LiPo-Tiefentladeschutz mit ATtiny85

Früher habe ich gerne Blei-Gel-Akkus benutzt, wenn es darum ging im Freien für ein bisschen Licht oder Musik zu sorgen. Die waren sehr gutmütig, selbst ein paar mal Tiefentladen hat die Kerlchen nicht merklich schockiert. Mittlerweile hat die Lithium-Technologie jedoch die Blei-Typen bei mir völlig verdrängt. Bessere Energiedichte, höheres Leistungsgewicht – einzig die unbestimmte Gefahr bei Überstrapazierung des Akkus sorgt für ein gewisses Gschmäckle bei der Benutzung.

Eine unkomplizierte Lösung stellen sogenannte Lipo-Saver dar. Diese kommen aus dem Modellbau und werden an den Balancer-Anschluss eines Akkupacks geklemmt. Ein unangenehmer Piezo-Summer weist einen dann auf Unterschreitung einer vordefinierten Akkuspannung hin. Das  klappt erstmal ganz gut, allerdings muss man dann natürlich auch immer in Hörweite bleiben um den Akku abzustecken. Will man mit dem Akku zum Beispiel eine Wildkamera im Garten speisen (ist mein aktuelles Vorhaben) ist die Lösung sehr ungeschickt.

Weiterer Ansatz: BMS-Module, ausgesprochen Battery-Management-System. Diese Elektronik schützt den Akku zum einen vor Überladung, zum anderen vor Überentladung. Ich war schon oft kurz davor mir so ein Modul zu bestellen – bis ich mir die Specs genauer anschaue, da liest man dann: Tiefentlade-Abschaltspannung 2,5 V. Ui, dann kann ich es ja eigentlich auch gleich sein lassen, das gleicht praktisch schon einer Tiefentladung. Interessanterweise kommt diese Elektronik anscheinend auch in den günstigeren Powerbanks zum Einsatz, besonders akkuschonend sind die also vermutlich nicht.

Also ist die wohl einfachste Lösung sowas selber zu machen, sollte keinen großen Aufwand darstellen; die Schaltung besteht nur aus einem Messteil und einem Schalter.

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Theoretisch würde sich hier zum Messen ein Komparator + eine Spannungsreferenz anbieten, da ich aber beides nicht daheim habe ist mir der Aufbau mit einem ATtiny lieber. Mit dem Vorteil eines größeren Funktionsumfangs und einer nachträglichen Einstellbarkeit. Als Schalter habe ich mich recht altmodisch für ein Bistabil-Relais entschieden – Vorteil gegenüber einem MOSFET: die Steuerspannung muss nicht aufrecht erhalten werden, der ATtiny kann zwischen den Messungen auch längere Zeit mal schlafen. Bei einem MOSFET würde sich hier die Gatekapazität mit der Zeit über den µC-Pin entladen und der arme Controller würde im Schlaf ersticken.

Die Schaltung soll primär mit meinen 3s-Akkupacks laufen, der ADC-Eingang vom µC mag jedoch maximal 5V sehen. Daher gibt es einen Spannungsteiler aus 3* 100 kOhm, an einem Widerstand lässt sich dann eine Spannung von max. 4,2 V ablesen, allerdings nun eben mit der Verfälschung durch Wertetoleranzen. Durch den Spannungsteiler ergibt sich ein Verlust von 40 µA, höher will ich die Widerstände jedoch trotzdem nicht wählen, da wir uns sonst schleichend in den Bereich eines belasteten Spannungsteilers begeben (der Leckstrom am ADC-Eingang ist im Datenblatt mit immerhin 1 µA angegeben).

Über einen Taster wird die Setz-Spule vom Relais bestromt und die Spannung am Ausgang bereitgestellt. Der µC muss in seiner grundsätzlichen Situation nun nichts anderes machen als die Spannung am analogen Pin einzulesen, mit einem Schwellwert zu vergleichen, und als Entscheidung entweder einfach seinen Ausgang ruhen lassen – oder über einen MOSFET (wahlweise auch ein normaler Transistor) über die Rücksetzspule das Relais in den AUS-Zustand schicken. Damit erstickt er sich dann selbst, da sein Spannungswandler ebenfalls über den Ausgang vom Relais mit Strom versorgt wird (für Interessierte ist der wenige Code dafür bald auf GitHub zu finden).

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Fotoequipment I: Schrittmotorgeführter Kamera-Dolly

Mit diesem Beitrag soll eine Mini-Serie zum Thema elektronische Erweiterungen für den Hobbyfotografen beginnen. Anfangen möchte ich mit einem elektrisch angetriebenen Dolly – so bezeichnet man in der Filmerei einen Kamerawagen. Solche Wagen ermöglichen eine geschmeidige Bewegung der Kamera, die man händisch so nicht hinbekommt.

Für mich ist der Hauptverwendungszweck aber nur indirekt das Filmen: Die Bildqualität von kompakten Actioncams ist mittlerweile wirklich vorzüglich, und im Gegensatz zu Spiegelreflexkameras machen ihr viele Auslösungen mechanisch nichts aus. Das macht sie zu perfekten Zeitraffer-Kameras. Nur wird so ein Zeitraffer-Video deutlich interessanter wenn etwas Bewegung ins Spiel kommt – und hier tritt der Schrittmotor-Dolly in Erscheinung. Dieser trägt die Kamera gemütlich auf seiner Schiene durch die Gegend, während die Kamera Bilder macht. Hier ein Beispiel wie so was dann aussieht.

Es wird etwas Lötarbeit und grundlegende Fertigkeit im Umgang mit Metall benötigt, außerdem sollte man einen Arduino programmieren können – wer diese Anforderungen erfüllt, und 25-30€ ausgeben kann, wird mit einer individuell einstellbaren Plattform belohnt. Eine kurze Einkaufsliste mit den wichtigsten Komponenten, ein paar Stückchen Kabel und Lötzinn werden so vorausgesetzt:

  • NEMA17-Schrittmotor: Diese Größe ist sehr gängig durch die 3D-Drucker-Szene und daher äußerst günstig, z.B. bei Pollin
  • Pololu A4988-Schrittmotortreiber: Ebenfalls gängig bei 3D-Druckern, aus dem Ausland für weniger als 1€ erhältlich
  • GT2-Riemen + Pulley: Ihr könnt es erraten – der Standard-Riemen bei 3D-Druckern.
  • Aluminium-Profil: Örtlicher Baumarkt, ungefähr 10€/m
  • Kleinteile für den Schlitten, Schrauben, …: ebenfalls Baumarkt
  • Arduino Pro Mini: Benötigt einen externen Programmierer, oder zweiten Arduino zum Beschreiben. Aus dem Ausland für weniger als 2€
  • Potentiometer (unbedingt linear!): Zur Anpassung der Geschwindigkeit
  • Optional, aber empfohlen: Reed-Kontakt & Magnet als Endanschlagsensor
  • Stromquelle mit 5-12V am Ausgang: Powerbank, Netzteil.

Hat man alles zusammen, kann man sich erst mal um die mechanischen Belange kümmern. Dieser Schritt ist stark vom verwendeten Alu-Profil abhängig und daher sehr individuell – die grundsätzliche Idee, wie der Aufbau aussehen soll, kann man sich hiervon hoffentlich ableiten:

Beim Thema Software möchte ich an dieser Stelle aus zeitlichen Gründen – und um das Rad nicht neu zu erfinden – auf ein exzellentes externes Tutorial verweisen. Es arbeitet die komplette Inbetriebnahme des Motortreibers ab, inklusive der Einstellung der Strombegrenzung. Was einzig noch fehlt ist die Implementierung des Potentiometers und des Endanschlags, dafür möchte ich momentan noch auf die Erläuterungen seitens Arduino verweisen. Ich hoffe, an einem kalten, verregneten Herbst- oder Winterabend komme ich mal dazu da noch ein paar Worte mehr dazu zu verlieren.  🙂

These Aren’t The Droids You’re Looking For…

Ein bisschen Star Wars-Geraffel darf ja eigentlich nicht fehlen. Als Inbegriff für die futuristische Technik aus der weit entfernten Galaxis steht für mich der kleine R2. R2-D2 ist wohl einer der sympathischsten Roboter-Ikonen die die Welt so kennt. Also mal überlegt, in welcher Form man den Droiden noch unterbringen könnte, als Handyhülle oder Keksdose ist er ja schon ganz nett, aber für beides habe ich eigentlich keine Verwendung, aaber…

Eine neue Schreibtischlampe wäre mir sehr gelegen. Dann könnte ich beim abendlichen Programmier-Vergnügen auf meine bisherige Energiesparlampe verzichten. Mit ihrem ultra-kaltweißen Licht ist sie zwar perfekt für die Konzentration beim Lernen – aber eine behagliche Stimmung kommt damit nicht auf. Das ist auch schon die Lösung. Beziehungsweise die Grundlage zur Lösung.

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Der Dome der Lampe hat ja schon die perfekten Abmessungen; ein paar Streifen blaue Klebefolie sollten reichen, um ihm das typische Antlitz von R2-D2 zu verpassen.

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Als Leuchtmittel sollen selbstverständlich LEDs arbeiten. Aus einer älteren Bestellung habe ich noch 10x Nichia 1W LEDs und einen Ring aus blauen SMD-LEDs übrig. Irgendwie hab ich mir beim Bestellen keine Gedanken gemacht, wie ich die Nichias überhaupt verarbeiten soll – also hab ich die SMD-Knirpse kurzerhand auf die Kupferseite einer Lochrasterplatine gepflastert. Nicht die feine Art, funktioniert aber wie es soll.

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Bei der Bestromung gibt es wieder einen kleinen Kompromiss: die Lampe läuft mit 12V, die weißen LEDs mit ungefähr 3V. Ergo bietet es sich an, jeweils drei LEDs als Strang zu verschalten, über eine Konstantstromquelle dann an 12V. Obwohl LEDs zu den effizientesten Leuchtmitteln überhaupt gehören, entwickeln sie bei entsprechender Leistung doch eine gehörige Abwärme. Besonders bei so einer kleinen Bauform. Da die LEDs hier jedoch nicht an einem satten Kühlkörper betrieben werden, muss die Leistung entsprechend angepasst werden. Anstatt den maximalen 300mA sollen sie mit 100mA bestromt werden.

Da ich aber nur eine Konstantstromquelle mit 350mA Ausgang zur Hand habe, werden die drei LED-Stränge parallel an die einzelne KSQ gehängt. Theoretisch kann es jetzt durch Abweichungen in der Fertigung zu unterschiedlich hohen Strömen kommen – der Aspekt ist hier jedoch vernachlässigbar; zum einen ist die Fertigungsqualität bei Nichia sehr gut, und zum anderen bewegen wir uns in einem sicheren Strombereich, der praktisch unmöglich zu einer Zerstörung der LEDs führen kann – dafür müsste die Abweichung zwischen den LEDs wirklich abnormal groß sein.

Natürlich soll die Lampe nicht nur Vollgas kennen – eine Dimmbarkeit ist wünschenswert, das Zauberwort heißt Pulsweitenmodulation. Dafür braucht es einen µC, aufgrund der Überschaubarkeit des Projektes ist mir ein Arduino (Pro Mini) zu groß, es wird Zeit für den kleinen Bruder: den ATtiny85. Ein toller Controller im kompakten DIP-8-Gehäuse, durch die begrenzte Pin-Zahl aber natürlich nicht überall einsetzbar. Der ATtiny liest eine analoge Poti-Spannung ein und verwurstet sie zu zwei PWM-Signalen. Steht das Poti in der Mitte, sind alle LEDs aus. Dreht man zur einen Richtung wird Weiß heller, zur anderen strahlt die Lampe heller blau.

Für eine authentische Erscheinung darf aber eines nicht fehlen: die piepsige Sprachausgabe. Aus diesem Grund habe ich mir zusammen mit einem Visaton-Kleinlautsprecher noch ein Audio-Dekoder-Modul besorgt, ein WTV-020-SD. Das Modul wird über eine µSD-Karte gefüttert und mit 3,3V versorgt. Klingt angenehm? Naja, bei beidem ist das Modul mehr als nur anspruchsvoll. Zum Starten benötigt das Modul einen Strompeak von >100 mA. Bekommt es den nicht, bleibt es beleidigt ruhig. Bei den SD-Karten ist mir keine Logik aufgefallen, von drei 1GB-Karten sind zwei in Ordnung, mit der dritten mag das Modul einfach nicht arbeiten.

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Die Soundfiles im .WAV-Format habe ich mir aus den Installationsdateien eines Klassikers aus meiner Kindheit besorgt – Star Wars Jedi Knight II. Die mussten dann noch in ein proprietäres Dateiformat gezwängt werden, damit das Soundmodul sie versteht, danach klappt dann aber alles wie es soll.  🙂

Angesteuert wird das Modul durch einen Bewegunsmelder, der optisch das Auge von R2-D2 bildet. Das HIGH-Signal vom Bewegungsmelder muss dann erst noch über einen PNP-Transistor invertiert werden, da das Soundmodul ungeschickterweise bei einem LOW-Signal anfängt zu tüdeln (die Invertierung übernimmt nun doch noch der µC, spart ein Bauteil, hehe). Über einen Schalter lässt sich das Signal auch kappen, falls einem mal nach mehr Ruhe ist.

attiny2Hier das ganze noch als Schematic. Um bei der Kompaktheit die Übersichtlichkeit zu wahren, habe ich die Konstantstromquelle mit den weißen LEDs nicht mit eingezeichnet.

Hakorennen!

Vor knapp zwei Wochen war es in Weiher mal wieder soweit – absurd leistungsstarke Zugmaschinen pflügen unter bestialischem Lärm über eine normalerweise recht idyllische Wiesenfläche. Mit anderen Worten: ein geiles Event.  🙂

Hier sind eine Handvoll Schnappschüsse, unter anderem mit dem Gewinner der Evolution-Klasse:

Wie sich aus den Bildern erahnen lässt, ist der Job des Mitfahrers mindestens genau so anstrengend wie der des Hauptfahrers. Unter viel Körpereinsatz muss er den Schwerpunkt des Gespanns aktiv verlagern, anders würde das Gefährt bei derartigen Geschwindigkeiten schlicht umkippen.

Äußerst interessant ist auch die verbaute Technik – je nach Wettkampfklasse dürfen die Motoren frei gewählt werden. So kann es passieren, dass beispielsweise ein hochgezüchteter Verbrenner aus dem Ultraleicht-Flugzeugbau seinen Platz auf den Einachsern findet. Solche Motoren drehen bis 20.000 Umdrehungen/min, den Sound kann man sich am ehesten als ein turbogeladenes Moped vorstellen – gepaart mit einer Leistung bis ca. 100 PS ist das ein schier unwirklich wirkendes Konstrukt.

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Zum Schluss noch mein persönlicher Favorit, weil einfach der Hammer – Ben Hako:

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