Hilfe bei Projektplanung: 45fach PWM für RGB-LED-Strip

[Majuz]

Hallo Zusammen,

ich bin derzeit dabei die Betontreppe in unserem Haus mit Holz zu verkleiden. An der Unterseite des Überstands der Trittstufen möchte ich bei jeder Stufe einen RGB-Strip anbringen. Dann kann die Treppe schön indirekt beleuchtet werden. Insgesamt sind es 15 Stufen.

Bezüglich der Elektronik für die Ansteuerung würde ich mich freuen, wenn ihr mir Tipps geben könntet wie man das am besten realisieren kann.

Meine Anforderungen:
45 fach PWM (15Stufen, je 3 Farben)
1A gesamtstrom pro Stufe bei voller Helligkeit (weiß)
Zentrale Steuerung über Raspberry Pi (evtl. könnte man dann irgendwann noch ne Android-App basteln :p )
Steuerung über I2C-Bus
möglichst günstig

Ich habe mir inzwischen 3 Lösungsmöglichkeiten überlegt:

1. 15x AtTinyXX die nichts anderes machen als auf I2C-Befehle zu warten und diese in 3 PWM umsetzen. verstärkt mit 45x N-FET. (vielleicht könnte man das Verstärken mit nem ULN2803 machen?) Die Platine würd ich selbst entwickeln und dann ätzen lassen. Man könnte auch größere AVRs nehmen und dann mehr als 3 PWMs von einem µC berechnen lassen.

2. fertige Platine kaufen und eigene Verstärker-Platine herstellen
z.B. folgende:



[*=1]http://www.watterott.com/de/Adafruit-24-Channel-12-bit-PWM-LED-Driver-SPI-Interface-TLC5947
[*=1]http://www.adafruit.com/products/1411
[*=1]http://www.ebay.de/itm/Rs-Pi-I2C-32-Channel-12-bit-PMW-Servo-Board-for-Raspberry-Pi-/321076390929?pt=UK_Computing_Internal_Port_Expansi on_Cards&hash=item4ac1a4ec11




3. Nur den Chip kaufen (http://www.adafruit.com/datasheets/PCA9685.pdf) und dann eine komplett eigene Leiterplatte entwickeln und Ätzen.


Ich würde prinzipiell am ehesten zu Variante 3 tentieren, dann ist alles schön zusammen auf einer Leiterplatte und die externe verkabelung wird gespart, allerdings habe ich den Chip nirgends gefunden wo ich den als Privatmensch kaufen kann. :(

Wie würdet ihr dieses Projekt realisieren? Habt ihr vielleicht noch andere Lösungsmöglichkeiten als meine?

Ich hoffe auf viele Anregungen.

Gruß
Marius

[Andree-HB]

...kaufe Dir RGB-Stripes auf Basis WS2812B - die haben jeweils einen eigenen Controller drauf, damit Du mit nur einer Datenleitung jede einzelne(!) LED in Farbe und Helligkeit ansteuern kannst.
https://www.hackerspace-bremen.de/wp-content/uploads/2014/06/IMG_0535.jpg

[Crazy Harry]

Du könntest auch einen LED-Dimmer wie z.B. den PCA9532 mit 16 Ausgängen nehmen und jeden Ausgang mit einem FET verstärken. Ansteuerung in diesem Fall per I2C.

[Achim S.]

Finde deinen Vorschlag sehr gut. Such auch etwas dazu. Kennst du zufällig ein Stück Code in C?
achim

[malthy]

Wenn die Lichtintensität von WS2812B LEDs für Deine Anwendung ausreichend ist, ist das auch mMn die einfachste Lösung.

[Crazy Harry]

Leider nur in Pascal ;) .... Quatsch natürlich nicht "leider".

[Andree-HB]

...Wenn die Lichtintensität...ausreichend ist...

Unser Display mit den Dingern läuft auf etwa 30% Helligkeit, ansonsten müsste man mit Sonnenbrille arbeiten! :-)

[Majuz]

Hallo,

vielen Dank für eure Anregungen.
RGB-Strips auf Basis WS2812B fallen leider raus, denn ich habe schon die "analogen" Strips gekauft. Außerdem sind die "digitalen" viel teurer. Ich hab für meine 3,70€ pro Meter bezahlt, eine kurze ebay-recherche ergibt für die Digitalen etwa 17€ pro meter. Das ist mehr als das 4,5 fache!

Der PCA9532 sieht interessant aus. Den gibts auch bei Reichelt - perfekt. Das einzige was mich stört: er hat nur 256 Helligkeitsstufen. Der PCA9685 hat 4096. Ansonsten finde ich keine großen Unterschiede zwischen den beiden Chips. Der PCA9685 wäre mir zwar lieber, aber ich hab noch keinen Shop gefunden, wo ich den als privatmensch kaufen kann. Hat jemand von euch ne Idee?

Wie würdet ihr das Signal dann verstärken? FETs? Oder wie wäre ein ULN2803?

[malthy]

[...] für die Digitalen etwa 17€ pro meter [...]

bei Aliexpress finde ich auf die Schnelle welche für 11.20€/Meter (mit 60 LEDs/Meter). Das ist immernoch deutlich mehr als 3.70€/Meter, allerdings ist dabei zu bedenken, dass Du dann Null Aufwand mit zusätzlicher Treiberelektronik hast. Du kannst die Dinger direkt an einen Controller hängen, ein paar Zeilen Code bringen sie dann zum Leuchten. Ich verstehe schon, dass Du jetzt Deine bereits gekauften LEDs verwenden willst, wollte nur für eine rationale Aufwandsabschätzung plädieren :-).


Unser Display mit den Dingern läuft auf etwa 30% Helligkeit, ansonsten müsste man mit Sonnenbrille arbeiten!

Klar, wenn man direkt reinguckt. Wenn man aus einer gewissen Entfernung indirekt etwas mit den LEDs beleuchten will, wird's u. U. schon knapp.

Gruß
Malte

[Majuz]

Neue Idee:
Es gibt AtXMegas mit 24 PWM-Kanälen.
Da könnte ich mir eine Leiterplatte mit 2 Stück erstellen. Dann noch verstärken und fertig.
Vielleicht mit nem ULN2803 oder was würdet ihr empfehlen?

[Peter(TOO)]

Hallo.


Vielleicht mit nem ULN2803 oder was würdet ihr empfehlen?

Der UNL2803 kann maximal 500mA pro Ausgang, allerdings darf der Strom im GND-Pin maximal 2.5A betragen. Das sind aber die Absoluten Grenzwerte.

Spezifiziert wird aber bei maximal 350mA.
Die nächste Limite ergibt sich dann aus der Verlustleistung:

Bei 350mA hat der Transistor eine Sättigungsspannung von 1.6V
0.35A*1.6V*8 = 4.48W
Nun hat das Gehäuse aber einen Wärmewiderstand von um die 70 K/W
Macht also 4.48W * 70 K/W = 313K
Da der Chip maximal eine Temperatur von 150°C haben darf:
150°C - 313K = -163°C
Das ist dann die maximale Umgebungstemperatur.

Und nicht vergessen, im Sommer kann es auch mal über 25°C haben, auch abends.

Ist als mit FETs wesentlich einfachen.

MfG Peter(TOO)

[Majuz]

Danke Peter, für die ausführliche Berechnung. Also FETs. Wäre der IRLML2502 geeignet? Ist Logic-Level, hat genügend Power und ist im SOT23 Gehäuse.
Als PWM-Quelle bin ich jetzt auf den AtMega640/1280/2560 gekommen. Mit dem hab ich auf dem Arduino schon etwas Erfahrung und er hat 12 PWM-Kanäle mit 16 Bit. Davon 4 Stück auf eine Leiterplatte, 45 IRLML2502 dazu, noch ein paar Widerstände, und fertig.

Für ein viertel des Schaltplans siehe Anhang. Irgendwelche Verbesserungsvorschläge?

Ist TQFP100 noch gut von Hand zu löten? Ich hab schon einige SOT-Gehäuse gelötet, aber so nen großen Chip noch nie.

Ich hoffe auf weitere Anregungen!

[Crazy Harry]

Ich könnte dir ein paar AO4422 anbieten :D 8A im S08-Gehäuse

TQFP100 von Hand ? Ohne Mikroskop eher nicht (bei mir zumindest). Was haben die Abstand ? 0.5mm glaub ich

Schaltplan (also deine FETs passen soweit) - am µC fehlt noch einiges.

[Peter(TOO)]

Hallo,

TQFP100 von Hand ? Ohne Mikroskop eher nicht (bei mir zumindest). Was haben die Abstand ? 0.5mm glaub ich

Da gibt es einen Trick:
Den Chip genau positionieren und über die Diagonale mit Lötzinn fixieren.
Dann einfach eine Raupe quer über alle Pins löten, gibt dann einen satten Kurzschluss ;-)
Anschliessend mit Lötsauglitze das überschüssige Zinn absaugen.
Durch die Kapillarwirkung wird das Lötzinn zwischen Pin und Pad nicht abgesaugt, sondern nur zwischen den Pins.

MfG Peter(TOO)

[Majuz]

Danke, aber die sind viel größer und viel mehr zu löten. Und die Power brauche ich ja nicht. 400mA Dauer würden reichen.
Ein Äquivalent zum ULN2803 mit FETs hab ich leider nicht gefunden.

Dass am Schaltplan noch was fehlt ist mir klar (Quarz z.B.). Es ging mir hauptsächlich um den Teil mit den FETs.

Ich hab grad auch schon mal im Internet gelesen bezüglich TQFP von hand löten. Scheint einfacher zu sein, als man anfangs denkt. Wenn ich mir die Leiterplatte herstellen lasse mit Lötstopplach und Verzinnung sollte es wohl kein Problem sein. Hat jemand hier schon Erfahrungen damit?

Edit: Danke, Peter für die Bestätigung. Genau so habe ich es auch schon an anderer Stelle gelesen

[Peter(TOO)]

Hallo,

Edit: Danke, Peter für die Bestätigung. Genau so habe ich es auch schon an anderer Stelle gelesen
Ich habe gesamthaft auch schon einige 100 so gelötet. Teilweise aber nur 0.65mm Pitch.

MfG Peter(TOO)

[Klebwax]

. Davon 4 Stück auf eine Leiterplatte, 45 IRLML2502 dazu, noch ein paar Widerstände, und fertig.
Und nicht vergessen, 15 Kabel mit mindestens 4 Adern zu den Stufen

MfG Klebwax

[malthy]

Wenn ich mir die Leiterplatte herstellen lasse mit Lötstopplach und Verzinnung sollte es wohl kein Problem sein. Hat jemand hier schon Erfahrungen damit?


Bis 0.65 mm Pitch löte ich häufig per Hand (zB FT232RL), das ist absolut kein Problem, auch ohne Lupe. Eine (Stereo-)Lupe ist aber sehr nützlich, wenn die Schaltung nicht auf Anhieb funktioniert, Feinschlüsse zwischen den Beinchen sind mit bloßem Auge schwer zu erkennen. Wie Du selbst schon sagst, eine professionell gefertigte Platine mit Lötstopplack macht's deutlich einfacher. Der Einsatz viel Flussmittel hilft dann beim Absaugen des überschüssigen Zinns mit der Entlötlitze nochmal sehr.


Und nicht vergessen, 15 Kabel mit mindestens 4 Adern zu den Stufen

Sorry wenn ich nochmal "nachtrete": bist Du Dir sicher, dass der Aufwand den Du jetzt treibst (auch finanziell), nicht doch (deutlich) größer ist, als der beim Einsatz der WS2812? Jetzt sag ich aber auch nichts mehr davon :-)

Gruß
Malte

[Majuz]

Sorry wenn ich nochmal "nachtrete": bist Du Dir sicher, dass der Aufwand den Du jetzt treibst (auch finanziell), nicht doch (deutlich) größer ist, als der beim Einsatz der WS2812?

hmm... mal rechnen:
"Digital":
LED-Strip: http://de.aliexpress.com/item/DC5V-4M-240-leds-60-pixel-m-white-PCB-WS2812B-WS2811-IC-WS2812-Digital-5050-RGB/2012171285.html
41$ *4 = 164$ = ca. 130€ + 19% = 155€
Arduino (Mega2560 ? ) = 20€ (Imitat)
Kabel + RPi hab ich schon
Gesamt: ca. 175€

"Analog":
RGB-Strips: 54€
4 x Mega2560: ca. 40€
45 x FET: ca. 10€
Widerstände: ca. 10€
sonst. Bauteile (Programmierstecker etc.): ca. 10€
Leiterplatte: ca. 20€
Gesamt: ca. 144€

Also etwa 30€ günstiger. Und die Stripes für 54€ hab ich schon.
Oder findet ihr nen fehler?
Ich lasse mich gerne vom Gegenteil überzeugen.

Nebenfrage:
Bei Aliexpress hab ich noch nie was bestellt. Ist das seriös? Hab auch grad gelesen, dass man noch 19% Steuer zahlen muss, wenn man über 22€ kommt (und das wäre ich ja locker)!

EDIT: OK, bei der Leiterplatte hab ich wohl etwas zu tief angesetzt. Mit Lötstopp und so feinen Strukturen für TQFP100 wirds wohl etwas teurer.

[Klebwax]

Bei Aliexpress hab ich noch nie was bestellt. Ist das seriös?

Alibaba ist nun offiziell weltgrößter Börsengang (http://www.manager-magazin.de/finanzen/boerse/mehrzuteilungs-option-alibaba-nun-offiziell-groesster-boersengang-a-992964.html)


hmm... mal rechnen: So rechnet halt ein Milchmädchen. Wenn man etwas neu entwickelt, sollte man davon ausgehen, daß die erste oder die ersten 2 oder drei Versionen für die Tonne sind. Wenn du beim Entwickeln einen Fehler machst (und jeder macht Fehler, selbst ich;) ) kannst du vier Prozessoren oder 45 FETs von deiner Platine kratzen (oder sie gleich besser wegwerfen) ... und deine Rechnung ist im Eimer. Der Preisunterschied den du errechnet hast, ist weniger als 3 Oktoberfestmaß.

Wieviel Erfahrung hast du mit Platinen, schon mal etwas mit Strömen von 15 * 1A gemacht? Schon mal darüber nachgedacht, wie du die 15 Kabel von deiner Rechnerplatine an die Stufen bringst, ohne daß die Frau dich rausschmeißt oder du im Störungsfall den Bohrhammer einsetzen mußt?

Ich würde anders rangehen. Ein µC mit 3 PWM für jede Stufe. Da kommt man mit einem ganz kleinen hin. Dazu einen Bus wie I2C oder DMX als Verbindung. Klein, überschaubar, einfache Verkabelung, kalkulierbares Risiko. Wenn man einen ausentwickelt hat (incl. Software) kann man es leicht vervielfältigen und eine Reserve für Ausfälle vorhalten. Das Konzept mit den WS2812 geht in ähnliche Richtung.

Mein Beitrag zu deiner Projektplanung

MfG Klebwax

[Majuz]

Danke. So hab ich mir das jetzt auch überlegt. Hatte ich ja auch schon im ersten Beitrag geschrieben.
Um erste Erfahrungen zu sammeln werde ich es jetzt erst mal mit einem größeren AVR machen (hab ich noch da) und alle Stufen parallel ansteuern. Brauch ich ja nur stärkere FETs. Der Rest bleibt gleich. Die Ansteuerung läuft dann über nen RPi, der dann über I2C dem AVR befehle gibt. Der AVR macht dann die Umsetzung von I2C auf PWM.

Die Kabel zu den Stufen lege ich zwischen den Trittstufen (Holz) und den Betonstufen. Da hab ich je nach Stufe zwischen 1cm und 3cm Luft. Etwa in der Hälfte der Treppe gehen die Kabel dann Seitlich weg in den Heizraum der sich neben der Treppe befindet und auch noch unter die Treppe reicht. Dann komme ich an beide Enden der Kabel locker ran.

Noch weitere Vorschläge/Anregungen/Meinungen?

Marius