Lichtsteuerung

Die Lichtsteuerung betrifft zwei Bereiche. Einerseits die Beleuchtung von Häusern, Straßenlampen u.ä. andererseits die Steuerung der Signale.

Beide Bereiche werden durch ein PC-Netzteil mit 5V und 12V Ausgangsspannung versorgt. Das Netzteil stellt bei 5V 38A und bei 12V 22A zur Verfügung. Das Netzteil wurde in einem 19" Rack untergebracht, das auch die Einschübe für die Europakarten der Steuerungen aufnimmt.

 Beleuchtung

Grundsätztlich habe ich beschlossen, die gesamte Lichtsteuerung mit einem (bzw mehreren) Arduino Mega 2560 schon wegen der zahlreichen digitalen Ports, zu verwenden. Da ich im Besitz von mehreren 100 Glühlampen für 12V war, lag es nahe die Beleuchtung mit diesen Lampen zu realisieren. Daher wurde der Arduino mit 5V versorgt und die Anpassungn der Lampenausgänge mit ULN 2803 realisiert. Der mechanische Aufbau erfolgte in der Art, daß die 12V Treiber auf einer Europakarte mit 64 Poliger VG Leiste verlötet wurden, der Arduino per Stiftleisten "kopfüber" auf diese Platine gesteckt wurde ( seitdem hasse ich Layouter, die Stiftleiten mitten drin seltsamerweise von Rastermaß 2,54 auf 1,27 mm wechseln ). Diese Lösung erwies sich im Nachhinein als sehr praktisch, wie ich weiter unten erklären werde. 

Die Steuerung der Ports erfolgte durch ein kleines Programm, das die über den Monitor des Arduino eingegebenen Befehle in entsprechende Schaltbefehle umsetzte. Natürlich war die Bedienung mit dem Monitor umständlich und langwierig. Daher verfasste ich mit Microsoft Visual Studio und Excel ein Programm zur Bedienung der Ports. Dies vereinfachte die Bedienung wesentlich, auch ganze Sequenzen zu programmieren war einfach.

 

Kanaltestprogramm Erstes Bedienpult für Lichtsteuerung

 

Bald erwiesen sich jedoch die 52 Ports als zu wenig, ein zweiter Arduino wurde benötigt. 

Der Hadwareaufbau war ident, die Software des Arduinos ebenso. Nur am Bedienpult mußte geschraubt werden, neue Buttons verursachten zwar keine geistige Leistung, aber eine Menge Schreibarbeit. Ein zweite USB Kanal war schnell eingerichtet und das ganze funktionierte bald.

Allerdings war rasch abzusehen, daß weitere Micrcontroller folgen würden. Da jeder weitere Arduino mit ca € 40 zu Buche schlägt, waren weitere nicht unwesentliche Kosten vorprogrammiert. Dies veranlasste mich, das gesamte Konzept der Beleuchtung grundlegend zu überdenken. Außerdem war mir die Stromaufnahme des Beleuchtungsteiles zu hoch (100 Glühbirnen a 40 mA = 4A x 12V = 48 W).

Diese Überlegungen führten zu folgenden zwei Konsequenzen:

Ein Arduino als Steuerung, weitere Ports werden durch Schieberegister ersetzt, und

kein Einsatz weiterer Glühbirnen, Ersatz durch weiße LEDs.

Dabei erwiesen sich die Kosten für die LEDs (ca 0,70 bis 1,20  /Stk) als doch nicht unerheblich. Also suchte ich und fand SMD LEDs weiss um wohlfeile 7ct/Stk. Allerdings stellte sich das "bedrahten" der SMDs als recht "knifflig" heraus - aber Übung macht den Meister, und bald erstrahlte das erste Fenster mit LED Beleuchtung.

 

 

Die Stromaufnahme reduzierte sich bei diesen LEDs auf ca 16 mA. Außerdem konnten mehrere LEDs (max 4 Stück) in Serie geschaltet werden, was den Stromverbrauch weiter senkte. 

 Um einerseits die schon bestehenden Europakarten mit den Treiberbausteinen  und andererseits die bestehende Verdrahtung der VG Leisten nicht ändern zu müssen, wurde auf die vorhandenen Steckerleisten statt der Arduinos einfach eine Platine mit je 7 Schieberegistern 74 HC 595  aufgesteckt und mit je 3 Ports des Arduino verbunden. Auf diese Weise können von einm Arduino mehrere Schieberegister-Blöcke bedient werden.

 Das Konzept mit dem zentralen Arduino und direkt angesteuerten Schieberegistern hat natürlich einen relativ großen Verdrahtungsaufwand zur Folge. Da es aber auch möglich sein muß das Steuerungsrack für Wartung und Erweiterungen auszubauen stellte sich die Frage der Steckverbinder für ca 200 (Doppel) Leitungen. Als preiswerte Lösung lagen 25 polige Submin-D Stecker und Buchsen nahe (Stecker + Buchse + Gehäuse ca € 5.-).

Mit der Entscheidung größere Häuser (zb Wohnhaus oder Stadtsaal) zu beleuchten mußte zu einer dezentralen Lösung gegriffen werden. Bei der Beleuchtung des Wohnhauses, wo nahezu jedes Fenster einzeln beleuchtet werden kann waren z.B. über 40 Ports erforderlich (wieweit die gesamte Angelegenheit in diesem Umfang sinnvoll ist, sei dahingestellt). Es wurde nun eine serielle Busverbindung vom zentralen Arduino zu einen Arduino Uno (der um € 4.- verfügbar ist) mit entsprechenden Schieberegistern hergestellt.  

 

Der Arduio Mega behandelt zudem die Ablaufsteuerung für den Abendzyklus. (siehe Software für Lichtsteuerung)