Lichtleiste mit Infrarotmodul, Lichtabhängig

[Wowa Z. (subirus)]

Guten Tag,

ich bin dabei eine eine Lichtleiste zu bauen, die auf bei Bewegungen 
angehen soll, jedoch nur wenn es dunkel sein sollte.

Dazu habe ich mir eine Infrarot-Modul (4.5 - 20v 60µA) bestellt, welches 
sich regeln lässt (Empfindlichkeit und Dauer). Als Stromquelle soll eine 
9V Blockbatterie dienen und zur Beleuchtung 10x LED 3.5V 20mA. Es werden 
immer 2 LEDs mit einem 150ohm Widerstand in Reihe geschaltet, und das 
ganz 5 mal Parallel.

Soweit bin ich mir ziemlich sicher, dass es funktionieren sollte :)

Nun möchte ich jedoch, dass die Leiste nur im dunkeln anfängt zu 
leuchten. Ich habe mir überlegt das ganze mit einem Fototransistor, 
Kondensator und Potentiometer zu realisieren.

Sollte es dunkel werden beginnt der Fototransistor zu leiten, wodruch 
das IR-Modul versorgt wird. Bewegt sich nun etwas fängt die Leiste an zu 
leuchten. Sollte jedoch durch das entstandene Licht die Fotodiode 
sperren versorgt sich das IR-Modul "selber" weiter.

Jetzt ist mir während dem schreiben aufgefallen, dass ich den 
Kondensator und den Potentiometer gar nicht benötige, da sich das 
IR-Modul selber versorgt (solange die Leiste leuchtet), oder liege ich 
da falsch.

Ich würde mich über Verbesserungsvorschläge freuen, und ob das ganze so 
überhaupt funktionieren kann.

Zudem noch eine Frage ob meine Berechnung so stimmt:
LED = 10 * 3,5 * 0,020 = 0,7W
Widerstand Verlust= 5 * 0,040 = 0,2W
IR-Modul = 0.00006 * 9 = 0,00054W (ignoriere ich mal)

  Batterie = 9V * 0,6Ah = 5,4W
% Verbrauch = 0,7 + 0,2 = 0,9W
-------------------------------------
= 6h konstante Laufzeit

Vielen Dank für eure Hilfe

[Sascha W. (sascha-w)]

Hallo,

also in deinem Schaltplan wird der Kondensator erst mal verhindern, das 
das IR-Modul (PIR-Modul !) überhaupt Spannung bekommt. Ob die Variante 
den Fototransistor und die Vesorgung einzuschleifen funktioniert 
müsstest du mal testen - auf alle Fälle hast du so keinen Spielraum an 
der Stelle noch was zu regeln. Ich denke an einer zusätzliche 
Transistorstufe wirst du nicht drumrumkommen.

Sascha

[Wowa Z. (subirus)]

Danke für die Hilfe.

Habe mich jetzt nochmal in Kondensatoren eingelesen und muss mich nun 
etwas schähmen :)

Habe jetzt den Schaltplan abgeändert.
Zum Einsatz kommt jetzt ein Fotowiderstand, ein Poti und ein Transistor.

Leider komme ich noch nicht mit der Berechnung für den Vorwiderstand für 
den Transistor zurecht.

Bei dem Transistor T2 habe ich den Vorwiderstand mit Hilfe folgender 
Seite ermittelt http://bastelmolch.ba.funpic.de/transistor.htm .
Dabei bin ich auf eine Durchlassstrom vom 100mA (5*20mA) gekommen, plus 
einem Spielraum von 100mA = 200mA.

IB = 200mA / 160 = 1.25mA
IB = 1.25mA * 3 = 3.75mA = 0,00375A (Übersteuerungsfaktor)
Rb = (3.3V - 0.7V) / 0,003A = 693ohm = 680ohm (da ich diesen Widerstand 
zur Hand habe)

Ich hoffe diese Berechnung stimmt soweit. Wende ich diese Formel jetzt 
aber auf auf den Transistor T1 an erhalte ich einen Wiederstand von 
4426Kohm.

IB = 100μA / 160 = 0.625μA
IB = 0.625μA * 3 = 1.875μA = 0,000001875A (Übersteruerungsfaktor)
Rb = (9V - 0.7V) / 0,000001875A = 4426Kohm

Ich habe bereits andere Transistoren gesucht, bin aber leider nicht 
fündig geworden.

Ausserdem habe ich in einem Schlatplan mal gesehen, dass R8 benötigt 
wird, damit der Transistor T2 nicht selber (z.B. durch Magnetspannung) 
schaltet. Wird dieser wirklich benötigt, und wenn ja, reicht eine 2K 
Widerstand oder sollte ich diesen höher ansetzen?

Wowa

[Sascha W. (sascha-w)]

also was mir noch aufgefallen ist, das schalten der Positiven 
Betriebsspannung mit einem NPN-Transistor wird so nichts, denn sobald 
der Transistor leitend wird steigt die Spannung am Emitter an was dem 
entgegenwirkt. Damit kann die Spannung am Emitter nicht größer als 
UB-0.7V werden. Hast du vom IR-Mod. max. 3.3V (wieso überhaupt?), dann 
hast du an den LEDs nur noch 2.6V!

Anbei mal ein Plan wie es gehen könnte. Eine Berechnung für den 
Dämmerungsschalter kannst du dir sparen, denn du brauchst ja noch die 
Daten des Fotowiderstands. Was noch zu beachten ist, bei dieser 
einfachen Variante steigt die Versorgungsspannung für das IR-Mod. 
natürlich mit sinkender Helligkeit langsam an - ob das passt musst du 
testen. Des weiteren fließt durch den LDR und Spannungsteiler an T2 
immer Strom, das könnte für Batteriebetrieb schon ungünstig sein. Evl. 
ist es besser das IR-MOD immer an zu lassen (wenn das nur 60µA braucht) 
und dann die "Weiterleitung" an die Schaltstufe der LEDs 
helligkeitsabhängig zu machen.

Sascha

[Wowa Z. (subirus)]

Habe mich nun noch weiter in Tansistoren eingelesen und festgestellt, 
dass der Transistor T2 (BC337-25) die Last nicht verträgt. Habe mich 
deswegen für den BD139-10 entschieden. Dieser hält IC=3A and Ptot=12.5W 
aus.

Bei dem NPN war ich auch ein wenig Stutzig, da in dem Artikel 
Transistor (bei der Kollektorschaltung) zunächst folgendes gelesen 
habe:

> Die Spannung am Emitter entspricht immer der an der Basis minus 0,6V

Aber dann nach der Abbildung:

> Wird R_{Poti} (Spannungsteiler) erhöht, steigt die Spannung U_{Last}
> letztlich bis auf Vcc-0,6V (Basis-Emitter-Übergang).

Habe nun den Transistoren T2 in Emmiterschaltung gesetzt. Ich hoffe das 
funktioniert so auch.
Wie von dir Vorgeschlagen hab ich den Fotowiederstand bei den LEDs bzw. 
an den OUT des PIR-Moduls angehängt. Sollte es nun Dunkel werden und es 
wurde eine Bewegung registriert öffnet T1, welcher wiederum T2 öffnet. 
Da aber durch die LEDs Licht entsteht schließt ja T2 wieder. Aber 
dadurch das T3 durch T2 geöffnet wurde bleibt T2 weiterhin durch T3 
geöffnet.

Der LDR01 
(http://www.muekra.com/bauelemente/optoelektronik/fotowiderstande/ldr07.html) 
hat einen Lichtwiderstand von 6...18k and einen Dunkelwiderstand von 
100k / 5sec. Da würde ich dann davon ausgehen, dass ich bei dem P1 einen 
Widerstand von >=10k - <47k brauche. Kann das so stimmen?

Bei dem Vorwiderstand für R1, R7 und R8 steh ich nun leider komplett auf 
dem Schlauch.

Und hier noch ein Link zu dem PIR-Modul: 
http://www.ebay.de/itm/PIR-Infrared-IR-Voltage-Bewegungsmelder-Detector-Sensor-Melder-Module-bis-7m-Neu-/360568815856?pt=DE_Haus_Garten_Heimwerker_Sicherheitstechnik&hash=item53f39380f0

PS.: Sascha, vielen Dank für deine tolle Hilfe

[Wowa Z. (subirus)]

Habe grade noch festgestellt, dass ich P1 und LDR1 vertauschen muss, da 
es sich ja jetzt bei bei T1 um einen PNP Transistor handelt.

[Sascha W. (sascha-w)]

welch mysteriöse Zusammenschaltung der Transistoren?!

Zwei Probleme bleiben bei der Lösung den LDR zwischen PIR und Endstufe 
unterzubringen.
1) Licht ist nicht an oder aus, sondern die Helligkeit im 
eingeschalteten Zustand ist von der Beleuchtung des LDR abhängig.

2) Licht wird dunkler wenn die LEDs den LDR beleuchten.

Die beste Lösung wird der Einsatz eines CMOS-ICs mit Schmitt-Trigger 
Eingängen damit würden sich beide Probleme lösen lassen.

Die Schaltung im Anhang sollte die Anforderungen erfüllen.
T1 ist nur zur Anpassung der 3.3V Ausgangsspannung an die 
Beriebsspannung des 4093.

Sascha

[Wowa Z. (subirus)]

> welch mysteriöse Zusammenschaltung der Transistoren?!
Verzeihst du einem Anfänger? :)

Spaß beiseite, vielen Dank für Schaltung. Werde mich jetzt mal in die 
Funktionsweise eine Schmitt-Triggers einlesen. Dabei hätte ich aber 
leider bereits eine Frage vorab: Ist es beabsichtigt das Pin 1 und 2 
verbunden sind?

[Sascha W. (sascha-w)]

Wowa Zarr schrieb:
>> welch mysteriöse Zusammenschaltung der Transistoren?!
> Verzeihst du einem Anfänger? :)
ja klar

> Spaß beiseite, vielen Dank für Schaltung. Werde mich jetzt mal in die
> Funktionsweise eine Schmitt-Triggers einlesen.
die Schmitt-Trigger-Funktion ist hier nur eine Zusatzfunktion der NAND 
-Gatter

> Dabei hätte ich aber
> leider bereits eine Frage vorab: Ist es beabsichtigt das Pin 1 und 2
> verbunden sind?
ja, man könnte auch einen Eingang fest auf Plus legen ohne die Funktion 
zu verändern. Nur offenlassen darf man die Eingänge niemals.

Die 4 Gatter des 4093 kannst du natürlich beliebig untereinander 
vertauschen - wie es für die Leitungsführung am günstigsten ist, ebenso 
wie die zwei Eingänge eines Gatters.

Sascha

[cppler (Gast)]

Nur als Anregung, wenn Du einen kleinen µC nimmst (z.B. Tiny13 würde 
hier reichen) kannst Du alles beeinflussen bis es so paßt wie Du willst.
Damit kannst Du vier Sensoren abfragen, festellen wie hell es ist, ob 
der PIR ausgelöst hat, der Hund bellt, die Katze miaut und danach via 
PWM Deine LED-Leiste passend dimmen.

[Wowa Z. (subirus)]

@cppler : Danke für den Tipp, dafür bräuchte ich aber einen Programmer, 
denn ich aber leider nicht hab :)

Habe vor mir mal einen zu kaufen bzw. zu bauen, dass ist aber noch 
Zukunftsmusik. Will mich jetzt erstmal allgmein in die Elektronik 
einarbeiten.

[Wowa Z. (subirus)]

So, ich glaub ich habs jetzt endlich verstanden.
Durch die Schaltung würde aber der LDR konstant 100mW verbrauchen, oder?
Mal schauen ob ich es schaffe den LDR irgendwo anders unter zu bringen. 
:)

Darf ich noch fragen wie du die Vorwiderstände errechnet hast?
Kenne bloss die Möglichkeit mit der bekannten Last (wie ich oben schon 
einmal errechnet habe).

[Wowa Z. (subirus)]

So, nach langem überlegen habe ich vielleicht eine Idee wie du auf die 
Widerstände gekommen bist.

Meine Vermutung:

Bei R3 bist du von dem max. Ic (100mA) des Transistors ausgegangen. Da 
der IR-Out 3.3V beträgt ergibt sich
R = (3.3V - 0.7V) / (0.1A / 180hfe)  = 4680 = 4.7K (der nächst höhere 
Widerstand, damit der Transistor nicht überlastet wird). Dadurch teilen 
sich der Widerstand und Transistor die Last.

Bei R2 ist es sehr gewagt, aber ich gehe davon aus, dass du von 100mA 
(LEDs) + 50mA (reserve) ausgegagen bist. Bei 9V ergibt sich
R = (9V - 0.7V) / (0.15A / 40hfe) = 2213 = 2.2K (der nächst niedrigere 
Widerstand, damit er voll durchschaltet).

Könnte ich damit vielleicht Recht haben?

[Wowa Z. (subirus)]

Hab jetzt mal den LDR und Poti zwischen den Pin 3 und 12 des CMOS 
eingezeichnet. Ich denke mal das sollte so funktionieren, oder hab ich 
da einen Denkfehler (ich bin auch alle Möglichkeiten mal durchgegangen).

In den Schaltplan habe ich den Strom eingezeichnet (Orange hinterlegt) 
und die einzelnen Zustände der Gatter hinzugeschrieben, in dem Fall dass 
sich etwas bewegen sollte und es dunkel ist.
Ich hoffe es ist OK, dass ich auf deinem Schaltplan rum gezeichnet hab.

[Sascha W. (sascha-w)]

Wowa Zarr schrieb:
> Hab jetzt mal den LDR und Poti zwischen den Pin 3 und 12 des CMOS
> eingezeichnet. Ich denke mal das sollte so funktionieren, oder hab ich
> da einen Denkfehler (ich bin auch alle Möglichkeiten mal durchgegangen).
ja das wird auch gehen, dann verbraucht der LDR nur noch Strom wenn vom 
PIR eine Bewegung registriert wurde

> In den Schaltplan habe ich den Strom eingezeichnet (Orange hinterlegt)
> und die einzelnen Zustände der Gatter hinzugeschrieben, in dem Fall dass
> sich etwas bewegen sollte und es dunkel ist.
> Ich hoffe es ist OK, dass ich auf deinem Schaltplan rum gezeichnet hab.
das passt schon

zu den Vorwiderständen:
wenn die Transistoren wie hier nur als Schalter arbeiten, dann ist die 
Wahl der Widerstände unkritisch - die hab ich jetzt mal so nach 
Erfahrung über'n Daumen festgelegt.

Sascha

[Wowa Z. (subirus)]

Vielen vielen Dank nochmal.

Werde das ganze mal ausprobieren sobald die Teile eingetroffen sind.
Habe auch das Layout beigefügt falls es jemanden interessieren sollte. 
:)

Wowa

[Sascha W. (sascha-w)]

Noch ein paar Tips:
- wenn du für T2 den BD139 einsetzen willst dann solltest du auch im 
Layout einen zum Gehäuse passenden Transistortyp wählen

- für den LDR ist sicher auch eine Stiftleiste angebracht, die Bauform 
hat er mit Sicherheit nicht

Sascha

[Wowa Z. (subirus)]

Hatte mal den BD139 drin, hab ihn aber warscheinlich entfernt und dann 
ausversehen einfach den BC337 dupliziert.
Hm, dann macht der LDR halt einen kleinen Spagat :) Nein, spaß. Das 
werde ich auch noch abändern.

Werde sicherheitshalber das ganze, wenn ich die Bauteile hab, ausdrucken 
und schauen ob die Kontakte alle auch so passen.

Danke für die Tipps!