ich bin grade dabei mir so eine schicke uhr zu basteln, wo die wörter von LEDs beleuchtet werden.
Nun möchte ich nicht, dass man das teil ans netzteil oder usb anschließen muss, sondern am liebsten wäre es mir, wenn man das mit batterien betreiben könnte.
es sollen maximal 3 LEDs (5mm, weiss) zur gleichen zeit beleuchtet werden.. in einem anderen forum meinte ein user, dass diese so viel strom verbrauchen, dass ich dafür einen autobatterie bräuchte (?) .. echt jetzt? .. ich meine, es gibt ja auch spielzeug was leuchtet und dennoch mit batterien betrieben wird(?) ..
stimmt das? kann ich nicht, so einen batterie-block mit z.b. 4 batterien nehmen?.. wie erreichne ich den stromverbrauch?
AdmiralCrunch:
stimmt das? kann ich nicht, so einen batterie-block mit z.b. 4 batterien nehmen?.. wie erreichne ich den stromverbrauch?
Du möchtest nicht den Stromverbrauch sondern die Funktionsdauer Deiner Wortuhr kennen:
Batteriekapazität (mA h) / Strom (mA) = Leuchtdauer in Stunden
Das ist eine grobe Abschätzung, da man sich eigentlich die Kennlinie der Batterie ansehen muß. Hängt auch von der Temperatur ab.
Beispiel (Mignon): 2800 mA h / 100 mA = 28 Stunden
Die tatsächliche Zeit dürfte davon abweichen. Also Batterie (Akku) 12V mittels PullDown auf 5V hält etwas länger. Es gibt auch Motorradakkus, die sind handlicher als die fürs Auto.
agmue:
Also Batterie (Akku) 12V mittels PullDown auf 5V hält etwas länger.
Das funktioniert natürlich nicht (ist sogar völliger Quatsch).
Nimm einen StepDown Regler um von den 12 V auf 5 V zu kommen (wenn das gewünscht wird).
Einzelne normal LEDs kannst du über einen Vorwiderstand direkt an den Pins betreiben,
effiziente LEDs kommen mit ein paar mA hin, das liegt weit unter der maximalen Belastung.
Nonminell können LEDs oft 20 mA vertragen, das ist für meine Augen aber viel zu hell.
Wenn immer nur drei gleichzeitig an sind, ist das kein Problem für den Arduino.
Eine grobe Abschätzung: Also Leds verbrauchen im Normalfall 20mA. Weiße Leds brauchen 3,2-3,6V. Das heißt eine Dauerleistung von 320mA3,2V=192mW bzw 216mW. Vier Mignon-Akkus haben 41,2V2000mAh=9600mWh. 9600mWh/200mW=48h. Also zwei Tage Leuchtdauer. Nicht dabei sind der Arduino zur Ansteuerung und Wandlerverluste. Selbst wenn du hocheffiziente Leds nimmst und runter dimmst, musst du alle paar Tage die Batterien wechseln.
Um auf vernünftige Leuchtdauern zu kommen, braucht man die Autobatterie oder die Uhr zeigt nur einen Bruchteil der Zeit die Uhrzeit an, z.B. auf Knopfdruck für wenige Sek.. Deshalb haben alle Uhren dieser Art ein Netzteil oder den Anzeigeknopf.
Wenn das ein Nachttischwecker werden soll, sollte man allerdings bedenken, dass 20mA auf eine LED WIRKLICH hell sind.
Menschliche Helligkeitswahrnehmung ist extrem nichtlinear. Beispiele:
Wir haben einen Mediacenterrechner. Wenn der im Standby ist, blinkt eine blaue LED. Wenn der Raum dunkel ist, erhellt die den ganzen Raum. Ich habe einen 10k-Wiederstand dazwischengeschaltet, um sie auf ein erträgliches Niveau zu kriegen. Wenn sie von 5V betrieben wird, dann läuft die also auf weniger als 0.5mA. Es ist immer noch so, dass man damit im kompletten Dunkeln Gegenstände im Raum sehen kann, also mehr als irgendwelche Fluoreszenzfolie oder so.
Mit meinem letzten Smartphoneupdate habe ich endliche ein OLED-Diplay. Nachts (eigentlich: wenn aus am Strom) zeigt das eine rote Uhrzeit. Kann ich nachts super ablesen, ohne dass es blendet. Tagsüber kaum zu sehen.
Auf dem Schrank im Schlafzimmer haben wir 12V LED-Ketten als Deckenfluter. Bei 100% insgesamt so 24W an der Steckdose (ist natürlich selten voll aufgedreht). Gedimmt wird das ganze mit einem ESP8266, d.h. mit 10bit PWM. 15min vor dem Wecker schaltet das Licht auf niedrigste Stufe, das heißt einen Dutycycle von 0.1%. Das ist so ein Helligkeitssprung, dass ich davon gelegentlich aufwache.
Eventuell reicht es also, die LEDs mit <mA zu betreiben, und dann würde ein gescheiter Akku schon 1-2 Monate reichen.
Ansonsten einen LiPo mit Charger rein und das Smartphoneladegerät reinstecken, wenn es nachts nicht das Handy lädt.
Die üblichen, in Anzeigen verbauten LED's brauchen nur paar mA.
Die Dinger kann man gezielt kaufen, als Low-Current-LED's.
Der Haken: die leuchten wirklich recht "dunkel"- am hellichten Tage sieht man die kaum.
Es ist ne Milchmädchenrechnung: brauche ich viel Licht, muss ich viel Strom haben.
Je nach Einbausituation kann man das aber optisch verbessern- indem man das LED-Gehäuse aufrauht, oder die LED in ein dunkles Umfeld montiert (z.B. in nem Röhrchen).
Eventuell kann man tricksen: hellere LED's nehmen (die der 20mA-Klasse) und die dimmen.
Entweder abhängig von der Uhrzeit (die weiss ne Uhr ja sowieso) oder aber besser mit nem Helligkeitssensor (simpler Fotowiderstand würde reichen) um die Umgebungshelligkeit zu messen.
Beim Dimmen kann man die "dunkel"-Zyklen so weit rauf setzen, dass man es noch grade nicht flackern sieht, da ist einiges einzusparen.
Prinzipiell könnte man sogar noch nen PIR-Sensor dazu nehmen, der erkennt, ob überhaupt jemand im Raum ist- und falls nicht, die LED's ganz abschalten.
Allerdings: man kann sich auch zu Tode sparen, irgendwann übersteigt der Stromverbrauch der Sensoren dann den der LED's.
Alles, was dauerhaft leuchten soll, kann nicht mit Batterien betrieben werden!
Es gibt auch keine einzige leuchtende Uhr zu kaufen, die mit Batterien betrieben wird. Ausnahme: kurzes Leuchten auf Knopfdruck.
Auch der Arduino nicht gerade sehr sparsam und für Batterieprojekte eher schlecht geeignet.
Es sein denn die kurze Laufzeit wird akzeptiert. (z.B. bei Bots oder Koptern)
guntherb: Alles, was dauerhaft leuchten soll, kann nicht mit Batterien betrieben werden!
Es gibt auch keine einzige leuchtende Uhr zu kaufen, die mit Batterien betrieben wird. Ausnahme: kurzes Leuchten auf Knopfdruck.
Auch der Arduino nicht gerade sehr sparsam und für Batterieprojekte eher schlecht geeignet.
Es sein denn die kurze Laufzeit wird akzeptiert. (z.B. bei Bots oder Koptern)
wie schauts denn aus mit so einem LoFi-Akku? .. ich frage mal, bevor ich mich da in irgendwas verrenne
Theseus:
Eine grobe Abschätzung: Also Leds verbrauchen im Normalfall 20mA. Weiße Leds brauchen 3,2-3,6V. Das heißt eine Dauerleistung von 320mA3,2V=192mW bzw 216mW. Vier Mignon-Akkus haben 41,2V2000mAh=9600mWh. 9600mWh/200mW=48h. Also zwei Tage Leuchtdauer. Nicht dabei sind der Arduino zur Ansteuerung und Wandlerverluste. Selbst wenn du hocheffiziente Leds nimmst und runter dimmst, musst du alle paar Tage die Batterien wechseln.
Diese Rechnung ist falsch weil dei LED nicht mittels Switching-Konstantstromtreiber mit 100% Wirkungsgrad angesteuert werden. Weil fast immer ein Vorwiderstand verwendet wird und um die Sättigungsverluste am Ausgangstransistor zu berücksichtigen rechnet man mit der Versorgungsspannung. Also bei 20mA LEDStrom und 5V Versorgung (4 NiMH Akkus haben nominell 4,8V) sind das pro LED 5V*20mA = 100mW *3 = 300mW oder bei 4,8V eben 288mW).
Zusatzinfo.
Die Kapaztät eines Akkus hängt von seiner Temperatur, seinem Verschleiß/Alterung und der Entladestomstärke ab. Die nominelle Kapazität bezieht sich auf eine Entladung mit 1/20 der Nennkapazität, also bei 2000mAh sind das 100mA. Wenn man mehr Strom zieht hat der Akku weniger Kapazität.
Man kann Strom sparen durch einen größeren Vorwiderstand undd arum kleineren Strom oder durch PWM Ansteuerung, wobei ein kleinerer Strom bei gleicher Helligkeit den Akku weniger belastet und darum dieser mehr Kapazität hat. PWM har den Vorteil daß man via Sw regeln kann zb dunkler in der Nacht.
Theseus: Eine grobe Abschätzung: Also Leds verbrauchen im Normalfall 20mA. Weiße Leds brauchen 3,2-3,6V. Das heißt eine Dauerleistung von 320mA3,2V=192mW bzw 216mW. Vier Mignon-Akkus haben 41,2V2000mAh=9600mWh. 9600mWh/200mW=48h. Also zwei Tage Leuchtdauer. Nicht dabei sind der Arduino zur Ansteuerung und Wandlerverluste. Selbst wenn du hocheffiziente Leds nimmst und runter dimmst, musst du alle paar Tage die Batterien wechseln.
Diese Rechnung ist falsch weil dei LED nicht mittels Switching-Konstantstromtreiber mit 100% Wirkungsgrad angesteuert werden. Weil fast immer ein Vorwiderstand verwendet wird und um die Sättigungsverluste am Ausgangstransistor zu berücksichtigen rechnet man mit der Versorgungsspannung. Also bei 20mA LEDStrom und 5V Versorgung (4 NiMH Akkus haben nominell 4,8V) sind das pro LED 5V*20mA = 100mW *3 = 300mW oder bei 4,8V eben 288mW).
Ich bleibe bei meiner Rechnung. Es ist nur eine grobe Abschätzung. Ob da jetzt 2Tage, oder 1,5 oder 2,5Tage herauskommen ist für die Frage, ob man sinnvoll eine LED-Uhr mit Akku ohne ständigen Akku-Wechsel betreiben kann, recht egal. Ohne rigerose Sparmaßnahmen, die wahrscheinlich auf Kosten der Nutzbarkeit der Uhr gehen, erreicht man keine langen Laufzeiten, sofern man Laufzeiten von einigen Wochen anstrebt.
Zu deinen Annahmen: Ich würde zur Verlängerung der Akkulebensdauer durchaus Stepdown-Wandler (ggf. mit ConstantCurrent) einsetzen und nicht alles mit Vorwiderständen verbraten. Ich würde einen 3,3V ProMini und keinen 5V Arduino wählen und dann mit sehr kleinen Widerständen die Leds betreiben.
Theseus:
Zu deinen Annahmen: Ich würde zur Verlängerung der Akkulebensdauer durchaus Stepdown-Wandler (ggf. mit ConstantCurrent) einsetzen
Hm, da muss aber, wenn man die Laufzeit auf mehr als 2 Tage kriegen will, aufpassen, dass deren Verbrauch nicht schon einen erheblichen Teil frisst. Für Langläufer muss man Step-Down-Wandler schon sehr gut auswählen, damit sie nciht ineffizienter sind als Überschüsse per LDO/Widerstand zu verbrennen.
Ohne spezielle Sparregler: Ich hatte bei einem Uhrprojekt schon an einem Step-Down-Regler den Shut-Down-Anschluss verwendet um die Wandler-Verluste zu reduzieren. Der Regler lief pro Minute eine Sekunde und hat einen Puffer-Elko aufgeladen. Das reichte um einen auf Sparsamkeit getrimmten 3,3V ProMini mehrere Minuten zu versorgen zu können. Dazu habe ich bei einem billigen China-Regler den entsprechenden Kontakt des Regler-ICs freigelegt und ein Kabel angelötet. Damit ließ sich der Betrieb des Reglers über den Arduino steuern.
Ein paar 1000µF und der Arduino schlief recht viel.
Letztlich habe ich das Projekt doch mit einem Netzteil ausgestattet, da die Mechanik deutlich energiehungriger war als gedacht. Ich hatte Akkulaufzeiten von 2Monaten errechnet, was mir zu kurz für eine Wanduhr war. Der Arduino selber mit LCD ohne Hintergrundbeleuchtung hätte so Jahre laufen können.
Theseus:
Ich bleibe bei meiner Rechnung. Es ist nur eine grobe Abschätzung. Ob da jetzt 2Tage, oder 1,5 oder 2,5Tage herauskommen ist für die Frage, ob man sinnvoll eine LED-Uhr mit Akku ohne ständigen Akku-Wechsel betreiben kann, recht egal. Ohne rigerose Sparmaßnahmen, die wahrscheinlich auf Kosten der Nutzbarkeit der Uhr gehen, erreicht man keine langen Laufzeiten, sofern man Laufzeiten von einigen Wochen anstrebt.
Zu deinen Annahmen: Ich würde zur Verlängerung der Akkulebensdauer durchaus Stepdown-Wandler (ggf. mit ConstantCurrent) einsetzen und nicht alles mit Vorwiderständen verbraten. Ich würde einen 3,3V ProMini und keinen 5V Arduino wählen und dann mit sehr kleinen Widerständen die Leds betreiben.
Eine Versorgungsspannung nahe an der Durchflussspannung des LEDs und kleine Vorwiderstände bringt das Problem, daß kleine Spannungsänderungen oder Unterschiede in der Durchflußspannung der LED eine große Stromänderung ergeben. Deshalb gefällt mit diese Lösung nicht.
Mit der Problematik der Sinnlosigkeit von Batteriebetriebenen LED-Uhren und der Sinnhaftigkeit eines MINI / PRO MINIs gebe ich Dir recht.
uwefed:
Eine Versorgungsspannung nahe an der Durchflussspannung des LEDs und kleine Vorwiderstände bringt das Problem, daß kleine Spannungsänderungen oder Unterschiede in der Durchflußspannung der LED eine große Stromänderung ergeben. Deshalb gefällt mit diese Lösung nicht.
Gibts da eigentlich ne Faustformel, wie viel Prozent voltage drop man am Widerstand haben sollte? Ich sehe Dein Argument natürlich völlig ein, habe das auch schon an anderer Stelle selbst gebracht, wollte aber schon immer mal wissen, was man da Pi mal Daumen ansetzen kann, ohne mit Datenblatt nachzurechnen. Hängt natürlich im Endeffekt von der U-I-Kurve ab, ich weiß.
Eine Pi*Daumen Formel gibt es dafür nicht. Du musst halt auch darauf achten, dass du keine zu hohen Spannungseinbrüche hast. Wenn du ein Board sowie Leds mit 3,3V betreibst, können die weißen Leds noch funktionieren. Bricht nun aber geringfügig die Spannung auf 3V ab, so ist es durchausmöglich, dass die Leds nicht mehr gleichmäßig/leuchten.
Würde bei solchen einfachen Leds immer einen Spannungsabfall von 0,3-0,5V als Minimum ansetzen. Ggf. sogar den Strom so berechnen, dass er für 18mA anstatt 20mA ausreicht. Sollten die Leds nur als Signal geben, reichen <= 4mA.
Bei größeren Leds ist ein Treiber in meinen Augen unabdingbar. Einfache Widerstände an PowerLeds werden unangenehm heiß.
