IR-bake

[inka]

Hallo allerseits,


ich melde mich nun um über ein paar änderungen / verbesserungen an der bake 1.0 zu berichten:

es ist immer noch „nur“ eine IR-bake, folgende änderungen sind eingeflossen:

• NE556 als ersatz für die zwei NE555
• alles auf einer platine
• nur noch drei IR-LEDs
• der blinker ist nicht mehr als platine steckbar, per jumper aber abschaltbar
• die 36kHz baugruppe ebenfalls per jumper abschaltbar
• 3 IR-LED sind in reihe (ohne vorwiderstände), 3 IR-LED parallel (mit vorwiderständen) aufgebaut, beide LED gruppen sind für testzwecke um- und abschaltbar

die stromlaufpläne (alt & neu)


auf die nachfolgenden verbesserungsvorschläge (post 112, Besserwessi) möchte ich detailierter eingehen.Und auch fragen stellen ...Es hat nicht alles so wie vorgeschlagen geklappt, es kann aber durchaus sein, dass ich etwas missverstanden habe...

Bei einer 5 V Versorgung kann man je 2 (ggf. sogar 3) IR LEDs in Reihe schalten - das spart Strom und macht keinen extra Aufwand.

hier musste ich feststellen, dass das nur teilweise zutrifft. Um die leistung der LEDs zu variieren kann man hier nur mit „ganzen“ LEDs arbeiten, die möglichkeit mit vorwiderständen in verschiedenen größen zu arbeiten steht nicht zu verfügung. Bei der ausführung hier (siehe stromlaufplan) funktioniert es, die LEDs sind aber nur auf maximal 30cm für den IR-empfänger sichtbar.

Das Tastverhältnis für die IR LEDs sollte deutlich kleiner als 50% sein - eher so 25 %. Bei gleichem Impulsstrom für die LEDs gibt das 50% an Stromverbrauch bei 70% der Signalstärke, oder alternativ 70% des mittleren Stromverbrauchs bei der gleichen Signalstärke.

Da meine bake an einerm steckernetzteil hängt ist wie in der ausführung oben der stromverbrauch eher zweitrangig, am tastverhältnis wird – abhängig auch von der empfangs- und erkennungssoftware – noch gearbeitet...

Die IR LEDs sollten eine extra Abkopplung von der Versrogung bekommen (Widerstand und ELKO) um die Rückwirkungen auf den Rest der Schaltung zu reduzieren.

Das habe ich nun überhaupt nicht verstanden: Wie beeinflussen der IR-LEDs die restliche schaltung? Wie müsste konkret die zusätzliche beschaltung aussehen?

Der 2N2222 ist mit den 5 oder 6 LEDs so auch etwas überfordert und braucht deshalb wohl den Kühlkörper. Mit weniger Widerstand an der Basis könnte er mehr Strom liefern und kommt ohne extra Kühlung aus.

der Q2 hat hier einen basiswiderstand von 2x 2.2 k in reihe. Bei nur einmal 2.2 oder bei 3.1k wurden die 22 ohm vorwiderstände der IR-LEDs heiß, bei dem 4.4k auch, aber nicht so sehr.
Bei der ersten version (5 IR-LEDs, 5 vorwiderstände a 22ohm) musste der strom in 5 vorwiderständen verbraten werden, jetzt müssten die drei, die jetzt vorhanden sind, einen gesamtwiderstand auch von ca. 100 ohm haben, oder? Wenn ich aber statt 22 nun 33 ohm einsetze, verrringere ich die leistung der IR-LED, oder? Hier bin ich noch – auch was die 5 bis 6 m entfernung betrifft – noch am testen...

Der Teil mit dem Blinker ist verdächtig: die Kopplung zum IR Sender sollte mit der LED nicht mehr Funktionieren.

beim ersten versuch die zwei NE555 durch einen NE556 zu ersetzen ließ ich die LED samt vorwiderstand weg – die schaltung funktionierte nicht. Bei meiner bauweise der bake war an eine fehlersuche nicht zu denken (zumindest ich hätte es nicht gekonnt)- also müll....
Beim zweiten versuch war die LED wieder dabei – und die schaltung des blinkers lief...Denke jeder was er will

Bei der LED sollten es auch mehr als 47 Ohm Vorwiederstand sein.

es sind nun 150 ohm

Alternativ könnte man die Kopplung über den Reset Eingang des NE555 machen - das geht auch ohne den Transistor.

. Bei dem umbau, den ich mir vorgenommen habe wollte ich nicht alles auf einmal ändern – never change a running system...


und so sieht die bake 1.1 aus:

[Besserwessi]

Das die Vorwiderstände heiß werden ist in Grenzen normal. Bei je 1 LED fallen (sofern der Transistor genug Basisstrom bekommt) etwa 0,2 V am Transistor und 1,3 V an der IR LED an - das macht dann noch 3,5 V für den Widerstand. Bei 22 Ohm sind dass 160 mA oder gut 0,5 W. Das ist für die IR LEDs bei 50% Tastverhältnis OK - ein 1/4 W Widerstand wird damit aber halt auch schon richtig heiß (so dass man sich die Finger verbrennen kann). Der 2N2222 ist dann aber mit mehr als 3 LEDs schon definitiv überfordert. Über den reichlich großen Widerstand an der Basis wird halt der Strom zusätzlich reduziert. Mit den 4,4 K hat man noch rund 1 mA Basisstrom oder bei einer typisch 100 fachen Verstärkung noch 100 mA für alle LEDs zusammen. Weniger Strom bringt dann halt weniger Leistung und man darf sich damit auch nicht über die geringere Reichweite wundern.

Will man bei 50% Tastverhältnis bleiben sind die 160 mA OK. Der 2N2222 schafft das mit etwas Mühe für 2 LEDs parallel, wobei man bei 5 V auch je 2 in Reihe Schalten kann (die 3 LEDs in Reihe sind von der Spannung schon grenzwertig). Bei 2 LEDs in Reihe wäre der passende Vorwiderstand dann etwa 2,2 V / 150 mA also etwa 15 Ohm (11 Ohm = (2 mal 22 Ohm parallel) sollten auch noch reichen). Der Transistor sollte dafür aber auch einen Basistrom von mindestens 3 mA, besser 5 mA bekommen - als Widerstand als eher 1 K an der Basis. Sonst begrenzt der Transistor den Strom und nicht mehr die Widerstände.

Ein geschalteter Strom von gut 300 mA (für 2 LED Stränge parallel) kann die Stromversorgung stören - muss es aber nicht, aber man darf sich nicht wundern wenn es passiert. Spätestens wenn man für viel Leistung so etwas wie 3 Stränge mit je 400 mA Spitzenstrom (bei 25 % Tastverhältins) hat wird man die extra Entkopplung der LED Ströme vermutlich brauchen. Ein Elko direkt an der Versorgung (C3) in der Schaltung puffert ein wenig, ist aber nicht besonders Effektiv, weil er erst wirkt, wenn die Spannung schon einbricht. Mit einem extra Widerstand in Reihe (z.B. 4 Ohm nur für die LEDs) wird der Elko viel Effektiver - der Strom für die LEDs ist dann nicht mehr ganz konstant, aber die Taktgeberschaltung ist von den Stromspitzen getrennt. 100 µF sind da schon ausreichend, sollten aber ein LOW ESR Elko (ggf. auch ein Keramischer Kondensator >= 10 µF) sein - damit der Innenwiderstand des Elkos auch klein gegen die 4 Ohm ist. Der Strom für die LEDs kommt damit erst einmal aus dem Elko und der 4 Ohm Widerstand liefert nur den mittleren Strom nach. Der Elko C3 (ggf. auch kleiner und nur ein 100nF-1µF Kondensator) sollte trotzdem bleiben, denn auch der NE555 verursacht recht heftige Stromspitzen (von der internen Schaltung).

Ein kleineres Tastverhältnis reduziert nicht nur den Stromverbrauch, sondern auch die Wärmefreisetzung an den LEDs / Widerständen. Das lohnt also auch mit Netzbetrieb.

Wie die Schaltung mit der LED funktionieren soll, ist mir schleierhaft. Da werden die IR LEDs immer leuchten, und nur recht schwach (z.B. 160 zu 165 mA) moduliert. Dazu wird der Strom dann auch noch zu groß für den Dauerbetrieb. Die LED (mit Widerstand) kann man besser direkt an den Ausgang des NE555 anschließen, also vor den Transistor - da stört sie nicht die Modulation.

[RolfD]

Wie wäre es denn mit ein paar anständigen Transitoren für die LEDs? BD135 oder vergleichbares z.B.
http://www.fairchildsemi.com/ds/BD/BD135.pdf

Dann kann man die bzw. alle LEDs zb. auch mit an der direkten Batteriespannung (9V? 12V?) in Reihe betreiben wenn die stabilisiert ist. Es macht wenig Sinn eine stabile 12V Spannung (Batterie/Accu/geregeltes Steckernetzteil) erst auf 5V runter zu setzen und erneut zu stabilisieren um sie dann in LEDs zu verbraten... das produziert nur unnötige Abwärme. Und man kann sich ggf. das gepfriemel mit der Absicherug per ELKO/R sparen. Für selbstgemachte / entkoppelte 5V eignet sich hervorragend der 7805L als 100mA Ausführung mit 2 Kondensatoren davor und dahinter um den NE zu versorgen.

http://www.elektronik-kompendium.de/...lt/0208031.htm
Hier ist ein Teil dessen, was Besserwessi erklärt auch noch mal schön dargestellt.

Ich komme übrigends bei 5V Versorgung, 3 IRLEDs mit 1,3V und zusätzlichen 0,3V für den Transistor auf 5 Ohm Vorwiderstand und 128mW Leistung... das ganze gibt eine IR-Impulsleistung von 160mA Dauerstrom.. also sollte das Tastverhältnis nicht größer als 1:8 per Sec sein da eine LED als Dauerstrom üblicher Weise nur 20mA haben darf. Dazu bitte Datenblätter der LED beachten.. wenn mehr geht, entsprechend umrechnen oder es kann das Tastverhältnis gesenkt werden... ich gebe jedoch zu bedenken, das die LEDs bereits nach ca. 0,5 -1 Sec durchgeschossen sind wenn sie nicht zuverlässig mit 1:8 getaktet werden. Grade beim einschalten/anschwingen von Analogschaltungen kann das ein dickes Problem sein - vor allem dann wenn zu viele Elkos in der Schaltung stecken welche beim einschalten alle mit geladen werden wollen.
Gruß

[inka]

hallo Besserwessi,

habe mir Deine ausführungen mehrmals durchgelesen und werde versuchen sie betreffend der vorwiderstände der IR-LEDs und der basiswiderstände von Q2 umzusetzen...

zu der LED:

Wie die Schaltung mit der LED funktionieren soll, ist mir schleierhaft. Da werden die IR LEDs immer leuchten, und nur recht schwach (z.B. 160 zu 165 mA) moduliert. Dazu wird der Strom dann auch noch zu groß für den Dauerbetrieb. Die LED (mit Widerstand) kann man besser direkt an den Ausgang des NE555 anschließen, also vor den Transistor - da stört sie nicht die Modulation.

Ich habe dazu ein kleines video gedreht. Ansonsten habe ich die vorgeschlagene änderung, die seltsammerweise auf dem steckbrett funktioniert hatte (allerdings blinkte die rote LED dauernd) auf der platine – da sie dort nicht funktionierte - wieder zurückgeändert...


Die ersten sekunden des videos zeigen die lötseite, dann wird die wirkung der aufgesteckten jumper gezeigt:


ich wiederhole mich: ich habe die schaltung nach dem stromlaufplan und nach bestem wissen und gewissen aufgebaut und versuche nun das im video gezeigte zu beschreiben:


Ausgang: die grüne LED leuchtet dauerhaft, anderes ist dunkel


JMP-1: die rote LED fängt an zu blinken, das blinkermodul ist an
JMP-2: das sendemodul übernimmt die 2Hz blinkfrequenz, die rote LED leuchtet dauernd, die grüne LED blinkt mit 2Hz
JMP-4: die parallel geschalteten IR-LEDs fangen an zu blinken


JMP-3 ist für die in serie geschalteten IR-LEDs gedacht gewesen. Weil diese nach meinen letzten lötversuch auf der platine nicht mehr leuchten und ich nicht weiss welche evtl. kaputt ist, werde ich auf den einsatz von in serie geschalteten IR-LEDs lieber verzichten...

[Besserwessi]

Die meisten IR LEDs sind für 100 mA Dauerstrom ausgelegt. Das geht aber nur gut, wenn über die Drähte auch einiges an Wärme abgeführt werden kann. Von daher sind die 160 mA bei 50 % Tastverhältnis (38 kHz) und zusätzliche noch eine langsamere Modulation mit noch einmal ca. 50% Tastung schon ganz passend. Für eine normale (z.B. rote) 20 mA LED wäre das aber zu viel.

Das Problem mit der roten LED am Kollektor von Q1 und Basis von Q2 ist, das darüber das Signal vom 38 kHz Takt einfach überstimmt wird - gegen die fast 20 mA von der LED macht der etwa 1 mA vom NE555 fast nichts aus. Deshalb geht die rote LED auch nicht mehr aus, wenn JMP2 geschlossen wird. Damit es funktioniert müsste die LED an den Ausgang OUT1.

[inka]

ok, vielleicht einigen wir uns darauf, dass es in meinem sinne - einstellbare blinkfrequenz und 36kHz werden bis hin zu den IR-LEDs übertragen - funktioniert (auch wenn die rote LED nicht ausgeht) und ich mich nun auf die optimierung der signalerkennung auf eine größere entfernung konzentrieren kann?

[Besserwessi]

Das Problem ist nicht nur das die Rote LED nicht ausgeht - Wenn JMP2 geschlossen ist, sollten auch die 38 kHz nicht mehr bei den IR LEDs ankommen, sondern die IR LEDs dauernd an sein und dann im Dauerbetrieb ggf. auch noch zu viel Strom bekommen. Ohne die Rote LED kann die 2 Hz Modulation funktionieren.

[inka]

also ich muss gestehen, ich bin mit meiner argumentation schon ziemlich am ende. Ich bin nicht der geborene elektroniker, bin auch schon etwas älter, aber zu alterssenilität oder altersstarrsinn fehlt doch noch ein stück. Ich Suche nach der erklärung für den offensichtlichen widerspruch zwischen Deiner theoretischen begründung und meinen parktischen ergebnissen. Ich möchte aber auch nicht den unausgesprochenen vorwurf ich kann nicht richtig gucken so einfach auf mir sitzen lassen:

- im video ist deutlich zu sehen, dass auch die IR-LED blinken

- ich habe mir jetzt noch die mühe gemacht und das auswertungsprogramm für den IR-empfang am RP6 laufen lassen, das ergebnis ist im anhang. Beim empfang wird eine 0000 ausgegeben, kein empfang 0004. Das ergebnis ist für die auswertung des empfangs nicht regelmäßig genug, das programm muss noch angepasst werden, der empfang (und zwar ein blinkender) ist aber da.


als letzten ausweg aus diesem widerspruch kann ich nur noch die eventualität anbieten, dass ich durch zwei sich gegenseitig auhebende lötfehler dieses ergebnis bekomme. Die wahrscheinlichkeit halte ich zwar für nicht sehr hoch, ausschließen kann ich es aber nicht.

Würdest Du bitte inn diesem sinne noch einmal über den schaltplan schauen und mit evtl. ein tipp geben wo ich sowas gemacht haben könnte? Ich kann das nicht...

[inka]

hallo allerseits,

ich hatte wieder etwas zeit und habe den artikel um bake 1.1 ergänzt...

demnächst ist das nächste kapitel dran - navigation mit zwei IR-baken, kompas und SRF02...

ich möchte meine strategie für die bakensuche etwas ändern. Der RP6 selbst ist mit seinem kettenantrieb für regelmäßige, gleich grosse drehungen nicht geeignet. Deshalb habe ich das ACS etwas umgebaut/ergänzt

und zwar habe ich an den ACS-pin an der base noch einen IR-empfänger drangehängt. Dieser soll zusammen mit einem SRF02 per servo gedreht werden und wenn er die bake gefunden hat (oder auch nicht) dreht er wieder zurück in die ausgangsposition und der RP6 um einen etwas kleineren winkel vor. Dann folgt der nächste suchabschnitt...

das funktioniert jetzt erstmal, eine frage zu den zwei IR-empfängern:

Den unteren, direkt an der base eingelöteten empfänger (das abschirmungsröhrchen davor) habe ich zugeklebt (so gibt es keine störimpuse), jetzt sind aber elektrisch mit ihren ausgängen am PB2 zwei empfänger dran. Macht es etwas aus? Wird der PB2 dadurch evtl. irgendwie überlastet?

danke...

[Besserwessi]

Ich weiss, das ich mich wiederhole, aber der Fehler mit der Roten LED für die Anzeige der 2 Hz Modulation ist immer noch drin im Plan. Auch der Steckbrettschaltung ist der Fehler wenigstens nicht mehr ganz so groß weil der Widerstand vor der LED da 470 Ohm ist. So wie gezeigt ist die Schaltung einfach nur Murks, und soll so nicht im Wiki Artikel stehen bleiben. Wenn es mit dem realen Aufbau doch funktioniert, dann entweder weil die Schaltung anders als der Plan ist, oder halt nur mit vergleichsweise sehr wenig Intensität und dafür grenzwertig viel Stromverbrauch.
Interessant wäre ggf. sich das Signal (etwa Basis oder Kollektor von Q2) mit Jumper 2 geschlossen aber Jumper 1 offen auf dem Oszilloskop anzusehen - da wird man dann sehen was da falsch läuft. Das entspricht der Ein-Phase der 2 Hz Modulation.

Die 2 IR Empfänger parallel sind kein Problem. Für den µC pin als Eingang sowieso in keiner weise, weil das halt ein Eingang ist - als Ausgang ist ggf. schon ein Empfänger ein Problem, wenn auch mehr für den Empfänger. Die Empfänger haben einen Open Kollektor Ausgang mit internem Pull-up. Die kann man also parallel Schalten und bekommt so eine UND verknüpfung - d.h. ein Low Signal kommt raus wenn einer der Empfänger ein Signal empfängt. Ein Problem wird es wenn sehr viele Empfänger parallel sind, so ab etwa 15-20 Stück.