Schnittstelle zwischen LED-Elementen von IKEA und Smart Home LED-Treibern

[Robert B. (rbu)]

Hallo Bastelfreunde und IoT-Begeisterte,

mit Smart Home von IKEA kann man mit einem (z. B. IKEA Nummer 503.561.87 
mit drei Steckern: ICPSHC24-10EU-IL-1, 24VDC, 10W) LED-Treiber mehrere 
LED‘s (z .B. OMLOPP Nummer 202.771.82) schalten, in der Helligkeit 
dimmen und in dem Farbton verändern.

Wie kann der Treiber die LED‘s so ansteuern? Wie funktioniert diese 
Schnittstelle?

Klar ist, dass PWM oder eine ähnliche Schnittsteuerung drin ist. Für die 
Veränderung der Helligkeit und fürs Schalten reicht einfach die PWM. Wie 
ist es dann mit dem Farbton?

Vom im Treiber verwendeten 220V-Wandler kommt (TBC: galvanisch 
entkoppelte) Gleichspannung mit gemessenen 24,05 V, die den 
spezifizierten 24 VDC entsprechen. Soweit OK.

Mehrere Frequenzmessungen ergeben am Ausgang des Treibers etwa 2,002 
kHz. Ein Entwickler hat wahrscheinlich hier 2 kHz festgelegt. Eine 
Abhängigkeit von der Helligkeit oder Farbe habe ich nicht gemerkt. Der 
mit Zigbee ausgestattete Mikrocontroller hackt die Gleichspannung so 
über ein Transistor. Ist die Frequenz tatsächlich konstant? Wird sie 
nicht angepasst, um am Farbton zu drehen?

Bei der Helligkeitsanpassung wird das Tastenverhältnis so geändert, dass 
die gemessene „Gleichspannung“ auf 13,66 V runter geht. Nach dem 
Ausschalten bleibt eine Spannung von etwa 3,1 V auf den Leitungen zur 
LED-Leuchte.

Aber wie wird die Farbe verändert? Das Innere der LED-Leuchte scheint 
keine aktiven Elemente zu besitzen. Drei Stränge von je sechs LED‘s sind 
drin. In jedem Strang sind zusätzlich zwei Widerstände mit 180 Ohm in 
der Serie mit LED's. Zu dem ganzen LED-Netz ist nur ein „Widerstand“ 
noch parallel angeschlossen:  Kennzeichnung Rv1, kein von mir messbarer 
Widerstand. Mit den Leitungen hat die Leuchte einfach nur noch eine 
gemessene Kapazität von 1,75 nF.

Die Helligkeitsanpassung per PWM verschiebt leicht das Lichtspektrum der 
LED‘s. Ist es wirklich so „einfach“ und wie kann man durch Beobachtung 
der Ausgangsspannung am Treiber auf die vom Benutzer gewünschte 
Einstellung der Farbe schließen? So etwas wie die Spezifikation der 
„einfachsten“ Schnittstelle in einer PDF-Form wäre ideal. Im 
Programmcode des Treibers sollte die Information auch drin sein, jedoch 
bin ich noch nicht so weit. Mit Oszilloskope wäre es möglich 
nachzumessen. Hat das jemand schon gemacht? Liegt vielleicht eine 
Schnittstellenbeschreibung schon im Netz rum?

Andere Frage ist, welcher Stecker ist es? Als Zukaufteil wäre es schön 
zu haben, um nichts an der Hardware verändern zu müssen und als Aufbau 
geordnet vorzuzeigen.

Danke, bis nachher.

[Chris K. (Gast)]

Siehe Zigbee Light Link Spec.

[Robert B. (rbu)]

Danke für den Hinweis. Auf den ersten Blick in
https://www.nxp.com/docs/en/user-guide/JN-UG-3091.pdf
geht es um die Software und µC's.

Ich möchte die elektrotechnische Beschreibung der Spannungen und deren 
zeitlichen Verläufe in dem Kabel wie gesagt dazwischen. Damit möchte ich 
die Systembausteine von IKEA fürs elektrotechnisches Basteln so mit 
Absicht benutzen, ohne in die Programmierung, Funkzulassung, 
Einrichtung, Sicherheit, Gateways, Apps gleich eintauchen zu müssen. Zum 
Beispiel möchte ich mein liebstes NE555 mit Alexa triggern:
1) Vorhandene Alexa benutzen,
2) vorhandene IKEA Gateway, Fernbedienung, LED-Treiber und LED-Leuchten 
aus der Küche anzapfen,
3) Etwas kurz basteln und NE555 dran schließen.

Etwas mehr geht schon mit der Messung der Spannung, z.B. Vorgabe eines 
Sollwertes für den Lüftungsregler für die Küche oder Bad. Im Bad könnte 
ich mir den Bewegungsmelder vorstellen, der dann als Auslöser für eine 
verstärkte Lüftung funktioniert.

Schön wäre es, auch auf die Farbtoneinstellung schließen zu können. Das 
wäre ein zweiter Sollwert über eine Verbindung.

[Chris K. (Gast)]

Farbton ist nichts weiter als LEDs mit verschiedenen Binning. Hast ja 
schon erkannt, dass in der Leuchte drei Sträng a 6 LED drin sind. Jeder 
der Stränge hat eine andere Farbtemperatur und über die verschiedenen 
Helligkeiten (PWM) ergibt sich halt die gemeinsame Farbtemparatur.

[Robert B. (rbu)]

Danke für den Hinweis auf Binning:
https://de.wikipedia.org/wiki/Binning
Es kann sein, dass ein Strang mit einem "Binning" bestückt wird. Die 
Stränge aber mit verschiedenen drei Binnings. Es können auch LED's sein, 
die absichtlich (nicht nur aus der Fertigungsabweichungen) leicht 
unterschiedlich hergestellt wurden. Soweit auch OK.

Jedoch woher sollen denn diese unterschiedlichen Stränge wissen, wann 
einer von denen eher mehr leuchten soll und der andere eher weniger? Die 
Leuchtstärke scheint sich über "PWM" zu definieren. Bei jeder 
Leuchtstärke kann man immer noch die Farbe verändern. Wie geht das 
elektrotechnisch auf den zwei Adern?

[Jens M. (schuchkleisser)]

Verpolung.
Die beiden verschiedenen Farben sind antiparallel geschaltet, 
angesteuert von einer Vollbrücke.
Die Freigabe (EN) auf der Brücke bestimmt die Helligkeit, PWM den 
Farbton.

[Dieter R. (drei)]

Robert B. schrieb:

> mit Smart Home von IKEA kann man mit einem (z. B. IKEA Nummer 503.561.87
> mit drei Steckern: ICPSHC24-10EU-IL-1, 24VDC, 10W) LED-Treiber mehrere
> LED‘s (z .B. OMLOPP Nummer 202.771.82) schalten, in der Helligkeit
> dimmen und in dem Farbton verändern.

Wo steht denn, dass man den Farbton ändern kann? Ich lese in der 
Produktbeschreibung zu OMLOPP Nummer 202.771.82:

Lichtfarbe: Warmweiß (3000 Kelvin).

In der Beschreibung zu dem Treiber steht auch nur:

Mit dem TRÅDFRI Dimmer können bis zu 10 Leuchtquellen gleichzeitig 
gesteuert werden - Dimmen, Ein- und/oder Ausschalten.

Nix mit Farbton ändern.

[Robert B. (rbu)]

Dieter R. schrieb:
> Robert B. schrieb:
>
>> mit Smart Home von IKEA kann man mit einem (z. B. IKEA Nummer 503.561.87
>> mit drei Steckern: ICPSHC24-10EU-IL-1, 24VDC, 10W) LED-Treiber mehrere
>> LED‘s (z .B. OMLOPP Nummer 202.771.82) schalten, in der Helligkeit
>> dimmen und in dem Farbton verändern.
>
> Wo steht denn, dass man den Farbton ändern kann? Ich lese in der
> Produktbeschreibung zu OMLOPP Nummer 202.771.82:
>
> Lichtfarbe: Warmweiß (3000 Kelvin).
>
> In der Beschreibung zu dem Treiber steht auch nur:
>
> Mit dem TRÅDFRI Dimmer können bis zu 10 Leuchtquellen gleichzeitig
> gesteuert werden - Dimmen, Ein- und/oder Ausschalten.
>
> Nix mit Farbton ändern.
Danke Dieter,

den Fehler zum Thema Farbton habe ich wohl fabriziert: Zuerst habe ich 
die schöne Fernbedienung (304.431.24) mit Farbwechsel an eine 
LED-220V-Lampe (604.084.83) ebenso mit Farbwechsel gekoppelt und die 
beiden zusammen bewundert.

Dann nur noch schnell den LED-Treiber (503.561.87) aus der Küche mit 
LED-Spot (202.771.82) an die gleiche Fernbedienung gekoppelt. Es klappte 
alles auf Anhieb.

Doch richtig ist es, dass die am Treiber angeschlossenen Elemente nur 
ihre Helligkeit verändern. Die Farbe wechselt sich klar erkenntlich bei 
der 220N-Lampe, jedoch nicht beim LED-Streifen oder LED-Spot.

Es bleibt bei PWM. Die Steuerung vom NE555 über Ein, Aus und mehrere 
Zwischenstufen wird mit Helligkeit auch klappen ;-)

Danke schön, sonst hätte ich weiter das gesucht, was nicht da ist...

[Robert B. (rbu)]

Jens M. schrieb:
> Verpolung.
> Die beiden verschiedenen Farben sind antiparallel geschaltet,
> angesteuert von einer Vollbrücke.
> Die Freigabe (EN) auf der Brücke bestimmt die Helligkeit, PWM den
> Farbton.
Das ist cool! Danke.

[Robert B. (rbu)]

... das Info zum Innenleben des LED-Spots. Nach dem Tausch der LED's zu 
den doppelten antiparallelen LED's kann man einen eigenen Spot kreieren 
und diesen dann wie oben angedeutet über eine Brücke ansteuern.

[Robert B. (rbu)]

Jens M. schrieb:
> Die beiden verschiedenen Farben sind antiparallel geschaltet,
> angesteuert von einer Vollbrücke.
> Die Freigabe (EN) auf der Brücke bestimmt die Helligkeit, PWM den
> Farbton.
Ist es ein Patentrezept oder das Allgemeinwissen? Ich finde es immer 
noch exzellent.

IKEA könnte so die nächste Generation der Treiber gestalten, um z.B. zu 
Alexa-Musik auch noch passend in der Küche mit den satten RGB-Farben zu 
rocken. Leider ist so etwas wie eine Brücke im aktuellen Treiber nicht 
vorhanden. Es ist "nur" ein Transistor da. Innen sieht der Treiber schön 
übersichtlich und modular aus...

Zwischen VIN+ und VIN- kommt die Gleichspannung (24 V) rein. Am J1, 
zwischen G und V, kann man etwas Speisespannung (3,0 V) für eigene 
Kreationen abzweigen.

Zwischen V+ und V- liegt PWM an, von der die Parameter noch nicht klar 
sind aber sich einfach abgreifen ließen. Diese Parameter werden sehr 
einfach über System-IoT vom Benutzer festgelegt, als Helligkeit über 
App, Dimmer, Fernbedienung, Aleksa und sonstiges. So einfach geht der 
Opa oder die Oma NE555 in das neue Zeitalter.

[Robert B. (rbu)]

Robert B. schrieb:
> So ... geht ... NE555 ...
NE555 ist ein Klassiker und Klassiker muss man kennen:
https://www.mikrocontroller.net/articles/NE555

Fürs weitere wird TS555I gewählt (Temperatur, 2 V, Verbrauch, 
Eingangswiderstand):
https://www.st.com/en/clocks-and-timers/ts555.html

Viel erklärt ist bei der Alternative:
www.ti.com/lit/ds/symlink/tlc555.pdf

Weiß jemand, ob Discharge und Eingänge eine kleine Spannung von etwa 
0,25 V über VCC bzw. unter GND vertragen?

So könnte man z.B. eine Shottky-Diode (SDM02U30LP3-7B) vom GND (zum VCC) 
an einem Eingang setzen, um Signale unter oder über der 
Spannungsversogung durch ein Vorwiderstand abzugreifen.

Kann sein, dass die oben genannten Dioden bei den gewählten Bausteine 
sich vermeiden ließen?

Die CMOS-Transistoren haben parasitäre Dioden, die vielleicht sogar 
absichtlich als Schutz gegen Entladungen vorhanden sind?

Ist ein anderer 555-Baustein mit solchen inneren Dioden spezifiziert?

[Jens M. (schuchkleisser)]

Robert B. schrieb:
> Ist es ein Patentrezept oder das Allgemeinwissen?

Allgemeinwissen.
Wie soll sonst eine Farbumstellung über nur zwei Adern funktionieren, 
wenn keine weiteren Chips verbaut sind?
Theoretisch ginge sowas wie bei den Modellbahnen, aber einfach 3 oder 4 
Adern legen ist Größenordnungen billiger.

Robert B. schrieb:
> RGB-Farben

Mit dem Prinzip geht nur Warm/Kaltweiß, und das wird teilweise auch so 
genutzt. Nicht oft, gibt's aber.

Robert B. schrieb:
> Es ist "nur" ein Transistor da.

Das liegt dran, das du dich vertan hast und die Lampe nur gedimmt werden 
kann.
Mit nur einem Transistor geht auch nicht mehr.

Was das mit dem NE555 soll, hab ich noch nicht verstanden.
Nimm einen ESP mit Tasmota, binde den an Alexa und erteile ihm 
entsprechende Befehle.
Der kann PWM, RGB, schalten, was weiß ich.
Um das PWM analog auszuwerten, ginge es besser mit einem RC-Glied und 
einem Komparator. Wennste magst sogar mit mehreren Stufen.

[Robert B. (rbu)]

Jens M. schrieb:
> Nimm einen ESP mit Tasmota, binde den an Alexa und erteile ihm
> entsprechende Befehle.

Ist das wirklich so einfach? Gibt es eine Beschreibung dafür, oder 
mehrere Beschreibungen, die dann zum Ziel führen?

Die gesamte Funktion soll etwa so sein: Mit der schönen und handlichen 
Fernbedienung, die man im Wohnzimmer aufbewahren kann, ohne Gäste damit 
zu überfordern, soll etwas gesteuert werden. Die IoT-Sachen sind dabei 
eher ein Bonus, des jedoch durchaus zu schätzen ist und könnte beim 
Erfolg auch genutzt werden.

NE555 finde ich sehr lehrreich, wenn man sich damit auseinander setzt. 
Ein gutes Stück an Elektronik ist es, ohne gleich mit einem PC mit 
mindestens 4GB um die Ecke kommen zu müssen. Spannungsteiler an 
Widerständen, zwei Komparatoren als Beispiele analoger Funktionen, ein 
Trigger als Beispiel einer digitalen Funktion und ein 
Open-Collector-Ausgang sind drin und können erfahren werden...

Damit soll das Schalten wie oben beschrieben durchaus möglich sein, mit 
einem sehr kleinen Energieverbrauch und somit ohne Notwendigkeit 
zusätzlicher Kühlung auch noch.

Wenn es über "ESP mit Tasmota" doch einfacher ist, dann freue ich mich 
auf den weiteren Hinweis.

[Jens M. (schuchkleisser)]

Robert B. schrieb:
> Ist das wirklich so einfach? Gibt es eine Beschreibung dafür, oder
> mehrere Beschreibungen, die dann zum Ziel führen?

>ping google.de
>timeout
>target unreachable

An meinem anderen PC geht's aber, dauert 3 Sekunden: 
https://www.nightprogrammer.org/reviews/sonoff-tasmota-firmware-alexa-einbinden/
Und noch ungefähr 35 Seiten weiteres Zeug, Suchbegriff war "Tasmota 
Alexa".
Ich hab aber keine Erfahrung mit Alexa...

Robert B. schrieb:
> Damit soll das Schalten wie oben beschrieben durchaus möglich sein, mit
> einem sehr kleinen Energieverbrauch und somit ohne Notwendigkeit
> zusätzlicher Kühlung auch noch.

Eine Tasmota-Steckdose braucht im Standby unter einem halben Watt, also 
so 1,50€ im Jahr an Strom.
Deine NE555-Bastelei an einem vorhandenen LED-Treiber ist nicht 
sparsamer, sehr wahrscheinlich nicht billiger, auf jeden Fall nicht so 
flexibel.
Ja, NE555-Basteln ist toll, aber im Smarthome kann man mit so einem Zeug 
nix anfangen. Außer vielleicht Dauer- oder Impulssignale in Pulse 
definierter Länge übersetzen, z.B. für Klingeln, Hupen, Warnlampen o.ä., 
und auch da nur wenn die Software zu doof ist.

Gibt nur die Hürde, das du eine entsprechende Schaltung brauchst, die du 
Tasmotizen kannst.
Ein NodeMCU, Wemos oder sonstwas mit ESP8266 und einem 
USB-seriellen-Port reicht.
Im Bau- oder Supermarkt findet man immer wieder mal billigen Kram mit 
Powered-by-Tuya-Aufkleber, mit einem RPi kannst du da Öffnungsfrei 
ebenfalls Tasmota draufbringen (nicht auf jedes Gerät, Tuya baut auch 
Teile mit anderen Cloudchips), und alle diese Dinger sind dann 
Alexierbar.
Hier gibts auch einen Thread zu dem Zeug von Action, Steckdosen und 
RGB-Lampen sind günstig und gut. Bekommst du woanders zu dem Preis in 
der Qualität nicht.

[Robert B. (rbu)]

Robert B. schrieb:
> Hallo Bastelfreunde und IoT-Begeisterte,
Noch ein Fehler: zwei verschiedene Zielgruppen in einem Forum 
angesprochen...

Aber Gegensätze ziehen sich an und bereichern sich. So werde ich wohl 
dankend auch die "japanische" Technologie (Tosmota halt) aneignen. Warum 
nicht?
https://tasmota.github.io/docs/About/

Jens M. schrieb:
> Deine NE555-Bastelei ...
... auf jeden Fall nicht so flexibel.
> Ja, NE555-Basteln ist toll, aber im Smarthome kann man mit so einem Zeug
> nix anfangen.
Das hast Du, Jens, geschrieben. Als ein IoT-Begeisterter magst Du eher 
an Software basteln, jedoch nicht am 555. Ich bin gerade der Ansicht, 
dass eben in einem noch nicht mit allem Schnickschnack ausgestatteten 
Smarthome (fast schon ein Datenschleuder-Labor) etwas mit Low-Tech doch 
geht. Ja, wir sind etwas unterschiedlich.
Danke für die Hinweise... mal sehen...

[Jens M. (schuchkleisser)]

Robert B. schrieb:
> japanische

Que?
Tasmota ist basierend auf ESP und damit tiefst chinesisch, aber der 
Software-Entwickler Theo Arends ist Niederländer.

Robert B. schrieb:
> Als ein IoT-Begeisterter magst Du eher
> an Software basteln

oh nee, ganz im Gegentum.
Aber für deine komplexe Idee einen Schlauen Adapter mittels 
70er-Jahre-Technik zu idiotisieren, damit er irgendeine anders einfacher 
zu realisierende Funktion ausübt ist m.E. nicht sinnvoll.

Um die hier so beliebten Auto-Analogien zu strapazieren: Du baust einen 
Rollband-Getriebe-Adapter für deinen Sportwagen, damit du dann im 
höchsten Gang mit 250 auf dem Rollband fahren kannst und die 
Rollband-Auto-Kombi trotzdem noch in der 30-Zone funktioniert.
Anstatt direkt nur 30 zu fahren....

[Uwe D. (monkye)]

Die ESP-basierten Steckdosen gibt es z.B. bei OBI für 9,95€. Mit der 
gleichen Schaltung immer neue Ideen umsetzen...

Und die IKEA-Komponenten bekommt man auch mit Philips Hue zusammen.

[Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)]

Robert B. schrieb:
> Ich bin gerade der Ansicht,
> dass eben in einem noch nicht mit allem Schnickschnack ausgestatteten
> Smarthome (fast schon ein Datenschleuder-Labor) etwas mit Low-Tech doch
> geht. Ja, wir sind etwas unterschiedlich.
> Danke für die Hinweise... mal sehen...

Irgendwie alles sehr unzusammenhängendes Geschreibsel. Wenn du 
steuerbare "intelligente" LEDs suchst, dann z.B: Worldsemi WS2812. Aber 
nicht als einzelne LEDs, sondern direkt zusammengeschaltet als 
LED-Streifen oder LED-Schlauch mit zugehöriger Steuerung kaufen (oder 
die Steuerung selber bauen, aber nicht mit einem 555).

[Robert B. (rbu)]

OK, OK...

[Robert B. (rbu)]

Hannes J. schrieb:
> Geschreibsel
Na?
https://www.duden.de/rechtschreibung/Geschreibsel
"Geschriebenes, schlechtes, inhaltlich abzulehnendes [literarisches] 
Werk"
Lieber Hannes,
ich lehne Dein Vorschlag ab.
Grüße

[Robert B. (rbu)]

Jens M. schrieb:
> Aber für deine komplexe Idee einen Schlauen Adapter mittels
> 70er-Jahre-Technik zu idiotisieren, damit er irgendeine anders einfacher
> zu realisierende Funktion ausübt ist m.E. nicht sinnvoll.
Es hat doch geklappt.
Beim Auto bin ich raus, das ist zu heilig.

[Robert B. (rbu)]

Die PWM für einen µC (8 bit) als Erweiterung zu einer 
Mensch-Maschine-Schnittstelle zu haben ist noch einfacher. Die 
Gateansteuerung des LED-Treibers mit einem fast schon beliebigen 
Instrumentenverstärker abgreifen. INA126UA von TI tut es für 1,5 € und 
braucht für sich als Element keine weitere Flexibilität.

Ich bedanke mich zum Abschluss für alle Beiträge ;-)

[Robert B. (rbu)]

Jens M. schrieb:
> Robert B. schrieb:
>> RGB-Farben
>
> Mit dem Prinzip geht nur Warm/Kaltweiß...
"nur Warm/Kaltweiß" stimmt nicht. Richtig ist, des kein RGB möglich ist. 
Jedoch kriegt man mit zwei von drei verschiedenen anti-parallelen LED 
jede Mischfarbe, die sich aus den zwei vorausgewählten LED-Farben 
entstehen kann.

[Robert B. (rbu)]

Robert B. schrieb:
> ...
> den doppelten antiparallelen LED's kann man einen eigenen Spot kreieren
Ne, es ist eher ein Irrweg. Die antiparallelen LED in einem Gehäuse gibt 
es kaum auf dem Markt. Alle ordentlichen sind Einzelelemente.

Der oben geöffnete Spot hat Widerstände drin, an denen bei der 
Gesamtleistung von 1,4 W und somit beim Strom von (1,4 W / 24 V) etwa
2/3 * 0,01 A * (180 Ohm + 180 Ohm) Spannung abfallen. Somit werden 240 
mW verheizt oder genau 15 % der Energie nicht fürs Beleuchten genutzt.

Möchte jemand etwas Effizienz aus dem Spot durchs Basteln herausholen?
Wenn ja, dann bitte zuerst Like-Button drucken.
Wenn dann jemand ernsthaftes Interesse dran hat, hätte ich schon mal 
Interesse am Werkeln und freue mich über eine Meldung dazu. Dies ist 
selbstverständlich zu eigener Fortbildung und zur sachlicher Erfahrung 
mit Elektrotechnik gedacht. Etwas modernere LED's sind schon auf dem 
Markt günstig da. Dabei würde ich die IKEA-LED's auslöten (alle drei 
Stränge) und nur einen Strang mit neueren LED's bestücken. So würde ich 
dann drei Spotts erstellen mit Roten, Grünen und Blauen LED's. Dabei 
hätte ich auch die zwei Widerstände durch zwei LED' ersetzt. Nur als 
Idee...