Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik µC + LED matrix batteriebetrieben


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von Felix Z. (f24)


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Hallo zusammen,

ich plane derzeit ein kleines Projekt bei dem ich momentan noch nicht 
sicher bin ob es nicht meine Kompetenz überschreitet. Dennoch möchte ich 
nichts unversucht lassen und frage mal hier nach.
Ich habe vor einen Schlüsselanhänger zu konstruieren, der auf Knopfdruck 
vorprogrammierte Wörte auf einer eingebauten LED Anzeige ausgiebt.

Ich hatte vor dazu einen Arduino Nano und eine LED Matrix zu verwenden. 
Das ganze würde ich mit einer Knopfbatterie betreiben.
Ich sollte wohl erwähnen, dass ich noch nicht all zu viel Erfahrung mit 
µC habe (nur ein wenig im Zuge meines Studium damit gearbeitet).

Sollte ich als Anfänger irgendetwas beachten, oder einfach mal drauf los 
arbeiten?
Ich freue mich über jede konstruktive Antwort.

beste Grüße,
Felix

von Hubert G. (hubertg)


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Felix Z. schrieb:
> Hallo zusammen,
>
> ich plane derzeit ein kleines Projekt bei dem ich momentan noch nicht
> sicher bin ob es nicht meine Kompetenz überschreitet. Dennoch möchte ich
> nichts unversucht lassen und frage mal hier nach.
> Ich habe vor einen Schlüsselanhänger zu konstruieren, der auf Knopfdruck
> vorprogrammierte Wörte auf einer eingebauten LED Anzeige ausgiebt.
>
> Ich hatte vor dazu einen Arduino Nano und eine LED Matrix zu verwenden.
> Das ganze würde ich mit einer Knopfbatterie betreiben.
> Ich sollte wohl erwähnen, dass ich noch nicht all zu viel Erfahrung mit
> µC habe (nur ein wenig im Zuge meines Studium damit gearbeitet).
>
> Sollte ich als Anfänger irgendetwas beachten, oder einfach mal drauf los
> arbeiten?
> Ich freue mich über jede konstruktive Antwort.
>
> beste Grüße,
> Felix

Mehrstellige Ledmatrix und Knopfzelle lassen sich schwer miteinander 
vereinbaren. Wird wohl eher auf LCD hinauslaufen.
Fang einfach mal an, wenn es Probleme gibt wird man die hier sicher 
weiterhelfen.

von Marc S. (darkchaos)


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Zunächst: Dir ist hoffentlich klar, dass obwohl bei einer LED Matrix nie 
alle LEDs gleichzeitig leuchten, du trotzdem den gleichen Energiebedarf 
hast?

Gehen wir mal von einer LED mit 20-30mA aus, dann hast du X Volt an der 
LED und 5-X V am Vorwiderstand (Mal 0.03A ergibt die Leistung).

Damit hast du schonmal 5V * 0.03A = 150mW pro LED Verlust. Wäre es eine 
8x4 Matrix musst du also 32 * 150mW = 4.8W Energiebedarf.

Nun musst du natürlich für dich wissen:
A) Wie viel Helligkeit benötige ich? Das musst du individuell mit deinen 
LEDs testen, die obigen 20-30mA machen halt schon "hell" bzw. sind auch 
in der Sonne sehr sichtbar.

B) Wie viel Prozent der Zeit ist er an? Bzw. wie lange soll er leuchten 
können. Wenn du das weißt, kanst du es mit der Leistung multiplizieren.

Bsp: 24h -> 115.2Wh

Als kleiner Vergleich: eine relativ kleine Motorradbatterie hat 12V 9Ah, 
also 108 Wh.

Das heißt konkret: Versuche lieber zB eine 9V Blockbatterie 
unterzubringen und mache dir vorher ein paar Gedanken. Hauptsächlich 
bzgl. benötigte Helligkeit und Laufzeit.

24h könnten zB 480 mal 3 Minuten sein, also über ein Jahr.

Dann würde ich einen Schiebeschalter oder ähnliches direkt an die 
Batterie hängen, da sparst du dir Gedanken bzgl. Energiesparen mit 
Arduinos.

Wenn du das alles weißt kannst du dir auch nochmal Gedanken um einen 
Spannungsregler 9V->5V machen. Ein LM7805 z.B. würde bei obiger Rechnung 
(1 Ampere) nochmal 4W verbraten, also wärst du bei 9W.

Schaltnetzteile bzw. Schaltregler sind jedoch wiederum komplizierter und 
größer. Kriegst du eventuell eine Powerbank unter? Dann ist dein 
Schlüsselanhänger sogar wiederaufladbar.


PS: Die 9W sind wirklich nur wenn du damit den Weg leuchten willst bzw. 
als Worst-Case, vermutlich reichen sogar 3mA oder so, siehe zB 
http://cdn-reichelt.de/documents/datenblatt/A500/504WC2E-W2-1PC-T.pdf 
Seite 5:

3mA haben schon 30% der Leuchtleistung, danach wird es linearer, 100% 
erst bei 20mA (Nur irgendwie ist deren Skala für mich fast nicht 
ablesbar, also kann ich falsch liegen^^)

von Michael B. (laberkopp)


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Felix Z. schrieb:
> Sollte ich als Anfänger irgendetwas beachten

Nein, blolss nicht.

Batterie. Wie gross denn ? Autobatterie ? LEDs brauchen Strom, viele 
LEDs brauchen viel Strom, normalerweise nimmt man LCD wenn man wenig 
Strom hat.

Ein uC kann direkt an einer Batterie (LiIOn) oder 2-3 Zellen arbeiten, 
aber ein Nano nicht, der hat einen Spannungsregler und will mindestens 
5V sehen. Nimm also einen 'nackten' uC. Der kann ja durchaus auf einem 
Arduino programmiert worden sein.

Dann überlegt man, welche Anzeige. Als LCD bietet sich ein Nokia LCD 
Display an https://www.sparkfun.com/products/10168 da gibt es schon die 
ganzenm "shields" für Arduino.

Allerdings läuft das Display von 2.7 bis 3.3V, also nicht direkt von 
einer Batterie (die von 4.2 auf 2.5V verlieren würde, oder von 4.5V auf 
2.7V).

Ich würde daher ein anderes Display suchen, das keine so feste 
Versorgungsspannung braucht.

von Felix Z. (f24)


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Also soweit ich das verstanden habe würde ich mit dieser LED-Matrix 
(https://www.conrad.de/de/punkt-matrix-anzeige-rot-18-mm-2-v-kingbright-ta07-11hwa-160466.html), 
egal wie viele LEDs leuchten, insgesamt 40 mW verbrauchen.
Mit dieser Knopfzelle 
(https://www.conrad.de/de/knopfzelle-lr-54-alkali-mangan-conrad-energy-ag10-72-mah-15-v-2-st-650549.html) 
komme ich auf 108 mWh. 2 Davon könnten also ausreichen um meine Matrix 
für ca 5h zu betreiben (Oder 2 LED matrizen für 2,5h) Das würde mir 
eigentlich reichen. Das Ding soll eigentlich auch nur immer wieder für 
1-2 Minuten an sein, nicht dauerhaft. Gerade lang genug um ein paar 
Wörter über die Anzeige laufen zu lassen.

@Hubert G. : Warum lassen sich mehrstellige LEDmatrix und Knopfzellen 
schwer vereinbaren?

Alle LCD dsiplays die ich bis jetzt gefunden habe sind leider ein wenig 
zu groß für einen Schlüsselanhänger.

von holger (Gast)


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>egal wie viele LEDs leuchten, insgesamt 40 mW verbrauchen.

40mW pro LED. Aber 20mA muss man ja nicht durch eine LED drücken.
Wenn du die Matrix nur im Dunkeln betreibst reichen auch 0,5mA.

Knopfzelle und so eine Matrix ist aber immer noch Blödsinn.

von Felix Z. (f24)


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Alternativ hätte ich mir dieses Display überlegt: 
https://www.conrad.de/de/lc-display-gruen-b-x-h-x-t-26-x-65-x-66-mm-lumex-lcm-s01602dtrm-598645.html
Sieht halt nicht so schick aus

: Bearbeitet durch User
von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Als Schlüsselanhänger wirst Du weder mit dem LCD-Display noch mit der 
Dioden-Matrix glücklich werden - so ein Schlüsselbund hat es im Leben 
nicht leicht und als Anhänger an Diesem wird das Display die gleichen 
Erfahrungen in der Tasche machen müssen :)

Es gibt die LCD-Display auch als 2x8, wobei mir selbst diese Größe für 
ein Schlüssel-Anhänger ordentlich groß vorkommt.
Geradezu unsichtbar gegenüber 4x40, aber bevor Du so was aus der Tasche 
ziehst, laß Dein Handy die Texte anzeigen :)

Was soll die Anzeige denn machen?
Nur alle paar Sekunden Blicke erhaschen, oder was mit tieferem Sinn?
(Beides kann durchaus interessant sein)

Wenn's bis 8x7-Segment werden und die Form eines Riegel haben darf, 
schau Dir Das Mal an:
eBay: 272498596661
Dort musst Du Dich nicht selber um das Multiplexen kümmern sondern 'nur 
noch' die gewünschte Information ans Display schicken.


MfG

von Felix Z. (f24)


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Patrick J. schrieb:
> Hi
>
> Als Schlüsselanhänger wirst Du weder mit dem LCD-Display noch mit der
> Dioden-Matrix glücklich werden - so ein Schlüsselbund hat es im Leben
> nicht leicht und als Anhänger an Diesem wird das Display die gleichen
> Erfahrungen in der Tasche machen müssen :)
>
> Es gibt die LCD-Display auch als 2x8, wobei mir selbst diese Größe für
> ein Schlüssel-Anhänger ordentlich groß vorkommt.
> Geradezu unsichtbar gegenüber 4x40, aber bevor Du so was aus der Tasche
> ziehst, laß Dein Handy die Texte anzeigen :)
>
> Was soll die Anzeige denn machen?
> Nur alle paar Sekunden Blicke erhaschen, oder was mit tieferem Sinn?
> (Beides kann durchaus interessant sein)
>
> Wenn's bis 8x7-Segment werden und die Form eines Riegel haben darf,
> schau Dir Das Mal an:
> eBay: 272498596661
> Dort musst Du Dich nicht selber um das Multiplexen kümmern sondern 'nur
> noch' die gewünschte Information ans Display schicken.
>
>
> MfG

Das ganze würde zum Schutz natürlich in ein Case kommen. Habe da an 
Edelstahl + Acrylglas gedacht.

Ich will erreichen, dass das Anzeige beim Einschalten des Devices eine 
einzelne Nachricht (zB einen zufälligen Satz aus einem Pool an mehreren 
Nachrichten) über das Display laufen lässt.

Würde sich der LC-Display Grün (B x H x T) 26 x 6.5 x 66 mm LUMEX 
LCM-S01602DTR/M von Conrad dafür eignen? 
(https://www.conrad.de/de/lc-display-gruen-b-x-h-x-t-26-x-65-x-66-mm-lumex-lcm-s01602dtrm-598645.html)

mfg felix

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Viel zu teuer - wobei die Lieferzeit bei Conrad wohl um Längen kürzer 
ist, als beim freundlichem Chinesen.

Mit einem LCD hast Du bereits 'gespielt'?
Wenn genügend Beinchen frei sind, 4bit oder sogar 8bit-Betrieb möglich.
Wenn der µC kleiner wird, gibt es mindestens I²C (2 Pinne) - dort wird 
dann allerdings für jedes Byte für's Display 4 Byte auf I²C übertragen 
(4-bittig, die anderen 4 Bit sind Steuereingänge so wie die 
Hintergrundbeleuchtung), so wie 2x die I²C-ID, bin da selber gerade dran 
um einem ATtiny45 etwas mehr 'Aussagekraft' zu geben - die 
I²C-Display-Platinen gibt's ebenfalls bei eBay vom freundlichen Chinesen 
(einzeln wie bereits mit dem LCD verheiratet) - wieder mit Lieferzeit.

Der Blickwinkel beim LCD ist eingeschränkter als beim 
7-Segment-LED-Display (Welches auch 2 Pinne zur Ansteuerung braucht, 
sind kaskadierbar, hier eher nicht benötigt), Welches man wohl bei 
Dunkelheit eher stark abdunkeln müsste, damit man nicht geblendet wird 
sondern was lesen kann.
Der Zeichensatz ist bei 7-Segment halt nicht so doll, gibt den MAX7219 
aber auch als DOT-Matrix (hier pro 8x8 ein MAX7219, bei mehreren 
8x8-Blöcken werden die 7219er kaskadiert, der Stromverbrauch steigt aber 
durch die vielen LEDs an).

MfG

von Frank E. (Firma: Q3) (qualidat)


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Das Displayx hier braucht wirklich wenig Strom, ist aber wohl mit 2,4cm 
x 2,4 cm etwas groß. Obwohl ... wenn du statt dem Nano einen Digispark 
nimmst und dahinter packst ...

Display: https://www.adafruit.com/product/1393

Digispark: http://digistump.com/products/1

Oder gleich den hier, alles beisammen: 
https://physicalcomputing.at/MicroView-OLED-Modul-von-Arduino

: Bearbeitet durch User
von Felix Z. (f24)


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Was ist mir dieser Rotpunkt Matrix?
(Punkt-Matrix-Anzeige Rot 18 mm 2 V Kingbright TA07-11HWA 
https://www.conrad.de/de/punkt-matrix-anzeige-rot-18-mm-2-v-kingbright-ta07-11hwa-160466.html)
Würde sich die eignen?

von Felix Z. (f24)


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Patrick J. schrieb:
> Hi
>
> Viel zu teuer - wobei die Lieferzeit bei Conrad wohl um Längen kürzer
> ist, als beim freundlichem Chinesen.
>
> Mit einem LCD hast Du bereits 'gespielt'?
> Wenn genügend Beinchen frei sind, 4bit oder sogar 8bit-Betrieb möglich.
> Wenn der µC kleiner wird, gibt es mindestens I²C (2 Pinne) - dort wird
> dann allerdings für jedes Byte für's Display 4 Byte auf I²C übertragen
> (4-bittig, die anderen 4 Bit sind Steuereingänge so wie die
> Hintergrundbeleuchtung), so wie 2x die I²C-ID, bin da selber gerade dran
> um einem ATtiny45 etwas mehr 'Aussagekraft' zu geben - die
> I²C-Display-Platinen gibt's ebenfalls bei eBay vom freundlichen Chinesen
> (einzeln wie bereits mit dem LCD verheiratet) - wieder mit Lieferzeit.
>
> Der Blickwinkel beim LCD ist eingeschränkter als beim
> 7-Segment-LED-Display (Welches auch 2 Pinne zur Ansteuerung braucht,
> sind kaskadierbar, hier eher nicht benötigt), Welches man wohl bei
> Dunkelheit eher stark abdunkeln müsste, damit man nicht geblendet wird
> sondern was lesen kann.
> Der Zeichensatz ist bei 7-Segment halt nicht so doll, gibt den MAX7219
> aber auch als DOT-Matrix (hier pro 8x8 ein MAX7219, bei mehreren
> 8x8-Blöcken werden die 7219er kaskadiert, der Stromverbrauch steigt aber
> durch die vielen LEDs an).
>
> MfG

Nein leider noch keine Erfahrung mit LCD.

Was ist mir dieser Rotpunkt Matrix?
(Punkt-Matrix-Anzeige Rot 18 mm 2 V Kingbright TA07-11HWA 
https://www.conrad.de/de/punkt-matrix-anzeige-rot-18-mm-2-v-kingbright-ta07-11hwa-160466.html)
Würde sich die eignen?

von Felix Z. (f24)


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Frank E. schrieb:
> Das Displayx hier braucht wirklich wenig Strom, ist aber wohl mit 2,4cm
> x 2,4 cm etwas groß. Obwohl ... wenn du statt dem Nano einen Digispark
> nimmst und dahinter packst ...
>
> Display: https://www.adafruit.com/product/1393
>
> Digispark: http://digistump.com/products/1
>
> Oder gleich den hier, alles beisammen:
> https://physicalcomputing.at/MicroView-OLED-Modul-von-Arduino

Die sind mir beide leider zu groß.

mfg felix

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Felix Z. schrieb:
prinzipiell halte ich die Einwände, dass eine kleine LED-Anzeige mit LED 
nicht geht oder gar keinen Sinn hat, für nicht gerechtfertigt.
Bevor es LCD-Displays gab, hat man digitale Uhren mit LED-Anzeige gebaut 
und diese haben mit einer kleinen Knopfzelle auch Monate gahalten.
Auch heute kann man so was noch kaufen.
http://gadgets-china.de/wp-content/uploads/2014/08/leduhren.jpg

> Was ist mir dieser Rotpunkt Matrix?
> (Punkt-Matrix-Anzeige Rot 18 mm 2 V Kingbright TA07-11HWA
> 
https://www.conrad.de/de/punkt-matrix-anzeige-rot-18-mm-2-v-kingbright-ta07-11hwa-160466.html)
> Würde sich die eignen?
Vermutlich ist das ein Elend an Effizienz. Müßtest du ausprobieren, ob 
die Leuchtpunkte mit 1mA oder weniger noch gut zu erkennen sind. Im 
Dunkeln wäre es sicher kein Problem.

Ich würde mal in eine andere Richtung suchen.
Es gibt recht kleine OLED-Displays z.B. hier:
http://www.buydisplay.com/default/0-84-inch-ssd1306-96x16-pixel-oled-display-manufacturer-i2c-blue-on-black
Die stromaufnahme zw. ca. 7...15mA ist moderat.
Mit einer nicht zu kleinen Lithiumzelle kan man da ein ganze Weile 
intermitteriend betreiben.
Bei einer Nennspannung zwischen ca.2,7...3,3V kann man einen uC auch 
ohne weiteren Schnickschnack direkt betreiben.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von Winfried M. (win)


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U. M. schrieb:
> prinzipiell halte ich die Einwände, dass eine kleine LED-Anzeige mit LED
> nicht geht oder gar keinen Sinn hat, für nicht gerechtfertigt.
> Bevor es LCD-Displays gab, hat man digitale Uhren mit LED-Anzeige gebaut
> und diese haben mit einer kleinen Knopfzelle auch Monate gahalten.

Ständig leuchtende LEDs mit Knopfzellen über Monate? Hab ich noch nie 
gesehen.

Es gab mal in den 80er Jahren Armbanduhren mit LED. Aber die musste man 
mit Tastendruck einschalten, dann leuchteten für 2 Sekunden die Leds.

Alle Technik aus den 80er Jahren, die mit LED funktionierte und 
dauerhaft leuchtete, hatte Stromanschluss. Damals brauchte ein Segment 
auch so 10-20 mA, um halbwegs sichtbar zu leuchten. Da kann man sich 
schnell ausrechnen, was damals ging und was nicht.

von Marc S. (darkchaos)


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Noch ein paar Hintergrundinfos:
Bei der Matrix von Conrad steht Vf = 2V und If = 20mA, das sind beides 
Angaben einer LED (Forward Voltage und Current, also die Spannung im 
Normalbetrieb und der Stromfluss).

Damit ist mein Überschlag oben nicht ganz so verkehrt gewesen (Ich bin 
von 30mA ausgegangen). Es sind auch übrigens keine 40mW, da die 
restlichen 3V also 60mW am Vorwiderstand verbraten werden.

Noch eine kleine Info: Beim Multiplexen ist zwar zB jede Zeile nur 
1/5tel der Zeit an, dafür jagt man das fünffache des Nennstroms durch 
die LED, weil ohne Energie kein Licht.

Wenn ich du wäre würde ich mir wohl einfach mal das Ding kaufen (Du 
musst aber vorher die Ansteuerung mittels Transistor bedenken/berechnen, 
d.h. du musst auch Transistoren kaufen), und mit verschiedenen 
Vorwiderständen schauen, wie es so mit der Helligkeit aussieht.


Warum? Weil die Ansteuerung eines LCD auch gewissermaßen komplex ist und 
du dir auch das Problem mit China ersparst.
10 € rausgeschmissen ist nicht schlimm (Denke ich mal^^), und so große 
Unterschiede gibt es bei der Lichtausbeute einer LED nicht (zuumindest 
wenn es sich nicht um warmweiß handelt)

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Winfried M. schrieb:
> Ständig leuchtende LEDs mit Knopfzellen über Monate? Hab ich noch nie
> gesehen.
von ständig leuchtenden LED war nie die Rede.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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> aber ein Nano nicht, der hat einen Spannungsregler und will
> mindestens 5V sehen. Nimm also einen 'nackten'

Das ist nicht ganz richtig. Arduino Nano Module kann man auch am 
Spannunsgregler vorbei versorgen, zum Beispiel mit 3 bis 4 NiMh Zellen, 
einer Lithium Ielle oder einem 3,3V bis 5V Netzteil.

Zwei Sachen sind dabei zu beachten:

1) Die 16Mhz Taktfrequenz verlangen nach 5V. Du kannst in der Setup 
Routine den Clock Prescaler benutzen, um auf 8Mhz runter zu gehen.

Ich habe festgestellt, dass 16Mhz bei 4V noch zuverlässig gehen. Aber 
das wäre außerhalb der Spezifikationen.

2) Wenn die Versorgungsspannung unter 4,7V liegt und du das USB Kabel 
mit dem PC verbindest, bezieht das Gerät seine Versorgungsspannung vom 
USB Port und dann sind es eben 4,7V. Wenn du das nicht möchtest, musst 
du eine Diode ablöten (unter dem USB Stecker auf der Unterseite der 
Platine).

: Bearbeitet durch User
von Felix Z. (f24)


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habe mir jetz einen arduino nano v3.0 und ein 0.91" I2C IIC Seriell 
128X64 weißes OLED LCD LED Anzeigen Modul zugelegt. Mal schaun wie weit 
ich damit komme.

von Michael K. (tschoeatsch)


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Marc S. schrieb:
> Zunächst: Dir ist hoffentlich klar, dass obwohl bei einer LED Matrix nie
> alle LEDs gleichzeitig leuchten, du trotzdem den gleichen Energiebedarf
> hast?
>
> Gehen wir mal von einer LED mit 20-30mA aus, dann hast du X Volt an der
> LED und 5-X V am Vorwiderstand (Mal 0.03A ergibt die Leistung).
>
> Damit hast du schonmal 5V * 0.03A = 150mW pro LED Verlust. Wäre es eine
> 8x4 Matrix musst du also 32 * 150mW = 4.8W Energiebedarf.

Das musst du mir nochmal erklären. Nach meinem Wissensstand leuchtet in 
so einer Matrix entweder max 8 oder max 4 Leds, je nach Ansteuerung. Wo 
wird der Rest deiner berechneten Leistung verbraten?

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Damit die LED gleich hell aussehen, bekommen Diese für den Bruchteil der 
Leuchtzeit den x-fachen Strom.
Bei einem Duty von 33% leuchtet die LED nur 1/3tel der Zeit, damit die 
LED als 'normal hell' empfunden wird, muß Diese mit dem 3-fachen Strom 
betrieben werden.

Dadurch hast Du die 3-fache Leistung in einem drittel der Zeit, unterm 
Strich 100% Leistung zu 100% Zeit.

Daran scheitert Es auch, eine beliebig kurze ON-Zeit zu nehmen, da die 
LED irgend wann den Impuls-Strom einfach nicht mehr ab kann.

Denke, habe den Kern halbwegs getroffen, sonst bitte korrigieren oder 
vll. mit handfesten Zahlen verfeinern.

MfG

von Michael K. (tschoeatsch)


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Das klingt vernünftiger. Ist aber eine völlig neue Rechnung als die, die 
von den 20-30mA pro Led aus ging. War vielleicht auch etwas unglücklich 
formuliert.

von Stefan ⛄ F. (stefanus)


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Es ist ganz einfach: Jede einzelne LED muss gegen das Umgebungslicht 
(Sonne?) konkurrieren. Damit man die Anzeige ablesen kann, muss sie 
deutlich heller sein, als die Umgebung.

Im Winter im Wohnzimmer reichen dazu durchschnittliche 1mA locker aus. 
Aber schon jetzt im April zur Mittagszeit brauchst du mehr als 10mA.

Und draußen auf der Terasse - versuchen wir besser gar nicht :-)

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