LED Dimmer

Der LED Dimmer soll LED-Streifen ohne vorgeschaltete Elektronik per PWM (Puls Weiten Modulation) dimmen. In diesem Anwendungsfall sollen 20 Zucht Boxen und eine Voliere für Vögel beleuchtet werden.

Neben der allgemeinen Beleuchtung sollen noch zwei Effekte realisiert werden:

Die PWM wurde mit einem ATtiny85 Mikroprozessor der Firma Atmel realisiert. Das Programm ist in der Programmier-Sprache C geschrieben, unter der Entwicklungsumgebung Arduino, mit ATtiny Bibliothek.

Ich würde mich über eine Rückmeldung von nach gebauten Schaltungen freuen (KontaktEmail).

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LED Dimmer Hardware

Die Bauteile wurden auf eine einseitigen Platine gelötet, die man noch einfach selbst herstellen kann. Es wurde nur 1 Drahtbrücke benötigt. Folgende Bauteile wurden benötigt (Lieferant Reichelt.de):

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Die Platine wurde mit Eagle6 entworfen, die Files sind im Anhang zu finden.

Es ist möglich, mit circa 12 EUR Materialkosten + Versand aus zukommen.

attachment:LED_Dimmer_sch.png

Schaltung

Die Schaltung sollte so einfach als möglich sein, aber noch flexibel in der Programmierung.

Die +5 V für den Prozessor werden mit einem Low Power +5 V Regler erzeugt.

Bei den Treiber N-FET's IRF 7403 sind 2 Stück parallel geschaltet, um eine Last von 10 A treiben zu können, ohne die Verlustleistung des Gehäuses zu überschreiten.

Als 230 V Zeitschaltuhr Koppler wird ein altes Handy Schaltnetzteil von Siemens eingesetzt. Da es im Leerlauf circa 9 VDC liefert, musste die Spannung auf 5 V herunter skaliert werden.

Alternativ kann zum schalten eine JAROLIFT / Vestamatic Multi Time Control Zeitschaltuhr für circa 36 EUR eingesetzt werden. Sie hat ein Astro Programm, um Rollläden jahreszeitlich mit der Tageshelligkeit zu steuern. Als Schaltsignal gibt es zwei Relais Schließer. Die können alternativ zur Zeitschaltuhr am Stecker JP5 angeschlossen werden.

Update 2014-01-30. Nach 9 Monaten Betrieb war an einer Platine der Tantal Elko 10uF/16V abgebrannt, inklusive 5V Regler und Microprozessor. Bei der zweiten Platine zeigte der Tantal Elko auch schon Wärmespuren. Als Maßnahme zur Verbesserung wurde gemacht:

  1. Kondensator C4 von 10uF/16V ersetzt durch 100uF/35V (bessere Spannungsfestigkeit).
  2. Diode D1 1N4004, um die Induktions-Spannung an der Drossel zu begrenzen.
  3. Widerstand R6, 12 KOhm, um einem CPU Reset durch Störspannung vorzubeugen.

LED Dimmer Software

Um beim testen zu schnelleren Dimm-Zeiten zu kommen, kann man mit gebrücktem Jumper JP2 (Test) die Dimm-Zeit auf 2 Sekunden verkürzen. Das geht jederzeit, ohne Reset der CPU.

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Patch Panel

Das Patch Panel wurde gebaut, um die einzelnen Boxen flexibel mit Licht zu versorgen. In den Boxen sind an der Decke Lichtstreifen mit der Boxen Breite angeklebt. Um den Preis niedrig zu halten gibt es zwei Liefermöglichkeiten.

Bei dem Netzteil bietet sich an:

attachment:LED_DimmerP_VS_DSC04152.jpg

Die Zeitschaltuhren wurden für 1,75 EUR im Baumarkt gekauft. Es werden 2 Schaltuhren eingesetzt, um zwei verschiedene Tageslängen anwenden zu können.

Zur Befestigung der Hohlstecker Buchsen wurde ein Aluminium U-Profil 10 x 15 x 1000 mm im Baumarkt gekauft, dazu 2 Winkel mit 60 x 60 x 15 mm zu Befestigung an der Wand.

Das Aluminium Profil wurde in drei gleichlange Stücke geschnitten, und mit den Winkeln verschraubt, so dass in den Zwischenräumen die Buchsen Platz haben. Zur Befestigung der Buchsen wurde in das Aluminium Profil Gewinde M2,5 mm geschnitten, und Schrauben M2,5 x 6 mm benutzt.

Unten wurde eine Epoxyd-Platine aufgeschraubt zur Befestigung der Elektronik Platinen.

attachment:LED_DimmerP_sch.png

Kabel Längen

Das Patch Panel wurde im Zentrum der Boxen angeordnet, um die Kabellängen nicht zu lang werden zu lassen. Um die Verdrahtung möglichst einfach zu gestalten, wurden Hohlstecker mit 2 m Kabel 0,4 mm2 fertig beschafft. Im Bedarfsfall wurden sie verlängert. Die Voliere wurde mit Lautsprecher Kabel 1,5 mm2 angeschlossen, um den Spannungsabfall zu minimieren.

Die Kabellängen in Meter zur Dokumentation:

West Seite

Zeitschaltuhren

Nord Seite

Voliere

3,5

3,0

2,0

2,0

Steckdosen

2,0

2,0

3,0

6,0

2,0

2,0

Patch-Panel

2,0

2,0

3,0

2,0

2,0

Netzteil

2,0

2,0

2,5

2,0

2,0

3,0

SMD Technik

Die SMD Bauteile wurden gewählt, um den Aufbau klein zu halten. Mit einer Pinzette kann man sie noch handhaben. Zum Einlöten per Hand verzinnt am Besten zuerst nur einen Pad, lötet das Bauteil dort an, und lötet dann den anderen Pad.

Da die SMD Kondensatoren und Widerstände einzeln relativ teuer sind, bietet sich ein Sortiment an. Das gibt es preiswert in China in Gurtstreifen:

Leider werden aus den angebotenen je 100 Stück Widerstände nur 40 Stück, und bei den Kondensatoren sind es je Wert nur 30 Stück anstatt 50 Stück, aber es ist dann immer noch preiswert.

Platine

Die Platine (35 x 45 mm) und der Schaltplan wurde mit dem Programm Eagle6 entwickelt, dass für Hobby Anwender kostenlos ist. Die Files kann man bei den Links herunterladen. Der .eps File muss gespiegelt ausgegeben werden, damit bei der Belichtung die Druckseite auf der Platine liegt.

Um mehrere Platinen auf einmal zu fertigen, kann man den .eps File (siehe bei den Links) in der Textverarbeitung Libre Office Writer mehrfach auf einer DIN A4 Seite platzieren. Leider ist der Ausdruck damit auf einem Inkjet Drucker nicht sehr schön. Als Alternative empfiehlt sich, den Film (Dokument) als PDF Datei zu drucken und dann in guter Qualität mit 100% Größe auszudrucken, auf Transparent Film.

Software, Arduino

Die Software wurde mit der aktuellen Arduino IDE Version 1.05 entwickelt.

Diese Entwicklung Plattform (kostenlos) versucht sehr erfolgreich Einsteigern das Programmieren mit AVR Prozessoren einfach zu machen.

Zum leichteren Start hilft Getting started. Als Test Hardware dazu habe ich den Arduino Nano3 eingesetzt, siehe Bild rechts. Dazu muss man den LED Pin in der Software auf 13 legen.

Da Arduino von Hause aus keine ATtiny Prozessoren unterstützt, musste ein passender core installiert werden. Mit arduino-tiny ging das problemlos. Bei der Angabe vom board musste der Arduino: ATtiny85 @ 1 MHz (internal oscillator; BOD disabled) ausgewählt werden. Dann stimmte das Timing.

Die Analogspannung wird zwar mit einem analogen Tiefpass gefiltert, aber zur weiteren Störungsunterdrückung wurden jeweils 32 aufeinander folgende Messwerte gemittelt.

Das Programm konnte durch die Hilfe der Arduino Libraries kurz bleiben (65 Zeilen), und belegt nur 1,3 von 2,0 KB Flash-Speicher.

Wenn man bei der Arduino Programmierung noch nicht so geübt ist, hilft die Language Reference weiter.

Es wird noch ein Programmiergerät für den AVR Prozessor ATtiny25 benötigt. Eine Arduino Platine kann diese Anforderung auch erfüllen, mit Sketch ArduinoISP, siehe. Ich habe dazu einen Arduino Nano3 benutzt.

Wenn man den .hex File zum externen programmieren des ATtiny haben möchte, muss man folgendes machen:

Als preiswerter externer AVR Programmierer bietet sich an, AVR-USB-Stick für circa 10 EUR inklusive Versand (Bausatz). Die Bauanleitung ist hier. Weitere Details findet man bei Mikrocontroller. Der Original Entwurf stammt von LadyAda (Software).

Zum debuggen kann man das kompakte (circa 250 Byte) KnockBang Protokoll von Coding Badly benutzen, in Zusammenarbeit mit dem Programmierprogramm TinyISP auf einem Arduino Rechner, siehe AVRTinyISP.

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-- RudolfReuter 2013-02-27 19:03:15


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LedDimmer (last edited 2014-01-31 11:00:52 by RudolfReuter)