrieb:> Eine 12V 10W Glühlampe die nur 1/5 der Zeit mit 12V versorgt wird,> bekommt 1/5 der Leistung, also 2W ab
Nein nicht ganz. Der Effektivwert der Spannung beträgt ca. 5,37V.
Hi
Selber plane ich eine interaktive Treppenbeleuchtung, wo jede Stufe
einen eigenen ATtiny45 bekommt.
An Diesem ist per FET ein LED-Stripe (12V, 15 LED, weiß, eigentlich so
KFZ-Tagfahrlichter in flexibel) angeschlossen, akut ein PIR sowie die
Nachbar-Stufen, damit ich mit Diesen kommunizieren kann.
Soll heißen: pack an jedes Birnchen einen kleinen µC und sagen Diesem,
was Er mit Seiner Lampe anstellen soll.
Im Garten denke ich, werde ich auf Funk gehen, jedes Lämpchen bekommt
eine eigene 'ID' und das Wissen, welche IDs die Nachbarn haben, um einen
ähnlichen Effekt hinzubekommen.
Durch die separaten µC keinen großartigen Drahtverhau zwischen den
Einzellampen, Wie Das wohl bei einem Zentral-Controller herkommen würde.
MfG
Stefan U. schrieb:> Deine Annahme ist richtig.>> Allerdings haben die üblichen Mikrocontroller nicht so viele PWM> Ausgänge. Du kannst das PWM Signal allerdings per Software "Zu Fuß"
Kai,
bevor Du an einer aufwendigen Programmierung verzweifelst, die neben
Multiplexing 5Row/5Column auch noch sauber jede einzelne Glühlampe
dimmen soll, würde ich eher das hier nehmen:
Für viele PWM Kanäle skaliert Hardware PWM viel besser. Nimm z.B. das
hier (24 Kanal)
https://www.adafruit.com/product/1429, den 25. steuert der
Microcontroller.
oder 2 hiervon auf Basis PCA9685https://eckstein-shop.de/Adafruit-16-Channel-12-bit-PWM-Servo-Driver-I2C-interface-PCA9685
Die (MOSFET) Treiber brauchst Du natürlich trotzdem.
Das ist ja Wahnsinn! Ich hätte nicht gedacht, dass sich innerhalb nur
ein paar Stunden so viele Leute die Zeit nehmen und etwas zu meinem
Anliegen schreiben. Vielen Dank an alle!
@ Stefan Us
Vielen Dank für die Stichworte. Das hilft schon einiges weiter, jetzt
weiß ich in was ich mich einlesen muss.
@ Joe
Genau, ich hatte 12V Gleichstrom vor, weil es ungefährlicher und
leichter handelbar ist.
LEDs wären ansich wahrscheinlich noch leichter umzusetzen, aber die
LED-Glühbirnen die ich bisher gesehen habe gefallen mir nicht so gut.
Ich möchte den Charme der richtigen Glühwendel, welche bei ganz wenig
Leistung vor sich glühen.
@ c-hater
ah, gut, also 10 freie Pins brauche in minimum, gut zu wissen.
Dass ich nur 1 MOSFET pro Zeile/Spalte brauche ist auch interessant,
hätte ich nicht gedacht.
Bin gerne bereit Arduino-Gülle als solche zu erkennen. Aber auch da muss
ich erst mal hinkommen. Danke für die Zuversicht :-)
Funzelig ist schon okay, so soll es sein, es soll nicht wirklich hell
werden sondern eher im Hintergrund sein.
@ Harald
Reihendiode, gut, danke, werde ich auch reinpacken.
@ Michael
An Kaltstrom oder ähnliches habe ich natürlich noch gar nicht gedacht.
Wusste bis eben nicht, dass es da Unterschiede gibt. Danke schon mal
dafür. Bin erstmal davon ausgegangen, dass die Birnen nicht so viel
ziehen bzw. überhaupt bekommen. Die Birnen sollen nur gerade angehen, so
dass man die glühende Wendel erkennt. Es sollen keine Halogenbirnen
sein, sondern z.B. 12V Niedrigvolt-Glühlampen (z.B. Duralamp) mit ca.
5-10 Watt. Vielleicht auch 40 Watt falls es keine schwächeren gibt. Aber
dann eben maximal gedrosselt.
Eine Reihe vorheizem, dann die nächste ist eine sehr gute Idee. So soll
es dann sein.
230V möchte ich erst mal vermeiden wenn möglich, bin in den Sachen noch
nicht so fit.
@ Patrick
Für jede Birne einen einzelen µC, aber die müssen dann doch auch wieder
irgendwoher gesagt bekommen, wie sie sich im gesamten Verbund der 25 Stk
zu verhalten haben, d.h. ich brauche dann in jedem Fall einen
übergeordneten µC, richtig? Was helfen dann die einzelen µC an den
Birnen? (bitte nicht angefriffen fühlen, es ist eine Frage eines
Unwissenden)
@ Retro Nerd
An Programmierung verzweifeln könnte schön passieren. Danke für den Tip
mit dem Adafruit. Das werde ich mir neben den anderen Tips hier mal
genau anschauen.
Wegen des Kaltstroms empfehle Ich eine Stromregelung. Damit ist der
Anlaufstrom begrenzt, aber trotzdem hoch genug, um die Lampe schnell an
zu bekommen und den erhöhten Widerstand zu nutzen. Strom bestromt man
sich tot!
Es kann Dir passieren, dass das ohne weiteres Kurzschlusströme bis 10A
fliessen, pro Lampe.
Kai D. schrieb:> Die LED-Glühbirnen die ich bisher gesehen habe gefallen mir nicht> so gut. Ich möchte den Charme der richtigen Glühwendel, welche bei> ganz wenig Leistung vor sich glühen.
Dann nimm Filament-LEDs.
Wenn für die Helligkeitsstufen 8-bit PWM ausreicht, kann man auch mit
einem einzigen AVR viele Kanäle (hier ATmega48 + 74HC4094 mit 64
Ausgängen) auskommen:
http://mino-elektronik.de/AVR_PWM_64/AVR_PWM_64.htm
Man braucht pro Ausgang allerdings noch einen kleinen MOSFET als
Treiber. Zum Beispiel einen IRLML2502https://www.reichelt.de/?ACTION=3;ARTICLE=108737;SEARCH=irlml%202Analog OPA schrieb:> Es kann Dir passieren, dass das ohne weiteres Kurzschlusströme bis 10A> fliessen, pro Lampe.
Das passiert nicht einfach so, sondern man kann es auch genau messen.
Sofern man bei MOSFETs Vgs nicht zu groß wählt, begrenzen diese den
Einschaltstrom selbstständig. Alternativ hilft ein Widerstand in der
Drain-Zuleitung, oder man läßt einen kleinen Heizstrom fließen: PWM <=
5%
Kai D. schrieb:> Kaltstrom
Der Kaltstrom einer Glühlampe ist etwa 10fach, bei Halogen 16-fach so
hoch. Das sollte der ansteuernde Transistor und das Netzteil für 25
Stück verkraften. Deshalb würde ich bis Deine Matrix+PWM-Programmierung
perfekt läuft erst mal mit jeweils einer Leuchtdiode üben und späääter
überlegen wie das Leistungsteil wartungsfreundlich angepasst werden kann
(andere Leiterplatte mit TO220-Transistorgrab od. über Optokoppler usw.
...
Kai D. schrieb:> Genau, ich hatte 12V Gleichstrom vor, weil es ungefährlicher und> leichter handelbar ist.
Dann brauchst du aber für jede Birne einen MosFet. 5-fach Multiplexing
mit 27V hätte zwar den Vorteil Fets einzusparen, du benötigst aber
zusätzliche Dioden, und wenn das Multiplexing mal hängen bleibt sind die
Birnen ratzfatz durhgebrannt. 25 Fets ist also besser zu handlen.
Hi
Kai D. schrieb:> @ Patrick> Für jede Birne einen einzelen µC, aber die müssen dann doch auch wieder> irgendwoher gesagt bekommen, wie sie sich im gesamten Verbund der 25 Stk> zu verhalten haben, d.h. ich brauche dann in jedem Fall einen> übergeordneten µC, richtig? Was helfen dann die einzelen µC an den> Birnen? (bitte nicht angefriffen fühlen, es ist eine Frage eines> Unwissenden)
Bei mir unterhalten sich die µC untereinander - eigentlich nennen Sie
Sich nur Ihre eigene 'Stufen-Nummer' und erkennen dadurch, ob Jemand auf
Sie zugelaufen kommt - wenn Ja, wird die Stufe heller, wenn Nein, wird
das aktuelle Programm abgearbeitet und zur nächsten Helligkeit weiter
geschaltet.
Hierbei sehe ich den Vorteil, daß die Verkabelung 'immer gleich' ist -
wenn eine längere Treppe beleuchtet werden soll, werden halt zwei
weitere 'Treppenstufen' verbaut.
Bei Deinem Vorhaben ist mir noch nicht ganz klar, wie die Lampen
leuchten sollen.
Nur vor sich hinfunzeln, ok, aber Alle gleich?
Warum dann die 5x5er Matrix?
Auch werden die Lampen wohl bei Helligkeit oder mitten in der Nacht
abgeschaltet.
Als Angriff habe ich Deine Ausführung wirklich nicht verstanden - kann
ja nicht Jeder so ticken, wie ich ;)
MfG
Michael B. schrieb:> Eine 12V 10W Glühlampe die nur 1/5 der Zeit mit 12V versorgt wird,> bekommt 1/5 der Leistung, also 2W ab, leuchtet damit so hell wie> dieselbe Glühbirne an dauerhaften 4.8V, nämlich mit etwa 5% der> Helligkeit und ganz schön rötlich.
Eine Glühlampe, die 1/5 der Zeit mit 12V versorgt wird, bekommt bestimmt
nicht 1/5 der Leistung, denn das würde bedeuten, dass der Widerstand der
Glühbirne unabhängig von ihrer Temperatur/Helligkeit ist. Und wie du
schon richtig schreibst, leuchtet eine Grlühbirne, die unterhalb ihrer
Nennleistung betrieben wird, ganz schön rötlich und hat eine
entsprechend niedrige Temperatur.
https://de.wikipedia.org/wiki/Schwarzer_K%C3%B6rper
Der lineare Widerstandstemperaturkoeffizient von Wolfram liegt bei
4,1 ⋅ 10^−3 1/K
Wolfgang schrieb:> Eine Glühlampe, die 1/5 der Zeit mit 12V versorgt wird, bekommt bestimmt> nicht 1/5 der Leistung, denn das würde bedeuten, dass der Widerstand der> Glühbirne unabhängig von ihrer Temperatur/Helligkeit ist.
Ja, daher habe ich die Helligkeit an einem (verlinkten) Diagramm
abgelesen, das bereits die Korrektur für den durch niedrigere Wärme
sinkenden Widerstand und steigenden Strom beinhaltet.
Patrick J. schrieb:> wie die Lampen leuchten sollen.> Nur vor sich hinfunzeln, ok, aber Alle gleich?
Zum Lampentest oder bei Fehlern wird er wohl das VOLLE Licht
brauchen/haben. Daher ist die einzelne Ansteuerung schon schön, aber bei
dem Strooom und der Leitungslänge ist auch mit Spannungsabfall und
diversen EMV-Überraschungen zu rechnen.
Michael B. schrieb:> Ja, daher habe ich die Helligkeit an einem (verlinkten) Diagramm> abgelesen, das bereits die Korrektur für den durch niedrigere Wärme> sinkenden Widerstand und steigenden Strom beinhaltet.
Eben. An diesem gesunkenen Widerstand wird, verglichen mit der
Nennleistung bei einem Tastverhältnis von 20% nicht 20% der
Nennleistung in Wärme umgesetzt, weil sich der Widerstand gegenüber dem
Nennbetriebspunkt geändert hat.
Wenn der Multiplexer warum auch immer stehen bleibt, wird eine Reihe
Glühlampen durchbrennen - ohne besondere Schutzschaltung. Ich würde
daher ohne Erfahren zu sein nicht multiplexen.
Vielen herzlichen Dank an alle, die sich hier die Zeit genommen haben
und Tips und Anregungen eingebracht haben.
Jetzt habe ich einen guten Überblick, wie ich an die Aufgabe rangehen
kann und was die kritischen Fragestellungen sind.
Jetzt geht`s an die Umsetzung, was aber nicht so schnell gehen wird.
Sollte ich irgendetwas halbwegs Funktionierendes hinbekommen, teile ich
hier meine Erfahrung.
Viele Grüße
Kai
Die vorgeschlagenen Schieberegister mit globaler PWM (also alle gleich)
ist kein Problem. Wenn aber jeder Ausgang seine eigene Helligkeit und
das dann womöglich noch dynamisch bekommen soll, dann würde ich zum
TLC5940 greifen und an dessen für LEDs konzipierte Ausgänge die LED
eines Foto-MOS Optokopplers hängen. Geht sicherlich auch in Software,
aber das ist dann schon ganz hohe Kunst ;-)
Ich würde wie schon vorgeschlagen den PCA9685
für die PWM nehmen und für jede Glühbirne einen
BTS5090-1EJA
Smart High-Side Power Switch
• Most suitable for loads with high inrush current, such as lamps
Harald W. schrieb:> Kai D. schrieb:>>> Die LED-Glühbirnen die ich bisher gesehen habe gefallen mir nicht>> so gut. Ich möchte den Charme der richtigen Glühwendel, welche bei>> ganz wenig Leistung vor sich glühen.>> Dann nimm Filament-LEDs.
Und die ändern auch ihre Farbe ins Rötliche, wenn man sie dimmt?
25 Birnen muß man nicht multiplexen, Einzelansteuerung ist deutlich
einfacher und günstiger.
Eine PWM kann man in Software machen, durch die hohe thermische Trägheit
der 12V Birnen braucht es keine hohe PWM-Frequenz.
Die thermische Trägheit sieht man gut in der alten Knight-Rider Serie.
Die Birnen werden einfach nur umgeschaltet, das Faden ist allein die
thermische Trägheit. Vermutlich haben die damals ein Schrittschaltwerk
dafür verwendet.
