Arduino LED-Cube leuchtet nur unter gewissen Umständen

[Daniel B. (cologne_muc)]

Hallo Freunde,

im Rahmen eines HS-Projekts fertigen wir einen 7x7x7-LED-Cube, im Anhang 
ein paar Eindrücke.

Auch angehängt ist ein schematischer Schaltplan (ohne Widerstände, 
ungefähre Pin-Belegung etc.)

Das Problem ist folgendes: Es funktioniert alles wunderbar, 7x in Reihe 
gehängte Shift-Register, die gepulst per SPI exakt das tun, was sie 
sollen. Die Shift-Register steuern 49-Plus-Transistoren und 7 
Minus-Transistoren (Modell siehe Schaltplan), über die eine externe 
Stromversorgung (http://www.reichelt.de/?ARTICLE=137090) die LEDs 
ausreichend mit Power versorgt. Hinter dem Vorwiderstand messen wir 
etwas mehr als 2V.
Aber: Der Würfel leuchtet nicht.

Und jetzt kommt das Verwirrende: Als wir herumgemessen und viel bewegt 
haben, berühte eine Anode plötzlich kurz den GND-Pin des Arduino (im 
Plan rot) – und der Würfel leuchtete (siehe Bild), bis auf die LEDs an 
der einen Anode selbst. Das ist reproduzierbar und funktioniert jedes 
Mal. Natürlich haben wir es immer sekundenweise ausprobiert, um das GND 
des Arduino nicht zu belasten.

Wie funktioniert das überhaupt physikalisch? Wo haben wir unseren 
Denkfehler? Wie können wir ihn korrigieren?

Vielen Dank für eure Anregungen!

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Daniel B. schrieb:
> Wie funktioniert das überhaupt physikalisch?
Frage ich mich auch: wo ist denn die Masse der "Battery" angeschlossen? 
Euch ist schon klar, dass diese Masse auch an den GND vom uC gehört? Mit 
euerem Kurzschluss stellt ihr vermutlich einfach einen etwas dubiosen 
Massebezug her.

[Karl H. (kbuchegg)]

Eure 'Plus-Transistoren' hätten PNP Typen sein sollen.

Ein NPN Transistor leitet, wenn seine Basis positiver als sein Emitter 
ist. Denn nur dann kann Strom in die Basis fliessen. Aber: wie geht das, 
wenn am Emitter eine LED samt Vorwiderstand sitzt?

Dadurch, dass ihr den Emitter auf Masse gelegt habt, habt ihr für den 
Stromfluss gesorgt, so dass der NPN leiten kann. Auf irgendwelchen 
dubiosen Wegen hat das dann dazu geführt, dass an den anderen 
Transistoren auch ein wenig Strom in die Basis rinnt, sie haben 
durchgeschaltet und alles leuchtet. Bis auf den einen Auslöser. Da an 
dessen Emitter jetzt GND anliegt kann die LED natürlich nicht leuchten.

die Plus-Transistoren gegen PNP Typen tauschen

[Daniel B. (cologne_muc)]

Hallo Lothar,

die "Battery" ist verlinktes Netzteil von Reichelt. Anschlüsse haben wir 
fünf: L, N und Erde gehen in die Steckdose, V+ und V- gehen an den Cube.

Nach dem seltsamen Verhalten kam ich auf den Gedanken, dass der Cube an 
V+ und Erde des Netzteils gehängt werden muss. Aber auch das half 
nichts.

[innerand i. (innerand)]

Daniel B. schrieb:

> Nach dem seltsamen Verhalten kam ich auf den Gedanken, dass der Cube an
> V+ und Erde des Netzteils gehängt werden muss. Aber auch das half
> nichts.

Nö, das ist es nicht (und man will so etwas auch nicht machen). Ihr 
müsst, wie bereits von Lothar Miller erwähnt, die Masse des Netzgerätes 
mit der Masse des Arduino-Boards verbinden.

An die Basis der Transistoren liegt die Spannung vom Arduino aber sie 
haben keinen Bezug zur Masse des Arduinos, dadurch kann kein Strom 
fließen und der Transistor schaltet nicht.

[Marcel (Gast)]

GND bzw. V- muss trotzdem mit dem Arduino und dem Würfel verbunden 
werden, damit der Bezugspunkt für die Spannung gleich ist. Was spricht 
dagegen den Arduino direkt mit dem Netzteil des Würfels zu versorgen?

[olli (Gast)]

Du speist jetzt deine 5v vom Arduino durch die Basis. der Strom kann 
aber nicht zur masse zurück. So wie es jetzt ist müsstest du eher relais 
verwenden. wenn ihr schon so'n bomben schaltnetzteil habt hängt doch den 
Arduino einfach mit dran. und macht einen vernünftigen stromkreis.

[olli (Gast)]

und dadurch, dass du das ganze so mit transistoren und schiebern 
aufgebaut hast, denke ich ihr möchtet multiplexen. dann könnt ihr das 
auch einfach direkt über den Arduino versorgen.

[Daniel B. (cologne_muc)]

Mit gemeinsamer Masse (Arduino + Netzteil) + PNP-Transistor funktioniert 
das Ganze, danke Jungs! :-)

Wir können den Arduino mit an das Netzteil hängen, aber kann der die 
hohen Ampere-Werte aushalten?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

olli schrieb:
> stromkreis.
Der seinen Namen auch verdient hat...
Sagen wir es mal einfach: alles was Masse heißt wird miteinander 
verbunden. Nur dann kann ein Strom, der in eine Transistor-Basis hinein 
und am Emitter wieder herausfließt auch einen Weg zurück zu seiner 
Quelle finden. Und nur so schließt sich der Kreis.

Daniel B. schrieb:
> Nach dem seltsamen Verhalten kam ich auf den Gedanken, dass der Cube an
> V+ und Erde des Netzteils gehängt werden muss. Aber auch das half
> nichts.
Ihr solltet weniger herumbasteln sondern mehr nach- und mitdenken.

Oo schrieb im Beitrag #3499157:
> Das sieht leider wirklich nach einer Hochschule aus
Mit ein wenig Glück ist das eine Hochschule für Designer oder 
Buchhalter. Dann könnte man das Gebastel hier gerade noch mal so 
durchgehen lassen...

[Karl H. (kbuchegg)]

> Wir können den Arduino mit an das Netzteil hängen, aber kann der die
> hohen Ampere-Werte aushalten?

Ähm
Strom wird gezogen und nicht gedrückt.

Der Arduino holt sich an Strom (er 'zieht') was er braucht. Die 
Stromquelle muss nur in der Lage sein, zu liefern was der Verbraucher 
haben will. Kann sie mehr: gut, dann belastet der Verbraucher das 
Reservoir eben weniger. Kann sie weniger, dann geht sie in die Knie und 
die Spannung bricht ein.

[Daniel B. (cologne_muc)]

Karl Heinz schrieb:
>> Wir können den Arduino mit an das Netzteil hängen, aber kann der die
>> hohen Ampere-Werte aushalten?
>
> Ähm
> Strom wird gezogen und nicht gedrückt.
>
> Der Arduino holt sich an Strom (er 'zieht') was er braucht. Die
> Stromquelle muss nur in der Lage sein, zu liefern was der Verbraucher
> haben will. Kann sie mehr: gut, dann belastet der Verbraucher das
> Reservoir eben weniger. Kann sie weniger, dann geht sie in die Knie und
> die Spannung bricht ein.

Danke!

[holger (Gast)]

Karl Heinz schrieb:
> Kann sie weniger, dann geht sie in die Knie und
> die Spannung bricht ein.
Wird bei dem Teil wohl kein Problem sein :D