S: Tipps für stromsparende Kleinstschaltung

[Elfi Blomberg]

Hallo!

Eine kleine Schaltung mit folgender Funktionalität möchte ich realisieren:
Es gibt zwei Phototransistoren A, B (oder Dioden oder LDRs) als
'Signaleingänge' und eine LED als 'Signalausgang'.
Fällt auf B Licht ein (typischer Weise der Schein Taschenlampe aus
einigen Metern Entfernung), soll der Ausgang für ein paar Sekunden auf
high gehen, die LED also leuchten. Wozu A? Klar, Licht auf B soll C nur
schalten, falls auf A *kein* Licht fällt - der Reflex auf einfallendes
Licht soll also nur bei Dunkelheit funktionieren.
'Haha,' wird jetzt vielleicht der ein oder andere denken 'das läßt sich
mit einem Gatter-IC und einem Opamp machen.' Klar, aber die Schaltung
soll mit Batterien (gern ein paar Mignons) betrieben werden und damit
lange funktionieren (Monate), also nur minimal Strom aufnehmen.
Ausserdem sollen die Bauteile billig und gut verfügbar sein. Die LED
wird nur selten leuchten, sodass deren Strom vernachlässigt werden kann.
Komme ich da mit CMOS-Gatter, stromsparendem Opamp sinnvoll weiter?
Licht auf A soll gerade keine weiteren Ströme verursachen.
Grüße
Elfi

 

[MaWin]

Elfi Blomberg <elfi.blomberg@otelo-online.de> schrieb im Beitrag <3fd0efdb$0$19725$9b622d9e@news.freenet.de>...

Fällt auf B Licht ein (typischer Weise der Schein Taschenlampe aus
einigen Metern Entfernung), soll der Ausgang für ein paar Sekunden auf
high gehen, die LED also leuchten. Wozu A? Klar, Licht auf B soll C nur
schalten, falls auf A *kein* Licht fällt - der Reflex auf einfallendes
Licht soll also nur bei Dunkelheit funktionieren.

Wenn 'unbeleuchtet' echt 'keinerlei Licht' bedeutet, ist das sehr
einfach, aber dafuer ist die Aufgabenstellung zu unpraezise.
Mann kann bei Photodioden mit dem in Sperrichtung durchgelassenen
Strom, mit der erzeugten Spannung, oder mit dem durch die Spannung
erzeugten Strom arbeiten. Das haengt von Schnelligkeit und
Lichtbereich ab. Man kann mit OpAmps oder Schmitt-Triggern
detektieren, ein ICL7665 braucht nun auch nicht so viel Strom,
letztlich haengt die benoetigte Stromaufnahme bloss von der
Geschwindigkeit ab, mit der die Schaltung reagieren soll.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
homepage: http://www.geocities.com/mwinterhoff/
de.sci.electronics FAQ: http://dse-faq.elektronik-kompendium.de/
Read 'Art of Electronics' Horowitz/Hill before you ask.
Lese 'Hohe Schule der Elektronik 1+2' bevor du fragst.

 

[Heiko Nocon]

Elfi Blomberg wrote:

'Haha,' wird jetzt vielleicht der ein oder andere denken 'das läßt sich
mit einem Gatter-IC und einem Opamp machen.' Klar, aber die Schaltung
soll mit Batterien (gern ein paar Mignons) betrieben werden und damit
lange funktionieren (Monate), also nur minimal Strom aufnehmen.
Ausserdem sollen die Bauteile billig und gut verfügbar sein. Die LED
wird nur selten leuchten, sodass deren Strom vernachlässigt werden kann.
Komme ich da mit CMOS-Gatter, stromsparendem Opamp sinnvoll weiter?
Licht auf A soll gerade keine weiteren Ströme verursachen.

Die beste Lösung wäre, die Lichtempfänger gleich zur Stromversorgung
einzusetzen. Sprich: Empfänger A ist eine Photozelle, die tagsüber aus
dem Tageslicht die Energie gewinnt, die nachts zum Betrieb von Empfänger
B und C benötigt wird.

Mit diesem Ansatz läßt sich sogar eine über Jahre wartungsfreie Lösung
realisieren.

 

[Elfi Blomberg]

MaWin wrote:

Elfi Blomberg <elfi.blomberg@otelo-online.de> schrieb im Beitrag <3fd0efdb$0$19725$9b622d9e@news.freenet.de>...

Fällt auf B Licht ein (typischer Weise der Schein Taschenlampe aus
einigen Metern Entfernung), soll der Ausgang für ein paar Sekunden auf
high gehen, die LED also leuchten. Wozu A? Klar, Licht auf B soll C nur
schalten, falls auf A *kein* Licht fällt - der Reflex auf einfallendes
Licht soll also nur bei Dunkelheit funktionieren.


Wenn 'unbeleuchtet' echt 'keinerlei Licht' bedeutet, ist das sehr
einfach, aber dafuer ist die Aufgabenstellung zu unpraezise.
Ja, unbeleuchtet mein so dunkel, wie es des Nachts draussen ist (fern

der Strassenlaterne).

Mann kann bei Photodioden mit dem in Sperrichtung durchgelassenen
Strom, mit der erzeugten Spannung, oder mit dem durch die Spannung
erzeugten Strom arbeiten. Das haengt von Schnelligkeit und
Lichtbereich ab. Man kann mit OpAmps oder Schmitt-Triggern
detektieren, ein ICL7665 braucht nun auch nicht so viel Strom,
letztlich haengt die benoetigte Stromaufnahme bloss von der
Geschwindigkeit ab, mit der die Schaltung reagieren soll.
Mit einer Ansprechzeit von 1/10 wäre ich gewiss im grünen Bereich.

Elfi

 

[Elfi Blomberg]

Heiko Nocon wrote:

Die beste Lösung wäre, die Lichtempfänger gleich zur Stromversorgung
einzusetzen. Sprich: Empfänger A ist eine Photozelle, die tagsüber aus
dem Tageslicht die Energie gewinnt, die nachts zum Betrieb von Empfänger
B und C benötigt wird.
Hallo Heiko,

in die Richtung hatte ich auch schon gedacht, mir dann aber überlegt,
dass die Solarzelle für optimale Energiegewinnung irgendwie nach oben
ausgerichtet sein müßte, sich dann aber Schnee oder Laub darauf absetzen
könnten. Wird sie nach unten oder wohin auch immer ausgerichtet, würde
es zur Schaltung aber noch ausreichen. Oder ich nehme eine etwas größere
Zelle und montier sie senkrecht.
Was bietet sich zum Speichern der gewonnenen Energie an? Ausreichend
großen Goldcap oder NiCd? Schätze mal, dass die Selbstentladung bei NiCd
größer ist.

Elfi

 

[MaWin]

Elfi Blomberg <elfi.blomberg@otelo-online.de> schrieb im Beitrag <3fd1b5f2$0$25926$9b622d9e@news.freenet.de>...

Ja, unbeleuchtet mein so dunkel, wie es des Nachts draussen ist (fern
der Strassenlaterne).

Besorge einen langsamen CMOS-Niedrigleistungs-Operationsverstaerker IC

wie den TLC27L2 und 2 Photodioden, 4 Widerstaende und 2 Kondensatoren.
Miss mit dem Voltmeter, in welcher Polaritaet die Photodiode bei
Beleuchtung eine Spannung produziert. Schliesse beide Photodioden
mit - zwischen Masse und mit + an einen Eingang des OpAmps an.
Schliesse parallel zu den Photodioden einen Belastungswiderstand
im Bereich um 1 M Ohm an, je nach der Helligkeit bei der das funktionieren
soll. Diese Schaltung braucht (z.B. an 9V Batterie) wenig Strom, und der
Ausgang des OpAmps zeigt, welche Photodiode HELLER beleuchtet wird.
An den Ausgang des OpAmps kommt ein Differenzierglied (ein Kondensator
C um 1uF in Reihe, dann ein Widerstand R um 1 M Ohm nach Masse, und ein
zweiter Widerstand R auch um 1 M Ohm zum Eingang des zweiten OpAmps zur
Verhinderung das der Strom ueber die Eingangsschutzdioden abfliesst).
Der andere Eingang des zweiten OpAmps kommt an Masse (oder am Besten eine
Spannung knapp ueber Masse, die haben wir aber nicht, also folgender
Trick. Man verwendet den Eingangsoffset des zweiten OpAmps. Wenn der
'richtigrum' ist geht es, wenn er 'falschrum' ist, geht der Impuls
am Ausgang gar nicht aus. Dann vertausche dessen Eingaenge, denn die
Schaltung basiert darauf, das der OpAmp unsymmetrisch ist, man weiss
bloss nicht in welcher Richtung. Hat der OpAmp Offsetabgleicheingaenge,
(TLC27L1) kann man natuerlich die mit einem Poti beschalten, um den
passenden Offset einzustellen. Das braucht dann aber (ein bischen) mehr
Strom.
Nun sollte (bei ausreichenden Bauteilwerten, es geht um den Bereich von
1uF und 1 M Ohm) der Ausgang des zweiten OpAmp immer eine Zeit lang
schalten, wenn der Ausgang des ersten OpAmp umgeschaltet hat. Wenn du
die richtige Polaritaet genommen hast, schaltet er, wenn Photodiode A
staerker beleuchte wird als Photodiode B.
Der einzige Strom, der verbraucht wird, ist der Versorgungsstrom des
OpAmps. Es gibt welche mit noch weniger Strom als dem TLC27L2, wenn
ihn dein Bauteilhaendler da hat, aber achte darauf das Eingang und
Ausgang des OpAmps bis Masse gehen kann (single supply OpAmp) und
das der Eingangsstrom auch sehr klein ist (bei TLC27L2 nur 1pA).
Eventuell geht die Schaltung nicht mit dem TLC27L2, wenn er unter
'phase reversal' leidet. Dann muesste man einen OpAmp nehmen, der
das nicht hat. Frage deinen Elektronik-Haendler.
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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[MaWin]

MaWin <me@privacy.net> schrieb im Beitrag <01c3bbed$f71b2360$0100007f@amdk6-300>...

Der andere Eingang des zweiten OpAmps kommt an Masse (oder am Besten eine
Spannung knapp ueber Masse, die haben wir aber nicht,

Doch, wir haben so eine hoehere Spannung, naemlich an der Photodiode.
Die schwankt zwar (und ist bei voelliger Dunkelheit leider 0) sollte
aber ausreichend sein. Das spart die Rumprobiererei:

+--R--+------------|+\
+-|<|-+-|+\ | >-R-|<|- +
|Photo | >-C-+-R-|-/ LED
+-|<|-+-|-/ R
+--R--+ |
GND GND
--
Manfred Winterhoff, reply-to invalid, use mawin at despammed.com
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[Daniel Schramm]

Elfi Blomberg wrote:

in die Richtung hatte ich auch schon gedacht, mir dann aber überlegt,
dass die Solarzelle für optimale Energiegewinnung irgendwie nach oben
ausgerichtet sein müßte, sich dann aber Schnee oder Laub darauf absetzen
könnten.

Hallo,

die maximale Energie auf's Jahr gerechnet erreicht man sicherlich mit einer
Anornung, die recht flach ist, um in den Sommermonaten viel Energie zu
gewinnen.
Im Winter ist wegen tief stehender Sonne dann allerdings die Energieausbeute
extrem gering. Um eine über das ganze Jahr gleiche Erzeugung zu
gewährleisten, ist eine senkrechte Montage vorzuziehen, da dann die wenigen
Sonnenstunden im Winter optimal genutzt werden.
Im Sommer kommt's eh nicht drauf an, wenn das System so ausgelegt ist, dass
es im Winter funktioniert.

Man kann natürlich dann auch die Solarzelle nutzen, um beide
Phototransistoren zu ersetzen. Die Auswertung ist dann aber am einfachsten
ueber einen Stomsparenden uC zu realisieren, der nur etwa alle 100 mS aus
seinem Schlaf aufwachen muesste, um eine Messung durchzufuehren.

Bye Daniel

--
.~. Daniel Schramm Phone: +49 231 6108112 Mail:daniel.schramm@gmx.de
/V\ Bruehlweg 36 Mobile:+49 178 8839848 ICQ: 35816985
// \\ 44379 Dortmund Fax: +49 231 96989961 WWW: www.fset.de/~daniel
/( )\ Germany
^`~'^

 

[Heiko Nocon]

Elfi Blomberg wrote:

in die Richtung hatte ich auch schon gedacht, mir dann aber überlegt,
dass die Solarzelle für optimale Energiegewinnung irgendwie nach oben
ausgerichtet sein müßte, sich dann aber Schnee oder Laub darauf absetzen
könnten.

Hmm. Die beste Ausrichtung für eine Photozelle zur Energieversorgung für
nachtaktive Schaltungen in unseren Breiten sind ca. 70° zur
Horizontebene und natürlich Richtung Süden. Dann hast du in den
lichtschwächeren Wintermonaten die optimale Energieausbeute und bei der
Neigung bleibt auch so leicht nix auf der aktiven Fläche liegen.

Was bietet sich zum Speichern der gewonnenen Energie an? Ausreichend
großen Goldcap

Nö. Der würde reichen, wenn man sicher von hinreichender täglicher
Energieausbeute ausgehen könnte. Kann man aber erfahrungsgemäß nicht. Es
gibt im deutschen Winter gelegentlich längere Phasen extrem düsterer
Tage. 14 Tage Energiereserve im Speicher sind deswegen empfehlenswert,
d.h. Akku muß wohl schon sein. Die Photozelle sollte so ausgelegt sein,
daß sie unter den Bedingungen des Aufstellungsortes zwei sonnige
Wintertage braucht, um den Akku komplett zu laden.

Mit diesen Eckwerten erreichst du bei den geringstmöglichen Kosten 99,9%
Wahrscheinlichkeit für die Betriebsbereitschaft der Energieversorgung.
(jedenfalls soweit es die Energiebilanz betrifft).

 

[Sabine Wolf]

Fällt auf B Licht ein (typischer Weise der Schein Taschenlampe aus
einigen Metern Entfernung), soll der Ausgang für ein paar Sekunden auf
high gehen, die LED also leuchten. Wozu A? Klar, Licht auf B soll C nur
schalten, falls auf A *kein* Licht fällt - der Reflex auf einfallendes
Licht soll also nur bei Dunkelheit funktionieren.

Über genau so etwas habe ich auch kürzlich nachgedacht, als Hilfe für das
Finden eines Versteckes bei Nacht beim Geocachen. Für sowas muß die Batterie
auch sehr lange halten, damit man nicht alle naselang den Cache warten muß.
Etwas mit Solarzellen und Akkus wäre mir für diesen Zweck aber zu teuer und
aufwendig. Berichte mal, wenn du was fertiges aufgebaut hast.

Sabine