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Kühlschrank Tür-Alarm

Instructables-Nutzer herzgamma hat einen Kühlschranktür-Alarm gebastelt. Immer wenn jemand vergisst, die Kühlschranktür zu schließen, geht nach einer Weile ein Alarmton los, um zu signalisieren, dass der Kühlschrank noch offen ist.

Er benutzt dafür einen Microcontroller Attiny85 an den ein Fotowiderstand und ein Piezobuzzer angeschlossen sind. Als ich die Instructable sah, dachte ich mir, dass das auch eine gute Aufgabe für den Timerchip NE555 sein könnte. Schließlich wurde er zum Zweck des Zeitzählens und Schaltens entwickelt, also genau für die Aufgabe, die hier ein Microcontroller erledigt. Außerdem konnte ich so endlich die Bauteile aus dem Conrad-Adventskalender 2011 sinnvoll verwerten. Okay, ein paar Bauteile sind noch dazu gekommen.

Nach einigem Hin und Herdenken und probieren, stand die Idee. Der gesamte Schaltkreis besteht aus vier Komponenten.

Der erste NE555 wird hier als Lichtempfindlicher Schalter verwendet. Er ist so beschaltet, dass wenn Licht auf den Fotowiderstand fällt, am Ausgang ein HIGH (+9V) Signal anliegt. Wird es Dunkel, schaltet der Ausgang auf LOW. Dieser ist mit dem VCC Eingang des NE556 verbunden, der NE556 wird also mit Strom versorgt, wenn der NE555 auf HIGH schaltet.

Auf der einen Seite des NE556 ist eine monostabile Kippstufe aufgebaut. Dies ist eine einfache Zeitverzögerungsschaltung. Da der Trigger-Eingang über den 100nF Kondensator mit Masse (0V oder „–“) verbunden ist, beginnt der Zeitverzögerung sofort nach dem Einschalten und am Ausgang liegt ein HIGH Signal. Dieses wird über die Transistorschaltung umgekehrt, um den Reseteingang des zweiten Timers auf Masse zu ziehen. Ist die Zeitverzögerung beendet, schaltet der Ausgang auf LOW, am Reseteingang des zweiten Timers liegt nun ein HIGH-Signal an, weshalb der zweite Timer seine Arbeit aufnimmt. Dieser ist als astabile Kippstufe beschaltet, das heißt der Ausgang wechselt ständig und sehr schnell seinen Zustand von HIGH auf LOW und so weiter. Dort ist ein Piezolautsprecher angeschlossen, der aus diesem Grund zu schwingen beginnt.

Ich habe das ganze bisher nur auf einer Steckplatine aufgebaut. Hier schonmal der Schaltplan:

Schaltplan Kühlschrankalarm

Nachtrag: Ich habe heute die Zeitverzögerung gestoppt, es sind ca. 25 sekunden. Wenn Dir das zu wenig ist, kannst Du die Werte von C1 oder R4 ändern. Da R4 bereits ein sehr hoher Widerstand ist (2MOhm), denke ich, es ist Sinnvoll, C1 durch einen größeren Kondensator zu ersetzen. Die Werte lassen sich z.B. mit dem NE555-Rechner oder mit der Formel

t = R (in Ohm) * C (in µF) * 1,1

berechnen.

Hier nun ein Bild vom fertigen Projekt. Ich habe die Schaltung in eine kleine Brotbüchse eingebaut. Passt gut zum Thema und macht sich gut im Kühlschrank ;-) .

Kühlschrank Tür Alarm

Nachtrag 2: Nach einer Woche Testlauf kommt die Ernüchterung: die Batterie ist nach 5 Tagen bereits leer. Vielleicht könnte man mit einem anderen Widerstand zwischen VCC und Pin 3 und Pin 6 auf eine bessere Energieeffizienz kommen. Jedenfalls ist die jetzige Version in dieser Form nicht praktikabel.

T5A (5): Opening the Black Box

Endlich der lang erwartete 5. Teil meiner kleinen Blogserie über den Timer NE555:

Das Geheimnis wird gelüftet… Öffnen wir die Black Box. Gut, nicht im wörtlichen Sinne, denn selbst wenn wir den schwarzen Kasten aufkriegen würden, wären die Innereien so klein, dass wir nicht erkennen könnten, was im NE555 so vor sich geht. Also behelfen wir uns mit einem Blockdiagramm:

723px-NE555 Bloc Diagram

Die einzelnen Funktionsbereiche im inneren des NE555 sind hier schematisch dargestellt. Der fortgeschrittene Elektroniker kann sich nun sicher bereits zusammenreimen, was im inneren so vor sich geht. Da sich diese Serie aber bewusst an Anfänger richtet, und ich es selbst kein fortgeschrittener Elektroniker bin, werde ich versuchen alles zu verstehen und so einfach wie möglich zu erklären.

Im Blockbild sehen wir (von rechts nach links):

  • einen Spannungsteiler
  • zwei Komparatoren
  • einen Flip Flop mit einem Inverter
  • einen Transistor
  • einen Verstärker mit einem Inverter

sowie die einzelnen Pins oder Aus- und Eingänge des NE555 entsprechend numeriert und beschriftet.

Elektroniker-Chinesisch? Durchaus! Aber lass dich davon nicht entmutigen. Es ist alles weniger kompliziert als es scheint. Am besten wir beginnen mit dem einfachsten: dem Spannungsteiler, und arbeiten uns Schritt für Schritt vor.

Der Spannungsteiler

555 block spannungsteiler
(im Bild blau unterlegt)

Ein Spannungsteiler macht was sein Name verspricht: er teilt die Spannung! In der Regel besteht er aus zwei oder mehr Widerständen, die in Reihe geschaltet sind. In unserem Fall sind es drei. Die Spannung wird also gedrittelt, und zwar immer dort, wo die Widerstände sind. Aber was rede ich viel, probieren wir es einfach aus.

Für das Experiment benötigst Du neben dem Steckbrett und drei Widerständen ein Multimeter. Ein solches Meßgerät gehört in jeden Elektroniker-Haushalt und solltest Du noch keins haben, ist jetzt der Moment gekommen, eins zu besorgen. Damit kannst Du Spannungen, Ströme und Widerstände messen und es ist sehr hilfreich bei der Fehlersuche in Schaltungen. Im Prinzip reicht ein billiges Gerät aus (ab 5 EUR im Baumarkt), aber vielleicht wirst du mit einem etwas professionellerem Multimeter glücklicher. Meins war nicht sehr teuer und tut seinen Job. Nicht mehr und nicht weniger.

Aber zurück zu unserem Spannungsteiler. Bauen wir ihn auf dem Steckbrett auf.

Zunächst messen wir die gesamte Spannung, also zwischen dem (+)-Pol (VCC) und dem (-)-Pol (Masse) in unserer Schaltung: Wenn die Batterie frisch ist, zeigt das Multimeter ca 9V an.

Nun messen wir zwischen VCC und hinter dem ersten Widerstand:

Das Multimeter zeigt ca 3V an.

Die dritte Messung machen wir zwischen VCC und hinter dem zweiten Widerstand. Nun zeigt das Multimeter ca. 6V an.

Wir können auch die Spannung zwischen dem zweiten Widerstand messen, da sollte eine drei auf dem Multimeter erscheinen. Die drei Widerstände dritteln also die Spannung. Hinter dem ersten Widerstand liegen dann 1/3 Gesamtspannung (Uges) an und hinter dem zweiten 2/3 Uges.

Dasselbe macht nun auch der Spannungsteiler im NE555. Spannungsteiler verstanden? Dann kann es ja weitergehen.

Franzis Transistorradio Bausatz

Trotz Interneradio und DAB fasziniert mich die „gute alte“ Radiotechnik immer wieder aufs Neue. In der Wohltathschen Buchhandlung bin ich dann auch über den Franzis Bausatz „Transistorradio selber bauen“ gestolpert. Da er deutlich runtergesetzt war, habe ich ihn mir gekauft und das Radio aufgebaut.

In der stabilen Pappschachtel befindet sich eine Steckplatine und alle nötigen elektronischen Bauteile (diverse Widerstände, ein Empfänger-IC, Kondensatoren, Transistor, Lautsprecher, Spulen, Draht, Batteriehalter und ein Dreh-Kondensator) sowie die Bedienungsanleitung. Lediglich eine 1,5-V AA-Batterie muss extra gekauft werden, oder sie ist sowieso im Haushalt vorhanden. Die Pappschachtel dient gleichzeitig als Gehäuse für das fertige Radio.

Schritt-für Schritt wird das MW-Radio auf der Steckplatine aufgebaut. Jeder Schritt ist dabei gleichzeitig ein kleines Experiment, mit dem die Funktion der einzelnen Bauteile erläutert wird. Bis der Empfänger-IC eingebaut wird, hört man allerdings nur unterschiedliche Versionen eines Knackens. Ab ca. der Hälfte wird der Schaltkreis dann ins Gehäuse eingebaut, welches gleichzeitig als Lautsprecherbox dient und den Klang mechanisch verstärkt.

Leider kommt die grundlegende Funktionsweise des Radios zu kurz. Trotz konzentrierten Lesens wird dem Anfänger nicht deutlich, wie nun aus den elektromagnetischen Wellen das Signal eines Radiosenders herausgefiltert wird. Wer die Grundlagen des Radioempfangs verstehen möchte, bekommt hier keine Antwort (diese liefert aber z.B. ein sehr gut und verständlich geschriebener Wikipedia-Artikel).

Am Ende hat man dafür ein selbstgestecktes Mittelwellenradio. In Berlin habe ich damit allerdings nur zwei Sender empfangen (Deutschlandradio Kultur sowie einen russischen(?) Sender). Der klare Vorteil dieses Bausatzes ist, dass die gesamte Schaltung auf einer Steckplatine aufgebaut wird. Wer sich mit Radiotechnik beschäftigt oder beschäftigen will, kann die Schaltung so einfach modifizieren und an seine Bedürfnisse anpassen. Mit einigen Tricks lässt sich sicherlich die Empfangsqualität verbessern oder an die jeweiligen Empfangsverhältnisse anpassen.

Insgesamt ein schöner Bausatz und eine unterhaltsame Bastelei. Leider war in meinem Bausatz der Lautsprecher defekt, dies ein Minuspunkt, da ich zunächst dachte, ich habe etwas falsch gemacht. Trotz Nachlöten der Lötstellen brachte es keine Verbesserung, so dass ich den Lautsprecher austauschen musste.

Wer sich die Weihnachtszeit mit dem Adventskalender Radiobausatz von Conrad-Elektronik vertrieben hat, kennt diesen Transistorradio-Bausatz übrigens bereits zum größten Teil. Im Adventskalender „fehlt“ lediglich der Drehkondensator, welcher dort durch feste Kondensatoren ersetzt wird.

Denselben Bausatz gibt es übrigens auch bei Conrad Elektronik unter dem Namen „Conrad Basic-Lerpaket Transistorradio“ – deutlich billiger als bei Franzis.

Adventslicht feat. NE555

Für den Instructables Adventskalender habe ich dieses kleine Adventslicht gebastelt. Im inneren befindet sich eine NE555-Schaltung, die die LED langsam ein- und ausfaden lässt.

Die Schaltung ist allerdings nicht auf einer Platine aufgelötet, sondern auf einer Steckplatine aufgebaut. Dies gibt dem User die Möglichkeit, das Verhalten der LED durch Experimente mit dem NE555 zu verändern. So lässt sich z.B. auch eine Blinkschaltung aufbauen, oder die Geschwindigkeit des Faders verändern. Wer Lust hat, kann an dem kleinen Wettbewerb am Ende der Instructable teilnehmen: einfach eine eigene NE555+LED-Schaltung posten und eine 1-järige Pro-Mitgliedschaft bei Instructables gewinnen!

Vorlesender Adventskalender (3) Audio Adventskalender

Endlich ist er gerade noch rechtzeitig fertig geworden: der Audio Adventskalender:

Die Idee zu diesem Projekt hatte ich bereits vor einem Jahr. Leider bin ich dann nicht mehr rechtzeitig bis Dezember dazu gekommen, das ganze umzusetzen. In diesem Jahr ist er gerade rechtzeitig fertig geworden:

der Audio Adventskalender.

Ich habe diesen Adventskalender für mein Patenkind gebaut. Es handelt sich um eine kleine Holztruhe. Öffnet der Kleine die Truhe, spielt diese ein Liede oder eine Geschichte ab. Insgesamt befinden sich in der Box 24 Geschichten. Sie darf also bis zum 24. Dezember einmal am Tag geöffnet werden.

Da der Junge Geschichten gerne mehrmals hört habe ich vorn einen Knopf angebracht. Wird dieser gedrückt, wird die Geschichte wiederholt. Dies kann so lange gehen, bis die Truhe wieder geschlossen wird. Dann heißt es auf den nächsten Tag warten.

Unter der Haube befindet sich ein Arduino mit einem Waveshield. Der Arduino-Controller ist für den Ablauf des Programms zuständig, das Waveshield ist mit einer SD-Karte und einem Lautsprecher bestückt (neben anderen elektronischen Komponenten) und dazu da, Sounddateien von der SD-Karte abzuspielen.

Der Arduino ist so programmiert, dass er jedesmal wenn er eingeschaltet wird (also die Truhe geöffnet wird), einen Tag höher zählt und dann die entsprechende Sounddatei abspielt. Anschließend wartet er darauf, dass jemand entweder den Knopf drückt oder die Truhe wieder schließt und damit den Stromkreis unterbricht und das Gerät ausschaltet.

Des schönen Effektes wegen sind außerdem zwei Kerzenlicht-LEDs verbaut, die flackern, wenn die Sounddatei abgespielt wird.

Eine komplette Nachbauanleitung gibts bei Expli!


Audio Adventskalender

Vorlesender Adventskalender (2)

Vor etwa einem Jahr hatte ich die Idee, einen vorlesenden Adventskalender zu bauen. Leider hatte ich dann nicht mehr die Zeit und Muße, dieses Projekt vor der Adventszeit umzusetzen und so lag es ein Jahr lang „auf Halde“…
Nun ist es ja wieder so weit und es wird Zeit, dass sich was tut. Ich habe mich also wieder an meinen Arduino gesetzt. Der Programmcode ist fertig, nun muss noch ein schönes Gehäuse gebastelt werden. Die Bauanleitung wird wahrscheinlich nicht mehr rechtzeitig zum nachbauen kommen, aber ich habe gehört, dass es auch im nächsten Jahr Advent gibt.

Arduino Libraries unter Ubuntu installieren

Wenn Du die Arduino-IDE unter Ubuntu aus den Paketquellen installiert hast, fragst Du dich vielleicht, wo zusätzliche Libraries installiert werden. Aus den Paketquellen installieren ist ja sehr schön, da man immer zeitnah Updates bekommt. Leider wird so auch die ganze Arduino-Umgebung im Systemverzeichnis installiert. Du benötigst also Root-Rechte auf dem Rechner um eine Library zu installieren. Gehe wie folgt vor:

1. Library herunterladen und entpacken (als user)
unzip Library
2. Library in den Librararies-Ordner der Arduino-IDE kopieren:
sudo cp -R Library /usr/share/arduino/libraries/Library

„Library“ ist hier der Name der Library, bzw. des Verzeichnisses, das beim Entpacken entstanden ist.

Adventskalender für Nerds

Wer für seinen nerdigen Freund oder seine nerdige Freundin noch einen Adventskalender braucht, kann ja meinen Vorschlag nachbauen: ein Pushbutton, zwei Counter und zwei LED-Displays – ein paar Widerstände, Drähte und ein Kondensator – fertig ist der Adventscounter!


Komplettanleitung gibts bei Expli
oder bei Instructables (englisch).

Edit: Instructables-Nutzer globo hat davon eine Schritt-für-Schritt-Anleitung erstellt! Download hier.

555 Timer im Conrad Adventskalender

Passend zu meiner kleinen Blogreihe Timer 555 für Anfänger beschäftigt sich auch der diesjährige Conrad-Adventskalender mit dem Timer-Baustein, dort in der Version 556, welcher zwei 555s in einem integriert. Hinter jedem Türchen befindet sich ein elektronisches Bauteil, mit dem man Tag für Tag ein neues Experiment ausprobieren kann.

Wer also in der Adventszeit ein wenig mit Elektronik experimentieren möchte und ein paar Schaltungen u.a. zum Thema Timer 555 aufbauen will, ist mit dem Adventskalender gut bedient. Entgegen der Werbung eignet er sich übrigens auch für Frauen und andere Wesen!

PS: die nächste Folge von T5A ist schon in Arbeit!

T5A (4): Ein IC mit 8 Beinchen

Okay, wir hatten unseren Spaß. Nun gibt es noch ein wenig Hintergrundwissen für alle, die sich noch nie mit ICs (Integrierten Schaltkreisen / Integrated Circuits) beschäftigt haben.

280px-DIP8, NE555, (shaded, isometric).svg

Der NE555 ist nämlich ein solcher IC. IC bedeutet Integrierter Schaltkreis, d.h. in dem kleinen schwarzen Kasten ist ein ganzer Schaltkreis mit Widerständen, Transistoren und Kondensatoren integriert! Dem ein oder anderen mag dies banal vorkommen, aber vielleicht lernt ein anderer noch etwas dazu. Heutzutage finden sich solche „Chips“ in jedem Haushaltsgerät. Sie integrieren komplizierte Schaltungen, damit diese nicht immer wieder erneut aufgebaut werden müssen. Auch die CPU in deinem Computer ist ein (ziemlich komplizierter) IC. Viele Bastler spielen heute mit Microcontrollern, wie dem Arduino – auch hier ist das Herz ein IC, wenn auch ein programmierbarer.

Den NE555 kann man nicht programmieren. Seine Funktion ist fest eingebaut. Nur durch unterschiedliche Beschaltung, also dem Verbinden der Anschlüsse mit diversen elektronischen Bauteilen, wird die Funktionsweise verändert. So können wir ihn als „Monostabile Kippstufe“ oder als „Multivibrator“ nutzen, oder noch andere Funktionsweisen ermöglichen.

Als es die programmierbaren Microcontroller noch nicht gab, waren solche Chips an der Tagesordnung, deshalb gibt es unzählige ICs mit unterschiedlichsten Funktionen. Okay, aber zurück zum NE555.

Der kleine schwarze Kasten (immer noch „Black Box“ – aber das Geheimnis wird noch gelüftet) hat 8 Anschlüsse. Diese sind von 1 bis 8 durchnummeriert, damit man sie nicht verwechselt. Jeder dieser Anschlüsse hat nämlich eine eigene Funktion. An einer Seite hat der Chip eine kleine Kerbe, damit man die Seiten nicht vertauscht und den Chip ausversehen verkehrtherum einbaut. Die meisten ICs haben so eine Kerbe. Manche sind auch mit einem Punkt gekennzeichnet. Der Punkt ist immer dort, wo Anschluss Nummer 1 ist. Auch die Kerbe befindet sich an der Seite, wo sich der Anschluss 1 befindet.

Die Anschlüsse sind wie folgt durchnummeriert:

Diese Nummerierung gilt für jeden IC mit einem DIP-Gehäuse, egal wie viele Anschlüsse er hat. Hast Du also einen IC, der aus einem solchen schwarzen (manchmal auch weißen) kasten und vielen Beinchen besteht, kannst Du die Anschlüsse auf der linken Seite von oben nach unten, und auf der rechten Seite von unten nach oben durchzählen. Du beginnst immer links oben mit der 1.

Auf der Grafik sind die Anschlüsse auch mit ihren Funktionen beschriftet. Mit diesen werden wir uns in den kommenden Folgen der Serie „Timer 555 für Anfänger“ beschäftigen.

Gut, ich hoffe ihr habt euch nicht extrem gelangweilt mit diesem Grundlagenartikel. Beim nächsten Mal gehts ums eingemachte. Wir schauen, was sich in dem schwarzen Kasten befindet!