Wie alles begann - oder - 4Kanal-PWM mit AT90S2313 für einen Magierstab

dino03

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Hallo zusammen,

nachdem ich schon ne ganze Zeit mit AVRs rumbastel möchte ich euch doch
mal das Projekt vorstellen, mit dem bei mir vor ca 1-2 Jahren alles angefangen
hat.

Ein PWM 4-Kanal-Dimmer mit AT90S2313 für Luxeon K2-Emitter
mit RGB-Steuerung über Tasten und Farbmischtabelle. Das ganze ist für
einen Magierstab für Mittelalter-Veranstaltungen entstanden.

Damit man sich vorstellen kann wovon ich rede hier mal ein Bild ...
Magier.jpg
auf der rechten Seite ist der Magierstab zu sehen. Er besitzt 5 K2-Emitter
und einen Satz mit 4 NiMh-Akkus für die Versorgung. Die Lichtleistung
reicht für die Beleuchtung eines Zeltes vollkommen aus ;) Laßt euch also
nicht von der Größe täuschen. Der Akkusatz bricht bei Voll-Last auf 4V
zusammen :D :rolleyes:

Aber nun alles von Anfang an der Reihe nach ...

Ich werde hier den gesamten Werdegang (auch die Analog-Version)
zeigen und auch die Datenblätter werde ich soweit möglich anhängen.
Die mechanische Seite wird aber auch nicht zu kurz kommen und auch
die Lederarbeiten werden soweit möglich erklärt.

Lasset uns beginnen ...
 

dino03

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Die ersten Ideen ...

Für Mittelalteraktionen mit Jugendlichen wollten wir als Betreuer natürlich
auch eine entsprechende Gewandung haben damit es auch stylisch
aussieht. Darum kam bei mir nach einigen Überlegungen als Ergebnis ein
Magier dabei heraus. Als Ritter, ... oder anderes kam mir alles nicht so
richtig entgegen. Also mußten auch entsprechende Utensilien her. Die richtige
Gewandung war sowieso schon eine Sache für sich - aber das ist eine andere
Geschichte. Der Magierstab sollte also was hermachen und trotzdem gut
aussehen. Welche mit LEDs hab ich im Internet gesehen. Aber die gefielen
mir alle nicht so richtig. Entweder mit Superhell-Funzel-LEDs oder auf andere
Art irgendwie nicht so doll. Meiner sollte am oberen Ende eine Kugel erhalten
die ursprünglich von einer Drachenklaue gehalten werden sollte. Das habe ich
aber der Einfachheit halber dann wieder verworfen und eine Aufnahme wie
ein Wurzelgeflecht geplant, das man notfalls auch aus Messingdraht löten
konnte. Der ganze obere Körper mit der Elektronik sollte sowieso aus Messing
sein, weil das gut zu verarbeiten und zu löten ist. Man muß nicht schweißen
oder andere kompliziertere Verarbeitungen durchführen. Aber zuerst zur
Kugel.

Ich hatte als Kugel mal an eine Glaskugel gedacht. Aber alle die ich fand
gefielen mir nicht so recht. Bis ich auf einem Mittelaltermarkt für wenig
Geld eine Bergkristall-Kugel kaufen konnte :) Die Größe paßte und der Preis
war sensationell (33,-eur - echt geschenkt!) heutzutage kosten die so um
die 100,-eur. Aber seht selbst ...

00_PICT0171.JPG
Hier wird die Kugel mit einer kleinen LED-Taschenlampe (mit 21 Superhellen)
von unten beleuchtet. Sieht schon ganz gut aus.

Aber ich wollte mehr ... mehr Farbe :D

Also hab ich mir aus Superhellen LEDs von Reichelt die hellsten rausgesucht
und zu einem RGB-Cluster zusammengelötet ...

01_CIMG4071.JPG 02_CIMG4072.JPG 03_CIMG4073.JPG
Das sind von Reichelt folgende Typen ...
10 LED 5-4500 RT LED, 5mm, ultrahell, farblos, klar, r
10 LED 5-3500 BL LED, 5mm, ultrahell, farblos, klar, b
5 LED 5-9000 GN LED, 5mm, ultrahell, farblos, klar, g

Also 5 Gruppen mit jeweils 2x rot, 2x blau und 1x grün um die verschiedenen
Helligkeiten der LEDs aneinander anzupassen. Das macht dann 25 superhelle
LEDs insgesamt.
 

dino03

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Der erste Test der LEDs

Dann kam der erste Test der LEDs mit der Kugel. Ich war gespannt wie ein
Flitzebogen :D wie das wohl aussieht ...

04_CIMG4075.JPG 05_CIMG4076.JPG 06_CIMG4077.JPG 07_CIMG4078.JPG
Rot - - Grün - - Blau - - Gelb (Rot/Grün)

Das Ergebnis war "zufriedenstellend" aber nicht berauschend. Es könnte heller
sein. Aber schon soweit ganz ok. Aber für die Tests erstmal zu gebrauchen.
Es war auf jeden Fall funktionstüchtig :D

Was zum leuchten hatte ich jetzt aber was zum steuern fehlte noch. Da ich
eine voll RGB-fähige Mischung haben wollte, mußte es was mit Dimmer sein.
Also 3 Farben = 3 PWM-Kanäle. Mit Operationsverstärkern kannte ich mich
soweit aus und nen PWM-Dimmer war kein Problem. Also das Laborboard
auf den Tisch und ein paar schwarze Käfer vom Typ LM324 und LM358
reingesteckt. Dann ein Büchlein über Modellbau-Fahrtregler durchwühlt
und was passendes gefunden. Das wurde dann entsprechend an meine
Bedürfnisse angepaßt.
 

dino03

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Die erste Steuerung - Version 0.1

Auf dem Experimentier-Board sah der Kabelsalat dann folgendermaßen aus ...
08_CIMG4437.JPG

Das ist ein PWM-Dimmer mit einem Sägezahn-/Dreieck-Generator und einem
Komparator für die Erzeugung des PWM-Signals. Also 2 Operationsverstärker.
Im Endeffekt also die Hälfte des LM324. Das Sägezahn-Signal sah dann
folgendermaßen aus ...

09_CIMG4439.JPG
Ein wenig verbogen. Man sieht sehr gut die e-Funktion der Lade-/Entladekurven
vom Kondensator. Alles ein wenig un-linear. Naja, mal sehen was das gibt.
Also hab ich das ganze mal in eine brauchbare Form gebracht.

10_CIMG4464.JPG 11_CIMG4486.JPG 12_CIMG4500.JPG
schön kompakt und relativ zufriedenstellend. Es läuft und dimmt und tut ;)
In diesem Exemplar ist auch schon die 4te Dimmerstufe für den Weiß-Booster
drin (für die Luxeon-Version).

In der Zwischenzeit hab ich allerdings auch etwas am RGB-Cluster gestrickt.
Die superhellen LEDs waren mir ja schon am Anfang "etwas dunkel". Also
wurde nebenher auch an einer Leuchte mit Luxeon K2-Emittern gebastelt.
(Den zeig ich dann gleich) Beim Testen hab ich aber leider kleinere oder auch
mittelschwere Probleme mit den Treiberstufen festgestellt. Als Treiber hab
ich in der ersten Version BUZ10A verwendet, da ich die sowieso noch
rumfliegen hatte. Bei 6V oder sogar nur 4,5V (bei Last noch weniger) ging
dann aber nicht mehr viel. Die BUZ10A wurden sogar bei 1A Strom schon
warm. Beim Messen der abfallenden Spannung am Transistor (beim
Durchschalten) hab ich dann nen Schreck bekommen : 0,3V ! Was ist da
los mit den Milli-Ohm der MOSFETs ? Alles Murks ! :mad: :confused:
Der Tiefpunkt (So ein Sch...!!!) :eek:
 

dino03

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Der Aufbau des Luxeon-Cluster mit K2-Emittern

nun wirds hell ;) :D
Da mir die Superhellen wie gesagt echt zu "funzellig" waren hab ich die
Spatzen weggeschickt und mit Kanonen geschossen (oder wie war das) :rolleyes:

Also kommt als kleine Zwischeneinlage jetzt der Aufbau des LED-Baugruppe.
Das lief bei mir parallel zur Schaltungsentwicklung ab. Als Emitter habe ich
folgende Typen bei Reichelt besorgt (waren damals am hellsten ;) ) ...

1x LXK2-PW14-U00 LUXEON K2 Emitter weiß
1x LXK2-PD12-Q00 LUXEON K2 Emitter rot
2x LXK2-PB14-N00 LUXEON K2 Emitter blau
1x LXK2-PM12-R00 LUXEON K2 Emitter grün

Und nun der Aufbau der ganzen Baugruppe. Die Arbeiten hab ich mit relativ
"haushaltsüblichen" Werkzeugen bewerkstelligt (Blechschere, Feile, Bohrer,
Cutter, Allzweckschere, ...). Mit der Allzweckschere läßt sich Basismaterial
für SMD-Platinen (0,8mm Epoxid mit Kupferauflage) und 0,2mm Messingblech
ohne größere Probleme schneiden. Die Blechschere kommt dann für das 1mm
Messingblech zum Einsatz.

Bei der Kühlung der Emitter hab ich mir auch ziemlich den Kopf zermartert wie
ich das am besten anstelle, da die Kühlflächen ja auch Potential führen.
Laut Datenblatt dürfen die nicht mit den anderen Potentialen (Anode/Kathode)
in Verbindung kommen. Die Lösung des Problems ist zwar etwas "unkonventionell"
aber funktioniert recht gut :D Aber seht selbst ...

13_CIMG4510.JPG
Hier das erste Bild der Trägerplatine für die RGB-Einheit mit 4 Luxeon-K2
(2x blau, 1x grün, 1x rot). Als Material hab ich photopositiv beschichtetes
einseitiges Basismaterial (FR4 - Epoxid) mit 0,8mm Dicke verwendet. Das
lag noch von SMD-Basteleien rum und ist schön dünn. Also den Kreis mit
der Allzweckschere ausgeschnittten und die Rundung mit einer Feile
nachgearbeitet. Danach für die Positionierungen erst einmal die Mitte
angezeichnet und für die 4 LEDs 4 Segmente abgeteilt.

14_CIMG4511.JPG
Hier noch einmal mit Zentimetermaß damit man sich die Größe besser
vorstellen kann.

15_CIMG4513.JPG
Dann werden die Löcher für die Kühlflächen der LEDs und das Guckloch
für den Weiß-Boost (der eine Etage tiefer lebt) angezeichnet.

16_CIMG4514.JPG
So sieht es jetzt auf der Platine aus. Die Farben der LEDs an den Positionen,
die Lötflächen und die Bohrungen für Weiß und Kühlflächen sind auch mit
den Durchmessern angezeichnet.

17_CIMG4518.JPG
Und so sieht nun die fertige Platine für die RGB-Einheit aus. Die Kupferfreien
Zonen hab ich mit nem ganz normalen Cutter in die Platine geschnitzt. Der
ist bei mir absolutes Allzweckwerkzeug. Soweit so gut. Das war der
einfachere Teil der Arbeiten :D Jetzt kommt die "Feinmechanik" :eek:
 

dino03

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Die "Feinmechanik" oder ... wie bekommt man die Kühlung auf die andere Platinenseite

Jetzt wird es etwas "frickelig". Man sollte schon etwas löten können und es
nicht als "Anfangsprojekt" verwenden. Da man direkt auf den Kühlflächen der
Emitter rumbrutzelt und die eine unvorsichtige Handhabung bestimmt mit
dem Ableben bedanken. Und wenn der Emitter erst einmal verlötet ist und
man im Nachhinein feststellt das er wohl verstorben ist wird die Arbeit erst
recht kompliziert. ;)

18_CIMG4519.JPG
So wie hier zu sehen werden die LEDs dann mal auf der Platine sitzen und
der Weiß-Boost von unten durchschauen. In diesem Bild besteht der
Weiß-Boost noch aus einem Luxeon3 und keinem K2-Emitter. Der K2 ist
noch um einiges heller :D

19_CIMG4517.JPG
So wie hier wird die Bergkristall-Kugel dann über den Emittern positioniert.
Aber bitte mit Abstand. Bei größerer mechanischer Belastung der Linsen (die
sind etwas flexibel) kann man sich die Bauteile zerstören! Ich schätze mal,
die Bond-Drähte für die Chips können dann reißen. Auf diese Tatsache wird
auch extra im Datenblatt hingewiesen.

Nun aber zur Befestigung der K2-Emitter auf der Platine und dem Aufbau der
"Heatspreader" ;) (wie das neudeutsch so schön bei Kühlkörpern heißt).

20_CIMG4524.JPG
Auf diesem Bild ist bereits einer der Emitter befestigt. Für die Anfertigung der
"thermischen Durchkontaktierung" habe ich einfach 1mm versilberten
Kupferdraht benutzt. Aufgewickelt und ein wenig mit einer parallel geführten
Wasserpumpenzange flachgedrückt um auf ca. 0,8mm zu kommen
(Platinendicke). Der Drahtwickel paßt nachher genau in die Bohrung in der
Platine unterhalb des Emitters. Das war einfacher als 0,8mm dicke Metallstücke
zu finden. Neben der Platine ist auch schon das 0,2mm dicke Messingblech
für die Wärmeweiterleitung zum eigentlichen Kühlkörper zu sehen.

22_CIMG4525.JPG
Dann wird das 0,2mm Messingblech unter der Platine positioniert (keine
Berührung zu den anderen Blechen!) und von oben der Drahtwickel verlötet.
Der Emitter bekommt für eine bessere Lötfähigkeit auch gleich eine dünne
Verzinnung auf den Kühlkörper. Dabei darf man nich zu lange auf der
Kühlfläche rumbrutzeln da die Dinger sehr schnell sehr heiß werden.

21_CIMG4526.JPG
So sieht das Teil dann im Endeffekt aus das die Wärme vom Emitter abführen
soll. Nun müssen die beiden Teile (der Heatspreader und der Emitter) noch
löttechnisch verbunden werden ohne unnötig mit Lötzinn rumzukleckern und
nachher die Feile ansetzen zu müssen :D
 

dino03

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Anbringung des Heatspreaders am Emitter

Jetzt gehts los ;) Nun wird der Heatspreader an der Kühlfläche des
Emitters befestigt. Aber zuerst wird der Emitter an einer Seite auf der
Platine angelötet damit er sich bei der Aktion nicht verschieben kann.
Im folgenden Bild sind beim rechten Emitter (um den geht es jetzt) die
rechten Anschlüsse bereits auf der Platine fixiert. Die linken Anschlüsse
liegen nur lose auf. Er kann sich also noch von der Platine abheben.

23_CIMG4528.JPG
Der Emitter muß also mit seiner Kühlfläche genau zentriert über der
Bohrung befestig werden. Was im nächsten Bild gut zu sehen ist.

24_CIMG4527.JPG
Man kann sehr schön das Sechseck der Kühlfläche in der Bohrung erkennen.

25_CIMG4529.JPG
Nun wird es ernst. Zuerst lagern wir die Platine auf irgendwelchen Haltern
(Lötzinnrolle, Klemmleisten, was auch immer) das die Emitter frei nach unten
hängen und die Platine nicht auf den Linsen der Emitter aufliegt. Jetzt legt
man einen kleinen Kreis oder U (oder wie man es auch biegt) von 0,5mm
Lötzinn auf die Kühlfläche. Dann wird der angefertigte Heatspreader in die
Bohrung für den Emitter gelegt. Der Lötzinn-Abschnitt soll gleich beim
Lötvorgang schmelzen und eine saubere Verbindung vom Kühlkörper zum
Heatspreader herstellen.

26_CIMG4523.JPG
Alle jetzt ausgeführten Lötarbeiten sollten mit einer DICKEN Lötspitze
erfolgen damit man die Wärme schnell zuführen kann und nicht lange
rumbrät. Damit man das Messingblech des Heatspreaders jetzt nicht mit
Lötzinn verunstaltet und es nachher keinen sauberen Kontakt zum Kühlkörper
herstellen kann setzen wir beim Löten einen kleinen Trick ein :D ;)
Ich habe dafür eine selbstklebende Kupferfolie (35µm) für Platinen
verwendet. Die Schutzfolie auf der Klebeseite wird abgezogen und dort
ein Lötklecks gemacht damit gleich schnell Wärme zugeführt werden kann.
Die saubere Seite der Kupferfolie (die ohne Kleberschicht) wird jetzt auf den
Heatspreader gelegt (wie im Bild zu sehen). Dann wird mit dem Lötkolben
(mit dicker Spitze und 400Grad) schnell alles zusammengedrückt und verlötet.
Man merkt dabei wie die kleine Lötzinnwurst zwischen Emitter und Heatspreader
in sich zusammensackt und die Verbindung herstellt.

27_CIMG4530.JPG
Nun wird zum Abschluß der Arbeiten an dem Emitter die Platine auf die
Messingfläche gelegt und auf die Unterlage gedrückt, damit alle Messingbleche
an der Platine anliegen und später eine ebene Fläche bilden. Sonst ist der
Emitter nachher unter mechanischer Spannung, wenn die Kühlfläche
aufgeschraubt wird.Der Emitter wird jetzt auch mit dem 2ten Anschluß
verlötet (jetzt mit einer kleineren Spitze). Diese Arbeiten müssen für jeden
der Emitter ausgeführt werden.
 

dino03

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Die fertig verlötete RGB-Einheit

Die Platine mit den Emittern für die RGB-Mischung ist nun fertig.

28_CIMG4531.JPG
So sollte das Teil von oben aussehen.

29_CIMG4533.JPG
Und die Kühlflächen der Heatspreader sind ohne Lötzinnkleckse und
Berührungen untereinander auf der Unterseite zu sehen.

30_CIMG4536.JPG
Hier der Aufbau noch einmal mit 2 Spiegeln damit man von der Seite, von
oben und von unten das Ergebnis betrachten kann.

31_CIMG4534.JPG
An dieser Stelle wurde die Platine mit der Schere aus dem Basismaterial
getrennt. Unten ist schon die Anzeichnung für den Weiß-Boost zu sehen.

32_CIMG4537.JPG
Hier ist nun auch die Platine für den Weiß-Boost herausgetrennt. Die
Photoschicht wird wegen "Messer-Ätzung" :D mit dem Cutter nicht
benötigt.
 

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Der Kühlkörper für die RGB-Einheit

Nun geht es ans kühlen ...

33_CIMG4539.JPG
Auf diesem Bild ist das 1mm Messingblech mit den Markierungen für den
Schnitt zu sehen.

34_CIMG4540.JPG
Damit sich das 1mm-Blech nicht verzieht habe ich es grob ausgesägt und
dann mit einer Blechschere in kleinen Schritten an die richtige Größe
angepaßt. Zum Schluß wird dann noch mit einer Feile der letzte Schliff
gegeben.

35_CIMG4541.JPG
Hier ist bereits das Mittelloch für den Weiß-Boost gebohrt.

36_CIMG4542.JPG
In diesem Bild ist der fertige Kühlkörper von oben zu sehen. Außen ist um das
1mm Blech ein 1,5cm hoher Streifen 0,2mm Messingblech drum herum
gelötet. Dieser Ring leitet nachher die Wärme an das Gehäuse weiter und
arbeitet zusätzlich als Abstandshalter von der Kugel zu den Emittern, damit
die Kugel nicht auf den Linsen aufliegt.

37_CIMG4543.JPG
Und nun noch einmal der Kühlkörper von unten. Er wird nachher mit 2mm
Schrauben mit der Platine verbunden.
 

dino03

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Isolierte Befestigung der RGB-Einheit auf dem Kühlkörper

Der Kühlkörper ist fertig und alles soweit vorbereitet. Nun soll es für die
Emitter auch kühl werden. Aber bitte ohne elektrische Verbindung der
Kühlflächen (Wir erinnern uns ans Datenblatt ...)

Zuerst wollte ich Silikonfolien von Transistorbefestigungen oder irgendwas
anderes zur Isolierung verwenden aber Glimmerscheiben haben eine schöne
Eigenart :D

38_CIMG4546.JPG
Hier sind die Glimmerscheiben schon in die richtigen Größen geschnitten.
Glimmer kann man aber gegenüber Silikonfolien in der Dicke aufspalten.
Das geht mit einem Messer recht gut. Glimmer besteht auf sehr dünnen
Schichten. Da es hier nicht unbedingt auf hohe Durchschlagsfestigkeit bei
der Spannung ankommt reichen wenige Schichten aus.

39_CIMG4547.JPG
Die Kühlflächen werden dünn mit Wärmeleitpaste bestrichen, dann kommt
eine Glimmerscheibe, danach wieder dünn Wärmeleitpaste. Zum Schluß wird
die Platine in den Kühlkörper eingesetzt und verschraubt.

40_CIMG4549.JPG
Und die fertige RGB-Einheit mit Kühlkörper.

41_CIMG4550.JPG
Hier noch einmal direkt von oben fotografiert. Es ist sehr gut die Nut für die
spätere Kabeldurchführung zu sehen.

42_CIMG4552.JPG
Von der Seite sieht man die Lage der Platine mit den LEDs etwas besser.
Oben auf dieser Einheit liegt dann später auf einem Ring aus Silikonschlauch
die Bergkristall-Kugel auf.
 

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Der erste Test

Nun will man auch mal sehen was man da gebastelt hat ;)

45_CIMG4566.JPG
Damit man das Ding auf nem Photo überhaupt noch erkennen kann, hab ich
die LEDs dafür nur mit kleiner Leistung (mehr Vorwiderstand) angeschlossen.

46_CIMG4564.JPG
Für den ersten Test hab ich dann statt des entgültigen Weiß-Boost mit dem
K2-Emitter ein Modul mit Luxeon3-Emitter verwendet. Für den Test reicht das.

47_CIMG4562.JPG
Das Ergebnis sehe ich mal als akzeptabel an :D ;) Das daneben ist eine
20W Halogenlampe. Das Gebastel hat sich auf jeden Fall gelohnt :cool:
Auf jeden Fall ist die Lichausbeute um einiges besser als bei den kleinen
superhellen LEDs.
 

dino03

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Der Bau des Weiß-Boosters

Nun soll es an den Bau des Weiß-Boosters gehen. Bei den vorherigen
Versuchen wurde ja als Ersatz noch ein Luxeon3 verwendet.

48_CIMG4572.JPG
Hier einmal die ganzen Teile auf einem Bild. Auch die Kühlplatte aus 1mm
Messing ist schon dabei.

49_CIMG4577.JPG
Und wie bei der RGB-Einheit wird auch hier wieder der Heatspreader
zusammengelötet und der Emitter mit einer Seite auf der Platine fixiert.

50_CIMG4579.JPG
Die Platine auf einer Lötzinnrolle aufgelegt damit sie nicht auf der Linse
des Emitters aufliegt. Der kleine Lötzinn-Abschnitt ist auch schon auf
der Kühlfläche.

51_CIMG4580.JPG
Nun wieder das übliche Spiel. Den vorbereiteten Heatspreader in die Bohrung
einsetzen, Kupferfolie auflegen und mit dem Lötkolben alles verbinden.

52_CIMG4581.JPG
Das Ergebnis. Damit ist auch die Platine für den Weiß-Booster fertig.
 

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Der Kühlkörper für den Weiß-Boost

Nun zum Kühlkörper des Weiß-Boosters. Auch hier dient eine 1mm Platte aus
Messing als Kühlkörper und ein Ring aus 0,2mm Messing zur Wärmeübertragung
zum Gehäuse/Griff.

53_CIMG4585.JPG
Die Messingplatte mit allen Bohrungen wird für den richtigen Abstand auf ein
paar Muttern gelagert. Dann wird der Messingring herumgelegt und verlötet.

54_CIMG4587.JPG
Das Ergebnis der Lötkünste.

55_CIMG4588.JPG
Und wieder den Heatspreader mit Wärmeleitpaste einkleistern, die gespaltene
Glimmerscheibe drauf, nochmal Wärmeleitpaste und alles zusammenfügen.

56_CIMG4589.JPG
Der fertige Weiß-Boost. Da der Emitter hier in der Mitte sitzt schaut er
beim Zusammenbau mit der RGB-Einheit nachher genau zwischen den anderen
4 Emittern durch.
 

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Der Zusammenbau der Emitter-Einheit.

Nun kommt der Zusammenbau der beiden Einzelteile zu einer Einheit.

57_CIMG4594.JPG
Die beiden Platinen sind mit Anschlüssen versehen und beide Kühlkörper
elektrisch miteinander verbunden (gemeinsamer Vcc). Über die Anschlüsse
wurde zum Schutz ein Gewebeschlauch gezogen. Kein normaler Isolierschlauch.
Der Gewebeschlauch hält mehr aus. Oben im Bild sind auch schon die kleinen
Platinenstücke mit den Vorwiderständen zu sehen.

58_CIMG4593.JPG
Auf diesem Bild ist die Führung der Anschlüsse mit dem Gewebeschlauch
ganz gut zu sehen. Das Klebeband wird allerdings nachher noch durch 3-4
kleine Lötzinn-Verbindungen ersetzt. Damit sind die beiden Teile dann
mechanisch verbunden, lassen sich im Notfall aber wieder leicht trennen.

59_CIMG4591.JPG
Die ganze Einheit von vorne. Außen die RGB-LEDs und in der Mitte die weiße.

60_CIMG4592.JPG
Und die hintere Seite der Einheit. In den freien Platz kommen jetzt die kleinen
Platinen mit den Vorwiderständen. Das wird noch etwas frickelig.

61_CIMG4596.JPG
Nun sind die Vorwiderstände eingesetzt. Die Isolierung habe ich wegen
der besseren Haltbarkeit mit Papp-Streifen gemacht. Die können mechanisch
nicht durchgedrückt werden wie es bei Isolierband passieren könnte und
thermisch halten die auch mehr aus.

Normalerweise werden die Emitter ja mit Konstantstromquellen betrieben.
Das wollte ich mir aber sparen weil es zusätzlichen Aufwand und auch
Platzverbrauch bedeutet hätte. Darum habe ich einfach Vorwiderstände
eingesetzt. Es ist zwar nicht die energiesparendste Methode aber sie
funktioniert :D
 

dino03

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Die neue analoge Steuerung (Version 0.2)

Nun aber weiter mit dem Mist bei der Steuerung. Wie schon erwähnt wurden
die MOSFETs sogar bei 1A schon warm weil da 0,3V und teilweise noch mehr
beim Durchschalten abfielen.

Also reicht wohl die Gatespannung nicht aus um ihn voll durchzusteuern.
Dann muß ich mir wohl was überlegen um die Ansteuerschaltung auf eine
höhere Spannung zu bringen. Also hab ich einen LM358 als Sägezahn-
Generator verwendet und den 2ten OPAmp aus dem Gehäuse als Treiber
für ne Ladungspumpe mit Kondensatoren. Damit habe ich dann meinen
LM324 auf eine ca 1,5fachen Betriebsspannung gehoben. Also hatte ich nun
keine 4,5 sondern ca 6-7V für den LM324 zur Ansteuerung der MOSFETs
zur Verfügung.

Analog-Schaltplan2.GIF
Hier einmal der neue Schaltplan mit der Ansteuerung und den Berechnungen
für die Vorwiderstände der Emitter. Auch die Anordnung der Komponenten
im Griff ist hier zu sehen. Die Griff-Konstruktion hat sich allerdings noch um
einiges verändert. Aber dazu nachher mehr.

62_CIMG4506.JPG
Und so sieht nun der Testaufbau mit der Ladungspumpe aus. Und siehe da,
mit höherer Ansteuerspannung machen die MOSFETs genau das was sie
sollen :D

Links oberhalb des LM358 sind die beiden Ladungspumpen zu sehen. Um den
LM324 sind die 4 MOSFETs verteilt, die die Luxeon K2-Emitter ansteuern.
 

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Die Platine zur Version 0.2

Leider ist die Platine nicht mehr ganz so klein geworden. Aber sie ist noch
soweit in akzeptabler Größe.

63_CIMG4606.JPG
Die Front. Auf der linken Seite ist der Stecker zur Emitter-Einheit zu sehen.
Rechts ist der Stecker zur Bedieneinheit (Tasten). Der Stecker zur Bedieneinheit
wurde später noch auf 8 Pole erweitert. Damit kann man die gesamte
Steuerung austauschen und es ist alles wunderbar modular. Oberhalb des
LM358 sind die beiden Ladungspumpen zu sehen. Die LED wurde zusätzlich
als Referenzspannungsquelle mißbraucht :D Über die drei Dioden oberhalb
des LM324 (die mit dem Gewebeschlauch) werden die 3 Ansteuerungen
für RGB noch einmal für den vierten Kanal (Weiß) zusammengefaßt. Wenn
man also alle 3 Tasten drückt kommt der weiße Emitter als Boost hinzu.

64_CIMG4607.JPG
Auf der Rückseite sind die 4 MOSFETs angebracht. Man muß ja schließlich
Platz sparen. Die Verschachtelung der MOSFETs ist auf den nächsten beiden
Photos noch etwas besser zu sehen. Auf der rechten Seite der Platine
wurde später noch ein Einschalter mit Reed-Kontakten dazugebaut.

65_CIMG4608.JPG
Hier ist die Verschachtelung der MOSFETs sehr gut zu sehen. Unterhalb der
MOSFETs (auf der anderen Platinenseite) sind die 3 Dioden für den 4ten
Kanal noch einmal sichtbar. Die anderen 1N4148 sind für die getrennte
Einstellung der Up-/Down-Kurven der PWM-Dimmkannäle zuständig.

66_CIMG4609.JPG
Und die vierte Seite der Platine. Auch hier wieder die 1N4148 sind für die
getrennte Einstellung der Up-/Down-Kurven.

67_CIMG4827.JPG
Da es leider keinen Batteriehalter gab, der in das 32mm I-Rohr gepaßt hat,
mußte ich mir einen eigenen bauen. 6Stk 1mm-Drähten halten den Aufbau
zusammen. Zwar ein wenig flexibel aber die Seitenstabilität wird ja nachher
durch das I-Rohr gewährleistet. Die obere Kontakt-Platine (links direkt an
den Akkus) ist verschiebbar auf den Drähten gelagert. Die Konstruktion
ist soweit zufriedenstellend und erfüllt ihren Dienst.
 

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Der Abschlußtest und die Anordnung im Gehäuse

Nun der abschließende Test der neuen Analog-Version.

68_CIMG4604.JPG
Sieht schon ganz gut aus. Der Raum war übrigens nicht abgedunkelt :D
Es war normale Arbeitsbeleuchtung. Die Kamera hatte allerdings ein paar
Probleme mit der Helligkeit :eek: :rolleyes:

69_CIMG4834.JPG
Und hier kann man sehen wie das alles nachher in dem Griff-Rohling angeordnet
wird. Links die Emitter-Einheit (jetzt ohne Tesaband sondern verlötet). In der
Mitte die Steuerung und rechts daneben der Akku-Satz. Für das Bedienteil
ist jetzt auch schon der 8polige Anschluß vorhanden. Vorne rechts auf der
Platine sieht man auch die Reed-Kontakte des Einschalters. Die zugehörigen
Magneten werden auf dem Griff an der rechteckig markierten Stelle befestigt.
Dieser Teil läßt sich auf dem I-Rohr drehen und schaltet die gesamte
Schaltung ein und aus. Der Schaumstoff-Ring (zwischen Emitter und
Steuerung) soll die Platine mechanisch etwas vom Emitter trennen. Der Ring
ist aus einer CD-Spindel und hält dort die CDs zusammmen. Recycling ;)

Zu dieser Zeit hatte ich also eine voll funktionsfähige Schaltung. Allerdings ...
- Die Dimmerkurven waren nicht zufriedenstellend (Auf-Abdimm-Verhalten)
- Die Farbmischung war auch nicht so doll (Farbzusammensetzung)
Aber mit meiner Analogschaltung war ich soweit am Ende angelangt. Mehr
konnte ich auf der Größe nicht unterbringen. Änderungen waren jedes mal
mit größeren Lötaktionen auf kleinem Raum verbunden. Also mußte eine
grundsätzliche Endscheidung getroffen werden.

Früher hab ich mal mit digitalem Kram gebastelt. Also warum nicht mal wieder
damit anfangen. Ich hab also die Entscheidung gehabt - PIC oder AVR ?
Also wird das Internet befragt. Von früheren Kann-Man-Ja-Mal-Aktionen
waren außerdem noch AT90S1200, AT90S2313, AT90S4433 vorhanden.
Also warum nicht einsetzen ...

Der AT90S1200 sah mir soweit gut aus. Schön klein und ein wenig Code
in Assembler sollte wohl zu machen sein. Z80 hab ich ja auch mal programmiert.

So ging es los : wie programmier ich das Ding ? Was brauch ich um ein
Programm zu schreiben ? Wie programmier ich überhaupt richtig in
Assembler ? Wie muß das Programm aufgebaut sein ?

Also hab ich parallel an der mechanischen und der digitalen Front
gekämpft. Die Analog-Schaltung hat mir auf jeden Fall schon mal
den Rücken frei gehalten weil ich was funktionsfähiges in den Händen
hatte. Wenn es also mit der Microcontroller-Version nicht funktionieren
würde läuft es wenigstens analog.

Also kommt jetzt der Aufbau des Griffes und die mechanischen und
nähtechnischen Arbeiten.
 

dino03

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Der Aufbau des Griffstücks

Der Aufbau des Gehäuses hat mich auch schlaflose Nächte gekostet ;)
Wie mach ich die Bedienung ? Wie verbinde ich die elektrisch mit der
Schaltung ? Vor allem - was für Taster nehm ich dafür ? Und wie verkleide
ich die optisch ansprechend ?

70_CIMG4835.JPG
Das Ergebnis ist hier zu sehen. Die Unterlegscheiben sind eigentlich für die
Anpassung von Senkkopfschrauben an grade Oberflächen gedacht. Aber da
es die auch in Messing in verschiedenen Größen gibt hab ich mal einige beim
Baumarkt des Vertrauens besorgt ;) Um den SMD-Taster unterzubringen
hab ich mit einer kleinen Dreiecks-Schlüsselfeile 4 Einkerbungen von innen
reingefeilt. Dann verformen sich die Teile beim Plattdrücken auch nicht.
Danach hab ich eine M10 (oder so - auf jeden Fall groß) in die Mitte hinein
gelegt und die Innenseite mit einer parallelgeführten Wasserrohrzange
geplättet. Dann sehen die Scheiben so aus wie die beiden rechten. Nun wird
der Taster vorsichtig (damit er nicht verbruzzelt) in die Scheibe gelötet.
Die vordere Metallfläche des Schalters wird freundlicherweise auch als
Anschluß herausgeführt. Damit kann man dann ohne Probleme einen Pol des
Tast-Kontaktes mit dem Gehäuse als zweite signalführende Ader verbinden.

71_CIMG4836.JPG
Das ist hier ganz gut am Taster zu sehen. Der kleine Lötklecks unter dem
Gehäuse. Der andere Tast-Kontakt wird dann über eine dünne Litze durch
das Messingrohr in das Griffgehäuse geführt. Nun hat man aber ein kleines
thermisches Problem wenn man das Messingrohr nachher mit dem Griff
verlötet. Die Litze im Messingrohr wird das nicht mitmachen. Darum hab ich
ein Netzkabel zerlegt und eine Einzelfaser der Netzlitze als Zugdraht mit der
Litze zum Taster verbunden. Nun kann man ohne Probleme das Messingrohr
mit dem Griff verlöten. Danach wird mit dem Zugdraht die Litze durch das
Rohr in das Gehäuse gezogen. Aber erst wenn alle Messingrohre verlötet sind.
Zum Abschluß werden die Unterlegscheiben mit den Tastern am Griff mechanisch
mit 2-3 kleinen Lötstellen befestigt.

Das Ganze wird dann auch noch mit einer LED als Betriebsanzeige so gemacht
und mit einem Stecker als Ladebuchse.

72_CIMG4906.JPG
Und das ist das Griffstück nun nach der Fertigstellung. Nackt (ohne Leder)
so wie der Elektroniker es schuf :D Die 3 Taster (für Rot, Grün + Blau) sind
ganz gut zu sehen und auch die Betriebsanzeige-LED und die Ladebuchse.
Das mittlere Segment ist wie schon erwähnt als Magnet-Betriebsschalter
mit den Reed-Kontakten drehbar auf dem alles tragenden I-Rohr gelagert.
Die einzelnen Segmente sind aus 0,2mm Messingblech gearbeitet und damit
sie sich nicht ineinander verhaken an den Trennfugen mit 1mm Blech
verstärkt. Am unteren Ende wurde für die Verschraubung mit dem Stock
auch ein Verstärkungsring aufgebracht. Am oberen Ende wurde sogar ein
2mm dicker Streifen für die spätere Verschraubung mit der Kugelhalterung
aufgelötet.

73_CIMG4909.JPG
Hier nun ein Blick in das Maul des Drachen ;) Die Emitter. Der Aufnahmering
für den Kugel-Käfig ist gut zu sehen. Auf die Rohr-Front wird noch ein
längs aufgeschnittener Silikonschlauch als Schockabsorber für die Kugel aus
Bergkristall aufgesteckt. Etwas weiter unten ist auch der kleine Huckel aus
Messingblech zu sehen unter dem sich die 2 Magneten verbergen.

74_CIMG4911.JPG
Und hier die Filigran-Arbeit am unteren Ende. In das offene Ende wird
nachher der Stock eingeschoben und verschraubt. Auf dem Bild sind auch
sehr schön die Taster, die Betriebs-LED und die Ladebuchse zu sehen.

Jetzt fehlt nur noch das Lederkleid für den Griff und der Stock damit es kein
Zepter bleibt :D
 

dino03

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erster Test im zusammengebauten Zustand

Und nun der erste Test im Wirkbetrieb. Woll doch mal sehen wie hell das
werden kann :D

75_CIMG4914.JPG
Jaaahhh ... Ooohhhhkeeeyyyy ;) :cool: Ich bin zufrieden :D
Die Kamera ist mit der Helligkeit aber weniger zufrieden :rolleyes:

Als nächstes zeige ich ein paar Näh-Übungen mit Leder :D
Was man als Elektroniker so alles machen muß :rolleyes: tse tse tse
 

dino03

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Die Lederarbeiten am Griff

Die Bilder sind leider nur vom unteren Griff-Segment. Aber das war auch
das schwierigste. Ich wollte nicht kleben weil das auf Metall sowieso mit
den Hausmitteln nicht so haltbar ist und außerdem ...

Die oberen beiden Segmente waren echt Spielkram gegen das letzte.
Alleine das Anzeichnen der Schnitte war ein Kraftakt. Da die Messingrohre
nicht grade um den Griff laufen sondern in Bögen wurde es eine echte
Herausforderung alles passend zu schneiden. Und dranschneiden kann man
nichts mehr. Also ab ist ab.

76_PICT0161.JPG
Hier sind die ersten Schnitte für die Bedientasten zu sehen. Das Leder läuft
nicht hinter den Tasten lang sondern ist nur dazwischen. Als zusätzlicher
Halt ist es etwas unter die Messingkappen für die Tasten gelegt.

77_PICT0163.JPG
Das war die einfachste Naht an dem Stück. Immer schön hinter dem Rohr
langnähen. Das Problem : Die Nadel paßt nicht überall hinter dem Rohr
lang. Also ausfädeln, mit der Einfädelhilfe hinter dem Rohr langziehen,
wieder in die Nadel fädeln, durch Leder, wieder ausfädeln ... und so weiter.
Eine Arbeit für Leute die Vater und Mutter erschlagen haben :D :rolleyes:

78_PICT0165.JPG
Hier ist das Leder auch schon hinter den Rohren der Bedientaster vernäht.
Immer von der Seite in das Leder, unten wieder raus, dann unten wieder rein,
aus der Seite raus und unter dem Rohr lang. Auf die Art sieht man von oben
keine Naht.

79_PICT0169.JPG
Der letzte Schnitt um das Leder zu schließen. Auf diesem Photo sieht man
auch gut die Betriebs-LED und die Ladebuchse.

80_PICT0170.JPG
Die Vorbereitungen für die letzte Naht :) Uff geschafft ! Im Hintergrund sind
noch die elektronischen Innereien und die Kugel mit ihrem Drahtkäfig zu sehen.
Die beiden oberen Segmente und die schließende Naht oberhalb der Rohre
hab ich sichtbar ausgeführt. Wenn man voll durch das Leder sticht reißen
die Löcher auch nicht so schnell aus und es wird etwas haltbarer. Die
sichtbare Naht kann man links am mittleren Segment gut sehen.
 

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