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Allgemeines
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Gedanken zu den Schneemännern (bitte anklicken)
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Der Schneemann-Simulator mit 11 Bälle
'Ping-Pong' mit Pausen
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Aufstellung von Material mit Kosten
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Die Schneebälle
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Aus LED-Streifen gelöste WS2812b-LEDs - drei pro Kugel - so
in die hintere Halbschale geklebt, dass die projizierten
Lichtkegel sich auf der vorderen Halbkugel überlappen.
Stromversorgung einfach durchverdrahten. Flachbandkabel 4-Adrig
ca. 15cm lang und Daten-Abzweig vorbereitet.
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Flachbandkabel anlöten. Von rechts nach links: GND,DI,+5V,DO
Die Datenleitung wird auf alle DI-Anschlüsse verteilt
Flachkabel durch ein Langloch herausführen und die zuvor
mattierte vordere Halbschale aufdrücken. Das Langloch der
Kabeleinführung von außen mit Heißkleber oder Silikon abdichten.
Insgesamt habe ich 17 Stück dieser Kugeln gefertigt.
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Der Kabelbaum besteht aus ca. 8,5 Meter NYLHY-i 3x0,75qmm
Auf der Arbeitsfläche ausgelelegt werden rechts 1,5 Meter Anschluss-
leitung stehen gelassen. dann für die 17 Kugeln alle 40cm etwa 5-6cm
Mantel entfernen. Datenleitung (gelb-grün) unterbrechen (ich habe
sogar 1,5cm rausgeschnitten), plus (braun) und Minus (blau) wie
im Foto gezeigt abisolieren. Dann das Flachkabel
der Kugel anlöten. Rechts am gelb-grünen ist der Daten-Eingang.
Links der Daten-Ausgang. Plus(braun) und GND (blau) einfach
auf die Adern löten.
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Die Lötstellen der Datenleitungen mit je einem Stück Isolierband
einzeln umwickeln. Das Ganze vorsichtig zusammendrücken und
im Ganzen mit Isolierband umwickeln. Ein paar Zentimeter des
Flachkabels bleiben noch hängend. Dieses wird erst später am
Stützdraht der Flugbahn endgültig befestigt.
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Schaltplan
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Detailfoto zur Ball-Befestigung
Die Schneebälle 'schauen' durch ein Loch im Maschendraht
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Den Kabelbaum habe ich mit Kabelbindern und
Isolierband an einem gebogenen Träger, geformt
aus drei miteinander verdrillten Bindedrähten
3,8mm, fixiert. Die Kugeln selbst sind nochmals
extra mit Kabelbinder am 'Drahtbogen' befestigt.
Das ganze Konstrukt wird auf fünf Pflanzstäbe
mit unterschiedlichen Längen so fixiert, dass
ein leichter Bogen entsteht (siehe Skizze links).
Die jeweils äußersten beiden Kugeln werden durch
ein Loch im Maschendraht gesteckt, so dass sie
am Ende der vier Arme zu sehen sind.
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Handskizze des Aufbaues mit Bemaßung
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Die Schneemänner
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Um eine Vorlage zu haben, skizzierte ich die
beiden Schneemänner (links und rechts), um sie
dann in voller Größe auf einen großen Bogen
Papier zu beamen. Die Konturen zeichnete ich mit
Filzstift in verschiedenen Farben nach. Die beiden
Arme (einer in Ruhe- und einer in Abwurfposition)
bekommen je eine kurze Lichterkette, die nie gleich-
zeitig leuchten dürfen. Der Rest des Körpers wird mit
durchgehend leuchtenden LED-Ketten nachgebildet und
hat nur eine Unterbrechung im Bereich des Abwurf-Armes.
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Links: Ruheposition rechter Schneemann
Der untere Arm leuchtet. Dieses Erscheinen wird immer
dann dargestellt, wenn der Schneeball noch nicht 'im Spiel'
oder sich zu weit vom Schnemann entfernt befindet.
Rechts: Abwurfposition rechter Schneemann
Der Arm ist in oberer Abwurfposition. Dieser Zustand
wird immer dann dargestellt, wenn sich der Schneeball
an zweiter oder dritter Position vom Schneemann entfernt
befindet. Bei genauem Hinsehen sieht man, dass die Körper-
LEDs im Bereich des Armes nun nicht leuchten.
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Um die LEDs befestigen zu können, habe ich ein Stück
Maschendrahtzaun (Maschenweite 19x19mm) vor der
Schneemann-Skizze befestigt um dann den Konturen
folgend die LED-Ketten zu befestigen. Der Zaundraht ist
100cm breit und ca. 160cm hoch; so groß wie auch
etwa der Schneemann ist
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Als Leuchtkörper wählte ich 200er LED-Lichterketten
in Kaltweiß von 'Voltronic'. Diese besteht aus 10
Segmenten mit je 20 parallel geschalteten LEDs.
Diese Kette lässt sich relativ leicht so umbauen,
dass jeder Teil mit 12Volt betrieben werden kann.
Um die Leuchtdichte zu erhöhen, lege ich die LED-
Teilketten doppelt, so dass ein effektiver LED-Abstand
von ca. 5cm entsteht.
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Für Körper, Hut, Nase und Mund habe ich zwei Mal
4 Meter LED-Kette (schon doppelt gelegt) benutzt.
Ich musste also zwei Mal 8 Meter aus der LED-Kette
herauslösen. Da die Kette aus Segmenten zu je 20 LEDs
besteht, musste ich nur die Stellen markieren, wo die
Verbindungsleitung aus nur zwei Drähten bestand. An diesen
Punkten lässt die die Kette kürzen/teilen.
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Am Ende der LED-Kette beginnend habe ich die
ersten 4 Segmente abgeschnitten, doppelt gelegt
und die LEDs mit Klebeband an die Leitung angeklebt.
Dann noch einen Vorwiderstand von 8,8 bis 10 Ohm
anlöten und die Kette kann - beginnend im Nacken -,
am Maschendraht befestigt werden. Diese Kette
reichte etwa bis zum hinteren Hut-Teil.
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Die beiden Enden am jetzigem Ketten-Ende werden
zusammengelötet und, von dort zählend, weitere 4
Segmente LEDs abgeschnitten. Wieder Vorwiderstand
anlöten und ab Widerstand beginnend die ersten cm der
Kette doppelt legen. Ab Kopf-Kugel muss der LED-Weg
etwas Kunstvoll gewählt werden, um alle Ecken zu
erreichen. Alle übrigen LEDs werden in den Hut gesteckt.
Der kürzeste Weg zu den Augen ist übrigens ein 'Abstecher'
unter der Hut-Mitte :-)
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Das Auge ist ein Tischtennisball, in welchem von
hinten vier LEDs eingesteckt werden. Den Maschen-
draht habe ich im Bereich des Balles aufgeschnitten.
Die LEDs im Bereich des Hutes
habe ich mit Lampenlack (Modellbau) rot eingefärbt.
Nasen- und Augen-LEDs sind gelb gefärbt.
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Die Arme sind etwas schwieriger aus der Kette
herauszulösen. Die Bedingung zum Betreiben der
von mir verwendeten LED-Kette ist nämlich, dass
immer gleich viele LEDs parallel geschaltet sein
müssen. Ich benötige 27 LEDs für die Arme, was
eine End-Länge von ca. 1,25Meter bedeutet.
Es werden also drei Mal 9 parallel geschaltete
LEDs benötigt, die dann in Reihe geschaltet und
mit einem Vorwiderstand von 130 Ohm an 12 Volt
betrieben werden können.
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Weiterhin wird noch ein kleines Segment von 10cm.
benötigt. Bei meiner Konstruktion des Körpers ragt
der vorgestreckte Arm über den Körper-Umriss hinaus
und überdeckt diesen Teil. Daher sollte dieser kurze
Teil des Körpers abgeschaltet werden, sobald der
vordere Arm leuchtet. Am einfachsten werden die
betreffenden LEDs des Körpers abgeschattet (Schrumpf-
schlauch über die LED-Köpfe) und mit dem kurzen
Teilstück überklebt. Angeschlossen wird dieser Teil
parallel zum unteren Arm (Ruheposition).
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Die Steuerung kommt bei mir in die Nähe des
rechten Schneemannes. Deswegen brauche ich
zu diesem Kerlchen 'nur' ca. 6m Steuerkabel.
Zum linken Schneemann werden 10m benötigt.
Der Anschluss der Steckverbindung ist in
den nächsten Bildern kurz dokumentiert und
sollte (ja, sollte) selbsterklärend sein. Ist
es meist aber nicht :-)
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Die beiden Bilder links und rechts sind
Scans meine Skizzen zum Anschluss der LED-
Stränge und D-Sub Stecker. Es sind außen an
den Enden die zu belegenden Pins im Stecker
zu erkennen. Kurz davor auch die Adern-Nummern,
die ich verwendet habe.
Wie gesagt: Handskizze. Sie enthalten auch
Informationen, die in die Irre führen könnten.
wenn ich daran denke, bereite ich sie noch
etwas auf.
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Noch ein paar Worte zu den LEDs:
Obwohl die China-LEDs recht günstig
sind, zahlt man jedes Mal den Trafo mit.
Theoretisch wäre es am günstigsten, nur
eine einzige Kette mit 600 LEDs zu kaufen.
Problem: Die Aufteilung der LED-Segmente
ist ungünstig und man hat viel Arbeit mit
der Umlöterei. Es sind immer 60 LEDs
parallel und dann 10 Segmente in Reihe.
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Die Kette mit 400 LEDs ist da schon
einfacher zu handhaben. Diese Kette
müsste 10 Segmente mit je 40 LEDs haben.
Allerdings reichen die 400 LEDs nicht.
Am Ende fehlen 34 Stück.
Lösung: noch eine 200er Kette zukaufen.
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Ich habe für 3 Ketten mit je 200 LEDs mit
Abstand am meisten Geld ausgegeben. Habe
jetzt aber noch einige LEDs über.
Noch eine Angemerkung: Ich habe die
LED-Ketten-Version mit klarem Kabel.
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Die Steuerung
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Montageplatte am Gehäuseboden
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Über den Boden des Anschlusskastens wird eine Kunststoffplatte
geschraubt. Diese dient der Aufnahme aller Komponenten und gewähr-
leistet einen schutzisolierten Aufbau. Andernfalls müsste jedes
Metallteil, das nach außen herausragt, geerdet werden. Eine kleine
Aluminiumplatte nimmt drei Sub-D Buchsen und einen Mikrofon-Einbaustecker
auf. Der Mik-Stecker ist für die Schneebälle. Die Sub-D 9pol für die
Schneemänner.
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Anchlussplatte mit Sub-D Buchsen
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Montage Anschlussplatte
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Die Anschlussplatte wird so montiert, dass nach vorne genug Platz
für die Anschlußstecker bleibt und nach hinten genug für einen
kleinen Platinenstreifen, der die Stiftleisten für die Verbindung
zur Anschlussplatte aufnimmt. An den Enden der Flachkabel kommen später
kurze Buchsenleisten. Diese stellen die Verbindung zur Platine her.
An den äußeren 7 Abstandsröllchen wird die Platine eingeschraubt. Die mittlere
Rolle der drei in Reihe Liegenden dient nur als Stütze, damit die Platine
beim Einstecken des Arduino nicht bricht.
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Ausgeklinkte Lochrasterplatte
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Netzgerät mit passiver Kühlung
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Dieses kleine Schaltnetzteil liefert 12 Volt bei maximal 5 Ampere.
Das sollte für die komplette Illumination reichen. Falls an anderer
Stelle von meinen Materialien abgewichen wird, kann/muss der Strombedarf
neu kalkuliert werden. Die 12V dienen den angeschlossenen LEDs als
Stromversorgung. Auch der LED-Ausgangstreiber für die Arme muss diese
Spannung vertragen. Zur Versorgung des Arduino und den Schneebällen
wird auf die Steuerplatine ein kleines 5V/1A Netzteil aufgebaut.
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Anderer Einblick
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Schaltplan der Steuerung (Version 1)
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Grundsätzlich funktioniert die Schaltung links. Allerdings
sinkt die Eingangsspannung durch den Zementwiderstand mit
zunehmender Stromentnahme. Das bedeutet, dass man nur
zwei Schneebälle in weiß gleichzeitig fliegen lassen kann.
Aus diesem Grund habe ich diese Version verworfen.
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Schaltplan der Steuerung (Version 2)
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Nach nochmaliger Suche nach einem geeigneten
Spannungsregler habe ich bei Reichelt einen
DC-DC Wandler (OKI 78SR, 8 W, 5 V, 1500 mA,)
gefunden, der wirklich gut geeignet ist.
Mit etwas über 5 Euro kostet dieser Regler
unter'm Strich weniger, als das Netzteil das
ich in Version 1 gebaut hatte. Dieser Regler
schafft 10 weiße Schneebälle mit links.
Da frag' ich mich: Warum nicht gleich so :-)
Alternative: Dual-Spanungs Netzteil mit 12V UND 5V.
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Nach den vielen Änderungen hat
die Platine ganz schön gelitten
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Das Programm lässt sich mit der Standard-
Arduino Softwareumgebung bearbeiten. Damit
das Programm funktioniert, muss die
Adafruit_NeoPixel-Library eingebunden werden
Hier das Programm in einer
Spaghetticode-Testversion:
Listing im PDF
Arduino-Sketch im ZIP
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Zur Programmierung ist es unhandlich,
das Programm mit dem großen Objekt auszu-
probieren. Deswegen habe ich den oben
kurz gezeigten Schneemann-Simulator
konstruiert. Er enthält alle Elemente, die
auch die große Version enthält. Lediglich
die Flugbahn ist mit 11 Bällen etwas kürzer.
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z.Z. bin ich dabei, dass Programm zu
schreiben. Dabei sehe ich vor, dass
jeder Effekt mit weißen oder mit blauen
Schneebällen möglich wäre. Den Begriff
'Ping' verwende ich für eine Bewegung
von rechts nach links. In der anderen
Richtung heißt es dann 'Pong' :-)
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Diese Effekte habe ich z.Z. (19.10.2019) im Programm:
- PingPong (abwechselnd; rechts beginnend)
- PongPing (abwechselnd; links beginnend)
- PingWithoutPong (rechts nach links)
- PongWithoutPing (links nach rechts)
- Crossover (Beide gleichzeitig mit Abschluss-Crash)
- Salve (Ball-Salve rechts nach links)
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Mit einem Schalter von D12 nach Masse kann
ein Testprogramm aktiviert werden, welches
alle Effekte der Reihe nach abspielt. Im 'Normal'-
Betrieb wird zufällig entschieden. Zu 30% wird
es ein Ping-Pong und zu 13% ein Pong-Ping sein.
Die restlichen ca.47% werden auf andere Effekte
bzw. Variationen der Effekte verteilt.
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Testaufbau am 14.06.2019 bei mir im Garten
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Die Steuerung, angeschlossen am Testaufbau
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Testaufbau im Garten
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Testaufbau im Garten mit Testprogramm
am 14.06.2019 gegen 22:10Uhr
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