Hallo liebe Foren-Mitglieder,
Ich bin der Stefan, 28 Jahre und hab eine Ausbildung als Elektiker.
Momentan arbeite ich im Service in der Industrie, nehm Industrieanlagen
in Betrieb und programmiere S7 Steuerungen in AWL.
Wie ihr seht bin ich mit der Elektronik nicht ganz so bewandert und habt
bitte ein wenig Rücksicht mit mir.
Auf Grund der aktuellen Corona Lage kann ich nicht zum arbeiten und ich
hab mal wieder mein AVR Entwicklungsboard raus gesucht :-)
Ich kenn mein defizit im Bereich der Elektronik und möchte jetzt dagegen
was tun!
Zu meinem Vorhaben:
Als Projekt hab ich mir ein Spielwürfel (12x12cm) für meinen Sohn
vorgestellt.
Der Würfel selbst wird von mir im 3D Drucker erstellt.
Es befinden sich dabei einige Taster und Schalter auf der Seite und ein
2x16 LCD Display auf der Oberseite.
Das Programm und die Schaltung für den Controller hab ich glaub soweit
fertig.
Der Verbrauch der Schaltung müsste zwischen 150 - 200mA liegen und auf
Grund des LCD sollten 5V anliegen.
Mein Problem ist jetzt die Versorgung dieser kompletten Steuerung.
Ich hab mir vorgestellt im inneren des Würfels einen Akku zu plazieren
und diesen über ein externes 12V DC Netzteil zu laden.
Dieses Netzteil verwenden wir momentan für eine Musik Box und möchten
eigentlich kein weiteres herum liegen haben.
Ich hab mich im Forum umgesehen und konnte einige Lösungsansätze finden.
Als Akku hätte ich eine LiIon Zelle gewählt.
Und nun zu meinem Problem, ich kenn mich mit Akkus nicht aus und bin mir
nicht sicher ob meine Vorstellung richtig ist.
Ich würde nach der Ladebuchse einen Step-Down Converter auf 5V einsetzen
der wieder mit einem Lademodul (für Lithium Akkus) verbunden ist.
Am Akku einen Step-Up Converter auf 5V Ausgang um die restliche
Schaltung zu versorgen.
Dann fehlt noch ein PMIC zum Schutz der Zelle auf Tiefent- und
Überladung oder?
Es gibt im Internet sehr viele fertige Platinen und Schaltungen.
Ich könnte natürlich auf solche fertigen Schaltung zurück greifen,
möchte aber dennoch die Schaltungen dahinter verstehen und den Grund
warum man speziell diese verwenden sollte.
Ich hoffe ich nerv euch mit dem langen Beitrag nicht und ihr könnt mir
ein wenig helfen.
Leider hab ich keinen im Bekanntenkreis der mir solche Fragen
beantworten und unter die Arme greifen könnte.
Könnt ihr mir noch vielleicht noch einen Experimentierkasten für
Elektronik empfehlen?
Ich möchte mich in das Thema einfach besser einarbeiten.
Folgendes hätte ich bei Pollin gefunden:
https://www.pollin.de/p/lernpaket-elektronische-schaltungen-selbst-entwickeln-und-aufbauen-880167
Viele Grüße Stefan
Stefan schrieb:> Ich hab mir vorgestellt im inneren des Würfels einen Akku zu plazieren> und diesen über ein externes 12V DC Netzteil zu laden.
12x12x12cm sind ja viel Platz.
Kaufe dir eine USB PowerBank Akkubox, da ist alles mit dabei,
Steckernetzteil, Ladeschaltnug, Akkus, Spannungswandler auf 5V, und bau
dir ein, ggf. vorher aus ihrem Gehäuse pellen.
So was in der Art https://www.pearl.de/a-NX4808-1420.shtml
Der Klassiker wären 4 NiMh Zellen, die man zum Aufladen heraus nimmt. Da
entfällt der Spannungsregler.
AVR Mikrocontroller kann man sehr gut direkt an Litium Zellen hängen.
Die sind mit billigen Fertigmodulen auch einfach zu laden.
Dein Display wird sehr wahrscheinlich auch direkt am Akku funktionieren,
wenn du an den Kontrasteinang eine negative Spannung anlegst. Diese
kannst du mit einem Timer vom AVR erzeugen, siehe
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch/Einstieg%20in%20die%20Elektronik%20mit%20Mikrocontrollern%20-%20Band%203.pdf
Kapitel 11.7.
Du musst nur darauf achten, dass dein LCD entweder ohne Beleuchtung
auskommt oder mit einer LED bestückt ist, die nicht mehr als 3 Volt
benötigt. Weiss und Blau kommen daher vohl nicht in Farge, aber rot und
gelb gehen.
> Könnt ihr mir noch vielleicht noch einen Experimentierkasten> für Elektronik empfehlen?
Leider nicht. Ich habe mir drei Stück von Franzis angesehen. Einer davon
hatte unpassende Bauteile, so dass die Experimente zur Hälfte (!) nicht
funktionierten. Bei allen dreien fehlten Erklärung, wie die Schaltungen
funktionieren. Aber gut bebildert waren sie alle - immerhin.
Stelle Dir selbst einen Experimentierkasten zusammen. Auf der Seite
http://stefanfrings.de/mikrocontroller_buch findest du alle drei PDF der
Reihe. Am Ende vom ersten und dritten Band sind Listen von Bauteilen,
die kannst du kaufen. Dann hast du deinen Experimentierkasten.
Außerdem gibt es bei Amazon/Aliexpress sehr preiswerte Starter Kits für
Experimente mit Arduino. Die sind auch nicht schlecht - aber völlig
undokumentiert. Da musst du selbst herausfinden, wie die Teile
funktionieren. Was kein Problem ist, weil da ganz normale Sachen drin
sind, zu denen es reichlich Doku im Internet gibt.
Stefan schrieb:> Es gibt im Internet sehr viele fertige Platinen und Schaltungen.> Ich könnte natürlich auf solche fertigen Schaltung zurück greifen,> möchte aber dennoch die Schaltungen dahinter verstehen und den Grund> warum man speziell diese verwenden sollte.
Nimm das Innenleben einer Powerbank. Da ist alles drin, was Du suchst,
Ladeelektronik, StepUp, Tiefentladeschutz und es gibt welche mit
12V-Eingang zum Laden.
Wenn Du Dir die Platine ansiehst und die IC-Bezeichnungen bei Google
einwirfst, bekommst Du Datenblätter und kannst die Funktion verstehen.
Stefan schrieb:> 2x16 LCD Display auf der Oberseite.
Wozu soll das gut sein, um sich die Augen zu verderben?
Ein Würfel hat typisch 7 LEDs. Beim Drücken der Taste erwacht er aus
Power-Down. Bei Loslassen wird durch die Drückzeit eine echte
Zufallszahl erzeugt und der Würfel rollt langsam aus, bis diese Zahl
erscheint. Nach einiger Zeit geht er wieder in Power-Down. Da dann <1µA
fließen, halten 2* alkalische AA praktisch ewig. Akkus sind ungünstig,
die entladen sich zu schnell selber.
Ich hatte das mal mit einem AT89C2051 aufgebaut und in C programmiert.
Peter D. schrieb:> Ein Würfel hat typisch 7 LEDs.
Sieh Dich mal um, es gibt Spele bei denen werden auch 4,8,10,20 und
sogar 100 seitige Würfel verwendet. Da reichen die 7 LEDs mal grade bei
binärer Zählung.
Vielen Dank für die vielen hilfreichen Antworten!
Auf die Powerbank hätte ich auch kommen können...
Man verrennt sich gern in komplizierte Lösungen.
Danke auch für die direkten Links, da kann ich mich gleich mal bei der
Bestellung daran orientieren.
Sehe ich richtig, dass der Lösungsansatz von mir gestern gar nicht so
falsch war?
Würdet ihr bei eigenen Projekten auch auf die fertigen Platinen
zurückgreifen oder sie eher selbst aufbauen?
Die Preise sind ja in den meisten Fällen sehr kostengünstig.
@Stefan: Vielen Dank für den Link und den Tipp mit dem
Experimentierkasten!
Das Buch sieht nach dem ersten überfliegen genau danach aus, was ich
zurzeit benötige!
Hast du diese Handbücher selbst erstellt?
Zu dem Spielwürfel,
es geht nicht darum nur zufällig eine Zahl für ein Würfelspiel
anzuzeigen.
Ich hab den verschiedenen Tasten unterschiedliche Funktionen gegeben.
Es Leuchten zum Beispiel LEDs über den Tasten auf in einer Reihenfolge
die gedrückt werden müssen.
Ist die Kombination richtig blinken alle LEDs auf, ist es falsch ertönt
der Summer.
So versuche ich auf den 4 Seiten unterschiedliche Spiele zu erstellen.
Diese Seiten können dann bei Bedarf ausgetauscht werden wenn es ihm zu
langweilig sind.
Stefan schrieb:> Würdet ihr bei eigenen Projekten auch auf die fertigen Platinen> zurückgreifen
Immer, alleine schon weil sie leichter und schneller zu bekommen sind
und billiger sind. Ich würde einfach eine Powerbank von KIK, Tedi oder
einem Handytürken um die Ecke nehmen.
Stefan schrieb:> Ich würde nach der Ladebuchse einen Step-Down Converter auf 5V einsetzen> der wieder mit einem Lademodul (für Lithium Akkus) verbunden ist.> Am Akku einen Step-Up Converter auf 5V Ausgang um die restliche> Schaltung zu versorgen.> Dann fehlt noch ein PMIC zum Schutz der Zelle auf Tiefent- und> Überladung oder?
Grundsätzlich ist der Ansatz richtig, Es gibt auch Laderegler ICs die
einen Schaltregler integriert haben. Die Beschaltung des ICs ist
natürlich etwas aufwändiger da mindestens eine Induktivität noch
benötigt wird, je nach Leistung und IC auch ein externer Mosfet, eine
Diode, Kondensatoren... In den Datenblätterns sind häufig
Beispielschaltungen und die passenden Formeln zur Auslegung der Bauteile
angegeben. Diese Schaltungen nachzubauen, das Verhalten der Schaltung zu
beobachten und dann Dinge zu variieren ist eine gute Möglichkeit etwas
zu lernen.
Die Zellen müssen vor Tiefentladung und Überladung geschützt werden.
Dies kann, muss aber nicht, durch ein PMIC geschehen. Wenn das Ladegerät
korrekt funktioniert regelt es die Spannung, sodass die
Ladeschlusspannung nicht überschritten wird. Eine zweite unabhänige
Schaltung die Überladung (und damit schlimmstenfalls ein Feuer)
verhindet ist, verbessert die Sicherheit natürlich deutlich. Der
Tiefentladeschutz könnte auch durch die Unterspannungsabschaltung des
nachgeschalteten Spannungsreglers sichergestellt werden, sofern keine
verbraucher direkt an den Akku angeschlossen sind. (Man sollte sich die
Genauigkeit der Unterspannungsabschaltung und den Eingansstrom des
Spannungsreglers im ausgeschalteten Zustand anschauen).
Besteht der Akku aus mehreren in Reihe geschalteten Zellen sollte nicht
die Gesamtspannung des Packs sondern jede Zellspannung überprüft werden.
Da die Kapazität der Zellen einer gewissen Produktionsstreuung
unterliegen würden sonst Zellen geringer Kapazität überladen, während
Zellen mit hoher Kapazität noch nicht voll sind. Beim Entladen würden
sonst die Zellen geringerer Kapazität tiefentladen, während die Zellen
mit hoher Kapazität noch weiter entladen werden könnten.
Damit nicht die Zelle mit der geringsten Kapazität die Leistung des
gesamten Akkupacks bestimmt verwendet man Balancer. Der Balancer kann im
Akkupack oder im Ladegerät verbaut sein. Man unterscheidet aktives und
passives Balancing. Beim passiven Balancing wird überschüssige Energie
durch einen zur Zelle parallel geschalteten Mosfet und Wiederstand
"verheitzt". Beim aktiven Balancing wird die einer Zelle entzogene
Energie wieder dem Batteriestack zugeführt. Das ist energieeffizienter
und verringert die Verlustleistung, ist dafür aber sehr viel
aufwändiger.
Ob ich Schaltungen selber aufbauen oder fertige Platinen kaufen würde
hängt im Wesentlichen davon ab:
- wie viel KnowHow (bzw. Bereitschaft und Zeit sich das anzueignen) da
ist - ob es bei dem Projekt ums Ergebnis oder den Lerneffekt geht
- ob die Schaltung Sicherheitkritisch ist, Sicherheitskritische
Schaltungen würde ich nur aus seriöser Quelle kaufen oder selber
aufbauen und Bauteile selber berechnen (wenn ich genug KnowHow dafür
habe).
Stefan schrieb:> Der Verbrauch der Schaltung müsste zwischen 150 - 200mA liegen
Die Frage bleibt natürlich, warum man dauerhaft so hohe Ströme braucht.
Ich würde lieber die Stromsparoptionen des AVR ausnutzen und dafür
billige Primärzellen ohne riesen Lade- und Schutzgedöns verwenden.
Schaltregler und Balancer sind nicht gerade Anfängerprojekte.
Vielen Dank für eure Hilfe und danke für eure ausführlichen Antworten.
Ich hab mir jetzt eine Powerbank und einen Stepdown Regler bestellt.
Die nächsten Tagen geht es erst nochmal um die Konstruktion des Würfels.
Ich melde mich sobald es einen neuen Stand gibt.
Grüße Stefan
