LED Movinghead vom Beatbuzzer

Unterbodenbeleuchtung, Pimp my room, usw.

Moderator: T.Hoffmann

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Beatbuzzer
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Mo, 08.06.09, 18:01

Das Werk ist endlich vollbracht. Nun folgt auch gleich eine ausführlichere Vorstellung:
Zuerst mal ein Vorwort, wie alles begann:
Ich fand beim wühlen in den alten Sachen meinen noch gut erhaltenen RCX von LEGO. Kennen die einen oder anderen hier sicherlich. Es handelt sich dabei um eine Art SPS, nur halt für LEGO-Sachen optimiert. Der Baustein hat drei Eingänge, für Temperatursenoren, Lichtsensoren, Drehsensoren, Tastsensoren. SIe installieren sich beim Anschluss von selbst und der RCX weiss womit er es zutun hat. Eine Auflösung von 100 Schritten ist je nach Sensor möglich.
Weiterhin hat er 3 PWM-Ausgänge mit Polwechslung und eine Infraroteinheit bestehend aus Sender und Empfänger, worüber eine Fernbedienung arbeitet, Programme übertragen werden und Informationen mit weiteren RCX-Bausteinen ausgetauscht werden können.
Für mich eine "Eierlegende Wollmilchsau" :) .
Also wurde das Teil mal zerlegt, wie im ersten Bild zu sehen ist. Das Batteriefach und der Deckel sind jetzt überflüssig. Weil der RCX flüchtig ist, musste ein Backup-Akku her. Ganz praktisch, denn jetzt kann man Programme auch gleich übertragen ohne extra Strom anschliessen zu müssen. Der Akku besteht aus 7 Rundzellen aus einem 9V-Block und hat 150mAh. Völlig ausreichend.
Wenn Strom angeschlossen ist, läuft der RCX über einen 9V Spannungsregler, und der Akku wird gleichzeitig geladen.

Für das Movinghead musste noch weitere Elektronik her, als der RCX bieten kann. Nämlich ein Motortreiber für mehr Strom, als 200mA und eine Steuerung für die LEDs. Beide Schaltungen sieht man auf dem Bild. Ausserdem hab ich nochmal kurz das Gehäuse abgelichtet, wo dann alles reinkommt. Die Bewegungen werden von modifizierten Modellbauservos ausgeführt. Modifiziert heisst, dass nur noch Motor und Getriebe drin sind, und die Elektronik draussen ist. Versorgt wird alles über ein 12V / 3A Schaltnetzteil.
Bild1.jpg
Nun gehts weiter mit dem "Head" des Movingheads:
Drin sind P4 LEDs von LUMITRONIX. Jeweils 3 in RGB. Was ein LICHT 8) ist warm im Gesicht :P .
Wie man sehen kann, wurden mit der Stichsäge zwei Alu-Kreise in 3mm Stärke ausgesägt. In einen wurden 9 Bohrungen mit einem Stufenbohrer gebohrt. Dort finden die Reflektoren von Dealextreme ihren Platz. Auf den anderen Kreis wurden die P4s aufgeklebt und mit 0,5mm² verdrahtet. Von hinten ist mit Wärmeleitpaste ein Kühlkörper angeschraubt.
Die beiden Platten wurden dann mit Schrauben genau auf Abstand aneinander geschraubt. Der passende Abstand ist wichtig, damit ein anständig kleiner Abstrahlwinkel entsteht. Geschätzt <8°. Das ist ist ne Waffe 8) .
Bild2.jpg
Damit kein Streulicht austritt, sondern ein scharfer Lichtkegel entsteht, wurden noch 9 KuPa-Rohre abgelängt und in eine Holzfassung gesteckt. Gebohrt wurde hier mit einem 20er Forstnerbohrer. Beides zusammen passt nun in ein DIN 110er Abflussrohr, welches noch schwarz gestrichen wurde. Die Kabel gehen durch ein Alu-Rohr heraus, welches gleichzeitig als Lager dient.
Weiterhin sieht man noch den schon halb gebogenen Bügel. Es handelt sich um ein Alu-Vierkant, aus welchem Dreiecke herausgesägt wurden. Danach gehts mit dem Brenner ran und dann wirds gebogen. Kalt biegen würde reissen. Mit Montagekleber sind am Ende noch die Fugen ausgefüllt. Gibt Stabilität. Was man hier noch nicht sieht, sind ein REED-Kontakt im Rohr und ein Magnet am Kopf. Damit wird im Betrieb die Bewegung erfasst.
Bild3.jpg
Auf den letzten beiden Bildern ist das fertige Gerät nun ersichtlich. Unten im Gehäuse befindet sich ebenfalls nochmal ein REED-Kontakt und unter dem Bügel der passende Magnet. Die ganzen Kabel wurden über einen Spiralschlauch und einen großen Bogen ins Gehäuse geführt. Vorne am Bedienfeld gibts eine Sound-Controlbox, über welche Bässe aufgenommen und an den RCX weitergegeben werden. Der kann damit arbeiten ( Bewegungsänderung, Farbwechsel, Strobeeffekt... je nach dem wie mans programmiert.). Daneben das Display vom RCX, darüber der Infrarotsensor. Ganz rechts der Hauptschalter und ein Taster, um den RCX ein und auszuschalten.
Bild4.jpg
Soviel zur Optik. Jetzt möchte ich nocheinmal näher auf die Elektronik eingehen. Zu dem Motortreiber gibts ja nicht viel zu sagen. Signal auf der Platine vom RCX abgegriffen, am IC eingespeist, am Ausgang das leistungsfähigere Signal wieder abgenommen.
Aber die LED-Steuerung darf noch erklärt werden:
Darauf befindet sich ein CD4017, welcher als 7Kanal Lauflicht geschaltet ist. Die Ausgänge sind über ein Diodennetztwerk an 3 FETs geschaltet. So lassen sich die Farben rot gelb grün cyan blau magenta weiss durchschalten. Das P-Kanal-FET Kann die LEDs abschalten und auch per PWM dimmen.
Angesteuert wird diese Platine vom RCX über einen Ausgang. Dieser wird mittels 2 Optokopplern aufgeteilt. Die eine Polung des Ausgangs steuert den clock-Eingang des CD4017 und die andere Polung steuert die Dimmung, bzw. Ein-Ausschaltung der LEDs. Der Schaltplan des ganzen Zinobas ist hier nochmal angehängt:
Plan.jpg
Da ich mit Sicherheit noch irgendwas vergessen habe, fragt einfach danach :wink:
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Sehr schön gemacht!

Hast du auch ein Video davon, in dem man den Movinghead in Aktion sehen kann?
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Nein, Video kann ich leider noch nicht bieten, da fehlt mir die Filmausrüstung zu :wink:
Allerdings hab ich vergessen zu erwähnen, dass es eine schöne Farbbalance gibt. Alle Farben, sowie ihre Mischfarben kommen gut zur Geltung. Nichts ist überbetont. Da hatte ich zu Anfang meine Sorge, ob die unterschiedlichen LED-Farben der P4 von der Leistung her alle gleich hell empfunden werden.
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Sehr schön... Wenn es dazu kein Video gibt, dann vielleicht noch ein oder zwei Fotos des Strahlers in Aktion (bei Nacht vielleicht, also ohne störendes Licht drumgerum)?
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Das ganze Teil an sich ist zwar schön anzusehen, aber die Funktion liess doch noch eher zu wünschen übrig:
-Schlechte Geschwindigkeitsregelung der Motoren
-ungleichmäßige Bewegung über den kompletten Aktionsradius
-aufgrund der filigranen Servolager ziemlich instabil
-Mischfarben wegen der ungünstigen Steuerung nicht uneingeschränkt nutzbar
-Getriebelärm, sodass man das Teil selbst bei lauterer Musik noch hören konnte

Die Antwort war, nachdem ich mit mit µCs befasst hatte schnell gefunden:
Atmel AVR und Schrittmotoren. Vorteile:
-direkt hohes Drehmoment ohne Getriebe
-Geschwindigkeit genau regelbar
-Bewegung sehr gleichmäßig
-geräuscharm
-da die LEDs direkt an die µC-Ports können, sind alle Mischfarben direkt anwählbar

Folgende Teile kommen im Umbau zum Einsatz:
-Atmega8 mit LM7805 und 8 STP16NF06 (von Pollin)
-unipolarer Schrittmotor 35x35mm aus der Bastelkiste (aus sehr altem 5,25" Diskettenlaufwerk)
-unipolarer Schrittmotor 42x42mm aus der Bastelkiste (aus altem Laserdrucker)
-ein 24V Netzteil für die Schrittmotoren und ein 12V Netzteil für die LEDs
-50mm Lüfter und ein komplett neuer, stylischer Fuss

Um das Gelaber etwas abzurunden, gibts auch gleich noch ein paar erste Bilder:
Hier der Entwurf der Platine, welche die 5V Versorgung, die Schrittmotortreiber (hier FETs) und RGB-Ausgänge besitzt.
Anschlüsse gibts bei mir wie immer mittles Lötpads auf der Unterseite. Die 3 Leitungen zur RGB-KSQ sind schon dran.
Zuerst das layout mit Kugelschreiber auf Papier und daneben die fertig bestückte Platine:
Projekt1.jpg
Den Schrittmotor für die TILT-Bewegung habe ich schon angebaut. Die doppelt kugelgelagete 5mm Welle bringt gleich ungeahnte Stabilität mit.
Projekt2.jpg
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Mo, 28.12.09, 20:21

Auch hier geht es langsam aber sicher mal etwas weiter:
Der Motor für die Pan-Bewegung wurde installiert und der Schwenkbügel an der Welle befestigt. Auch hier macht sich die Stabilität einer doppelt kugelgelagerten 5mm Stahl-Welle gleich deutlich bemerkbar. Kein wackeln oder schwingen mehr wie bei dem dünnen Kunstoffnippel des Servos.
28122009656.jpg
Und die zum Testen frei vorverdrahtete Steuerung mit 3fach 700mA-KSQ hinten und der Hauptplatine mit Atmega8 und 5V-Regler.
28122009657.jpg
Den Rohbau des Programmes stelle ich auch schonmal mit rein. Vom Prinzip her recht einfach: Unterprogramme für die einzelnen Bewegungsrichtungen und verschiedenen Mischfarben.
Im Hauptprogramm zwischen "Do" und "Loop" muss nur die Geschwindigkeit (Speed-Variable) und der Verweis auf Farbe und Bewegungsrichtung gegeben werden. Ein Durchlauf eines Unterprogrammes für eine Bewegungsrichtung sorgt immer für 4 Schritte des dazugehörigen Motors. Wiederholt man ein Unterprogramm also z.B. 10mal, hat sich der Motor 40 Schritte bewegt.
Die letzte Phase bleibt immer bestromt, damit sich das ganze nicht verdreht, wenn kein Bewegungsbefehl gegeben ist.
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