Elektronische Lampensteuerung selberbauen

[MaikRutsche]

Erstmal sehen wir gross die Platinen später in der Realität sind.

Ein Gehäuse will ich nicht dafür anfertigen.

Dachte daran das ganze dann mit transparentem Schrumpfschlauch einzuschrumpfen.

/edit
Gleich passend dazu mal den aktuellen Stand:
06.02.2006

Neu hinzugekommen ist eine Funktion zum sanften Hochdimmen zwischen den Helligkeitsstufen.

Schaltplan als GIF
Schaltplan für EAGLE

Schaltplan und Platine für Controller in SMD für TARGET3001

Software für den µC
Benötigt wird hierfür:
AVR Studio 4
WinAVR GCC

 

[nikolauzi]

Hi Maik,
kleine Frage, fällt mir gerade so auf: Wieso hast Du die Spannungsmessung so seltsam realisiert?!? Wolltest Du mit der Z Diode die Spannung runtersetzen? Erkenne nicht ganz Dein Ansinnen, verstehe nun aber Dein Problem, die Spannungsmessung zu kalibrieren
Warum nicht einfach 33k2/100k für 0..20V? Durch die Z-Diode holst Du Dir einen riesen Temperaturgang rein?!?

Der Nikolauzi

 

[MaikRutsche]

Hatte die Idee durch die Z-Diode die Messung genauer zu machen.

Quasi einfach den Messbereich von 0-20V auf 12-20V zu verkleinern und eine bessere Auflösung hinzubekommen.

Sollte das der Grund sein warum die Messung wackelt?

 

[nikolauzi]

Hatte die Idee durch die Z-Diode die Messung genauer zu machen.

Quasi einfach den Messbereich von 0-20V auf 12-20V zu verkleinern und eine bessere Auflösung hinzubekommen.

Sollte das der Grund sein warum die Messung wackelt?

Das könnte sehr gut sein Hatte mir die Schaltung bislang nicht so genau angeschaut
Wieso genauer? 10Bit bei 20V macht 20mV. Reicht dicke aus! Sogar zum Laden Denke aber dran, daß Deine Referenz bestimmt 2 oder 4% hat.
Die Z-Diode hat einen ziemlichen Temperaturgang, das macht die Genauigkeit bei weitem wieder wett...

Der Nikolauzi

 

[MaikRutsche]

Ich nutze nur die 8-bit Genauigkeit des ADC.

Ich lass die Schaltung erstmal so wie sie jetzt ist, läuft nämlich in der PRaxis recht gut

Im Anhang mal die aktuelle Software.
Dazu den passenden Schaltplan, nachdem ich den Controller auf Standardlochraster aufgebaut habe.

Was kann der Controller bis jetzt:
- 2 Duo-Leds (grün rot gelb + blinken) als Statusanzeige
- 1 entprellter Taster (Unterscheidung zw. kurz und lang gedrückt)
- 2 PWM-Ausgänge, mit unterschiedlicher Ansteuerung:
* an/aus z.B. für LED-Spots
* Regelung 0-100% der Eingangsspannung
* nachgeregelte konstante Ausgangsspannung z.B. konstant 12V
* Softanlauf und Dimmung beim Umschalten der Helligkeitstufen
- Akkuspannung messen und anzeigen
- Bei leerem Akku wird die Leistung der Lampen gedrosselt, bzw. bei Einsatz eines LED-Spots auf diesen gewechselt.

Viel Platz ist jetzt nicht mehr im µC 500Byte sind noch frei für weitere Ideen.

Was jetzt noch kommt ist die Verkleinerung auf SMD und evtl. eine Linearregelung um Xenon-Ballaste anzuschliessen

 

[nikolauzi]

8Bit? Irre ich nun, oder hat der 10Bit

Der Nikolauzi

 

[MaikRutsche]

Wenn man im ADMUX-Register das Bit ADLAR setztn stehen die höherwertigen Bits im ADCH Register (LEft Aligned).

Liest man das aus hat man nur den 8-bit Wert.
Und da bei mir die niederwertigen 2 Bit eh wackeln lese ich auch nur die 8bit aus.

 

[nikolauzi]

ok, war nur etwas verwirrt, weil ich bei mir die Umrechnung mit 10Bit gemacht habe Dachte schon, ich hätte mich da verhauen, weil die µCs, die ich beruflich nutze, immer 10bit haben. Die Macht der Gewohnheit

Der Nikolauzi

 

[MaikRutsche]

Ich habe mal ne kurze Frage bezüglich der Regelung der Ausgangsspannung.

Entsprechend der Eingangsspannung such ich eine Stellgrösse aus einer Tabelle und regele damit den PWM-Ausgang.

Zur Zeit habe ich in der Tabelle nur 16 unterschiedliche Stellwerte für die entsprechende Spannung abgelegt.

Das Ergebnis davon findet ihr im Anhang.
Leider kann ich nur eine Messgrösse gleichzeitig erfassen - praktisch wäre ja noch der Verlauf der Eingangsspannung.

Eingentlich sollten es konstant 12V sein - es fehlt also noch etwas Feintuing.

Wie gross darf die Eingangsspannung an einem HId-Ballast variieren?

 

[da_hyrr]

Ich habe mal ne kurze Frage bezüglich der Regelung der Ausgangsspannung.

Entsprechend der Eingangsspannung such ich eine Stellgrösse aus einer Tabelle und regele damit den PWM-Ausgang.

Wie erzeugst du eigentlich mit einer PWM eine bestimmte Ausgangsspannung? Die PWM liefert zunächstmal nur eine Rechteckspannung mit U_max = U_in. Zum Spannungsregler wird das erst durch eine nachgeschaltete Induktivität und Glättungs-Elko.
Bei einer Glühlampe kann man darauf verzichten, weil die Energie dann nicht in der Spule zwischengespeichert wird sondern thermisch im Glühfaden. Man regelt dann mit der PWM aber nur die Durchschnittsleistung und keine Spannung. Die Durchschnittsleistung entspricht zwar der Leistung bei einer bestimmten Konstantspannung, aber die liegt hier nirgends an und ist auch nicht so einfach zu messen. Das wird hier leider häufig durcheinander gebracht.
Ein HID Ballast nimmt eine einfach mit PWM zerhackte Spannung sicher sehr übel.

Du kannst das PW-Verhältnis sicher auch recht einfach im Controller berechnen, dafür ist aber relevant, was für eine Last du daran betreiben möchtest?

Gruß Gerrit

 

[MaikRutsche]

Das PWM-Signal wird über ein RC-Glied geglättet und steuert dann über einen OPV einen MOS-FET an.
Die erzeugte Spannung ist dabei konstant und nicht zerhackt.
Und die angehänge Last ist irrelevant - da das RC-Glied nicht belastet ist.

Mein Problem liegt darin die Ausgangsspannung über den gesamten Bereich von 12-17V stabil bei 12V zu halten (siehe Bild im Anhang oben).

Morgen früh will ich mal eine Messreihe aufnehmen wo ich anstatt der 16 Stufen 31 benutze - es sollten also erheblich weniger Spannungssrpünge drin sein.

Mehr als diese 31 vorgegebenen Werte passen aber nicht mehr in den Datenspeicher meines µC.

Besteht evtl. eine Möglichkeit eine Tabelle um Codesegment abzulegen und nicht im Datensegment?

 

[nikolauzi]

Hi Maik,
komme wieder mal nicht so richtig mit
Habe aber 2 Lösungsansätze:
1. Nutz doch eine Kennlinie (lineare Interpolation zwischen den Stützstellen, da sollten max. 8 Stützwerte reichen Allerdings verstehe ich das Problem mit der Regelung nicht, denn...
2. Wenn Du dem OP eine feste Referenz vom µC zur Verfügung stellst und diese auf Uout beziehst (Spannungsteiler), ist die Ausgangsspannung unabhängig von der Eingangsspannung, solange Uin>Uout Quasi ein Spannungsregler

Der Nikolauzi

 

[da_hyrr]

OK, verstanden.
Jetzt habe ich das gleiche Problem wie Nikolauzi, warum so ein Aufwand, um ne Linearregelung zu realisieren?

 

[MaikRutsche]

Servus.

Zunächstmal wegen dem Linearregler:
Bis jetzt ist die Linearregelung nicht mit in meine jetzige Schaltung integriert und nur ein Papiertiger.

War mir nicht bewusst dass es Unterschiede bei direktem PWM-Betrieb und der Linearregelung gibt.

Heist das also dass ich das Regelglied so über die Widerstände dimensioniere dass z.b. ein PWM-Verhältnis von 70% dann immer 12V ergeben würde, für Uin > 12V?

Die Kennlinie die ich oben angehängt habe, stammt aus einem Versuch mit einer direkt am PWM-Ausgang betriebenen 20W IRC.

Interpoliert habe ich die Messwerte schon, sind nur so dumme Zahlen, für die ich mir erstmal was einfallen lassen muss um die direkt im µC zu berechnen

Das mit der Tabelle wär so schon einfach gewesen

PS:
Gibts eigentlich eine anständige Erweiterung für Excel fürs Interpolieren?

 

[nikolauzi]

Servus.

Zunächstmal wegen dem Linearregler:
Bis jetzt ist die Linearregelung nicht mit in meine jetzige Schaltung integriert und nur ein Papiertiger.

War mir nicht bewusst dass es Unterschiede bei direktem PWM-Betrieb und der Linearregelung gibt.

Heist das also dass ich das Regelglied so über die Widerstände dimensioniere dass z.b. ein PWM-Verhältnis von 70% dann immer 12V ergeben würde, für Uin > 12V?

Die Kennlinie die ich oben angehängt habe, stammt aus einem Versuch mit einer direkt am PWM-Ausgang betriebenen 20W IRC.

Interpoliert habe ich die Messwerte schon, sind nur so dumme Zahlen, für die ich mir erstmal was einfallen lassen muss um die direkt im µC zu berechnen

Das mit der Tabelle wär so schon einfach gewesen

PS:
Gibts eigentlich eine anständige Erweiterung für Excel fürs Interpolieren?

Ah! Ich verstehe nicht
Also, Du koppelst einfach die Ausgangsspannung über einen Teiler (4:1) auf den einen OP (oder Komperator) Eingang, das geglättete PWM des µC auf den anderen. Der Ausgang steuert den Fet an. Zur Stabilisierung einfach einen Integrator-Kondensator rein machen. (Habe den Schaltplan gerade nicht hier, ev. finde ich den noch).

Dann kannst Du verschiedene Spannungen vorgeben. Du steuerst aktuell den FET als direkt über den OP linear an??? Oder verstehe ich das falsch? Das wird keine stabile Ausgangsspannung geben

Der Nikolauzi

 

[MaikRutsche]

Gehen wir mal ganz an Anfang zurück

Im Ahnang ist der Schaltplan den ich von dir habe.

Wie steuer ich nun den Regler so an dass ich eine Spannung von konstant 12 bzw 10.8V habe?

Ich bin davon ausgegangen dass ich je nach Eingangsspannung das PWM-Verhältnis am Pin6 einstellen muss.

 

[nikolauzi]

Gehen wir mal ganz an Anfang zurück

Im Ahnang ist der Schaltplan den ich von dir habe.

Wie steuer ich nun den Regler so an dass ich eine Spannung von konstant 12 bzw 10.8V habe?

Ich bin davon ausgegangen dass ich je nach Eingangsspannung das PWM-Verhältnis am Pin6 einstellen muss.

Genau den Schaltplan habe ich gesucht
Also, die AUsgangsspannung wird 4:1 geteilt, also muß der µC 1/4 der Ausgangsspannung liefern. D.h. 3V für 12V, das sind 60% PWM
10,8V/4=2.7V=54%PWM

Der Nikolauzi

 

[MaikRutsche]

OK - dann habe ich den Unterschied übersehen.

Und die kleinen Zacken bei der Spannungsregelung für eine Halogenlampe bei direkter PWM-Ansteuerung sind vernachlässigbar

Hatte mir die Gedanken wegen der HID gemacht ... zunächst ein Problem weniger

Habe heute mal ein paar dieser LEDs bestellt - mal sehen wie ich die in mein Projekt mit einbauen kann:
RGB-LED

 

[MaikRutsche]

Von JuergenH habe ich nun die ersten Platinen bekommen.

Nochmals Danke

Wenn ich dazu komme werde ich heute Abend mal versuchen einen ersten Aufbau wagen...

 

[MaikRutsche]

Es gab leider im Layout 2 kleine Fehler, die sich aber ersteinmal umgehen liessen:


Aber es funktioniert erstmal

Einzig über den Taster muss ich mir nochmal Gedanken machen.

In meinem Ersten Azfbau habe ich einen 10x10mm grossen Typen eingesetzt, der sich mit Handschuhen gut erfühlen lässt.

Einige Experimente mit den RGB-Full-Color-Leds habe ich auch schon gemacht - eine Rosa Statusled sieht einfach klasse aus

Aber ob sich der Aufwand einer RGB-Led lohnt!?

Als nächstes stehen ersteinmal Überlegungen zu einem Gehäuse an.

Aussenabmessungen sind:
Breite 24 mm
Länge 49 mm
Höhe 6 mm

/edit
Für die Leute, die gerne was sehen wollen, hiern och ein kleines Video.
Blau blinken = voll Helligkeit
Gelb = Akku in ca. 30min leer.
http://cop.webbag.de/files/P1010060.MOV

 

[MaikRutsche]

Hier mal wieder ein kleines Update...

Lampensteuerung komplett 2006.03.23.zip

Hier kurz, was die Schaltung inzwischen kann:

- 2 Lampenausgänge (1xLED, 1xHalogen) - gesteuert über PWM

- Halogenausgang mit Sanftanlauf und sanftem Aufdimmen bei Änderung auf volle Helligkeit

- 2 Helligkeitsstufen für Halogenausgang:
* Volle Leistung - das was der Akku halt hergibt
* gedimmt auf Konstantspannung - konstante Helligkeit über gesamten Entladevorgang

- 2 Statusanzeigen über Rot-Grün-Duo-LED:
* Anzeige von Akkuspannung
* und aktueller Lampenschaltung

- 1 Tastenbedienung - 4 Zustände:
* 1 Aus
* 2 LED an
* 3 Halogen gedimmt
* 4 Halogen voll

- Umschalten auf LED bei zu geringem Akkustand

- Beim Einschalten wird die Spannung durch einen Blinkcode angezeigt
Rot: blinkt (Spannung - 10) mal
Grün: blinkt (Spannung modulo 10) mal
4xRot + 9xGrün = 14,9V
(Kann durch Tastendruck abgebrochen werden)

Was noch kommt:
- Betriebsmodus ohne LED
- Betriebsmodus ohne Halogen, für die Stadt (zusätzlicher Zustand dann: Blinkende LED, für mehr Aufmerksamkeit)
- Einstellung wird im EEPROM auch ohne angeschlossenen Akku erhalten

Die Platine ist inzwischen mit Klarsichtschrumpfschlauch und etwas Klarsichtfolie (hoffentlich ) wasserdicht eingeschrumpft.
Abmessungen: 19x44x6mm

2 Dinge meinerseits:
Kann mir evtl. einer von euch kurz erklären in welchen Eigenschaften sich Folien- Tantal- und Elektrolytkondesatoren unterscheiden?
Warum muss ich laut AVR-Datenblatt einen Tantalk. parallel zum ADC nehmen?

Als Schutz gegen Verpolung habe ich jeweils Dioden (SMD 1N 4148) verbaut.
Von Reichelt hatte ich innerhalb einer Verpackungseinheit Dioden mit einem Spannungsabfall von 0,78 und 0,14V !? Wie kann das sein?

/edit
Im Anhang mal meine Ideen zu einer verkleinerten, doppelseitig bestückten Platine (ca. 18x19mm).
Keine Ahnung ob das so überhaupt geht

 

[nikolauzi]

Hi Maik,
die Spannungsdifferenzen der Dioden sind normal und auf den Fertigungsprozeß zurückzuführen. Damit kämpfe ich jeden Tag bei der Auslegung von Schaltungen, die in Stückzahlen von >1mio/a gefertigt werden

Der Unterschied der Kondensatoren ist recht einfach: Folie: Ri sehr klein, aber große Bauart/geringe Kapa. Elko: große Kapa, meißt 'hoher' Ri. Tantal: große Kapa und geringer Ri. Insofern ist für die meißten Anwendungen Tantal eine gute Lösung, kannst aber auch einen Elko nehmen, bei den kleinen Stückzahlen Oder einen 10µF/16V SMD Kerko, gibt's ja inzwischen auch, die sind optimal
Aber meißt nicht so leicht zu bekommen

Der Nikolauzi

 

[JuergenH]

Im Anhang mal meine Ideen zu einer verkleinerten, doppelseitig bestückten Platine (ca. 18x19mm).
Keine Ahnung ob das so überhaupt geht

Klar geht das, nur selbermachen ist dann leider nicht mehr drin, weil die Durchkontaktierungen die Bestückung mit SMD's stört. Dann wäre der Gang zum PCB-Pool oder anderen PCB-Herstellern angebracht. Da würdest du dann eine Eurokarte für 50 Euros bekommen, das wäre dann pro Platine nur noch ein paar Euros.

Soll ich dann besser mit weiterem Platimenätzen des 'alten' Layouts warten?

Gruß

Jürgen

 

[MaikRutsche]

Hast du schon das aktuelle einseitige Layout wo ich die Fehler beseitigt habe?

Ich würde noch mal intensiv einen Blick auf das Layout werfen...

Im Datenblatt habe ich gelesen, dass man die Masseleitung für den Analogteil der Schaltung, in dem Fall die Akkuspannungsmessung extra legen sollte und nur an einem Punkt eine Verbindung zu der "Digital-Masse" bestehen sollte.

Ob das wichtig ist, könnte vielleicht Nikolauzi nochmal erläutern


Für das 2 seitige Layout habe ich evtl. jemanden bei der Hand der das mir machen kann. Allerdings habe ich absolut keine Ahnung wann das wird - würde das gerne bis in den Sommer verschieben wollen.

Eigentlich nehme ich mir schon jetzt für das Projekt mehr Zeit, als ich eigentlich dürfte...

Am Ende lohnt sich der Gang zum PCB-Hersteller evtl. gar nicht - denn irgendwie müsste ich ja die ganzen Platinen verkaufen...

Es gibt auch noch immer ungeklärte Probleme:
Zum einen finde ich die Grösse und Bedienung des Tasters noch immer nicht zufriedenstellend (zu klein - Druckpunkt zu schwach).

Zum Anderen die Frage ob nicht noch ein Linearregler integriert werden sollte - wobei man den hier auch nachschalten könnte...

 

[Argiope]

Hallo,

da ich so ne Lampensteuerung auf PIC Basis bauen will, habe ich mal in deinen Code geschaut.

Mir ist schon vor einer Weile aufgefallen, dass du eine Zenerdiode zum Kappen der Batteriespannung benutzt.
Leider haben Zenerdioden die unangenehme Eigenschaft wie alle Dioden im Sperrbetrieb (und das ist ja bei einer Zenerdiode der Normalbetrieb) zu rauschen. Dieser Effekt wird sogar benutzt um Rauschgeneratoren zu bauen.

Die Spannung die du misst, ist daher kaum stabil zu bekommen.

Vielleicht ist es günstiger, einen Spannungsteiler mit Widerständen aufzubauen und dann mit 10Bit zu arbeiten.

Ansonsten ists ein schönes Design.


Gruß,

Thomas