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Gentechniker züchten Hühner mit Tofugeschmack. Japanische Forscher haben die für den Geschmack von Tofu entscheidenden Gene aus einer Sojabohne isoliert und auf Testhühner übertragen! Sie hoffen dadurch, den als äußerst kompilziert geltenden Vegetatiermarkt erobern zu können.
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Aufgebaut auf einem Breadboard (bzw. Steckplatine) sieht die Schaltung natürlich ganz anders aus. Für R1 musste ich 2 220 Ω-Widerstände in Reihe schalten (etwa 440 Ω, es sind 5%-Toleranz-Widerstände), ich hatte nichts passenderes, und das ist nah an den berechneten 480 Ω dran (Fehler von 8,3%…). Die LED (D1) ist eine orangene mit 1,8 Volt Vorwärtsspannung, womit dann auch R2 neu berechnet werden muss. Das sind in der Theorie (12 V – 1,8 V) / 0,02 A = 510 Ω. Auch hier wieder war nichts passendes dabei, also passen 220 Ω + 330 Ω = 550 Ω recht gut. Der Transistor ist wie schon erwähnt ein BC547C.
Eine LED ist aber recht lächerlich, insbesondere wo sich dann die Frage stellt, warum ein Transistor notwendig sein sollte. Ich habe hier 5 Module an superhellen (naja) weißen LEDs rum liegen, die nominal mit 12 V und 40 mA betrieben werden. Die Strombegrenzung ist in die Module eingebaut, somit sind dabei die Vorwiderstände nicht notwendig. 5 Stück parallel geschaltet ziehen in meinem Beispiel 154 mA, auch wenn es theoretisch 200 mA sein sollten.
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Da der Arduino nicht allzuviel Last an seinen IO-Ports erlaubt, brauchen wir eine Entkopplung, bzw. Verstärkung. Für niedrige Lasten ist das einfach mit einem Transistor als Schaltstufe zu regeln. Ich habe jetzt gerade nach einfachen Erklärungen für diese Schaltung gesucht, aber das klingt alles zu kompliziert. Um die Schaltungszeichnungen zu verstehen, sollte man die Schaltsymbole kennen. Natürlich sind die international nicht genormt, aber meistens stimmen die schon.
In der ersten Version, wo der Controller (hier ein Arduino, kann aber genauso gut ein Raspberry Pi sein) die LED direkt antreibt, sieht das Schaltbild so aus:
D1 ist hier einfach eine LED. Eine LED ist eine Diode, und eine Diode wiederum lässt Strom nur in eine Richtung durch. An der Seite, wo der Strich ist, oder auch: in der Richtung, in die das Dreieck zeigt, muss der Minuspol (bzw. auch Masse) liegen. Einen Transistor anzutreiben ist genauso einfach, wie eine LED. Sehr vereinfacht ausgedrück besteht ein Transistor aus 2 Dioden. So ersetzen wir die LED mit einem Transistor:
Betrachten wir dabei nur den fett markierten Bereich (und ignorieren erstmal den Widerstand R1), sieht das sehr ähnlich aus. Auch im Transistor ist ein Dreieck, das Richtung Masse zeigt. Der Arduino ist am Anschluss „B“ (für Basis) mit seinen 0 (aus) oder 3,3 (an) Volt angeschlossen, der Stromkreis wird dann dadurch geschlossen, dass der Emitter (Anschluss „E“) an der Masse angeschlossen ist.
Der Widerstand ist zum Schutz des Controllers und des Transistors sinnvoll. Wenn der Controller den Pin anschaltet, läuft (fast) ungehindert Strom zwischen dem Controller-Pin und der Masse. Der Widerstand ist zur Begrenzung dieses Stroms da.
Nach dem Ohmschen Gesetz ist der zu berechnen. In dieser Erklärung geht es um grobe Berechnungen, um es nicht unnötig kompliziert zu machen (für absolute Genauigkeit gibt es hier auch noch keinen Grund), ignoriere ich ein paar unbdeutende Parameter. Demnach ist U / I = R (U = Spannung in Volt, I = Strom in Ampere, R = Widerstand in Ohm). Die Spannung ist bekannt, das sind U=3,3 Volt, der maximal akzeptable Strom für den Arduino kennen wir auch, der ist I = 40 mA = 0,04 A. Danach ist der minimale Widerstand R = 3,3 V / 0,04 A = 82,5 Ohm. Aber, weniger Strom ist immer besser, also sagen wir mal 10 mA wären nett. Also ist der Widerstand R1 = 3,3 V / 0,01 A = 330 Ohm. Ähnliche Werte, wie z.B. 300 sind hier völlig okay. Wir betreiben den Transistor als Schalter, also an oder aus. Je mehr der Controller und der Transistor geschützt werden können, desto besser, aber ein wenig Strom braucht der Transistor doch noch. Sehr simpel zusammen gefasst: ein Widerstand da ist prima, wenn der zu groß wird, schaltet der Transistor nicht, aber je größer, desto besser.
Natürlich sieht man erstmal nichts, wenn wirklich nur der Transistor vom IO-Pin des Arduino angesteuert wird. Dafür aber ist dann der Rest der Schaltung zuständig. Wenn der Transistor vom Arduino Strom kriegt, schaltet er auf „an“. Dann ist (quasi) die LED direkt an die Stromquelle angeschlossen (wieder nur der fett markierte Bereich):
Der Strom fließt dann – gesteuert durch die Basis – von der Stromversorgung über die LED D1 und den Widerstand R2 durch den Transistor über den Anschluss „C“ (Kollektor) aus dem Anschluss „E“ (Emitter) zurück zum Minus-Pol der Stromversorgung. Das bedeutet dann übrigens auch, dass man die Stromversorgung für die LED recht frei wählen kann. Insbesondere können mit den 3,3 V des Arduino LED-Module geschaltet werden, die 12 V benötigen.
Auch hier ist wieder ein Widerstand eingezeichnet. Nehmen wir mal an, die Stromversorgung würde bei 12 Volt arbeiten, und wir würden nur eine LED dran betreiben, dann müsste der Widerstand R2 den Strom über die LED begrenzen. Wieder kommt das Ohmsche Gesetz daher, leicht modifziert allerdings. Die Berechnung des Vorwiderstands einer LED erfolgt folgendermaßen (oder durch dieses verlinkte Script): R2 = (US – ULED) / ILED = (12 V – 4 V) / 0,02 A = 400 Ohm (US = 12 V der Stromversorgung, ULED = 4 Volt für weiße LEDs, ILED = 20mA – ist ein Wert, den eigentlich jede LED aushalten können sollte). Realistisch ist auch das wieder eine konservative Schätzung, da wegen des Transistors nicht wirklich 12 Volt von der Stromversorgung einzurechnen sind.
Damit kommen wir dann zu dem Gesamtschaltbild:
Es bleiben noch ein paar Fragen:
Diese Fragen werden durch den Typ des Transistors beantwortet. Grundsätzlich ist die Last erstmal darüber begrenzt, welchen Strom der Transistor schalten kann. Ich habe einen BC547C genommen, weil der hier rum lag. Was die Spannungen angeht, liegen wir hier locker in vernünftigen Bereichen. Zwischen Kollektor und Emitter („C“ und „E“) dürfen bis zu 50 Volt liegen (im Beispiel sind es 12 V), zwischen Emitter und Base („E“ und „B“) dürfen 6 Volt liegen (im Beispiel sind es 3,3 V). IC (Strom über dem Kollektor, oder auch „Collector Current Continuous“) darf dauerhaft nicht höher als 100 mA sein, also 5 LEDs.
Die Verstärkung (DC Current Gain) liegt bei der C-Version bei 400. Das wären bei 0,01 A an der Basis also 4 A. Da der Transistor das aber nicht aushält, ist das offensichtlich zu viel (die 4 Ampere werden natürlich nur erreicht, wenn eine entsprechende Last anliegt…). Um bei einer 400fachen Verstärkung auf nur 100 mA zu kommen, sollte der Basisstrom also theoretisch 0,1 A / 400 = 0,00025 A = 0,25 mA sein. Da wir den Transistor aber zum Schalten gerne in vollem Sättigungsbetrieb haben, wird die Basis eigentlich übersteuert (steht unter „Base Emitter Saturation Voltage“) mit 5 mA. Der Maximalstrom über die Basis liegt weit höher, aber wenn wir den Widerstand vor der Basis mit 5 mA berechnen, sind wir auf einem guten Wert. Um den genau zu berechnen nehmen wir jetzt U = UArduino – VBE (sat) = 3,3 V – 0,9 V = 2,4 V. Also R1 = U / I = 2,4 V / 0,005 A = 480 Ohm. Aber alles zwischen 330 Ohm (wie oben behauptet) und 480 Ohm (und auch jeweils ein wenig drüber hinaus) ist an dieser Stelle absolut okay. Wird der Widerstand zu hoch, kommt nicht die ganze Leistung an den LEDs an, wird er zu niedrig, kann der Transistor durchbrennen. Für Experimente ist da genügend Platz, insbesondere, wo diese Transistoren ein paar Cents kosten.
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Wahrscheinlich ist das meiste, was ich lösen möchte und muss, um meine persönliche Ansteuerung für RGB-LED-Strips zu bekommen, schon kompakt irgendwo zusammen gefasst. Ebenso wahrscheinlich gibt es schon alles fertig zu kaufen, ich vermute aber, dass mir dann der Preis nicht gefallen würde. Außerdem: warum einfach, wenn es auch kompliziert geht.
Ich habe ein wenig Grundahnung von elektronischen Schaltungen, aber das war es auch schon. Im Zuge meiner Beleuchtungswünsche kam und kommt einiges hinzu, und wenn jemand von meinen Erfahrungen profitieren kann, dann würde mich das freuen.
Netterweise hat mir mein Haus- und Hofelektroniker zu Weihnachten einen Arduino Leonardo geschenkt, der für die ersten Versuche hier gute Dienste leisten kann. Bei der Entwicklungsumgebung ist direkt ein Beispiel, das die LED blinken lässt:
// the setup function runs once when you press reset or power the board
void setup() {
// initialize digital pin 13 as an output.
pinMode(13, OUTPUT);
}
// the loop function runs over and over again forever
void loop() {
digitalWrite(13, HIGH); // turn the LED on (HIGH is the voltage level)
delay(1000); // wait for a second
digitalWrite(13, LOW); // turn the LED off by making the voltage LOW
delay(1000); // wait for a second
}
Pin 13 wurde deshalb gewählt, weil der nicht nur direkt neben GND (Ground, bzw. Masse) liegt, und die LED einfach in die Buchsen gesteckt werden kann, sondern auch, weil die LED „L“ auf dem Board damit parallel geschaltet ist.
Der Arduino kann eine LED direkt antreiben. Die Pins liefern 3,3 Volt und 40 mA. Für erste Versuche sehr nett, aber ein wenig viel für eine LED. Außerdem sollten die Ausgänge natürlich nicht über Gebühr belastet werden.
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Überall kann man RGB-LED-Strips kaufen, bzw. andere RGB-LED Anwendungen, sie sehen nett aus und könnten ein paar meiner Beleuchtungswünsche erfüllen. Leider natürlich erfüllen sie alle miteinander nicht alle meine Wünsche, deshalb seh ich mir im Moment an, wie ich das selber lösen kann.
Viele Anwendungen bieten recht nette Möglichkeiten, um die Farbe und Helligkeit zu wählen, die man möchte, aber für mich haben alle einige Schwächen, was die Bedienung und die eigentliche Funktion angeht. Ich sehe RGB-LED-Leuchten als eine nette Möglichkeit, ein wenig Farbe ins Leben zu bringen; bisher habe ich noch nichts gefunden, was wirklich die Funktion der Beleuchtung übernehmen kann und sollte. Ich empfinde immer noch das Licht, insbesondere die Lichtfarbe, einer 100 Watt-Glühfadenlampe als sehr angenehm, 40 Watt ist für mich das untere Ende, da wird es langsam zu gelb. Dazu kommt auch, dass Glühfadenlampen ein kontinuierliches Licht liefern, eines, das nicht flackert. Darüber hinaus aber hätte ich gerne die Möglichkeit, die Farbe des Lichts mindestens puntkuell zu ändern sowie die Helligkeit anzupassen. Außerdem natürlich sollte alle Energie, die in das Leuchtmittel geht, in Licht umgewandelt werden.
Eigentlich ein perfekter Job für LEDs. Für warm-weißes Licht gibt es inzwischen auch endlich genügend Auswahlen, Farb-LEDs gibt es schon seit längerer Zeit, aber ein wirklich schönes Licht ist bei all den Möglichkeiten immer noch recht teuer. E14 und E27 Leuchtmittelt mit LEDs drin sind meistens nicht steuerbar und verbraten recht viel Energie und Lebenszeit in den oft billig gemachten Vorschaltungen. Eigentlich sollten RGB-Strips genau das liefern können, was ich gerne hätte, aber auch hier sind die Vorschaltungen weit schlechter, als ich es erhoffe.
Ich möchte gerne:
Punkt 1 ist heutzutage dank chinesischer Produktion eigentlich erreichbar.
Der zweite Punkt sollte auch einfach erreichbar sein. Nach additiver Farbmischung sollten alle (ja, ich weiß, dass es aus gutem Grund verschiedene Farbräume gibt, und RGB faktisch nur eine Submenge darstellt…) Farben mit roten, grünen und blauen LEDs darstellbar sein. Perfekt also für RGB-Strips.
Punkt 3 scheint etwas schwieriger, ist aber eng mit Punkt 2 verwandt. Um jede Farbkombination erzeugen zu können, muss man letztlich jeden Farbkanal relativ zueinander dimmen können. Wenn das möglich ist, muss auch die Kombination dimmbar sein. Leider sind günstige Ansteuerungen aber digital, wodurch es schwierig wird, das Dimmen über die Reduktion von Energie zu erreichen. Mit genügend Aufwand möglich, aber dann wird Punkt 1 verletzt. Simpel ist bei digitalen Steuerungen eine Helligkeitsanpassung über den Tastgrad, was auch Stand der Technik ist.
Aber gerade die Anpassung über Tastgrad verletzt bei den üblicherweise beigelegten Ansteuerungen Punkt 4. Zwar funktioniert die Illusion von gedimmtem Licht dank der Nachbildwirkung durchaus gut, allerdings nur, wenn die Frequenz durchaus hoch ist. Ansonsten merkt man das gerade bei Augenbewegungen sehr schnell, im Augenwinkel noch viel schneller, dass das Licht in Wirklichkeit gepulst ist. Insbesondere wenn man bei solchem Licht versucht, zu lesen, wird es schwierig. Gerade habe ich heraus gefunden, dass es dafür einen Fachbegriff gibt: Mikrosakkade.
Punkt 5 hängt stark davon ab, wieviele Helligkeitsstufen die Ansteuerung pro Kanal hat, hängt damit auch direkt mit Punkt 2 zusammen. Wird die Wechselgeschwindigkeit sehr niedrig, sieht es bei den meisten Ansteuerung sehr ruckelig aus. Wenn ich aber langsame Farbwechsel als Hintergrundbeleuchtung nutze, sollen die Wechsel eben nicht die Aufmerksamkeit auf sich ziehen, also langsam und flüssig passieren.
Nummer 6 wird mindestens von den billigen Steuerungen nicht erfüllt. Da gibt es nur „weiß“, sowie Kombinationen aus 2 Farben (also von rot nach grün über gelb, von grün nach blau über türkis, und von blau nach rot über violett), und von denen auch längst nicht alle. Die Abstimmungen der Kanäle untereinander sind zudem auch nicht besonders gut gemacht.
Sieben sollte nun gar kein Problem sein, wenn die vorhergehenden Punkte erfüllt sind. Leider kann keine billige Ansteuerung das. Feste Farben sind dimmbar, Farbwechsel erfolgen immer über die maximale Helligkeit.
Der achte und letzte Punkt ist natürlich eine Frage der persönlichen Präferenzen, was Benutzeroberflächen angeht. Je mehr man machen kann, desto mehr muss man auch machen. Eine Ein-Knopf-Bedienung wird bei all meinen Wünschen eher unwahrscheinlich sein.
Zusammenfassung: Ich will, ich will, ich will!
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Nur ein Link auf http://www.kfz-tech.de/. Bei kfz-tech.de gibt es eigentlich alles, was in Autos so verbaut ist, mit Erklärungen zur Funktion sowie Zeichnungen. Das hat mir beim Verständnis und der nachfolgenden Reparatur immer viel geholfen. Ein Dank von hier aus!
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Immer wieder großartig!
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… ist schön beschrieben in dieser Serie „How TV Ruined Your Life“ von Charlie Brooker (in Englisch).
Irgendwie beschreibt er nur das, was die meisten schon wissen, aber die Folgen bringen es jeweils sehr schön auf einen Punkt. Die verlinkte Playlist hat leider Folge 2 als nicht abspielbar, da die BBC scheinbar die Verbreitung untersagt hat.
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Ich habe heute meine erste, und auch wohl letzte, Kiwano gekauft. Primär als Fotomodell – was sie auch ganz gut gemacht hat – aber dann auch zum Essen. Schmeckt nicht, und für 2,99 € ist das ein Hohn.
Aufgeschnittene Kiwano
Auch in der Wikipedia wird der Geschmack als nicht überzeugend beschrieben. Meiner Meinung nach schmeckt es sehr wie das Innere einer Gurke, die schon etwas sauer geworden ist. Also man kann es essen, aber wirklich toll ist das nicht.
Nahaufnahme einer Scheibe Kiwano
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Bei dem Himmel musste ich einfach abdrücken:
