Martin's Bastelstube: Basteleien für den Partykeller
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Wir haben jetzt schon so viele Schaltungen für den Betrieb von Robotern
aufgebaut, da muss auch mal was für die Freizeit kommen.
Trotzdem brauchen wir dafür ein Controllerboard mit I2C-Schnittstelle
wie zum Beispiel ein Bobby-Board / Gold-Board / Arduino.
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In Martin's Bastelstube, Teil VIII
haben wir ja schon mal einen Sensor gebaut, der die Bass-Beats aus der Musik
herausfiltert. Der Hintergedanke war damals hauptsächlich die synchrone
Steuerung von Robotern im RoboCup Junior Dance-Wettbewerb.
Jetzt nutzen wir diesen Sensor, um bei einer Lichtorgel das Blinkmuster
synchron zur Musik weiterzuschalten.
Zuerst brauchen wir aber mal ein paar Lichter, mit denen man blinken kann.
In Martin's Bastelstube, Teil VII
ging es um ein paar (maximal 4) bunte Lampen, die man über Funksteckdosen schalten kann.
Das ist schon ganz nett, gibt aber noch kein richtiges Lauflicht.
8 LEDs digital mit PCF8574
Diese Schaltung ist nichts anderes als ein
I2C-Expander digital,
der an Stelle der Sensorstecker LEDs eingelötet bekommen hat.
Wichtig ist, dass man die Vorwiderstände für die LEDs nicht vergisst!
Ein praktischer Wert liegt zwischen 180 und 330 Ohm.
Die LEDs brauchen typischerweise 20 mA im Betrieb, ein Ausgang des
PCF8574
kann höchstens 25 mA an einem Ausgang gegen Masse ziehen.
Auf dem Foto
kann man sehen, dass ich ein paar Vereinfachungen vorgenommen habe:
- Der Pull-Up-Widerstand RP2 ist nicht bestückt – er wird nicht gebraucht.
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Für den Festspannungsregler IC1 reicht ein 78L05 – solange nicht
alle LEDs über längere Zeit gleichzeitig eingeschaltet sind.
- Die Stromversorgung über Stecker X3 wird nicht gebraucht,
- deshalb kann auch die Steckbrücke JP2 durch eine gelötete Drahtbrücke ersetzt werden.
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Die Elkos C1 und C2 sind extra niedrige Bauformen. Die findet man selten beim
Elektronik-Versandhändler – stattdessen lohnt es sich, einen alten
tragbaren CD-Player ("Discman") auseinanderzulöten.
Der PCF8574 kann die LEDs nur digital schalten – entweder ganz eingeschaltet
oder ganz ausgeschaltet. Dafür ist die Software zur Ansteuerung des PCF8574
sehr einfach.
Das reicht immerhin schon für ein paar interessante Blinkmuster.
Wenn acht LEDs nicht ausreichen: Mit dem DIP-Schalter lassen sich 8 Chips vom Typ
PCF8574 und weitere 8 vom Typ PCF8574A adressieren.
Damit könnt ihr bis zu 128 LEDs ansteuern!
Für die Ansteuerung von "richtigen" Glühlämpchen
(z.B. aus einer umgebauten Weihnachts-Lichterkette) ist der
PCF8574
nicht stark genug – hier muss man einen Treiberbaustein wie z.B. den
ULN2803
verwenden, der pro Ausgang immerhin schon 500 mA schalten kann.
Wie sieht denn der I2C-Expander digital mit 8 LEDs überhaupt aus?
7 LEDs analog mit PCA9531
Der PCA9531 hat ebenfalls 8 Ausgänge, allerdings kann
er auf diesen pulsweitenmodulierte (PWM-) Signale ausgeben
– genauso, wie euer Roboter die Geschwindigkeit der
Motoren kontrolliert.
Jetzt kommt auch gleich die erste Einschränkung:
der Baustein kann nur zwei verschiedene PWM-Signale
erzeugen. Jeder der acht Ausgänge kann entweder
ganz ausgeschaltet, ganz eingeschaltet oder auf
einem der beiden PWM-Signale laufen.
Die Bezeichnung "analog" aus der Überschrift
ist also nicht ganz korrekt – ich wollte damit nur
ausdrücken, dass man bei dieser Schaltung die
Helligkeit der LEDs in 256 Stufen einstellen kann.
In meiner Schaltung
sind 7 LEDs am PCA9531 angeschlossen.
Der achte Ausgang des ICs steuert einen Motorausgang, mit dem
man zum Beispiel die Spiegelkugel drehen kann.
Die LEDs sind dicht beieinander angeordnet. Es sollen je
zwei rote / grüne / blaue und eine weiße LED sein.
So kann man knapp 800000 verschiedene Leuchtfarben mischen.
Die Platine
lässt sich mit einseitig beschichtetem Basismaterial
aufbauen. Die wenigen Leiterbahnen auf der Bestückungsseite
werden dann durch Drahtbrücken ersetzt.
Den PCA9531 gibt es leider nur im SMD-Gehäuse, deshalb
habe ich ihn diesmal auf die Unterseite der Platine verlegt.
So kann man trotz SMD-Bestückung mit einer einseitigen
Platine auskommen.
Der Motorausgang kann mit Akkuspannung oder geregelten 5 Volt
betrieben werden. Bei Benutzung mit 5V unbedingt aufpassen, dass
der Spannungsregler nicht überlastet wird! Ein 78L05 kann
nur 100 mA Strom regeln, davon wird das Meiste schon von den
LEDs verbraucht. Im Zweifel kann man stattdessen einen 7805 im
TO220-Gehäuse bestücken, der liefert bis zu 1 A.
Ihr könnt die 5V auch von außerhalb (über X2)
einspeisen – in diesem Fall kann der Spannungsregler
komplett wegfallen.
Wenn die Versorgungsspannung über X2 eingespeist wird,
muss unbedingt die Drahtbrücke zwischen X1 und X2 weggelassen
(oder bei einer doppelseitigen Platine die Leiterbahn aufgetrennt)
werden, sonst gibt es einen Kurzschluss mit der Versorgung eures
Roboter-Boards.
Die rechte Hälfte der Platine ist mit zusätzlichen
Montagebohrungen versehen, damit man eine Projektionslinse
mittig über den LEDs montieren kann. Wenn man superhelle
LEDs verwendet, kann man auf diese Weise das Leuchtmuster
an die gegenüber liegende Wand projizieren.
Die Montage der Linsen ist weiter unten beschrieben.
Wie sieht denn das LED-Board mit PCA9531 überhaupt aus?
32 LEDs digital mit MAX6959
Der MAX6959
kann bis zu 36 LEDs kontrollieren, ich habe davon 32 Stück quasi-kreisförmig angeordnet.
Durch die Ansteuerung als Matrix und das
"Charlieplexing"-Verfahren
braucht der MAX6959 dafür genauso wenige Pins wie der PCF8574.
Die LEDs werden gemischt rot / grün / blau / weiß angeordnet.
Durch geschickte Auswahl der Blinkmuster kann man mal mit Farben,
mal mit Formen variieren.
Der MAX6959 hat Konstantstromquellen an den Ausgängen, deshalb
brauchen wir hier keine Vorwiderstände für die LEDs.
Der Baustein passt sich automatisch an die unterschiedliche
Vorwärtsspannung der verschiedenfarbigen LEDs an.
Genauso wie oben bei der Platine für 7 LEDs sind die
Montagebohrungen im Quadrat um die LEDs herum angeordnet.
Speziell bei einer solchen Fläche aus LEDs bietet es sich
an, die Blinkmuster an eine Wand zu projizieren.
Die Projektions-Optik kann man sich aus einem alten Dia-Betrachter
oder Dia-Projektor nehmen (oder gleich die Platine mit den LEDs
in den alten Projektor hinein schrauben).
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Wie sieht denn das LED-Board mit MAX6959 überhaupt aus?
Montage von Projektionslinsen
Wir suchen uns eine Linse mit
passender Größe und Brennweite.
In meinem Beispiel kommt die Linse aus einem
alten Dia-Betrachter.
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Zur Montage der Linse bauen wir einen Halter.
Das Loch sollte 30mm Durchmesser haben,
die Bohrlöcher sind ebenfalls quadratisch im
Abstand von 30mm angeordnet.
Die Abstandbolzen sind eventuell notwendig, um
die Abbildung der LEDs auf der Projektionsfläche
scharf zu stellen (abhängig von
der Brennweite der Linse).
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Hier ist die Linse provisorisch mit Tesafilm
am Halter befestigt, damit man später
noch die Feinabstimmung der Brennweite
vornehmen kann.
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Das Ganze wird auf der Platine verschraubt.
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Hier ist die Gesamtkonstruktion im Betrieb.
Jetzt kann man noch einmal genau die Linse
nachjustieren, damit das Bild auf der
Projektionsfläche scharf wird.
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Montage von richtigen Objektiven
Vielleicht liegt auf dem Dachboden noch irgendwo
ein alter Dia-Projektor herum ...
Wenn er auch die letzten 20 Jahre nicht mehr
benutzt worden ist, so hat er auf jeden Fall
immer noch ein tolles Projektions-Objektiv eingebaut.
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Wir öffnen die Serviceklappe. Normalerweise braucht
man diesen Zugang, um die Halogen-Glühbirne zu wechseln.
In diesem Fall geht es darum, möglichst wenig am Projektor
abzuschrauben oder zu verändern.
(Mediziner nennen so ein Verfahren "minimalinvasiv")
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Neben der Halogen-Glühbirne sieht man einen Hohlspiegel,
zwei Linsen und eine Filterscheibe. Zuerst werden die beiden
Linsen und die Filterscheibe herausgenommen – sie sind
nur lose in Führungsnuten eingesteckt.
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Wir suchen uns ein Stück Plexiglas mit der gleichen
Materialstärke wie die Filterscheibe. Wenn gerade kein
Plexiglas herumliegt, tut's auch ein anderes Material, das
sich leicht bearbeiten lässt (z.B. Sperrholz).
Die Außenmaße werden genau gleich wie die der
Filterscheibe zugeschnitten. Die Montagelöcher für
die Platine (3.2mm Durchmesser, 30mm Abstand) werden mittig
gebohrt.
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Bei der Bestückung der Platine habe ich ein paar
Anpassungen für diesen Einsatzzweck gemacht:
- Der Reset-Taster S2 wird nicht gebraucht.
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Die Spannungsversorgung erfolgt über X1.
X2 kann weggelassen werden.
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Die LEDs werden für die Projektion meistens
mit voller Helligkeit betrieben. Deshalb nehmen
wir für IC2 den robusteren Spannungsregler 7805.
Er wird abgewinkelt, weil im Gehäuse des Dia-Projektors
nicht soviel Einbauhöhe vorhanden ist.
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Für Kondensator C2 suchen wir eine besonders
niedrige Gehäuseform. Sowas gibt's zum Beispiel
beim Ausschlachten von alten Discman-Geräten.
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Wir brauchen keinen Motorausgang. Deshalb werden
die folgende Bauteile nicht bestückt:
R8, R9, T1, T2, D1, X3.
Die Drahtbrücke zwischen T1 und T2 kann wegfallen.
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Die LEDs werden mit einem Abstand von 10mm zur Platine
eingelötet, damit sie in der optischen Bildebene
der Dias liegen.
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Die fertig bestückte Platine wird einmal kurz auf
korrekte Funktion getestet und dann auf der Plexiglasplatte
montiert.
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Wir setzen die Plexiglasplatte in die Führungsnuten der
Filterscheibe ein.
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Fertig! Wir können das Gesamtkunstwerk in Betrieb nehmen.
Denkt euch mal aus, welche Blinkmuster besonders wirkungsvoll
auf der Leinwand herauskommen.
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Die Original-Ersatzteile, die wir aus dem Projektor herausgenommen
haben, werden sorgfältig verpackt und beiseite gelegt.
Wer weiß – vielleicht wird der Projektor ja doch noch
eines Tages wieder gebraucht ...
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Falls gerade kein Projektor ungenutzt herumliegt, könnte
man stattdessen auch das Teleobjektiv einer alten
Spiegelreflexkamera nehmen.
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Tschüß, euer Martin S.
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