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Unendlichkeitsspiegel mit zwei LED-Streifen und Arduino Nano

Lange LED-Streifen sind mittlerweile sehr populär geworden und werden in unzähligen Ausführungen im Handel angeboten. Es handelt sich dabei um LED-Lichtleisten, die in verschiedenen Längen, Farben und Helligkeiten erhältlich sind. Sie können problemlos gekürzt oder verlängert werden und können so für direkte als auch für indirekte Beleuchtung eingesetzt werden. Es gibt starre und biegsame Varianten, die allesamt meist sehr einfach zu befestigen sind. Oft werden die LED-Streifen für spezielle Lichteffekte benutzt.
In dem folgenden Versuch konstruieren wir mithilfe von zwei LED-Streifen eine Art Unendlichkeitsspiegel, der z.B. als Dekoration verwendet werden kann. Dabei handelt es sich um eine optische Täuschung eines unendlich tiefen Tunnels. Die Täuschung wird durch durchsichtige Spiegel erzeugt, zwischen welchen die LED-Streifen untergebracht werden. In unserem Beispiel kommen insgesamt drei solche Spiegel zum Einsatz. Durch Biegen der Spiegel können zusätzlich diverse Unendlichkeitformen erzeugt werden.
Die dazugehörige Schaltung ist äußerst simpel. Ein Mikrocontroller, hier Arduino Nano, schaltet abwechselnd die LED-Streifen für eine begrenzte Zeit ein und aus. Welches LED-Streifen gerade eingeschaltet wird und für wie lange, entscheidet der Zufallsgenerator.
Da die LED-Streifen mehr Strom benötigen, als ein Mikrocontroller-Ausgang liefern kann, kommen zwei Transistoren zum Einsatz. Sie sind in der Schaltung für Leistung zuständig und agieren als einfache Ein-Aus-Schalter. Zwischen den Ausgängen des Mikrocontrollers und den Transistoren wird jeweils ein Optokoppler geschaltet.
Da die LED-Streifen unterschiedlich für 12 V und 24 V ausgelegt sind und der Mikrocontroller lediglich 5V als Spannungsversorgung benötigt, arbeitet die Schaltung mit insgesamt drei verschiedenen Spannungen. Deswegen bekommt die gesamte Schaltkomposition zusätzlich noch zwei Spannungsregler. Sie regeln die Hauptversorgungsspannung von 24 VDC (LED-Streifen 24 V) auf 12 VDC (LED-Streifen 12V) und 5 VDC (Mikrocontroller) herunter.

Aufbau

Schaltplan

Testschaltung

Komponenten

Der kleine Mikrocontroller hat eine ganz einfache Aufgabe. Er schaltet lediglich für bestimmte Zeitintervalle die LED-Streifen ein und aus. Welcher LED-Streifen gerade ein- bzw. ausgeschaltet wird, wird per Zufall entschieden. Auch ein Zufallsgenerator entscheidet über die Einschaltdauer. Die zuständige Anweisung innerhalb des Programms heißt random(). Mit random(x,y) kann man für die generierte Zufallszahl den minimalen und maximalen Wert bestimmen. Anschließend kommen die Schaltbefehle digitalWrite(Ausgang, HIGH) oder digitalWrite(Ausgang, LOW) zum Einsatz.

Die Aufgabe, die eigentliche Leistung zu schalten, übernehmen zwei Transistoren. Die Ausgänge des Mikrocontrollers wären mit der Aufgabe überfordert und könnten beschädigt werden. In dem Beispiel fließen Ströme im Bereich von 300 mA. Bei langen LED-Streifen kann der Strombedarf stark ansteigen. Die BD135-16 Transistoren können Ströme bis zu 1,5 A schalten. Sie sind demnach für die Aufgabe überdimensioniert. Es sind NPN-Transistoren.

Optokoppler eignen sich hervorragend für eine galvanische Trennung von unterschiedlichen Stromkreisen. In der Schaltung werden sie zwischen den Mikrocontroller und Leistungstransistoren T1 und T2 geschaltet. Bei dem Bauelement ILD74 handelt es sich um zwei Optokoppler in einem Gehäuse.

Man könnte sagen, dass die einzige Schwierigkeit in der Schaltung in der Tatsache besteht, dass sie mit drei Spannungen arbeitet. Das erfordert weitere Bauteile. Die Hauptversorgungsspannung beträgt 24VDC. Sie wird unter anderem für den 24V-LED-Streifen benötigt. Zusätzlich wird diese Spannung mit zwei Spannungsreglern auf 5VDC und 12VDC heruntergeregelt. Die Spannung von 5VDC stellt die Versorgungsspannung des Mikrocontrollers dar. Mit 12VDC wird der zweite 12V-LED-Streifen eingespeist. Als Spannungsregler kommen zwei Module, die auf dem IC LM2596 basieren, zum Einsatz. Sie verfügen über ein Einstellpotentiometer und eine digitale Anzeige.

Programm (Sketch)

                            
int LED_Streifen_12V = 3;                           // Anschluß-Pin Streifen 12V
int LED_Streifen_24V = 4;                           // Anschluß-Pin Streifen 24V
int Zufall_LED_Streifen;                         
int Zufall_Zeit;                                    // Zeit in ms per Zufall

// **************************************************************************************
void setup() {
    pinMode(LED_Streifen_12V, OUTPUT);              // PIN 3 als Ausgang
    pinMode(LED_Streifen_24V, OUTPUT);              // PIN 4 als Ausgang
}

// **************************************************************************************
void loop() {

    Zufall_LED_Streifen = random(3);                // Streifen-Auswahl per Zufall
    Zufall_Zeit = random (2000, 5000);              // Zeit zwischen 2 und 5 Sek.
    switch (Zufall_LED_Streifen) {
        case 0: {                                   // LED-Streifen 12V gewählt
            digitalWrite(LED_Streifen_12V, HIGH);   // Einschalten
            delay (Zufall_Zeit);                    // Wartezeit
            break;
        }
        case 1: {                                   // LED-Streifen 24V gewählt
            digitalWrite(LED_Streifen_24V, HIGH);   // Einschalten
            delay (Zufall_Zeit);                    // Wartezeit
            break;
        }
        case 2: {                                   // Beide LED-Streifen gewählt
            digitalWrite(LED_Streifen_12V, HIGH);   // Einschalten
            digitalWrite(LED_Streifen_24V, HIGH);   // Einschalten
            delay (Zufall_Zeit);                    // Wartezeit
            break;
        } 
    }       
    digitalWrite(LED_Streifen_12V, LOW);            // Ausschalten
    digitalWrite(LED_Streifen_24V, LOW);            // Ausschalten
}
// **************************************************************************************      
         

Kurzvideo

Kurzvideo

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