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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Wasserkontakt -> LED-Blitzer ("klassisch" oder Mikrocontroller?)


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Autor: DuDa (Gast)
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Bei Wasserkontakt (Fluss/See/Meer) zwischen zwei Kontakten soll eine 
weiße oder rote LED blitzen, ca. 1 Hz.

Versorgung ist 3 V Lithium. Also eher eine rote LED.
Im Trockenen soll die Stromaufnahme vernachlässigbar, besser 0 sein.

Der Schalter soll dennoch elektronisch sein, also kein Zuckerwürfel oder 
Aspirin + mechanischer Schalter, der beim Auflösen der "Tablette" durch 
Federkraft auslöst.

Eine zwei-Transistor-Schaltung für einen LED-Blitzer (z.B. 
https://bastelnmitelektronik.jimdo.com/basteleien-ger%C3%A4te-und-schaltungen/schaltungen-mit-leuchtdioden/blitzer-mit-led/) 
schafft bei 3 V keine besondere Leistung (evtl. anderen Transistor 
nutzen), die Frequenz ist stark widerstandsabhängig (Ladewiderstand = 
Wasser-Kontakt) und der Blitz sehr kurz.

Ein CMOS 555 Timer hat einige Mikroampere Stromaufnahme (LMC555 50 uA @ 
1.5 V, TLC555 > 100 uA).

Also: ein separater Sensor/Schalter wird gebraucht, und das Timing / 
Schalten soll etwas präziser bastelbar sein.

Als Schalter kommt eine Darlington-Schaltung oder evtl. MOSFET in Frage.

Kleine MOSFET-Gates sind wohl empfindlich gegenüber Berühung? Also 
mindestens ein Serienwiderstand als Schutz gegen ESD.
Und wohl ein hochohmiger Pull-Down Widerstand, damit sich das Gate nicht 
"einfach so" auflädt (und damit das Teil im Trockenen wieder 
abschaltet).

Ich überlege in Richtung MOSFET, da ein Mikrocontroller (ATtiny) 
vielleicht eine drei-Bauteil-Lösung wäre. Also: Serienwiderstand ~10k 
zum Schutz vor ESD, Pull-Down ~ >1 MOhm damit der Eingang nicht floatet.
Die restlichen Pins des Ports als parallele Ausgänge, evtl. sogar direkt 
an die LED (ohne Vorwiderstand).

Kann das klappen?


Weiteres Problem: woher nimmt man korrosionsfeste Kontakte?
Vergolden ist recht teuer und ein Projekt für sich. Dann eher vergoldete 
Kontaktstifte einkaufen oder ein PCB anfertigen lassen. Gibt es irgendwo 
geeigneten Draht?
Alternativ evtl. Edelstahlkontakte, aber hier auch wieder ein 
Kontaktproblem: Ringkabelschuh und verschrauben, oder evtl. schweißen? 
Oder lässt sich das löten?

Autor: MaWin (Gast)
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Recht einfach per CMOS Schmitt-Trigger wie 74HC14: Einer wertet den 
Sensor aus, der andere bildet einen Schmitt-Oszillator mit geringer 
Einschaltzeit und die 4 übrigen wären verwendbar parallel um bis 80mA 
durch die LED zu treiben.

Problem: Spannungsteiler am Srnsor darf nicht viel Strom ziehen, also 
eher 1MOhm statt 1k, besser wäre gar kein Spannungsteiler sondern ein 
spannungserzeugender Sensor "Trockenbatterie" die feucht mehr als 2V 
liefert.
Aber dann könnte man gleich den ganzen Blitzer aus der Batterie 
versorgen.

Autor: Mike (Gast)
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> Recht einfach per CMOS Schmitt-Trigger wie 74HC14: Einer wertet den Sensor aus, 
der andere bildet einen Schmitt-Oszillator mit geringer Einschaltzeit und die 4 
übrigen wären verwendbar parallel um bis 80mA durch die LED zu treiben.

Statt Invertrer würde ich besser einen NAND-Schmitt-Trigger verwenden, 
z.B. 74HC132. Ein Eingang des NAND-Gatters dient als Anschluss für das 
zeitbestimmende RC-Glied, der andere wird vom Sensor gesteuert. Die 
restlichen Gatter dienen parallelgeschaltet als Verstärker. Der 
Spannungsteiler am Eingang ist kein Problem, denn bei trockenem Sensor 
fliesst durch ihn kein Strom. Sobald es nass wird, dürfte die LED den 
Löwenanteil der Stromaufnahme beanspruchen.

Autor: Jim M. (turboj)
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DuDa schrieb:
> Ich überlege in Richtung MOSFET, da ein Mikrocontroller (ATtiny)
> vielleicht eine drei-Bauteil-Lösung wäre. Also: Serienwiderstand ~10k
> zum Schutz vor ESD, Pull-Down ~ >1 MOhm damit der Eingang nicht floatet.

Müsste man aber was gegen EMV Einstreuung tun, z.B. 100nF parallel 
schalten.
Außerdem würde ich mit Pullups hier arbeiten.
Die 1MOhm könnten zuviel sein, GPIOs haben auch Leckströme - ich hab 
jetzt nicht ins DB geschaut wie stark die sein können.

> Die restlichen Pins des Ports als parallele Ausgänge, evtl. sogar direkt
> an die LED (ohne Vorwiderstand).
>
> Kann das klappen?

Jein. Mit was besserem als Atmel vielleicht, aber bei denen lässt sich 
der Strom auf den Outputs nicht einstellen. Das ist bei modernen µCs - 
ich habe hier z.B. Silab EFM32 oder NordicSemi NRF5x - anders, dort kann 
man z.B. die Outputs auf ~4mA begrenzen.

Ansonsten bricht die CR2032 gnadenlos in der Spannung ein -> Reset des 
µC.

Autor: DuDa (Gast)
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Danke für die Vorschläge.
Ein paar gesammelte Links habe ich hier gefunden: 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Wasser

Daraus auch eine Schaltung mit 4093 (4x Schmitt-Trigger-NAND):
http://blackstrom.derschwarz.de/schaltungen/wasser/index.shtml

Der o.g. IC braucht ebenfalls nur 2 uA.

Ich tendiere jedoch zur Lösung mit Mikrocontroller (AVR habe ich parat).

- Leckströme sind mit "typ. < 0.05, max. 1 uA" angegeben.
- Pull-Ups mit 20...50 kOhm bei 5.5 V.
- Jeder Pin kann garantiert 5 mA @ 3V sourcen/sinken, in Summe nicht 
mehr als garantiert 60 mA (absolute max. 40 mA, 200 mA supply).
- Von   3 V bis 2 V sind die IO-Schwellen etwa (nicht ganz linear):
  high: 1.50 ... 1.00 V
  low:  1.25 ... 0.75 V

So viel zur Theorie. Hier die Praxis mit ATtiny25V:

Mit 1MOhm externem Pull-Up reicht es, wenn die zwei Drahtspitzen gerade 
das Leitungswasser berühren, um zu Schalten. Hautwiderstand reicht 
nicht.

4 Pins parallel blitzen 3 LEDs parallel und direkt, ohne dass der 
Controller resettet (nur interner Pull-Up), kein Stützkondensator.

Also (bislang) nur 4 Bauteile: Controller, 1 MOhm, LED, Batterie.

Batterie ist eine "CR 1/2 AA" Lithium.
Power-down: < 0.2 uA.

Evtl. mache ich noch Messungen zu Batteriespannung u. -strom, falls ja, 
poste ich die Erkenntnisse.

Autor: Der Andere (Gast)
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DuDa schrieb:
> Weiteres Problem: woher nimmt man korrosionsfeste Kontakte?

Ich habe für kleine Wassermelder 3mm V4A Schrauben genommen. Die kann 
man ggf. noch mit Gummi O-Ringen durchs Gehäuse abdichten und dann im 
Gehäuse mit Kabelschuh und Kontermutter befestigt.
Die Schraubenköpfe waren zugleich die Füsse auf denen das Gehäuse stand.

Autor: Heia Rulott (Gast)
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Der Andere schrieb:
> Ich habe für kleine Wassermelder 3mm V4A Schrauben genommen. Die kann
> man ggf. noch mit Gummi O-Ringen durchs Gehäuse abdichten und dann im
> Gehäuse mit Kabelschuh und Kontermutter befestigt.
> Die Schraubenköpfe waren zugleich die Füsse auf denen das Gehäuse stand.

Das ist ne tolle Idee. Danke! Ich denke da an runde Schraubenköpfe in 4 
Ecken und was Rechteckiges.

Autor: Stefanus F. (Firma: Äppel) (stefanus)
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Ich benutze für solche Sachen gerne verzinkte Eisenteile (gerne auch 
Schrauben).

Autor: DuDa (Gast)
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Danke, Edelstahlschrauben hatte ich ja auch schon angedacht.
Wenn's nicht "schön" sein muss, geht natürlich auch verzinkt.
Die Gehäuseverschraubung gleich auch als Kontakt-Füße zu nutzen ist 
"clever".

Aus Platzgründen werde ich mit Edelstahldraht experimentieren. Das 
heisst dann aber vermutlich crimpen. In einem anderen Thread hatte ich 
etwas von Phosphorsäure als Tipp zum Löten gelesen. Vielleicht geht aber 
auch Punktschweißen?

Autor: Stefanus F. (Firma: Äppel) (stefanus)
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Wie wäre es mit Schraubklemmen oder Dupont-Kabel auf die Enden des 
Drahtes stecken, oder die Enden des Drahtes in Buchsenleisten stecken?

Autor: A. S. (achs)
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Den 1M kannst Du Dir sparen, wenn Du nur kurz mit internem pullup/down 
misst, und dann auf Ausgang stellst.

Alternativ nur den anderen Pol umschalten.

Autor: DuDa (Gast)
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Achim S. schrieb:
> Den 1M kannst Du Dir sparen, wenn

Da müsste aber ein Timer laufen.

Autor: A. S. (achs)
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DuDa schrieb:
> Da müsste aber ein Timer laufen.

Stimmt, der lutscht die CR in 100 Jahren leer. Wenn es sonst 10 Jahre 
hält. sind es so 2 Wochen weniger.

Wobei, ... normalerweise spart der Timer mehr strom, als er durch (nicht 
saubere Pegel) kostet. Denn für unkalkulierbare Zeit wird der Eingang 
auf genau der Spannung sein, auf der er maximalen Strom kostet.

Autor: Matthias S. (Firma: matzetronics) (mschoeldgen)
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Darlington und Blink-LED sollte eigentlich reichen.

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