Was man nicht kaufen kann…

… muss man eben selber bauen :-D

Aktuell ein Fall für den Bewegungssensor.

Ich brauche eine Schaltung, welche nicht nur eine justierbare Empfindlichkeit und Einschaltdauer besitzt, auch die Zeit, die bis zur nächsten Aktivierung mindestens vergangen sein muss, soll variabel sein. Zusätzlich müssen mehrere Aktivierungen erfolgen, ehe erneut eingeschaltet wird. Da ohnehin ein PIC 12F675 einen „intelligenten“ Part übernimmt, halte ich mir die Möglichkeit offen, später eine erkannte Bewegung drahtlos zu übermitteln, mal sehen wie ich da was realisiere.

Nun, die Hardware ist fertig, bei der Software für den Mikrocontroller noch nicht ein einziges Bit :mrgreen:

 

 


 

 

 

 

NETIO4 All – reduzierter Preis

Net_IO_Artikel_BOK, eigentlich ist dieser Beitrag pure Werbung… Aber irgendwo auch nicht… Egal ;-)

Ich bin jedenfalls mit der NETIO 4 All sehr zufrieden, das Gerät läuft fehlerfrei und hat mit schon einiges an Lauferei erspart.

Nebenher schätze ich vor allem die Möglichkeit der Stromverbrauchsmessung immer mehr. Wirklich interessant zu sehen, wie viel auch gerade Kleinverbraucher über Monate hinweg ‚ziehen‘.

Wie auch immer, das Gerät ist bei Reichelt derzeit im Preis von 129,95€ auf 119,95€ reduziert, hier also der eigentliche Werbelink :mrgreen:

NETIO4ALL – WLAN,Bluetooth-IP-Steckdosenleiste-4 Ausgänge



 

NETIO4 All – eine intelligente Steckdose

Net_IO_ArtikelNicht selten komme ich in die Verlegenheit, das in meiner Kellerwerkstatt noch irgendetwas ohne meine Beteiligung beendet werden will, sinnlos daneben stehen und warten muss ich aber auch nicht unbedingt haben.

 

Manchmal ist der PC länger beschäftigt, ein anderes Mal hängen noch Akkus am Ladegerät, in jeden Fall wird Strom benötigt. Nun bin ich aber auch niemand, der gerne alle Geräte einfach Energie vor sich hin verbrauchen lässt, die Sicherheit noch gar nicht betrachtet. Gerade wenn Akkus unbeaufsichtigt vor sich hin laden bin ich immer etwas misstrauisch, auch wenn in den Jahren so gut wie nie etwas auffälliges geschehen ist.

Net_IO_Artikel_ASchön wäre bzw. ist also eine Lösung, mit der ich von anderer Stelle aus meine Geräte Ein-/Ausschalten kann. Noch schöner ist es, wenn man durch unerwartete Umstände zu einem Gerät kommt, welches dieses per LAN, WLAN und (theoretisch) sogar Bluetooth 4.0/LE) erledigen kann.

 

In diesem Falle ist dies die „NETIO4 All“ Steckdosenleiste (PDU) von ‚KOUKAA‘. Ich habe eigentlich Hemmungen das Gerät als Steckdosenleiste zu bezeichnen, das ist einfach zu niedrig angesetzt. Für die ausführlichen Daten -> Link zum Hersteller!

Net_IO_Artikel_SKurz gesagt, eine eierlegende Wollmilchsau für mich. Neben den vier, per Netzwerk und direkt, schaltbaren Steckdosen, kann diese Version auch noch den Stromverbauch der angeschlossenen Last messen und, fast schon selbstverständlich, verschiedene Zeitfunktionen bedienen. Abgerundet wird der Funktionsumfang durch einen Watchdog. Angeschlossene Geräte mit Netzwerkfähigkeit können so in einstellbaren Zeitspannen angepingt und bei Bedarf neu gestartet werden. Einfach ausschalten – warten – einschalten. Sollte der Watchdog wiederholt auslösen, kann der an dieser Steckdose betriebene Verbraucher einfach dauerhaft aktiv oder inaktiv bleiben. Abgerundet wird die Funktion durch die Möglichkeit per Email benachrichtigt zu werden, wenn ein Ereignis eingetreten ist.

Net_IO_Artikel_BFür die erste Inbetriebnahme habe ich die Leiste per U-PNP gefunden, eingebunden via DHCP. Da dies in meinem Heimnetzwerk ungünstig ist, hat das Gerät gleich beim ersten Anschluss eine feste IP-Adresse bekommen. Ich greife per WLAN darauf zu, eine Funktion als Accesspoint ginge auch, brauche ich aber im Moment nicht. Lediglich für die Inbetriebnahme musste die NETIO an ein LAN-Kabel. Der gleichzeitige Anschluss LAN/WLAN ist auch möglich, die kabelgebundene Verbindung wird dann als Backupanschluss genutzt, wenn das WiFi-Netz aus irgendeinem Grund nicht verfügbar sein sollte.

Da ich meinen Arbeitsplatz zufällig auch in vier einzelne Stromkreise aufgeteilt habe, kann ich nun recht bequem die einzelnen Stränge beliebig ausschalten, egal von wo. Ich habe Messplatz, Computer, Maschinen und Licht auf eigene Verteiler gelegt, ist schon ein schöner Luxus, bestimmte Aufgaben aus anderen Räumen schalten zu können :mrgreen: Ein bisschen Einarbeitung ist allerdings Pflicht, die mitgelieferte Dokumentation ist, nun ja, eher dürftig ;-)

Für die eigene Einarbeitung darf die NETIO zunächst meinen Router, eine Telefonstation, den WLAN-Drucker und mein NAS bedienen. Alles Geräte, die ich nicht immer eingeschaltet lassen will, zu denen ich aber immer hinlaufen muss, wenn sie denn doch benötigt werden. Ausnahme ist natürlich der Router ;-) Kein Router -> kein Netzwerk -> keine IP-Steckdose. Für ihn nutze ich allerdings die Zeitschaltfunktion, einmal täglich gibt’s einen Neustart. Evtl. ordne ihm ihm auch einen Watchdog zu, allerdings soll die Steckdosenleiste ja in den Keller… Vielleicht doch eine zweite kaufen?!..? Mal sehen…

Net_IO_Artikel_ScreenAdministriert wird die NETIO4 Schaltleiste über den Webbrowser und/oder die passende Android-App (Playstore) bzw. die IOS Version, die ich mangels Apfel-Gerät allerdings nicht testen kann. Im Manual befinden sich QR-Codes, welche die Informationen zum Download der jeweiligen Mobilprogramme bieten. Die Bedienoberfläche ist dabei aufgeräumt und intuitiv zu bedienen, lediglich das Einloggen schlägt gelegentlich fehl bzw. es dauert etwas, bis der Anmeldeschirm angezeigt wird, jedenfalls wenn nicht der Ethernetanschluss benutzt wird.

00AA-NETIO4-A

Im obersten Menü werden die grundlegenden Schaltfunktionen und die Bedingungen für die einzelnen Steckdosen festgelegt. Schalten, Watchdog und Timer können für jeden einzelnen Anschluss getrennt konfiguriert und genutzt werden.

 

00AA-NETIO4-BBluetooth an oder aus… Bisher habe ich allerdings noch keine Möglichkeit gefunden, per BT Zugriffe zu erzeugen. Tablet, Telefon und Notebook finden kein Gerät.

 

 

00AA-NETIO4-CDie Benutzerverwaltung für Zugriffsberechtigte. Es können verschiedene Administrationsrechte festgelegt werden.

 

 

00AA-NETIO4-DNatürlich kann auch jede Dose ein eigenes Zeitprofil bekommen. Einmal erstellt, kann es unterschiedlich zugewiesen werden. Da mein Router gelegentlich neu gestartet werden will, lasse ich dies z. B. um 4 Uhr morgens erledigen.

00AA-NETIO4-EZusätzlich kann die ‚NETIO4 All‘ noch auf weitere Ereignisse reagieren, hier habe ich aber (noch) nichts genutzt oder getestet.

 

 

00AA-NETIO4-FDie Netzwerkverwaltung und einige Grundfunktionen wie Uhrzeit und Maileinstellungen. Eigentlich selbsterklärend, wenn man die Seite vor Augen hat. WLAN oder nicht und mit welchen Parameter und wie spät, all diese Funktionen eben :-)

 

00AA-NETIO4-GWas wann und manchmal auch warum geschehen ist, findet sich im Protokoll. Interessant ist auch die Möglichkeit, täglich das Protokoll per Mail an eine beliebige Adresse zu versenden.

 

Die beiden Antennen dienen übrigens für die Bluetooth- und WLAN  Verbindungen, jeweils eine Antenne für BT und eine für’s Funknetzwerk.

Abgerundet wird die Bedienung durch den Wippenschalter, mit dem das komplette Gerät abgeschaltet werden kann, ebenso durch eine rücksetzbare Sicherung. Pro Steckdose können 8 Ampere geschaltet werden, maximal 16A für das komplette Gerät. Die Stromaufnahme liegt laut Hersteller ‚KOUKAAM‘ bei ca. 4,1W.

OK, soweit mal eine kleine Übersicht zur „NETIO4 All“ :-D Das Gerät ist in den Farben Schwarz und Silber erhältlich, ebenfalls in einer günstigeren Variante ohne Bluetooth und Strommessfunktion.

Derzeit exklusiv bei Reichelt zu bekommen, da dies auch ein Werbepartner ist, darf ein kleiner Affiliatelink natürlich nicht fehlen :mrgreen:




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Elektronische Lasten am Mikrocontroller / Offener Kollektor / Transistor als Schalter

Foto-AmpelImmer wenn ich einen Beitrag zum Mikrocontroller (wenn der eine größere Last schalten muss) schreibe, kommen Anfragen zum ‚womit und wie?‘. Im Prinzip bediene ich mich aber immer der gleichen Schaltung, nur mit angepassten Bauteilen.

 

Die meisten Controller arbeiten irgendwo zwischen 2,5 und 5V. Pro Pin sind meist weniger als 20mA maximaler Strom möglich, induktive Lasten sind auch so eine Sache. Wird ein ganzer Port benutzt, kann es noch enger sein. Meist kann dieser, i. d. R. 8 Ausgänge, nur mit max. 40mA belastet werden, diese müssen auf die einzelnen Pins verteilt werden. Einige LEDs kann man so vielleicht noch direkt über einen Vorwiderstand ansteuern, spätestens bei Motoren oder zahlreicheren Leuchtdioden ist aber Schluss. Hilft also alles nichts, es muss ein Verstärker eingesetzt werden, im einfachsten Fall ein Transistor. Um es nicht unnötig kompliziert zu gestalten halte ich mich in diesem Beitrag an die einfachsten Formen, sicherlich sind noch etliche Verfeinerungen möglich.

Hier und hier habe ich ja schon ein paar Worte zum Transistor auf das virtuelle Papier gebracht, die dort beschriebenen Vorgänge sind Grundvoraussetzung zum Einsetzen der folgenden Schaltungsform.


Ich nehme mal folgendes als gegeben an:

  • Betriebsspannung 12V DC.
  • zu versorgender 12V / 0,5A Motor, nur in eine Richtung laufend.
  • Ein beliebiger Mikrocontroller, der mit 5V versorgt wird, welche angenommen bereits vorhanden sind.
  • Maximaler Ausgangsstrom des Controller 20mA.
  • Ein NPN-Transistor mit B=100 und max. 1,5A Belastbarkeit (BD139 o. ä.).

Realisiert werden soll eine Schaltung, die bei einem ‚H‘-Pegel am Kontrollerausgang den Motor startet, bei ‚L‘ soll er eben einfach wieder stehen bleiben.
µC-Treiber--Im Bild die Prinzipschaltung.

+12V zum Motor, diese werden bei ‚H‘ am Controllerausgang (und somit der Basis des Tranistors) über den Motor nach GND durchgeschaltet – der Motor dreht sich. Die Freilaufdiode (rot) dient dazu, induzierte Spannungen vom Motor kurzzuschließen. Bei rein ohmschen Lasten wie LEDs oder ähnlichem braucht man sie nicht. Es genügt in diesem Falle übrigens eine Standard 1N400X oder ähnliches, bei höheren Strömen/Spannungen/Frequenzen kann etwas spezielleres erforderlich werden.

Besonderes Augenmerk liegt auf R1 bzw. R2.

R1

Ich habe die Erfahrung gemacht, dass es Umstände gibt, unter denen es besser ist, die Basis eines Transistors sicher auf Masse bzw. GND zu legen. Der Wert ist nicht kritisch, es soll ja auch nicht unnötig viel Strom vom Controller geliefert werden müssen. Es geht eben darum, das im ‚L‘-Zustand des Controllerausganges die Basis vom Transistor auf GND liegt damit er nicht durchschalten kann. Im Alltagsgebrauch bin ich mit 10-100k gut ausgekommen.

R2

Sein Wert ist  abhängig vom B (Verstärkungsfaktor) des Transistors. Ist ‚B‘ im Datenblatt nicht zu finden, auch mal nach ‚hFE‘ sehen. Sinnvollerweise sollte der Transistor so weit aufgesteuert werden wie möglich. Man möchte ja die Energie optimal im Motor umsetzen, nicht in der Schaltung. Ausgehend von +5V am Controllerausgang bei „H“ und einer UBE von 0,7V stehen 4,3V an der Basis des Transitors zur Verfügung. Der Motor will 500mA an Strom, dies ist also das Minimum, was fließen soll. Es wäre allerdings Unsinn, jetzt den Stromfluss auf den Motorstrom zu begrenzen, die Spannung UCE würde ja auch wieder unnötig ansteigen und der Motor als Verbraucher bestimmt in diesem Fall sowieso den maximalen Strom. Um nun den minimalen Basisstrom zu errechnen, muss der Strom den der Controller liefern soll mit dem Verstärkungsfaktor multipliziert werden.

Soll also heißen:

Ich will min. 500mA für den Motor, besser ohne Begrenzung.

Der Transistor verstärkt x100, also müssen min. 5mA vom Controller kommen.

U=R*I -> die oben errechneten 4,3V / 5mA = 860 Ohm

Die ist also der maximale Wert, den der Widerstand R1 haben darf. Da aber der Transistor voll offen sein soll, muss der Basistrom noch höher sein. In diesem Falle spricht man im Allgemeinen vom Übersteuern, es wird mehr Basisstrom zugeführt, als für ein komplettes öffnen nötig wäre, z. B. +200%, also das Doppelte. Hier ist ein Blick ins Datenblatt des Transistors unerlässlich! Einmal für den Verstärkungsfaktor, zum anderen für den maximal zulässigen Basisstrom, ruinieren will man das Bauteil ja auch nicht. In der Praxis nehme ich immer einen Wert zwischen 220 und 470 Ohm, hat bisher funktioniert. Wichtig ist auch, dass der Transistor bei Übersteuerung langsamer wird. Das kann man aber getrost vernachlässigen, wenn man sich nicht im MHz Bereich bewegt. Bei allem, was das Auge erfassen kann allemal.

Ist (bei kleineren Strömen) der maximale Stromfluss erreicht, kann es sogar möglich sein, den Transistor ohne zusätzliche Kühlung zu betreiben. Bei den Universaltypen liegt die UCE übersteuert so um die 300mV. Fließen nun wirklich nur 500mA Motorstrom, sind das nach P=U*I 500mA*300mV= 150mW.

Dieser Schaltungstyp (Open Collector) eignet sich für sehr viele Anwendungen, in denen mit kleinem Steuersignal eine größere Last geschaltet werden soll. Man kann das ganze noch verbessern, indem statt des Transistors ein FET eingesetzt wird oder mit einer Brückenschaltung auch eine Umpolung ermöglicht oder ein Special-IC einsetzt oder, oder, oder… Die Frage ist einfach, wie viel Aufwand man für ein bestimmtes Ziel treiben möchte. Um ein paar LEDs blinken zu lassen, würde ich so simpel wie möglich planen, wenn Geschwindigkeit oder Präzision gefragt ist, entsprechend aufwändiger.

Fazit:

So ganz einfach kann ich das alles auch nicht beschreiben. Aber wenn man sich in den üblichen Hobbyanwendungen bewegt, führen ein BD139 oder BC548 (bei kleinen Strömen), R1=10k, R2=220 Ohm und bei Motoren eine 1N4007 als Freilaufdiode eigentlich immer zum Ziel. Bezogen auf 5V am Controller und 12V Versorgungsspannung für die Last. Evtl. möchte ein Motor auch noch einen Kondensator an seinen Anschlüssen sehen. Sollen LEDs angesteuert werden, die entsprechenden Vorwiderstände nicht vergessen, wie überhaupt natürlich darauf achten, dass Bauteile immer innerhalb ihrer Spezifikationen eingesetzt werden. Und wie immer VORSICHT bei elektrischen Basteleien bzw. wenn man experimentiert! ;.-)


reichelt elektronik – Elektronik und PC-Technik

Elektronik Tipps: Funktionsprinzip NPN Transistor

Artikelbild Elektronik Tipps - www.michael-floessel.deDer Transistor

Mit den folgenden Zeilen will ich mal versuchen, die grundsätzliche Funktion des NPN Transistors zu beschreiben. Es ist zwar umstritten, zu Illustration halte ich mich dabei aber an das Wassermodell, es ist m. M. nach einer der besten Wege, die Arbeitsweise aufzuzeigen.

 

Das Wassermodell zeigt auf, wie sich ein Wasserkreislauf annähernd verhalten würde, wenn er mit den Funktionen eines elektronischen Bauelementes beeinflusst würde.

Einige Merkmale eines NPN-Transisitors (ohne Rücksicht auf Sonderbauformen!)

  • 3 Anschlussbeine, Basis, Collector, Emitter
  • Unterschiedlichste Bauformen
  • Reihenfolge der Anschlüsse nicht bei allen Typen gleich
  • Basis = Steueranschluss
  • Collector = positiver Anschluss
  • Emitter = negativer Anschluss, Gemeinsamer Bezugspunkt

Schaltbild Transistor

 

C = Collector

B = Basis

E = Emitter

 

 

Collector (oder Kollektor, in der Elektronik ist eben Englisch der Stand der Dinge :-) )

Der Sammler. In der Regel der Anschluss, an dem die zu steuernde Spannung zur Verfügung steht. Diese wird über die Funktion des Transistors beeinflusst.

Basis

Der Steueranschluss. Über eine hier angelegte Spannung, bzw. den resultierenden Strom, wird der Transistor veranlasst, mehr oder weniger Strom vom Collector kommend fließen zu lassen. Beim Silizium NPN Transistor i.d.R. um die 0,7V positiver als der Emitter, um einen Strom vom Collector kommend fließen zu lassen.

Emitter

Der Versender, besser Ausgang. Hier fließen die von der Basis und vom Collector kommenden Ströme zusammen. Bei vielen Messungen ist er auch der Bezugspunkt.

Funktionsprinzip 

Transistor_Beispiel

Einfache Transistorschaltung zur Ansteuerung einer LED.

 

 

 

 

 

Wie man im obigen Schaltbild erkennen kann, soll dieser Transistor eine LED Ein und Ausschalten können. An seinem Collectoranschluss liegt die volle Betriebsspannung, der Emitter liegt an der LED, soll also nach Masse (-) durchschalten. An der Basis liegt keine Spannung an, das Poti wäre auf Masse/0V eingestellt.

Gesperrter NPN Transistor

 

Im Wassermodell würde sich das so darstellen, dass der Wasserdruck zwar anliegt, durch die geschlossene Klappe aber nicht fließen kann.

 

 

 

Öffnender NPN Transistor

Würde man nun das Poti aufdrehen, läge über den Vorwiderstand eine gegenüber dem Emitter positive Spannung an. Bei ca. 0,7V würde der Transistor leiten, abhängig vom Typ.

Im Wassermodell würde auf die Basis ebenfalls Wasserdruck gegeben werden, die Klappe beginnt sich zu öffnen, das Wasser fließt.

Man verzeihe mir die Tatsache, dass die Druckverhältnisse im Bezug auf die Klappengröße nicht stimmen dürften :mrgreen: An dieser Stelle bitte beachten, dass im Gegensatz zum Wassermodell die Basis eines Transistors nur einen sehr viel geringeren Strom benötigt, als durch den Collector fließen kann. Dies ist eine der Grundvorraussetzungen, um mit einem kleinen Strom einen großen fließen lassen zu können ;-)

Trasnsistor offen

Irgendwann ist der Basisstrom so groß, dass der Transistor nicht mehr weiter öffnen kann. Er ist vollständig leitend. Eine weitere Erhöhung des Basisstromes hätte keine weitere Wirkung mehr, der Transistor würde übersteuert. Am Emitter fließen die Ströme von Basis und Collector zusammen. Wird der Strom über die Anschlüsse zu groß, wird das Beuteil zerstört. Die wichtigsten Größen finden sich im Datenblatt des jeweiligen Typs. Es gibt Transistoren für die verschiedensten Anwendungen, manche optimiert für das Schalten von Lasten, andere zur Verstärkung hoher Frequenzen und noch viele weitere.

In dem einfachen Beispiel oben arbeitet der Transistor als Schalter. Auf oder Zu. Wenn man den Steuerbereich der Basis sehr fein auswählt, kann er auch als Verstärker arbeiten. Eine (sehr) geringe Änderung des Basisstromes wird den Collectorstrom sofort in gleichem Sinne umgesetzt. Der Bereiche, in dem der Basistrom sich ändern muss, ist in sehr kleinen Grenzen gehalten. Hier spielt der Verstärkungsfaktor ‚B‘ eine Rolle. Auf diesen gehe ich aber in einem seperaten Artikel ein. Zur Verständnis nehme ich aber mal vorweg, dass bei einem ‚B‘ von 100, eine Änderung des Basistromes um 1 mA eine Änderung des Collectorstromes von 100mA zur Folge hätte usw.

 Das Prinzip mal in einer einfachen Animation:

Animation zum Funktionsprinzip des NPN Transistors - www.michael-floessel.de

 

Kleine Animation zu steigendem/sinkendem Kollektorstrom nach Anlegen der Basisspannung.

 

 

 

Mir ist klar, dass eine so einfache Beschreibung der Vorgänge weitere Fragen aufwirft und Details übergeht. Ich hoffe, in den demnächst folgenden Beispielen diese Punkte so gut wie möglich klären zu können.

Zum PNP-Transistor werde ich natürlich auch noch einen eigenen Beitrag schreiben. Aus Erfahrung weiß ich, dass dieser (warum auch immer… ;-) ) mehr Verständnissprobleme mit sich bringt. Ich habe nur gerade keine Idee, wie ich das umsetzen soll ;-) *kopfkratz*