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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Berührtaster plus Selbsthaltung


Autor: André Wippich (sefiroth)
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Hallo!

Ich hatte mal wieder eine fixe Schaltungsidee und hab mich kurzerhand 
mal rangesetzt und einen ersten Schaltplan gebastelt.

Es geht um einen Würfel, der an der Aussenseite zwei Metallstreifen hat. 
Fässt man den Würfel an, fängt er an blau zu pulsieren. Sobald man ihn 
wieder loslässt wird er nach einem Pseudo-Zufallsprinzip entweder grün 
oder rot und erlischt dann. Quasi mal wieder ein elektronischer 
Münzwurf.

Da ich das Ganze mit Batterie laufen lassen möchte, sollte der 
Stromverbrauch im inaktiven Zustand möglichst klein sein. Man benutzt so 
ein Teil ja eher selten und es wäre schade wenn zwischen zwei Nutzungen 
die Batterie getauscht werden muss. Zudem wollte ich keine Bauteile 
verwenden, die ich nicht bei Reichelt oder Conrad bekomme, damit ich 
nicht ewig auf Samples warten muss.

------
Die Idee ist folgende (dazu sollte man den Schaltplan betrachten):

-> Die Metallflächen sind mit der Basis eines Darlington-Transistors 
(T1) und der Batteriespannung verbunden. Bei Berührung fliesst ein Strom 
durch die Hand in die Basis. Der eher geringe Basisstrom (schätze ihn so 
auf 0,3mA) wird verstärkt (hfe = 20000) und kann so den weiteren 
Transistor (Q1) übersteuert sicher durchschalten.

-> Der Spannungsregler wird mit Batteriespannung versorgt.

-> Der Mikrocontroller bekommt dann seine 5V, startet und schaltet 
zunächst T3 parallel zum "Hand"-Darlington. Somit bewirkt er eine 
Selbsthaltung, und die Versorgung bleibt bestehen - auch wenn der Würfel 
wieder losgelassen wird. (PROBLEM: Kann man die Darlingtons so parallel 
schalten?)

-> Um überhaupt erkennen zu können, ob der Würfel noch berührt wird, 
sind die Metallstreifen mit einem zweiten Darlington (T2) verbunden, der 
bei Berührung einen Pin des Controllers (interner Pull-Up) auf Masse 
zieht.

-> Wenn "alles erledigt" ist, hebt der Controller die Selbsthaltung auf 
und die Schaltung ist im Ruhezustand. Der Stromverbauch sollte dann bei 
0,4 µA liegen, was doch ein ganz netter Wert ist...
------

Als Spannungsregler werde ich aber einen LP2950 nehmen, der hat einfach 
bessere Charakteristika als ein 7805. Die Würfelbeleuchtung wollte ich 
dann mit 6 Leuchtdioden gestalten, wobei ich noch überlege, ob die 
Farben auch gemischt (RGB) leuchten sollen (-> 3facher Stromverbauch!).

OBACHT: Die Schaltung im Anhang ist absolut ungetestet, evtl hat man 
nach dem Einschalten nur einen verschmorten Haufen Silizium ;-) Einen 
Schutz gegen Kurzschluss der Metallstreifen (z.B. durch einen Ring am 
Finger) habe ich eingeplant, allerdings weiß ich noch nicht so recht, 
was ich gegen ESD machen kann. Vielleicht R2 und R6 viel größer? Die 
Darlingtons haben ja ne sehr gute Verstärkung...

Ich wollte mal hören, was Ihr so dazu sagt. Hat das schon wer gebaut? 
Gibts ne einfacherere Lösung? Funktioniert es so nicht? Bin gespannt ^_^

Gruß,
André

Autor: Esko (Gast)
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Hab mir die Schaltung mal kurz angeschaut und keine Fehler gefunden. 
Betonung liegt auf kurz.
So einen Fall wo man den µC per Taster anschalten möchte bei möglichst 
geringem Ruhestromverbrauch gibt es ja öfters. Bei edn.com ist ein sehr 
schöner Artikel darüber:
http://www.edn.com/index.asp?layout=article&articl...

Autor: Peter Dannegger (peda)
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9V Batterien sind ja leistungsmäßig nicht so der Brüller und dann noch 
die Hälfte am Spannungsregler verbraten.

Warum nimmst Du nicht 3V oder 4,5V, der ATmega8L läuft doch von 
2,7..5,5V.

Und die Transistoren Q1,T1,T3 braucht man auch nicht, im Sleep ohne Takt 
zieht der nur etwa 1µA.

Mit dem Transistor T2 auf den externen Interrupt zum Aufwachen, fertig.


Peter

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Peter Dannegger wrote:
> 9V Batterien sind ja leistungsmäßig nicht so der Brüller und dann noch
> die Hälfte am Spannungsregler verbraten.
>
> Warum nimmst Du nicht 3V oder 4,5V, der ATmega8L läuft doch von
> 2,7..5,5V.

Das stimmt natürlich und da hab ich mir auch schon Gedanken drum 
gemacht. Das Problem ist für mich die Baugröße. Ein 9V Block ist immer 
was schön handliches und leicht zu verbauen. Zwei/drei normale Batterien 
sind da kniffeliger.

Obwohl... bei Reichelt gibt es ja auch Clip-Gehäuse dafür. Wenn ich mir 
den Spannungsstabi sparen und den Atmel direkt mit Batteriespannung 
versorgen kann ist das natürlich ne nette Sache :-) Irgendwie war ich so 
auf die Idee eingeschossen nen Stabi zu verbauen, dass ich das gar nicht 
in Erwägung gezogen habe...

Peter Dannegger wrote:
> Und die Transistoren Q1,T1,T3 braucht man auch nicht, im Sleep ohne Takt
> zieht der nur etwa 1µA.
>
> Mit dem Transistor T2 auf den externen Interrupt zum Aufwachen, fertig.

Jo, das würde ich dann auch so machen. Mein Problem war der Ruhestrom 
des Spannungsstabis, der beim LP2950 immerhin noch 75µA beträgt. Vielen 
Dank für den Tipp - ich denke ich baue die Schaltung so auf, wie Du 
empfohlen hast.

Muss mir dann aber noch was für die LEDs einfallen lassen. Bei 
konstantem Vorwiderstand wird die Leuchtkraft ja bei 4,5V ... 2,7V stark 
variieren. Aber 6 Stromtreiber (2x RGB) sind auch nicht grad wenig. Ich 
merke schon, dass ich Batteriebetriebene Schaltungen viel zu sehr 
vernachlässigt habe :-)

Autor: Falk Brunner (falk)
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@ André Wippich (sefiroth)

>> Und die Transistoren Q1,T1,T3 braucht man auch nicht, im Sleep ohne Takt
>> zieht der nur etwa 1µA.
>> Mit dem Transistor T2 auf den externen Interrupt zum Aufwachen, fertig.

Sleep Mode

>Jo, das würde ich dann auch so machen. Mein Problem war der Ruhestrom
>des Spannungsstabis, der beim LP2950 immerhin noch 75µA beträgt. Vielen
>Dank für den Tipp - ich denke ich baue die Schaltung so auf, wie Du
>empfohlen hast.

Versorgung aus einer Zelle

MFG
Falk

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Der Artikel "Versorgung aus einer Zelle" ist echt interessant! Aber ein 
Step-Up Regler ist doch recht teuer :-) Ausserdem ist die Anwendung (mit 
Ausnahme der LED-Leuchtstärke) bezüglich der Spannung nicht so kritisch. 
Außerdem haben drei AAA-Zellen ein ganz gutes Gewicht - der Würfel soll 
ja auch nicht zu leicht werden.

Was haltet Ihr denn bei den LEDs von dieser Lösung:
Ich dimensioniere die Vorwiderstände der LEDs so, dass sie bei 2,7V 15mA 
bekommen (ca. 46 Ohm). Mittels ADC messe ich die Batteriespannung 
(Vergleich über Spannungsteiler mit der internen Referenzspannung) und 
steuere die LEDs so per PWM an, dass die umgesetzte Leistung immer 
ungefähr gleich bleibt:

Bei 2,7V gibt es 100% PWM -> 15mA Dauerstrom

Bei 4,5V wären dass das "gepulste" 54mA mit kleinem 
Puls-Pausenverhältnis von villeicht 25-30% PPV.

Ist jetzt nur eine grobe Überlegung - müsste für genauere Werte nochmal 
Datenblätter wälzen, um zu sehen was die LEDs so an Pulsströmen 
abkönnen, wie die "Abkühldauer" ist u.s.w.

Autor: André Wippich (sefiroth)
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Ich habe jetzt ein wenig am Schaltplan gearbeitet (nehme übrigens jetzt 
einen ATtiny44, genügt völlig) und bin auf folgendes Problem gestossen:

Da ich die LEDs per PWM schalte, befürchte ich Störungen auf den 
Versorgungsleitungen zum Controller. Daher wollte ich noch zur 
Sicherheit ganz gerne einen 10µF Kondensator als Buffer einsetzen. 
Allerdings habe ich mal gelesen, dass Elkos so 3µA Ruhestrom haben - was 
hier ja dreimal soviel wäre, wie der AVR im Sleep zieht. Und an anderer 
Stelle habe ich gehört, dass Tantal-Kondenstaoren weniger Ruhestrom 
haben, als die "nassen" Elkos. Aber das ist alles nur Halbwissen und 
Gerüchteküche - daher wollte ich mal Euch um Rat fragen.

Und noch eine weitere Frage: Wieviel Strom kann man eigentlich aus einer 
Batterie rausholen? Ich wollte 3 AAA Micro Zellen nehmen. Im Extremfall 
habe ich Spitzenströme von 300mA. Nicht das ich das so plane, aufbaue 
und dann sehe dass mir die Batterien einen Strich durch die Rechnung 
machen...

Autor: tom (Gast)
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Hi,
schau Dir mal den Thread an, mit den Chips könntest Du einiges 
vereinfachen, Selbsthaltung musst halt in den Attiny programmieren

Autor: tom (Gast)
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