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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Microcontroller-Uhr puffern


Autor: Jens (Gast)
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Hallo,

ich möchte für meine Schwester eine kleine Uhr bauen, die die Zeit über 
ein paar LEDs anzeigt, im Anhang der Schaltplan.

Wenn die Uhr vom Netz genommen wird, sollen die LEDs automatisch 
ausgehen, und die Uhr ansonsten normal weiterzählen. Da ich den vollen 
Takt des uC benötige, fällt ein sleep mode des uC leider aus.

Daher dachte ich, ich verwende einen Akku parallel zur Schaltung, der 
einfach beim Betrieb auch am Saft hängt und somit geladen wird (*).

Über den Widerstand R11 fallen beim Betrieb mit dem Netzteil über JP1 5V 
ab, die der Digitaleingang misst (d.h. umwandelt in JA, NEIN). Wenn also 
die Spannung bei JP1 wegfällt (denn sie ist entweder da oder nicht, 
dazwischen gibt's nichts) ist irgendwann eine null am RB2. Dann werden 
die Schieberegister automatisch auf 0 gesetzt und die LEDs sind aus.

Der kritische Punkt (*): Welchen Akku nehme ich da? Er sollte einfach zu 
laden sein, da ich nicht zu viel Platz in dem Gehäuse habe. Was 
empfiehlt sich da?

Danke für eure Hilfe,
viele Grüße,
Jens

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Keinen Akku. Nimm 3 Trockenzellen; Bei Deiner Schaltung kannst Du die 
vermutlich ohne weitere Maßnahmen wie im Plan parallelhängen.

Autor: Heiko (Gast)
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Nimm doch ne RTC als extra IC mit integrierter Pufferbatterie, hat den 
weiteren Vorteil das es sehr exakt ist!

Autor: Jens (Gast)
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Hallo,

danke für eure Antworten.

Also mit "normalen" Battierien würde es auch funktionieren, meinst du? 
Dann fehlt da aber noch eine Diode, der Schaltplan wäre dann wie aktuell 
angehängt.

Eine RTC wäre auch eine Lösung, aber da möchte ich mich noch nicht so 
wirklich heranwagen, da die Uhr schon relativ kurzfristig fertig werden 
soll, und ich mich in die RTCs (gerade I2C) noch richtig einarbeiten 
müsste.

Jens

Autor: Lehrmann Michael (ubimbo)
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Jens schrieb:
> Eine RTC wäre auch eine Lösung, aber da möchte ich mich noch nicht so
> wirklich heranwagen, da die Uhr schon relativ kurzfristig fertig werden
> soll, und ich mich in die RTCs (gerade I2C) noch richtig einarbeiten
> müsste.

Soso - erzähl mal wie du aus 4 MHz ein 1-Sekundensignal erzeugen 
möchtest ... (also mal vorrechnen).
Nicht umsonst gibt es verschiedene Uhrenquarze.

Auch von der Genauigkeit solltest du dir Gedanken machen. Bei einem 
normalen Grundtonquarz mit 30ppm darfst du erfahrungsgemäß schon mit 15 
Minuten pro Jahr Ungenauigkeit rechnen. Literatur dazu:
http://www.sprut.de/electronic/pic/programm/lcduhr...
http://www.sprut.de/electronic/pic/programm/lcduhr...
http://www.sprut.de/electronic/mess/frequenz.htm

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Kommt drauf an wie stabil Deine 5V sind. Zusammen mit D1 liegst Du eh 
schon in Höhe der Batteriespannung, eher leicht darunter, damit kann 
auch kein Strom in die Batterien reinfließen. Also kann man auf die 
Diode verzichten. Wie gesagt es kommt auf den Rest der Schaltung an.

Autor: Lukas K. (carrotindustries)
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Lehrmann Michael schrieb:
> 4 MHz ein 1-Sekundensignal erzeugen
> möchtest ... (also mal vorrechnen).
Durch 4e6 Teilen? Diesen Teilerfaktor kannst du zum Kompensieren des 
Fehlers entsprechend verändern.

Autor: Jens (Gast)
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Also ich werde ein 4.194304MHz-Quarz verwenden, ich habe oben nur 4MHz 
reingeschrieben weil es kürzer ist ;-) Ich habe festgestellt, dass diese 
4.194304MHz-Sache mir persönlich an Genauigkeit durchaus reicht, das ist 
besser als einige Armbanduhren die ich kenne.

Na gut, es kommen +5V von JP1, nach der Diode sind das 4.3V, und an den 
Batterien liegt zu Beginn 4.5V unter Last, wenn sie etwas verbraucht 
sind ja noch tendenziell weniger. Das ist doch das Problem: Wenn die 
irgendwann mal fast leer sind, kommt da nicht mehr wirklich Saft raus, 
und dann kann Strom in die Batterien reinfließen - also lieber die Diode 
dadran.

Problem ist dann nur: 4.5V - 0.7V = 3.8V und das ist wohl kaum genug für 
den PIC, der bei 4.5V noch so gerade läuft...

Gibt es noch andere Lösungen, oder klappt das doch?

Jens

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> Das ist doch das Problem: Wenn die
> irgendwann mal fast leer sind, kommt da nicht mehr wirklich Saft raus,
> und dann kann Strom in die Batterien reinfließen

Stimmt, macht aber nix. Da fließen wenige mA, den Batterien tut das nix.
Sieh es mal anders: es gibt sogar Ladegeräte für 1,5V-"Akkus" - das ist 
nichts anderes als Trockenbatterien mit einem anderen Aufkleber. Und 
teurer natürlich.
Alkali-Mangan-Batterien kann man durchaus (vorsichtig) laden.

Autor: oldy (Gast)
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Wieso du kannst doch bis 3V den Pic betreiben.
Passt doch so.
Siehe Datenblatt.
Was soll die Diode D1 da ? Macht keinen Sinn, weil die
Batteriespannung kleiner ist.

Autor: G a s t (Gast)
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Wenn die Uhr genauer laufen soll, brauchst du vermutlich noch einen 
Trimmkondensator für den genauen Frequenzabgleich.

Falls du sonst keine Rechenleistung brauchst, würde sich ein Uhrenquarz 
(32768kHz) anbieten. Dann spart der uC im Batteriebetrieb noch mal 
kräftig.

Autor: Jens (Gast)
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Die Diode D1 ist da, damit der PIC "merkt" wenn ihm der Saft abgedreht 
wird und er von den Batterien versorgt wird.

Micha H. schrieb:
> Stimmt, macht aber nix. Da fließen wenige mA, den Batterien tut das nix.

Und da bist du dir sicher? Ich kenne mich nicht so wirklich mit 
Batterien aus, da ich eigentlich alles auf dem Tisch vom Labornetzteil 
versorge. Welche Batterien würde ich dann idealerweise nehmen? Dachte an 
drei 1.5V-Mikro-Batterien in Serie. Aber welcher Typ?

oldy schrieb:
> Wieso du kannst doch bis 3V den Pic betreiben.
> Passt doch so.
> Siehe Datenblatt.

Also ich weiß ja nicht in welches Datenblatt du geguckt hast, aber bei 
mir steht da 4.5V..5.5V bei den operating conditions. Oder wo hast du 
geguckt?

Gruß
Jens

Autor: oldy (Gast)
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Das ist die Angabe bei 20 Mhz die du aber nicht hast.
Du sagst doch du hast nur ca. 4Mhz. Steht aber auch im
Datenblatt was du für eine Spannung bei 4 Mhz haben kannst.
Nämlich 3V

Autor: Jens (Gast)
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G a s t schrieb:
> Falls du sonst keine Rechenleistung brauchst, würde sich ein Uhrenquarz
> (32768kHz) anbieten. Dann spart der uC im Batteriebetrieb noch mal
> kräftig.

Hmm, ich werde die helligkeit der LEDs PWMen, daher weiß ich nicht so 
recht ob das dann noch mit 32768kHz funktioniert... Eigtentlich braucht 
PWM ja keine außerordentlich hohe Frequenz, sodass das klapoen dürfte, 
oder?

Gruß
Jens

Autor: Hans Mayer (hansilein)
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aus dem Datenblatt

Autor: Jens (Gast)
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Jo habe ich auch gerade gefunden.. Danke, das wusste ich vorher so 
nicht!

Also gut, dann wird es wohl funktionieren nur mit der Diode D1 und 
anstelle des Akkus G1 einfach drei Mikro-1.5V-Batterien zu verwenden. 
Welche Typen nehme ich da am besten?

Gruß
Jens

Autor: oldy (Gast)
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Batterie kannst du nehmen was du willst. Soll ja nur im
Notfall einspringen. Und normale Batterien halten schon 1,5 Jahre
bevor sie leer werden.
Aber eine Uhr zu machen mit dem internen Timer ist nicht
besonders genau. In wenigen Tagen hast du da schon eine große
Abweichung. Vielleicht im Programm eine Kerrektur einbauen
die die Zeit wieder richtig setzt.

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Lehrmann Michael schrieb:
> Soso - erzähl mal wie du aus 4 MHz ein 1-Sekundensignal erzeugen
> möchtest ... (also mal vorrechnen).

Ich rechne sowas nie aus, dazu bin ich zu faul.
Ich schreib nur die Formel hin und der Compiler rechnet die Konstanten 
selber aus.
Ich gehe mal davon aus, daß dieser PIC einen Timer hat und damit kann 
man dann zyklusgenau runterteilen und nen Interrupt ausführen.

Timer haben üblicher Weise nen Auto-Preload oder Clear on Compare Mode, 
sodaß die Eintrittszeit des Interrupts keine Rolle spelt.

Bei nem AVR geht das z.B. so:
Beitrag "Die genaue Sekunde / RTC"


Viele MCs haben auch nen speziellen Timermode, wo die CPU schläft und 
nur der Timer mit nem 32kHz Quarz weiterläuft. Da fließen dann nur etwa 
1µA und ein Goldcap 1F reicht für nen Monat Gangreserve.


Peter

Autor: Peter Dannegger (peda)
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oldy schrieb:
> Aber eine Uhr zu machen mit dem internen Timer ist nicht
> besonders genau.

Das ist Quatsch mit Soße.
Ein Timer zählt zyklusgenau. Wie genau die Uhr ist, bestimmt allein der 
Quarz.
Normale CPU Quarze kriegt man so abgeglichen, daß man auf wenige 
Sekunden pro Jahr kommt.


Peter

Autor: Sam .. (sam1994)
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oldy schrieb:
> Aber eine Uhr zu machen mit dem internen Timer ist nicht
> besonders genau. In wenigen Tagen hast du da schon eine große
> Abweichung. Vielleicht im Programm eine Kerrektur einbauen
> die die Zeit wieder richtig setzt.

Was hat das mit dem Internen Timer zu tun? Der zählt auch nur Takte und 
zwar exakt! Man kann sehr gut eine Uhr mit externem Quarz bauen, man 
sollte allerdiungs die genaue Quarzfrequenz ins Programm eintragen 
(durch Messungen bestimmbar). Und bei einem 32kHz Quarz macht sich eine 
abweichung der Frequenz viel stärker bemerbar als bei einem 4Mhz.

Das wichtigste: Ein 32kHz oder 4Mhz Quarz wird alles andere haben aber 
nicht 32kHz bzw. 4Mhz haben. Kein Quarz ist 100% genau.


Nimm den 4Mhz Quarz. Fürs Stromsparen gibts den SleepMode.

Batterien könnten übrigens explodieren, wenn Strom in sie rein fließt. 
Riskieren würde ich das nicht.

Autor: Jens (Gast)
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Hmm, jetzt habe ich hier zwei verschiedene Äußerungen:

1) Batterien explodieren, wenn Strom reinfließt

2) Die Verschaltung nach der ersten Abbildung ist möglich mit Batterien, 
da passiert nichts

Was ist denn jetzt zutreffend? Irgendwie doch widersprüchlich.

Gruß
der verwirrte Jens

Autor: Tobias W. (hacker-tobi)
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Hi,

prinzipiell können Batterien einige mA strom ab. Aber in deiner 
Schaltung wäre da nichts, was denn Strom begrenzt. Ergo las die Diode 
drin. Mache ich bei meinen Uhren genauso. Seits des Prozessors bekommst 
du da bei 4 MHz keine Probleme, und auch die Batterien müssen nicht 
leiden.

Was noch eine Überlegung wäre, wäre die Versorgung von IC2 und IC3 vor 
D1 zu legen, dann ziehen die keinen Strom aus dem Akku, wenn die Uhr auf 
Batteriebetrieb läuft.

gruß

tobi

Autor: Jens (Gast)
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Hallo Tobi,

gute Idee mit den Registern, ja klar, die kommen dann noch davor.

Was ist nun mit 4MHz vs 32,768kHz? Die Frage ist, ob der PWM des PICs 
dann noch zuverlässig funktioniert, doch in meinem Datenblatt finde ich 
dazu keine Angaben.. Gibt es da Einschätzungen?

Gruß
Jens

Autor: Peter Dannegger (peda)
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Jens schrieb:
> Was ist nun mit 4MHz vs 32,768kHz? Die Frage ist, ob der PWM des PICs
> dann noch zuverlässig funktioniert

Einfach mal rechnen, 8Bit-PWM sollte reichen:
32kHz / 256 = 128Hz.
Über 100Hz ist o.k.
Der /OE muß dazu an einem PWM-Ausgang liegen.


Peter

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> 1) Batterien explodieren, wenn Strom reinfließt

Sagt wer?

> 2) Die Verschaltung nach der ersten Abbildung ist möglich mit Batterien,
> da passiert nichts

Genau, der mögliche Strom ist zu gering.

Klar ist es legitim und zeugt von Mitdenken wenn Du das zunächst nicht 
so einfach glaubst. Also probier es einfach mal aus, mit 3 Zellen in 
Reihe (die billigen vom Discounter sind genau richtig) und hänge die an 
ein einstellbares Netzteil und auch noch einen Widerstand, der den 
Verbraucher (uC) simuliert. Dann fährst Du die möglichen Spannungen ab 
und misst dabei den Strom. Schon bist Du überzeugt ;-)

Edit: die üblichen Trockenzellenlader arbeiten mit 1,65V/Zelle 
(allerdings strombegrenzt), da bist Du weit weg davon.

Autor: Jens (Gast)
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Peter Dannegger schrieb:
> Einfach mal rechnen, 8Bit-PWM sollte reichen:
> 32kHz / 256 = 128Hz.
> Über 100Hz ist o.k.
> Der /OE muß dazu an einem PWM-Ausgang liegen.

Jo danke, der RB3 ist der PWM-Ausgang, das hatte ich schon so 
eingeplant. Ich bin immer wieder verwirrt, wenn es um Taktfrequenzen 
geht, habe das Gefühl, dass ich da noch Einiges nachholen muss.


Micha H. schrieb:
> Sagt wer?

Das hatte mich verwirrt:

Samuel K. schrieb:
> Batterien könnten übrigens explodieren, wenn Strom in sie rein fließt.

Micha, danke für die Antwort. Ich werde mir Montag mal einen Packen 
1.5V-Mikrobatterien beim Netto kaufen gehen und damit 
rumexperimentieren.

Gruß
Jens

Autor: Sam .. (sam1994)
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Micha H. schrieb:
> Edit: die üblichen Trockenzellenlader arbeiten mit 1,65V/Zelle
> (allerdings strombegrenzt), da bist Du weit weg davon.

Es geht hier um Batterien, nicht um Akkus.

Micha H. schrieb:
> Jens schrieb:
>> 1) Batterien explodieren, wenn Strom reinfließt

Ich habe geschrieben sie könnten explodieren.

Micha H. schrieb:
>> 2) Die Verschaltung nach der ersten Abbildung ist möglich mit Batterien,
>> da passiert nichts

Wie bei den AKWs.


Ich würde eine Diode dranhängen, schließlich kriegt man die ja 
hinterhergeworfen.

Micha H. schrieb:
> Genau, der mögliche Strom ist zu gering.

Und wenn doch mal mehr fließt?

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> Das hatte mich verwirrt:
>
> Samuel K. schrieb:
>> Batterien könnten übrigens explodieren, wenn Strom in sie rein fließt.

Das ist ganz einfach zu entkräften. Eine chemische Explosion ist deshalb 
ausgeschlossen, weil in Alkali-Mangan-Batterien keine Chemikalien 
beteiligt sind, die zu heftiger exothermer Reaktion fähig sind.
Bleibt die theoretische Möglichkeit einer physikalischen Explosion. Aber 
auch das ist ausgeschlossen, weil der elektrische Energieinhalt einfach 
nicht ausreicht, um das Teil innerhalb von Sekundenbruchteilen soweit zu 
erhitzen, daß Elektrolyt verdampft. Selbst bei direktem Kurzschluß 
fließen nur wenige Ampere, und auch das nur in den ersten Sekunden, dann 
wird sie hochohmig, sie wird also allenfals warm.
Beim Laden müßte man schon mit erheblicher Überspannung drangehen, um 
genügend Strom durchzupressen, aber man darf ja auch gerne Brain 1.0 
einsetzen, um sowas zu vermeiden.
Explosionen bei Trockenbatterien gibt es nicht, das ist eine Mär von 
ahnungslosen Bedenkenträgern.
Bleisäurebatterien können u.U. explodieren, LiIon können bei grober 
Fehlbehandlung Verpuffungen erzeugen. Trockenbatterien nicht. Beim Laden 
im mA-Bereich ist einfach viel zu wenig Energie dazu vorhanden.

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Samuel K. schrieb:
> Wie bei den AKWs.

Nicht alles was hinkt ist ein Vergleich.

> Micha H. schrieb:
>> Genau, der mögliche Strom ist zu gering.
>
> Und wenn doch mal mehr fließt?

Und der soll wo genau nochmal herkommen?

Autor: Sam .. (sam1994)
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Micha H. schrieb:
> Samuel K. schrieb:
>> Wie bei den AKWs.
>
> Nicht alles was hinkt ist ein Vergleich.

Hat man damals auch gedacht!
SCNR

>> Micha H. schrieb:
>>> Genau, der mögliche Strom ist zu gering.
>>
>> Und wenn doch mal mehr fließt?
>
> Und der soll wo genau nochmal herkommen?

Kurzschluss?

Autor: Jens (Gast)
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Aber warum sollte sich auf einmal ein Kurzschluss in meiner Schaltung 
ereignen?

Autor: Tüll (Gast)
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Micha H. schrieb:
> Das ist ganz einfach zu entkräften.
> Explosionen bei Trockenbatterien gibt es nicht, das ist eine Mär von
> ahnungslosen Bedenkenträgern

http://johnbokma.com/mexit/2007/06/22/exploding-9v...

Youtube-Video "leong tak heng - energizer battery explode today"
(sorry, langweiligstes video auf youtube... einfach zum Schluss klicken)


Ich hab jetzt auch nicht wahnsinnige Angst vor Batterien, aber passieren 
kann sowas eben doch.

Autor: Tüll (Gast)
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Autor: Sam .. (sam1994)
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Jens schrieb:
> Aber warum sollte sich auf einmal ein Kurzschluss in meiner Schaltung
> ereignen?

Ach warum sollte ein AKW explodieren...

Spaß bei seite:
Das muss nur ein tropfen Wasser reinkommen.

Du kannst die auch weglassen, es ist relativ unwahrscheinlich. Ich würde 
sie dazubauen.

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Samuel K. schrieb:
>> Nicht alles was hinkt ist ein Vergleich.
>
> Hat man damals auch gedacht!

Du hast anscheinend keine Ahnung von Primärelementen, da spielen sich 
keine atomaren Zerfallsprozesse ab.
Ebenso scheint es an Grundlagen zu fehlen. Gehe zurück auf Los, ziehe 
keine 4000 Kujambeln ein und beschäftige Dich mit dem Ohm´schen Gesetz, 
speziell in der Ausprägung I=U/R, anschließend mit Herrn Kirchhoff´s 
Maschenregel. In der Zwischenzeit lehne ich mich zurück, grinse breit 
und schiele auf die Schaltuhr bei mir in der Steckdose, wo exakt diese 
Schaltung angewendet wird.
Ich warte quasi sekündlich auf die Explosion der Zelle darin, und das 
seit über 15 Jahren.

Autor: Jens (Gast)
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Danke für die Links.

Ich denke ich werde es nun ein bisschen anders angehen. Ich verwende die 
gleiche Schaltung wie oben angegeben (die mit den zwei Dioden) und als 
Batterien werden drei Mikro-1.5V-Dinger drin sein.

Aber: Die Batterien werden - wenn die Schaltung vom Netzteil betrieben 
wird - mit einem Öffner-Reed-Relais von der Versorgung abgeklemmt (vor 
D1 also die Verbindung zum Auslöser des Relais), und erst zugeschaltet, 
wenn die Versorgung aussetzt, da dann das Reed-Relais schließt.

Das sollte dann sicher genug sein, was meint ihr?

Gruß
Jens

Autor: Jens (ein anderer) (Gast)
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Jens schrieb:
> Aber: Die Batterien werden - wenn die Schaltung vom Netzteil betrieben
> wird - mit einem Öffner-Reed-Relais von der Versorgung abgeklemmt (vor
> D1 also die Verbindung zum Auslöser des Relais), und erst zugeschaltet,
> wenn die Versorgung aussetzt, da dann das Reed-Relais schließt.

Warum das? Hast du kein Vertrauen in die Funktion der Diode vor den 
Batterien? Man kann es auch übertreiben. Wenn du es so machen willst, 
dann ist aber ein großer Elko vor dem Controller nötig, der die Spannung 
stützt, bis das Relais abgefallen ist und die Batterien die Versorgung 
übernehmen.

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Jens schrieb:
> Aber: Die Batterien werden - wenn die Schaltung vom Netzteil betrieben
> wird - mit einem Öffner-Reed-Relais von der Versorgung abgeklemmt

Angst vor Explosionen? ;-)

> Das sollte dann sicher genug sein, was meint ihr?

Wenn an Vdd ein genügend großer Kondensator hängt, wid das gehen. Bei 
einer lückenden Umschaltung würde ich aber ausreichend Zeit für einen 
intensiven Betatest einplanen.
Merke: je komplizierter die Schaltung, desto höher die 
Ausfallwahrscheinlichkeit. Wenn das Reedrelais einmal kleben bleibt war 
der ganze Aufwand sinnlos.

Autor: Jens (Gast)
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Micha H. schrieb:
> Angst vor Explosionen? ;-)

Na, irgendwie schon ;-) Ich mein, so ein Reed-Relais kostet nicht die 
Welt und wenn es mit dem großen Elko klappt, warum nicht. Dann werden 
die Batterien eben erst im Bedarfsfall zugeschaltet, als 
"Notstromaggregat" ;-)

Viele Grüße
Jens

Autor: Micha H. (mlh) Benutzerseite
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Jens schrieb:
>> Angst vor Explosionen? ;-)
>
> Na, irgendwie schon ;-)

Na gut, gegen (Aber-)Glaube helfen natürlich selbst physikalisch 
fundierte Begründungen und sogar selbst durchgeführte Versuche nicht.
Wenn Du befürchtest, daß im Fehlerfall -zig Ampere durch die Zellen 
gehen (wo auch immer die herkommen sollten -> Physik contra Glaube), 
dann müssen da Sicherungsmaßnahmen rein.

Wie gesagt, meine Schaltuhr funktioniert mit dieser Schaltung 
zuverlässig. EOD.

Autor: Jens (Gast)
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Micha H. schrieb:
> EOD.

Sowas überzeugt mich immer ganz stark.

Autor: Jens (Gast)
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Micha H. schrieb:
> daß im Fehlerfall -zig Ampere durch die Zellen
> gehen (wo auch immer die herkommen sollten

Na gut, mein Steckernetzteil kann bis zu 1A liefern. Da hast du deinen 
Strom der recht groß ist.

Autor: Papst (Gast)
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Dann passt es doch wenn du dich von den Woodoopriestern überzeugen läßt.

Autor: Jens (Gast)
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