Projekte

Netzgerät

Di-Amp

Switchpack

Einleitung

Anforderungen

Umsetzung

Technische Daten

Bedienung

Software

Auf- und Nachbau

Ergebnis

DimmModul-V1

Einleitung - Switchpack

Wer einmal irgendwo mit Lichttechnik zu hatte, kennt folgendes Problem: Man hat einige Dimmbars, Dimmpacks oder ähnliches, aber ein oder mehrere Geräte, die nicht an einem Dimmer betrieben werden dürfen. Ein klassisches Beispiel dafür sind Schwarzlicht-Leuchtstoffröhren ohne eigene Elektronik. Man würde sie gerne fernsteuern - am bestem mit dem Rest der Lichtanlage.

Vor diesem Hintergrund ist das Projekt Switchpack entstanden: Eine per DMX-512 (fern-) steuerbare Steckdosenleiste. Als Randbedingung stand zum einen eine kompakte Bauform (nicht viel größer als Steckdosenleisten) und die Frage, wie die Menge der Schaltspiele auch bei großen und nicht-ohmschen Lasten hoch gehalten werden kann. Man will ja nicht nach jeder zweiten Benutzung Relais tauschen müssen. Folge einer weiteren Randbedingung ist die Bezeichnung: 6 Kanäle sollen es sein mit maximal 5A pro Kanal (SP6-5DMX)

Anforderung ↑

• Steckdosenleiste mit 6 unabhängig schaltbaren Steckdosen
• Steuerung per DMX512-Lichtsteuerprotokoll
• Ausreichende Leistungsfähigkeit für kleinere und mittlere Lasten (u.A. Leuchtstofflampen)
• Beständigkeit für viele Schaltzyklen

Umsetzung ↑

• Versorgung per Kaltgerätestecker, 6 Abgänge mit Schuko-Steckdosen
• Als Aktoren werden 8A-Solid-State-Relais (SSR, aus Thyristoren, bzw. Triacs bestehender Halbleiter-Schalter mit potentialgetrennter Ansteuerung; quasi als elektronische Alternative zum elektromechanischen Relais oder Schütz) eingesetzt; dadurch sind beliebig viele Schaltspiele möglich. Die in den SSRs entstehende Abwärme wird über einen Kühlkörper nach außen abgeführt.
• Die SSRs sind in zwei Gruppen geteilt, die mit je 5A abgesichert sind (→ 2300W Gesamtleistung)
• SSRs schalten im Nulldurchgang der Netzspannung (problematisch bei Transformatoren als Last wegen Einschaltstromspitzen)
• Schutzbeschaltung der SSRs für verschiedene nicht-Ohmsche Lasten (inkl. Varistor als Überspannungsschutz)
• Ansteuerung per DMX (5Pol-XLR-Stecker), Startadresse wird per Drehcodierschalter im Klartext eingestellt (Änderungen werden im Betrieb zyklisch übernommen), wird ein vollständiger DMX-Link erkannt, blinkt die grüne Status-LED
• Optional kann eine Temperaturüberwachung der SSRs erfolgen → der Schwellwert ist per Trimmer im Geräteinneren einstellbar; beim überschreiten des Schwellwerts wird eine gelbe LED eingeschaltet
• Optional Anschlussmöglichkeit für aktive Kühlung der SSRs, bei Überschreiten des Temperatur-Grenzwerts wird ein angeschlossener Lüfter auf eine höhere Spannung geschaltet.
• Verarbeitung per μC (ATmega8 bei 8MHz) (Siehe Firmware und Software)
• Hardware ist RDM-fähig
• Optional Zusatzfunktionen über DIP-Schalter in Hardware vorgesehen
• Gehäuse in kompakter Bauform, ähnlich einem Lastmulticore-Verteiler für Dimmer-Packs

Technische Daten ↑

• 6 Abgänge, jeweils max. 5 A (Gesamtlast max. 10A)
• Absicherung mit 5A Schmelzsicherung in zwei Gruppen (Abgang 1-3 und 4-6)
• DMX-512-kompatible Ansteuerung

Bedienung / Nutzung ↑

• Stromversorgung über Kaltgeräte-Anschlusskabel herstellen.
• DMX-Verbindung über 5Pol. XLR-Anschluss herstellen (bei letztem DMX-Gerät in einer Kette: Terminator auf 5Pol. XLR-Buchse stecken)
• Startadresse über Drehcodierschalter einstellen (Draufsicht mit der 0 am Kodierschalter oben ergibt sich von links nach rechts: | Hunderter | Zehner | Einer | - Stelle der Startadresse)
• Zu betreibende Geräte in die Steckdosen einstecken
• Steckdose #1 wird von dem mit Startadresse eingestellten DMX-Kanal angesteuert, die Steckdosen #2...#6 mit den darauf folgenden 5 DMX-Kanälen. Eingeschaltet wird bei DMX-Kanal-Wert > 140, Ausgeschaltet bei DMX-Kanal-Wert < 110.

Software ↑

Da bei diesem Projekt die Software noch relativ einfach ist, habe ich versucht, den prinzipiellen Programmablauf der Firmware in einem Ablaufgraph darzustellen.

Im Prinzip sind die meisten Firmware-Programme für µC so aufgebaut: Es gibt einen Hauptzweig, der nach einem Reset (zum Beispiel nach dem Einschalten) durchlaufen wird. Hier wird zunächst der Prozessor initialisiert (IOs, Peripherie, ...) und dann in einer Endlosschleife die in der Regel weniger zeitkritischen Routinen ausgeführt. Für zeitkritische Funktionen gibt es darüber hinaus die Möglichkeit, mit sogenannten Interrupts Funktionen aufzurufen und auszuführen. Vorteil von Interrupt-getriggerten Funktionen ist die sehr schnelle Reaktion auf ein Ereignis; Nachteil ist, dass der Programmablauf unterbrochen und durch die Interrupt-Aufgaben blockiert wird, bis diese abgearbeitet sind.

Auf- und Nachbau ↑

Hier gibt es das Projektarchiv.

Es beeinhaltet Schaltplan, Stückliste, Layouts und die Programmdaten für den µC. Die Layouts sollten bei unskaliertem Druck auf Transferfolie für direkt als Ätzvorlage geeignet sein. Da die Platine hauptsächlich mit SMD-Bauteilen aufgebaut ist, wird ein bisschen Löterfahrung benötigt...
Den µC habe ich per AVR-Studio (oder Nachfolger) und ISP-Programmer auf den ATmega8 aufgespielt (.hex oder .elf für Flash-Speicher, .eep für EE-Prom). Die Fuses des µC sollten so eingestellt werden, dass er den Takt nicht nocheinmal intern teilt, mit externem Quarz betrieben wird (NICHT: Quarzoszillator) und bei Unterspannung (Brown-Out) abschaltet. Bei falsch programmierten Fuses empfehle ich, eine kurze Internetsuche zu bemühen, da die AVR-µC oft wieder "belebt" werden können.

Ergebnis ↑

Ich habe dieses Projekt einmal aufgebaut. dazu habe ich mir ein geeignetes Gehäuse gesucht, in dem (zentral) die 6 Steckdosen eingebaut sind, sowie auf einer Seite (entsprechend abgeschlossen) die Signalelektronik und auf der anderen Seite die Leistungselektronik mit ihrem Kühlkörper. Als Einspeisung habe ich einen Kaltgerätestecker verwendet, der für die mit 2x5A abgesicherten Ausgänge ausreichend belastbar sein sollte. Ich habe das Switchpack inzwischen einige Male in Verwendung gehabt (wenn auch bei eher kleiner Belastung) und keine Probleme feststellen können, die auf das Gerät zurückzuführen sind.

Im Bild zu sehen ist die Steuerelektronik von der Unterseite aus. Der DMX-Einsteller ist hinter der Frontplatte montiert, die Platine mit dem µC steht hochkant. Unten rechts zu sehen sind die Stecker, mit denen die Schaltsignale an die SSRs auf der Leistungsplatine übertragen werden. Oben sieht man die Rückseite der DMX-Anschlüsse, die durchgeschleift werden und Richtung µC abzweigen.

Das Bild zeigt die Rückseite der Leistungselektronik-Platine. Rechts ist die erste Steckdose zu sehen, unten die Netzspannung führende Verdrahtung, oben die (zusätzlich isolierten) Steuerleitungen. Die SSRs sitzen abgeknickt unter der Platine (im oberen Drittel ist die Lötlinie der SSRs zu erkennen; im unteren Drittel die Löcher, durch die die Verschraubungen der SSRs am Kühlkörper erfolgt sind.) Der Kühlkörper ist aus Sichereheitsgründen geerdet (im Bild nicht zu sehen).

Wie man auf dem Bild sieht, benötigen die Steckdosen den meisten Platz im Aufbau. Unten ist übrigens noch der Ausschnitt eines Lastmulticore-Verteilers zu sehen, der mit seinen zusätzliche Harting-Steckverbindern in etwa die gleiche Größe hat.

Fragen zum Projekt?