Sind Elektroniker unter uns?

[Florida Man]

Ich habe zwei Fragen, die mir ein Elektroniker sicher beantworten kann. Sind hier welche?

- Ich brauche einen "Infrarot-Verteiler", der ein empfangendes IR-Signal an mehrere Emitter weiterleitet. Im Gegensatz zu den mir bekannten, kaufbaren Modellen (Pearl etc ...) muss der Ermitter aber "hell" leuchten, da sich der Empfänger bewegt und die Entfernung zwischen wenigen Zentimetern und 1-2 Metern variieren kann. Gibt es sowas zu kaufen, kann man sowas bauen - wenn ja: Wie?

- Ich möchte eine Vielzahl von LED ansteuern. Wie macht man dies am besten? Muss an jede LED ein Widerstand? Woher weiß ich, welchen Wiederstand ich brauche? Kennt jemand ein bezahlbares, einfaches Modul, mit dem man einzelne Ausgänge individuell steuern (Blinken etc.) kann? Kommt dafür ein Ardunio in Frage?

Kann dazu jmd was sagen?

[Mosher]

Hi.
Also zu 1 kann ich jetzt nicht so viel sagen, da ich das Szenario nicht verstanden habe.
Aber prinzipiell ist es natürlich möglich, mit einem schwachen Signal ein starkes zu schalten, bzw. ein einigermaßen konstantes Signal zu erzeugen.

Zu 2:
Am besten per Microcontroller.
Nein, theoretisch braucht du nicht an jeder LED einen Vorwiderstand, wenn du deine Schaltung bzgl. Spannungen und Ströme so dimensionierst, dass nix anbrennt. IdR. aber liegen die LEDs parallel und du spendierst jeder ihren eigenen Vorwiderstand.

Für die Berechnung brauchst du folgende Daten:

-Durchlassspannung der LED (zB 5V)
-Durchlassstrom der LED (zB 10mA)
-Quellspannung (zB 9V)

Dann weißt du, dass an der LED 5V abfallen ergo am Vorwiderstand 4V.
Der Strom muss auf 10mA begrenzt werden. R = 4V / 10mA = 400Ohm. In dem Fall könntest du einen 470er nehmen.

Ein Arduino käme in Frage, wäre aber in vielen Fällen überdimensioniert.

Wie viele LEDs willst du denn ansteuern? Welche Bauform haben diese? Was bringst du an Lötkenntnissen mit? Hast du die Möglichkeit, SMD zu bestücken?

Ich kann dir bei der Auswahl schon helfen, aber erst brauch ich ein paar Angaben, meinen Morgensch*ss und muss raus aus dem Bett und ran an den Schreibtisch.

Grüße,
Mosher

[Florida Man]

Vielen Dank für Deine Antwort!

Es geht um einige hundert SMD-LED, genauer um diese hier: http://www.ebay.de/itm/10x-LED-0401-PUR-WEISS-White-LEDBaron-Modellbau-Auto-extra-winzig-super-tiny-/371019564166?pt=DE_Modellbau_Modelleisenbahnen&hash=item56627d4486

Die werden in einer Modellbaulandschaft verbaut und ich würde gerne verschiedene Gruppen schalten können, bzw. einige Gruppen mit einem Effekt versehen (z.B. Lauflicht auf Baustellen). Besonders toll wäre es, wenn man über einen Schalter (z.B: Reed-Kontakt) ein Ereignis auslösen könnte, aber das ist vorerst nur optional ;) Im Grunde finde ich Light@Night sehr passend, es erscheint mir nur viel zu teuer: http://www.light-at-night.com/index.html

Zum Thema Infrarot: Die Züge werden per IR gesteuert. Da es ein Untergrundsystem gibt, werde ich dort IR-LED platzieren müssen, damit der Zug auch "unterirdisch" gesteuert werden kann. Die mir bekannten "IR-Verteiler" haben aber nur sehr schwache IR-LEDs, da diese normalerweise direkt auf den Empfänger geklabt werden.

Löten kann ich nicht so gut, aber ich versuche es zu lernen. SMD-löten wird aber vermutlich nicht klappen.

[Mosher]

Ok, also die LEDs wollen eine Durchlassspannung von 3.2V bei 20mA.

Die Formel für die Vorwiderstände würde also wie folgt lauten:
R = (V_quelle-3.2V) / 20mA. Dann den Widerstand entsprechend lieber größer als zu klein dimensionieren, also einfach den nächstgrößeren aus deiner E-Reihe nehmen.

Da das ganze in einer Modelleisenbahn verbaut werden soll, hast du also keine Platzprobleme.
Ich würde vorschlagen, du baust die "Intelligenz" der Schaltung auf einer Lochrasterplatine auf. Da hast du am wenigsten Probleme mit dem Löten und kannst schnell mal ein paar Teile ergänzen.

Deine Herausforderung besteht dann eher im Schreiben des Sourcecodes, da du nicht einfach auf fertige Lösungen wie LED-Cube etc. zurückgreifen kannst.

Im Grunde kannst du dir dennoch ein paar Anregungen Hier (http://www.mikrocontroller.net/articles/LED_cube) holen. Geht zwar um einen LED-Cube, aber gewisse Verwandschaften sind dennoch vorhanden.

Jetzt weiß ich nicht, wie fit du im Programmieren bist. Du müsstest dich ein wenig in die Schaltlogik mit den Multiplexern einlesen, da ich dort selbst kaum Erfahrung habe.
In meinem Link wird für einen 4*4*4-Würfel, also 64 LEDs ein ATmega32 verwendet (später ist dann wieder die Rede von einem 8x8x8.. Naja), der laut Autor allerdings gut ausgelastet ist. Zu deinem Glück habe ich sowohl einen Programmer dafür, als auch ein Board mit einem enstprechenden Sockel. Theoretisch müsstest Du dir also diese Teile nicht kaufen, sondern mir nur deinen ATMega und deinen Code schicken. Alternativ schicke ich dir die Hardware (falls dir dein Code heilig ist). Wie auch immer.

Also, wenn du dir das alles so zutraust, würde ich das so aufziehen und möglichst wenige fertige Lösungen zurückgreifen. In die Eisenbahn gehen eh viele Stunden rein, da kommts dann auf die paar mehr auch nicht an.


Noch mal zu deinen IRs: Es steht dir natürlich frei, selbst eine Schaltung zu bauen, die ein IR-Signal mittels Fototransistor verstärkt/schaltet und an 2 ausreichend leuchtstarke IR-Dioden weitergibt. Sollte eigentlich kein Problem sein. Oder aber du arbeitest mit Lichtwellenleitern. (Das sind so ca. 1mm-Durchmesser Glasfaserkabel). Dann spielen die Entfernungen keine Rolle mehr.

Edit: Bei deinen verlinkten LEDs handelt es sich meiner Meinung nach nicht unbedingt um das, was man als SMD versteht, denn sie sind ja bedrahtet.
Ich habe das so verstanden, dass vom Gehäuse aus 2 lackierte Kupferdrähte für Anode und Kathode nach außen geführt werden. Falls dem so ist, musst du zum Verlöten erst jeweils den Lack an den Drähten entfernen.
Das geht ganz einfach, indem du das Ende des Drahtes ca. 1-2mm tief in den "Lotbatzen" auf deinem Lötkolben eintauchst. Der Lack schmilzt dann weg und zugleich hast du die Spitze verzinnt.

[Florida Man]

Noch mal drei Zwischenfragen:

Welche Stromquelle sollte ich nehmen?
Kann man die verlinkten LED "dimmen", als dunkler leuchten lassen?
Kann ich LEDs parallel anschließen und dann lediglich einen Widerstand pro Strang verbauen?

[Mosher]

1.) "Stromquelle", naja, was halt verfügbar ist. Wenn dein Netzteil von der Eisenbahn noch genug Reserven hat, dann kannst du das nehmen. Allerdings brauchst du dann noch Spannungsregler, um die Betriebsspannung für den µC bereitstellen zu können. Alternativ nimmst du eine 5V-Quelle (Schaltnetzteil) und suchst dir einen µC, der auf 5V läuft. Der ATMega32 läuft so weit ich weiß auf 5V.
Das Netzteil sollte nicht zu schwach sein, also den worst case (alle LEDs an) stemmen können.

Also im Grunde brauchst du einfach eine Quelle, die genügend Leistung liefert.
Je nach Ausgangsspannung musst du die Vorwiderstände anders kalkulieren und brauchst Spannungsregler für den µC.

2.) Dimmen ist bei herkömmlichen LEDs nicht so einfach, da der Strom nicht linear zur Spannung verläuft. Wenn du nicht gerade irgendeine hochpräzise Schaltung eigens fürs dimmen baust, wird das denke ich nicht so toll.

3.) Das geht. Wenn du zB 5 LEDs zu einem Aggregat bündeln willst, kannst du diese klar parallel anschließen. Im Grunde addieren sich dann nur die Ströme und du musst den Vorwiderstand entsprechend dimensionieren. Allerdings darfst du dann auch nur alle LEDs auf einmal schalten.
Also zB: 5 LEDs, 3.1V Durchlassspannung, 20mA. Dein Netzteil liefert zB 9V.
Dann bräuchtest du einen Widerstand von (9V-3.1V) / 5*20mA = 59 Ohm.

Schaltest du mehrere LEDs in Reihe, dann addiert sich die Spannung, doch der Strom bleibt bei 20mA.

[Florida Man]

Meine Eisenbahn fährt mit Akkus, es gibt daher keinen Trafo.

Kann ich mir z.B. sowas hier kaufen? http://www.conrad.de/ce/de/product/513263/Dehner-Elektronik-LED-12V35W-IP67-LED-Treiber-LED-Netzteil-30-W-12-VDC-2500-mA-LED-Stromversorgung-Festspannung;jsessionid=EE9F8B8BE1413E091185A3958BD8348E.ASTPCEN07?ref=list

[Mosher]

Kannst du. Ich sehe nur ein paar Nachteile bei dem Teil:

Ausgangsspannung 12V. Nützt dir nicht viel, da deine LEDs 3.2V "Haben wollen" und dein Microcontroller auch sowas um den Dreh, bzw. 5V.

Du brauchst also 2 verschiedene Spannungsregler, die auch die entsprechenden Ströme liefern können.
Außerdem ist die Verlustleistung an den Vorwiderständen aberwitzig hoch, wenn du 12V-3.2V = 8.8V bei 20mA "verbraten" musst.

Ich würde eher zu so einem tendieren:
5V/10A Schaltnetzteil (http://www.reichelt.de/Schaltnetzteile-fuer-Hut-Schiene/SNT-MW-MDR60-05/3//index.html?ACTION=3&GROUPID=4961&ARTICLE=85240&SHOW=1&OFFSET=16&&gclid=COK6xs2u5b0CFabLtAodFi8ASQ)

Läuft direkt auf 5V und liefert bis zu 10A. Wirkungsgrad ist akzeptabel.

Du könntest damit deine LEDs direkt mit Vorwiderstand betreiben und bräuchtest lediglich einen Spannungsregler, falls dein µC 3.3 braucht.

[Zephyroth]

Man schalte 3 LED's in Serie (3x3.2V=9.6V) und nimmt einen Vorwiderstand für diesen LED-String, so kann man die leicht an 12V betreiben.

Grüße,
Zeph

[Mosher]

Stimmt natürlich. Kommt halt immer auf den Einsatzzweck an.

[Florida Man]

So, mein Projekt geht jetzt weiter. Ich habe mich entschieden einen Arduino zu kaufen und damit meine Effekte zu steuern. Die LEDs sind auch schon angekommen und echt witzig - sie sind wahnsinnig klein (SMD LED 0401).

1. Welches Netzteil sollte ich am besten verwenden, um die LEDs am Arduin zu betreiben? Ich glaube nicht, dass die Leistung des Arduino alleine für x-hundert LEDs reichen wird.

2. Ich verstehe noch immer nicht, wie ich den Widerstand berechnen muss. Auf den LEDs steht nur 3V. Die ganzen Websites, die die Berechnung von Widerständen erklären, verstehe ich nicht, da mir Werte wie "Durchlassspannung, Betriebsspannung, Betriebsstrom" etc. nichts sagen.

Kann mir da jemand helfen?

[Mosher]

Du brauchst im Prinzip 3 Angaben für die Berechnung:

Die 3V von den LEDs, dann den Strom (der muss irgendwo dabeistehen) und die Spanung deines Netzteils.

Stell dir dann das Ganze als Reihenschaltung vor. Die Maschenregel besagt: Spannung(Quelle) = Spannung(Widerstand)+Spannung(LED).

Damit weißt du schon mal, welche Spannung du am Widerstand verbraten willst.
Der Strom durch die LED ist der gleiche wie durch den Widerstand. Widerstand = Strom/Spannung(Widerstand)

Sorry, ich schreibe gerade am Handy. Morgen kann ich das evtl. noch mal deutlicher ausführen. Kannst du mal einen Link zu den LEDs schicken?

[kasir]

Die Durchlassspannung (U_d) gibt an, welche Spannung über der LED abfallen muss, dass ein (signifikanter) Strom fließen kann. Das hat was mit der Raumladungszone am PN-Übergang zu tun. Wenn die Spannung also zu klein ist, kann kein Strom durch das Bauelement fließen.

Die Betriebsspannung (U_0) liegt an der gesamten Schaltung an, sprich der Wert, der auf dem verwendeten Netzteil steht.

Mit dem Vorwiderstand (R) stellst du den Arbeitspunkt ein. Damit wird auch sichergestellt, dass nur U_d über die LED abfällt, bei zu hohen Spannungen verabschieden sich Halbleiter.
R = U_r / I_r
Der Betriebsstrom (I_r) steht im Datenblatt und die Spannung (U_r), die über dem Vorwiderstand abfällt kann man einfach berechnen: U_r = U_0 - U_d (siehe Maschenregel). Der Strom, der nun durch den Vorwiderstand und die LED fließt entspricht dem Betriebsstrom (siehe Reihenschaltung). Der Strom bestimmt die Helligkeit der LED.

[Florida Man]

Folgende Daten habe ich:

"Vorwärtsspannung / Forward voltage IF = 20mA 3,1V"

Also brauche ich einen Widerstand mit 100 Ohm, wenn ich ein 5 Volt-Netzteil verwende, bzw. 480 Ohm bei 12 Volt?

[kasir]

Genau. Jetzt musst du nur noch den Widerstand der Leistung entsprechend dimensionieren.

[Florida Man]

Was bedeutet das? :usad:

[kasir]

Ich zitiere mal Wikipedia:

Wenn Strom durch einen Widerstand fließt und Spannung daran abfällt, wird elektrische Leistung gemäß
http://upload.wikimedia.org/math/3/f/4/3f47856a024a6129673eb0061544668d.png
in Wärmeleistung umgesetzt.

http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrischer_Widerstand#Grundlegende_Zusammenh.C3.A4nge

Das wird besonders wichtig, wenn du mehrere LEDs in Reihe bzw. parallel schaltest, je nach Schaltung.

[Mosher]

An dem Widerstand wird elektrische Leistung umgesetzt.
Diese berechnet sich allgemein zu P = U * I (darf man hier so machen).
Also zB 1,9V * 20mA = 38mW oder 8,9V * 20mA = 178 mW.

Dein Widerstand muss diese Leistung abkönnen. Die meisten Widerstände, die man so kaufen kann, gehen meines Wissens nach bei 0,25W los, also solltest du kein Problem bekommen.

Wie baust du denn deine Schaltung nun auf, hast du Dir da schon Gedanken gemacht?

[Florida Man]

Ich werde eine ganze Reihe von LEDs haben, die einfach immer konstant leuchten sollen. Dafür brauche ich keine Steuerung. Ich will dafür einen leistungsfähigen Trafo kaufen, von dem ein Hauptstrang durch die ganze LEGO©-Anlage läuft. Für jedes Gebäude etc. geht ein Nebenstrang ab, an dem ein Verteiler angeschlossen ist (Steckverbinder). Daran hängen dann wiederum die Widerstände und LEDs.

http://abload.de/img/led-planv3kbn.png

Wird das gehen?


Alle LEDs, die gesteuert werden müssen, werde ich (versuchen) über ein Arduino anzusteuern. Da fehlen mir allerdings noch Erfahrungen, deshalb habe ich noch keine konkrete Idee über das "wie".

[Mosher]

Die konstanten LEDs gehen auf alle Fälle so, wie du das vorhast.

Mit dem Arduino ist es im Prinzip auch keine große Kunst, was die Verdrahtung angeht.
Du hast halt steuerbare Ein-/Ausgänge (I/O), deren Pins du an die Anoden- oder Kathodenseite legst.

Im Code bedeutet dann je nach Verdrahtung logisch "0" ein oder aus.
Du musst dir noch Gedanken machen, wie viele LEDs du steuern willst.

Sind das Beispielsweise 20 und dein Arduinoboard hat 24 steuerbare I/Os, dann ist die Angelegenheit ziemlich simpel. Aber auch wenn nicht die volle Anzahl I/Os zur Verfügung steht, gibt es möglichkeiten, einzelne Pins doppelt zu belegen.

Weißt du denn schon, wie viele LEDs du steuern willst und welches Arduino-Board du nehmen wirst? In Punkte Code schreiben könnte ich dir schon weiterhelfen, keine Sorge.

[Florida Man]

Ich werde auf jeden Fall mehr LEDs individuell steuern müssen, als ein Arduino (normalerweise) Ein- und Ausgänge hat. Aber so wie ich das sehe, gibt es ja eine Menge Erweiterungsmöglicheiten. Motoren möchte ich dann auch noch steuern, wird sicher sehr spannend.

Ich werde auf jeden Fall gerne mit Fragen auf Dich zugehen, wenn der Arduino da ist und ich loslege. Vielen Dank für das Angebot! Ich bin schon ganz gespannt!

[Mosher]

Klar, gerne.
Für solche Basteleien bin ich immer zu haben.

Wenn du was mit Bluetooth, WLAN etc. machen willst, womöglich das ganze per App steuern: Nur zu ^^ Ich freu mich über "Aufträge"