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International => Deutsch => Topic started by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 01:29 am

Title: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 01:29 am
Hey Leute,

ich hoffe ihr könnt mir ein wenig helfen. Ich habe vor mir den Arduino Uno zu kaufen und daraus eine Ampelschaltung zu bauen. Nun meine Fragen:
1. Wie kann ich errechnen welchen Wiederstand ich brauche um eine LED zu betreiben?
2. Wäre es möglich zwei LED's über einen Output zu betreiben? Also die Ampel "verdoppeln" (Andere Seite der Straße) Wäre klasse, wenn mir jemand hierzu eine kleine Skizze anfertigen kann!

Nützliche Links sind immer willkommen (:

Vielen Dank für eure Hilfe!

Tobi
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: blubb113 on Jan 22, 2013, 07:09 am
Hallo Toni,

ersteinmal eine kurze Warnung, ich selbst kann mich da auch nicht besonders gut aus, ich v., Tjasuche es trotzdem mal:

Grundsätzlich gilt ja bei Gleichstrom
U=R*I
Uvielleicht auch vom Datenblatt?)ung
R: widerstand
I: Stromstärke
Die benötigte Stromstärke sollte im Datenblatt der LED vermerkt sein, in der Regel beträgt die ca. 20mA.
So, und jetzt weiss ich nimmer weiter woher cdu die Spannung nehmen sollst(vielleicht auch vom Datenblatt?)

Gruss Luca

Edit: Kleine Korrektur, 1. Die Spannung sollte tatsächlich im Datenblatt stehen und 2. wäre die Rechnung obsolet, falls du nicht die ca 5V Spannung des Ports minus die Betriebsspannung der Led nehmen würdest, also R=(U1-Uled)/Iled
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: sth77 on Jan 22, 2013, 07:33 am
Ein wichtiger Punkt bzw. Begriff darf hier nicht vergessen werden: Es handelt sich hierbei prinzipiell um eine Reihenschaltung. Daher gilt Uges = ULED + UWiderstand.
Und erst aus dieser Formel ergibt sich zusammen mit dem Ohmschen Gesetz die Gleichung für den Vorwiderstand.

R = (Uges-ULED)/I
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: uwefed on Jan 22, 2013, 08:28 am
Die Spannung des LEDs ist abhängig von seine Farbe. Diese kannst Du aus dem Datenblatt der LED entnehmen (UF)oder annehmen:
infrarot: 1,4V
rot 1,6V
gelb-grün 1,8V
blau-weiß 3,4V bis 4,2V

Den LED-Strom solltest Du 10mA wählen, da Du ansonsten den Arduino überlastest.
Du kannst auch einen ULN2803 ( 8 Transistoren) verwenden um die LED anzusteuern. Der kann mehr Strom schalten. Die LED werden zwischen den Ausgängen des ULN2803 und +5V geschaltet. In diesem Fall kann jede LED mit 20mA angesteuert werden.

Grüße Uwe

Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Doc_Arduino on Jan 22, 2013, 08:54 am
Hallo,

es gibt auch sogenannte low current led's schon seit ein paar Jahren, die nehme ich immer für solche Experimente. Mit 4mA leuchten die schon voll. Für mehr schalte ich immer einen Transistor dazwischen, Sicherheitshalber. Die meisten µC können nur 5mA Dauerstrom je Pin liefern auf allen Ausgängen gleichzeitig.

Ansonsten ziehste bei Reihenschaltung beider LEDs von der anliegenden Spannung beide Teilspannungen der LEDs ab und teilst sie durch den gemeinsamen Strom der fließen soll.
(5V -1,8V -1,8V ) / 4mA = 350 Ohm (immer den nächst größeren Wert nehmen)

Normalerweise betreibt man LEDs jedoch parallel, damit alle gleich hell leuchten oder wie vielleicht bei Dir wenn die Verdrahtung der Ampel dadurch einfache wird.
Dann bekommt jede LED ihren eigenen Vorwiderstand, damit liegen alle Vorwiderstände mit ihren LEDs parallel.
(5V -1,8 ) / 4mA = 800 Ohm (immer den nächst größeren Wert nehmen)






Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 04:15 pm
Hey Leute,

erstmal vielen Dank für die ganzen Antworten. Aus dem ganzen lerne ich, dass ich nochmal mein physikalisches Verständniss auffrischen muss :D
Also ich habe das gerade mal versucht auszurechnen.
Ich gehe mal einfach von einer roten LED aus mit 1,6V.
R = Uges - 3,2V / I
Quote
Den LED-Strom solltest Du 10mA wählen, da Du ansonsten den Arduino überlastest.
-> Danach müsste I=10mA sein?

Aber wo genau bekomme ich Uges her?

Gruß
Tobi
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: mkl0815 on Jan 22, 2013, 04:24 pm
Uges ist die Gesamtspannung die anliegt. bei einem Arduino-Pin sind das 5V.
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: MaFu on Jan 22, 2013, 04:25 pm
Das ist die verwendete Betriebsspannung, also in Deinem Fall 5V.
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 04:28 pm
Also wäre R = 5V - 3,2V / 10mA richtig?
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: mkl0815 on Jan 22, 2013, 04:32 pm
Wenn Du beide LEDs in Reihe schaltest, ja.
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: sth77 on Jan 22, 2013, 04:32 pm

Also wäre R = 5V - 3,2V / 10mA richtig?

Nein. :D Nicht die Klammern vergessen!
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 04:36 pm
Wo kommen denn die klammern rein?
Bei dem Post oben, wo ich mir die Formel geklaut habe, waren keine...
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: mkl0815 on Jan 22, 2013, 05:13 pm
Das war ein kleiner Hinweis auf "Punkt- vor Strich-Rechnung"

Mathematisch betrachtet ist
R = 5V - 3,2V / 10mA
nicht das gleiche wie
R = (5V - 3,2V) / 10mA

Beim ersten wird ja 3,2V/10mA gerechnet und das dann von 5V abgezogen. Das führt dann zu  einem unsinnigen Wert von 4,68, während bei der zweiten Gleichung erst (5V - 3,2V) = 1,8V gerechnet wird, was dann durch die 10mA geteilt gleich 180Ohm ergibt und damit ein "sinnvolles" Ergebnis.
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: michael_x on Jan 22, 2013, 05:30 pm
Ich würde übrigens nicht 3,2 V sondern eher 3,6 V bei 2 roten LED mit 10 mA annehmen,
aber im Bereich 10mA ist alles nicht wirklich kritisch:
140 (bei angenommenen 2*1.8V),  180 (bei angenommenen 2*1.6V) heisst eigentlich: irgendwas zwischen 100 und 220 Ohm.

Für Beginner ist es lehrreich, den folgenden Schaltkreis :
5V -- 100 Ohm Widerstand -- 10k Poti (--) GND  
Poti-Mitte -- LED1 -- LED2 -- GND
aufzubauen und die Spannungen zu messen.

Die Spannung am 100 Ohm Widerstand kann man leicht in mA umrechnen um den gesamten Strom zu sehen. (1V / 10mA)

Dass die Spannung an den LED sich wenig ändert sobald sie erstmal leuchten, ist beeindruckend finde ich.
Dass der Helligkeitseindruck sich bei doppeltem Strom nicht verdoppelt, sollte einem auch auffallen.

(--) Beobachte, was diese Verbindung bei weit runtergedrehtem Poti bewirkt. ( und warum ? )

Wenn du unterschiedliche LED Typen hast (ultrabright, low current, 3mm, 5mm ) wirst du auch diese Unterschiede sehen.

Solange du mindestens einen 100 Ohm Widerstand zwischen 5 V und GND hast, sollte nicht viel kaputt gehen,
wenn du zur Not eine LED verschmerzen kannst ;)
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 06:10 pm
Okay also muss ich mir merken: R = (Uges - ULED) / I
Vielen Dank!

Dann muss ich mir nur immer daran denken, dass ich mA in A ausrechne, damit ich ein richtiges Ergebnis bekomme :D

@michael_x: Ich denke das werde ich von der LED abhängig machen, aber danke für den Tipp.
Ich werde mal den von dir beschriebenen Schaltkreis ausprobieren!

Tobi

PS: Jetzt wollte ich das ganze gerade mal mit Fritzing zeichnen.. Leider finde ich keine 180 Ohm bei dem Resistor?
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 07:49 pm
Hey Leute,
ich war gerade mal fleißig dabei meine Schaltung in Fritzing zu zeichnen. Jetzt frage ich mich folgendes:


Nochmals vielen dank für eure Hilfe!
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: mkl0815 on Jan 22, 2013, 08:18 pm
Du hast die beiden LEDs parallel angeschlossen, nicht in Reihe. Damit ist dann der Vorwiderstand zu klein.
Siehe auch
http://de.wikipedia.org/wiki/Reihenschaltung (http://de.wikipedia.org/wiki/Reihenschaltung)
http://de.wikipedia.org/wiki/Parallelschaltung (http://de.wikipedia.org/wiki/Parallelschaltung)
Du brauchst eine Verbindung vom Pin zum Widerstand, von da zu Anode (+) der ersten LED von deren Kathode (-) zur Anode (+) der zweiten LED und von deren Kathode (-) zu GND.
Willst Du beide LEDs parallel anschliessen, brauchen beide einen Vorwiederstand, auch wenn sie am gleichen Pin hängen.
Es geht zwar theoretisch auch mit einem Widerstand in Parallelschaltung, aber das sollte man nicht machen, weil die LEDs schneller kaputt gehen können.

Bezüglich Strom über GND siehe http://playground.arduino.cc/Main/ArduinoPinCurrentLimitations (http://playground.arduino.cc/Main/ArduinoPinCurrentLimitations)
Pro GND dürfen maximal 200 mA fliessen also in Summe 400mA ohne das es den Chip gefährdet. Allerdings muss der Strom "ja auch irgendwo herkommen", also in Summe von VCC und den Pins. bei 400mA dürfte der Spannungswandler auf dem Arduino schon ziemlich heiss werden. Je höher die Versorgungsspannung ist, desto größer ist dann auch die als Wärme produzierte Verlustleistung. Wird der Arduino über USB bei solchen Strömen versorgt, dürfte das schon das Limit des USB-Ports sein.

Du kannst alle Pins (auch die analogen) als digitale Pins verwenden (als Eingang und auch als Ausgang). Nur die PWM und Analog-Pins sind halt zusätzlich als solche zu verwenden.

Mario.
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: uwefed on Jan 22, 2013, 08:25 pm
Mario die Begrenzung auf 200mA bezieht sich auf den ATmega Controller Pin und nicht auf die Massepins des Arduino.
Den Maximalwert begrenzt die USB-Schnittstelle mit 500mA. Das gleiche gilt für die 5V Pins. Der Eigenverbruch des Arduino ist von den 500mA wegzurechnen.
Bei Spannungsversorgung über Netzteil an der Netzteilbuchse verkraftet die Schutzdiode 1A. Eine weitere Bergrenzung ist durch die max Verlustleistung des Spannungstabilisators auf dem Arduino gegeben und hängt von der Höhe der externen Versorgungspannung ab. Es können ruhig Werte kleiner als 500mA notwendig sein.

Grüße Uwe
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Tobiii112 on Jan 22, 2013, 11:57 pm

Du hast die beiden LEDs parallel angeschlossen, nicht in Reihe. Damit ist dann der Vorwiderstand zu klein.
Danke, das ist mir auch aufgefallen, als ich mir den Schaltplan angesehen habe.

Um nochmal auf die Pins zu sprechen zu kommen. Die PWM-Pins kann ich einerseits als Digital In&Out, und als Analog Out benutzen oder? Und jeder von denen gibt 5V her?

Ab wann braucht mein Arduino eine externe Stromquelle?

Ich habe meine Ampelschaltung nochmal skizziert. Wäre das so richtig? Link: http://s7.directupload.net/file/d/3143/6mttt2v5_png.htm (http://s7.directupload.net/file/d/3143/6mttt2v5_png.htm)

Lieben Gruß
Tobi

#EDIT:
Ich habe mich gerade nochmal intensiv mit LED's usw. beschäftigt. Ich habe festgestellt, dass ich R=U/I rechnen muss um den Widerstand für eine einzelne LED auszurechnen. Ich habe rote/gelbe/grüne LED's. Jedoch ohne irgendeine Notiz bezüglich U und I. Es handelt sich um 5mm LED's. Gibt es allgemeine Werte bezüglich I? Bezüglich U hat vorhin schon jemand die Werte gepostet. Vielen Dank!
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: mkl0815 on Jan 23, 2013, 10:00 am
Wenn es keine "low current" LEDs sind, werden die in der Regel mit maximal 20mA betrieben. Aber auch bei 10mA leuchten die Dinger schon hell genug und man hat noch ein wenig Reserve. Daher würde ich persönlich immer im Bereich 10mA bis 15mA bleiben.
Je größer der Strom, desto schneller gehen die LEDs kaputt. Was für Anfänger meist etwas verwirrend ist, die Spannung (Uges) mit denen die LEDs betrieben werden ist "relativ" egal. Also es können 5V, 9V oder 12V sein. Wichtig ist, das an jeder LED die angegebene "Drop" Spannung abfällt und sich der "Differenzspannung ( Uges - Udrop) halt mit der Betriebsspannung ändert. Und damit dann auch der Vorwiderstand.  (12V - 3,2V)/10 mA ist halt was anderes als ( 5V -3,2V)/10mA
Für den Modellbau kann man z.B. schon vorgefertigte LEDs mit Vorwiderstand kaufen, da ist dann z.B. immer angegeben ob die für 12V oder 24V oder 5V oder was auch immer geeignet sind.
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Doc_Arduino on Jan 23, 2013, 05:46 pm
Hallo,

baue mal Deine LED Schaltung ohne Arduino auf zum testen. Also nur LEDs mit Vorwiderständen und 5V. Danach bauste die Schaltung mal um sodass jede LED ihren eigenen Vorwiderstand hat. Als LED Strom zur Widerstandberechnung nimmste jeweils 10mA. Mal sehen bei welcher Schaltung die LED's bei Dir gleich hell leuchten ...



Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: michael_x on Jan 23, 2013, 06:21 pm
Für Beginner ist es (evtl. frustrierend aber) auch lehrreich, Datenblätter lesen zu lernen, auch wenn du die LED's schon hast und du raten musst, welches Datenblatt evtl. passen könnte.

Ein Startpunkt ist conrad.de oder reichelt.de und deren Datenblatt-Links
Title: Re: Beginner braucht ein wenig Hilfe ...
Post by: Doc_Arduino on Jan 23, 2013, 08:51 pm
Hallo,

da bei LEDs keine Bezeichnung drauf steht, kann er nur allgemein gültige Werte nehmen. Solange man weis welche LEDs aus der Bastelkiste normale und welche low current sind. Das kann man aber zur Not ausprobieren, wenn es mit 4mA hell ist sind's low current, sonst nicht. Praktisch nimmste zum rechnen 10mA und 1,8V LED Spannung. Da geht nichts kaputt. Wenn es heller sein soll nimmste 15mA bis 20mA. Habe Dir noch eine .xls erstellt. Kannste hin und her rechnen. Bei der Reihenschaltung von 2 LEDs sollten die LED's aber gleichen Typs sein. Sonst ist die Helligkeit beider bestimmt unterschiedlich. Wenn Du alle LED zu gleich gekauft hast, dann sollte Farbenrein alles passen. Kannste ja ruhig ausprobieren auf Deinem Steckbrett verschiedene Farben in Reihe zu schalten.