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                                                                                       Wels, am 2015-11-04

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Projekt-Nr. 66: Schneller IR-Roboter-Bumper

IR-Roboter-Bumper Erkennt Hindernisse in allen Richtungen

Die schnelle berührungslose Kollisionserkennung für ebenso schnelle Roboter zeigt nicht nur an, dass ein Hindernis auftaucht, sondern auch, in welcher Richtung sich das Hindernis befindet.
Bei dem Projekt spielen Schaltung und Software trickreich zusammen.

Den IR-Bumper kann man sich wie einen umgekehrten Scanner vorstellen.
Eine halb-kreisförmige IR-LED-Zeile sendet einen Scan aus, die IR-Dioden werden dabei von einem Mikrocontroller nacheinander angesteuert.
Ein IR-Sensor mit großem Blickwinkel fängt das IR-Licht auf, das von einem Hindernis reflektiert wird.
Der IR-Sensor hat nur einen digitalen Ausgang (Licht / kein Licht); ein Mikrocontroller muss anhand der zeitlichen Information ermitteln, zu welcher IR-Diode das Licht gehört.
Man könnte sich nun selbst eine passende Synchronisation überlegen, doch warum nicht ein Protokoll benutzen, das es schon gibt?
Wenn man die IR-LEDs mit UART-Timing blitzen lässt und den Ausgang des IR-Sensors mit dem UART-Eingang (RXD) des Controllers verbindet, dann empfängt man Bits, die jeweils einer IR-Diode zugeordnet sind.
So kann man sogar die Richtung von mehreren Hindernissen gleichzeitig erkennen...

Projekt-Nr. 65: Elektronische Halloween-Grüße

Bausatz im Online-Shop erhältlich!
Halloween wird auch im deutschsprachigen Raum zunehmend gefeiert.
Ein ausgehöhlter Kürbis mit einer Kerze drin sowie Kinder, die klingeln und „Süßes“ wollen – ganz wie in good old America.
Doch es geht noch deutlich besser:
Mit etwas Elektronik kann man einen gewöhnlichen Kürbis interaktiv machen und ihn Geräusche von sich geben und blinken lassen.
Um dieses Vorhaben zu vereinfachen, haben wir eine kleine Schaltung entworfen, die mit einem Näherungssensor versehen und mit LEDs, Lautsprecher und etwas Intelligenz bestückt ist.
Letzteres verdankt die Schaltung einem AVR-Mikrocontroller.
Selbstverständlich gibt es auch ein Video von Elektor, das den Kürbis in Aktion und seinen Aufbau zeigt.
Der Bausatz kann hier bestellt werden.

Projekt-Nr. 63: Türklingel mit Gedächtnis

Gelegentlich kann es nützlich sein, zu wissen, ob ein Besucher an der Haustür geklingelt hat.
Etwa, wenn der Postbote nicht zweimal, sondern überhaupt nicht geklingelt hat und man sich ärgern muss, wenn man das Päckchen mit den heißersehnten Elektronikbauteilen am nächsten Tag aus dem Paketshop abholen muss.
Eine Memory-Schaltung ohne Mikrocontroller und ausgebuffte Software – das kommt nicht so oft vor.
Dazu besteht sie nur aus wenigen Bauteilen (Bild 1), die samt und sonders der Grabbelkiste entnommen werden können.
Der 12V Klingeltrafo wird an K2, die Klingel oder ein Piezo-Summer an K1 angeschlossen.
S1 ist der Taster der Türklingel mit Arbeitskontakt.
Die Sekundärspannung des Trafos wird von D1 gleichgerichtet und von C1 gepuffert.
Fertig ist die Stromversorgung für die beiden Transistoren T1 und T2!
Drückt man den Reset-Taster S2 (mit Ruhekontakt), so wird die Basis von T1 über R2 auf Low-Potential gelegt.
Es kann kein Basisstrom fließen, so dass T1 sperrt. Am Kollektor von T1 liegt demnach ein hohes Potential, es fließt ein Basistrom über R3 und R4 zu T2.
Der Strom ist allerdings viel zu gering, als dass die LED leuchten könnte.
Transistor T2 leitet nun und sein Kollektor wird low. Jetzt kann auch dann kein Basisstrom zu T1 fließen, wenn man S2 loslässt.

Projekt-Nr. 62: Diagnose-Tool für drahtlose Fahrrad-Computer

Was tun, wenn der Fahrrad-Computer streikt? Genau vor dem Problem stand der Autor, als während einer Tour kein Tempo mehr angezeigt wurde.
Auch die einfache Lösung – ein Batteriewechsel – brachte nichts.
Um nun herauszufinden, ob der Sender oder der Empfänger schuld ist, entwickelte er ein passendes Messgerät.
Wenn etwas nicht funktioniert, dann muss man eben oft doch in den sauren Apfel beißen
und die Unterlagen zu Rate ziehen. Im Kleingedruckten zum Fahrrad-Computer des Autors stand zwischen Paragraphenerläuterungen die hilfreiche Info,
dass der Frequenzbereich der verwendeten Funksignale wohl wie vorgeschrieben zwischen 120 und 122 kHz liegen muss
und dass der Pegel der magnetischen Feldstärke dabei maximal -16 dBμA/m in 3 m Entfernung betragen darf.
Und da es sich um gesetzliche Regelungen handelt, dürften diese Werte nicht nur für diesen, sondern für die meisten einfacheren Fahrrad-Computer gelten.

Projekt-Nr. 61: KaraOkay-Mikrofon-Verstärker

Mit einstellbarem Klang, USB-Versorgung und Lautsprecher- Ausgang

Aus dem Elektor-Labor Indien
Hier ist ein völlig analoger, komplett mit Durchsteckbauteilen bestückter, quadratisch-praktisch-guter Vorverstärker als Lösung für das ewige Problem, eine Mikrofonverstärkung genau richtig zu wählen.
Das ist immer eine Herausforderung nicht nur bei der Wiedergabe der Lead Vocals bei Konzerten und Aufnahmen, sondern auch am Lagerfeuer bei Karaoke-Auftritten (besonders, wenn schon das eine oder andere Bier konsumiert wurde).

Die beiden Operationsverstärker IC1a und IC1b der Schaltung stecken in einem TLC272-Gehäuse.
Der TLC272 zeichnet sich durch einen extrem niedrigen Rauschbeitrag aus, was wesentlich für einen Mikrofon-(Vor-)Verstärker ist, da das Ausgangssignal eines Mikrofons nur relativ schwach daherkommt.
IC1a, an dem das (Elektret-)Mikrofon-Signal über den Koppelkondensator C1 angelegt ist, arbeitet als nichtinvertierender Verstärker.
Der Verstärkungsfaktor A des Opamps wird durch das Verhältnis von R8 zu den drei verschiedenen R_eq = R4||R7|| R5 oder R6 (oder nichts) bestimmt.
In Schalterstellung 1 (mit R5) beträgt der Verstärkungsfaktor zum Beispiel

R_eq = R4 || R5 || R7 = 449 Ω
A₍₁₎ = (1 + R8 / R_eq) = 223,7 ≡ 47 dB

Mit S1 in Mittelstellung beträgt die Verstärkung A₍₂₎ = etwa 14 (23 dB), ist dagegen Schalterposition 3 mit R6 gewählt, so liegt A₍₃₎ bei 60 (35 dB).
Auf diese Art bietet die Schaltung verschiedene Verstärkungsfaktoren, die ganz den unterschiedlichen Eingangspegeln, Mikrofonen, Sängern und auch dem Alkoholkonsum angepasst werden kann.
Hinweis: Früher Prototyp, entspricht nicht dem neuesten Stand.

Projekt-Nr. 59: Elektor-Lego-LEDs

Von Clemens Valens (Elektor-Labor)
Lego war nie bekannter als heute. Lego wurde sogar zur einflussreichsten Marke des Jahres 2015 nominiert.
Auch wenn es sich dabei nicht um eine Marke handelt, sind LEDs doch ähnlich populär.
Die Frage ist, was dabei herauskommt, wenn man Lego mit LEDs kreuzt.
Der populärste Lego-Baustein überhaupt?
Oder ist einfach alles, was mit den zwei Buchstaben „LE“ anfängt, zum Erfolg verdammt?
Probieren wir das doch einfach mal aus...
Lego-kompatible LEDs gibt es schon einige Jahre, doch sind sie teuer.
Dafür sind diese Lösungen besser in das Lego-System integriert als unsere kleine Platine, aber nicht so gut an eigene Wünsche anpassbar.
Die Elektor- Version hingegen ist die Anpassbarkeit schlechthin.
Die Elektronik von Bild 1 könnte kaum einfacher sein.

Projekt-Nr. 58: Karnevalstrommellicht

Von Stefan Kalbermatter (Die Schweiz)
Zugegeben, für einen echten rheinischen Fastelovensjeck, der nebenbei noch Elektor-Artikel übersetzt, gibt es Befriedigenderes, als im Frühsommer über eine „Karnevalsschaltung“ eines Immis zu schreiben.
Doch schauen wir mal, vielleicht lässt sich mit der Idee von Stevie in der nächsten Session (es ist ja bald wieder soweit!) doch etwas Aufsehenerregendes anfangen.

Vor einiger Zeit wurde Stevie nämlich gefragt, ob er nicht einmal eine schöne Schaltung für Karnevalsfeiern entwerfen könne.
Der Apparat solle jedes Mal hell aufleuchten, wenn et Trömmelsche jeht und so für einen schönen Lichteffekt bei nächtlichen Karnevalspartys sorgen.
Ursprünglich dachte Stevie daran, ein Mikrofon, gefolgt von einem Verstärker und einem Monoflop einzusetzen, um mit ein paar LEDs Licht zu machen.
Die Idee wurde verworfen, weil das Mikrofon zu viel Umgebungsgeräusche (davon gibt es im Karneval ja reichlich) auffängt, so dass die LEDs ständig leuchten würden.
Es ist eine Art von Triggervorrichtung erforderlich, um einen Trommelschlag korrekt zu erfassen.

Projekt-Nr. 57: Min/Max-Thermometer

Ich besitze eine Gastherme nach dem Prinzip eines Durchlauferhitzers und wollte die Warmwasserversorgung optimieren.
Dazu musste ich natürlich zunächst ermitteln, was in der Wasserleitung temperaturmäßig passiert. Flugs wurde ein kleines Min/ Max-Thermometer mit einem interessanten Sensor aufgebaut.
Ich bin kein Freund von fertig bestückten Mikrocontrollerboards, besonders nicht, wenn man ein mehr oder weniger mächtiges System für solch einfache Aufgaben wie ein Min/Max-Thermometer missbraucht.
Deshalb habe ich mich an diesen puristisch anmutenden Entwurf gemacht, der aus nicht mehr als einem Sensor, einem Mini-Controller und einem Display besteht.
Die TSic-Sensoren werden baugleich von drei Herstellern aus Deutschland und der Schweiz angeboten.
Es gibt verschiedene, bereits im Werk kalibrierte Versionen mit analogen, ratiometrischen und digitalen Ausgängen, vier Genauigkeitsklassen und zwei Gehäusebauformen.
Die TSic-Sensoren zeichnen sich bei einer Speisespannung von 3,0...5,5 V durch eine sehr niedrige Stromaufnahme von typisch 30 μA aus.
Unser Sensor trägt die Bezeichnung TSic306, gehört zu den genaueren (mit einem geringen Fehler von maximal 0,3 Grad im Kerntemperaturbereich von +10...+90 °C und 0,5 Grad im Betriebstemperaturbereich von -50...+150 °C), besitzt einen Digitalausgang und steckt in einem dreibeinigen TO92-Gehäuse.

Projekt-Nr. 56: LED nach Glühlampe Konverter

POST Artikel: LED nach Glühlampe Konverter
Wollten Sie schon einmal eine LED verstärken?
Hier machen wir es und ersetzen eine LED durch eine helle 100-Watt-Glühbirne.
Die Schaltung stellt das sichere Interface zwischen LED- und Netzspannung dar.
Zugegeben, Glühbirnen sind nicht besonders energieeffizient und sollten in jedem modernen Haushalt durch LED-Lampen ersetzt werden.
Wenn man aber eine einzelne, nicht besonders leuchtstarke LED durch eine helle 230V Glühlampe ersetzen möchte, benötigt man eine Schaltung, die mit der Betriebsspannung/strom der LED die Glühlampe an der Netzspannung ein- und ausschalten kann.
Mit der hier vorgestellten Schaltung kann man jeden Netzspannungs-Verbraucher mit einer Leistung von 15W bis 100W gefahrlos mit einem Mikrocontroller/RPi/ARM/Arduino ansteuern.
Der Optokoppler bietet die erforderliche elektrische Isolierung zwischen Ihrer kostbaren Treiberschaltung auf der einen und einer Lampe (oder einer anderen Last) auf der anderen Seite, die mit der für Mensch und Maschine gefährlichen Netzspannung verbunden ist.

Projekt-Nr. 55: Windstärke erfassen

Bild 2: Für den mechaniklosen Windstärkemesser haben wir eine Platine entworfen. Ohne Mechanik die Geschwindigkeit des Windes bestimmen, wie kann das gehen?
Ganz klar, das ist mit ausschließlich elektronischen Komponenten machbar. Wir beweisen, dass wenig Aufwand genügt.

Ohne Mechanik die Geschwindigkeit des Windes bestimmen, wie kann das gehen? Ganz klar, das ist mit ausschließlich elektronischen Komponenten machbar.
Wir beweisen, dass wenig Aufwand genügt. Meistens arbeiten Windmesser mit mechanischen Konstruktionen, sie messen die Richtung mit einer Fahne und die Geschwindigkeit mit einem Schaufelrad.
Weil Elektroniker nicht selten mit der Mechanik auf Kriegsfuß stehen, zeigen wir hier, dass es auch anders geht.
Dabei hilft uns die Tatsache, dass Luftströme abkühlend auf Körper wirken, die höhere Temperaturen als die Umgebung haben. Unser „Windstärkemesser′′ ist zwar kein hoch präzises, meteorologisches Messgerät, doch es lohnt sich, ihn auszuprobieren.
Nur Elektronik
Der Sensor ist ein Transistor, T2 in Bild 1, der als Diode geschaltet ist, denn Kollektor und Basis sind miteinander verbunden.
Wenn die Temperatur sinkt, steigt die Durchlassspannung mit jedem Grad Celsius um ungefähr zwei Millivolt.
Hier wird der Transistor von außen erwärmt, so dass die Temperatur einige Grad über der Umgebungstemperatur liegt.
Das Maß der Abkühlung ist ein Maß für die Geschwindigkeit, mit der die Luft über den Sensor streicht.

Projekt-Nr. 54: Strom-weg-Piepser

Diese kleine Schaltung wird an ein 5-V-Schaltnetzteil angeschlossen und schlägt Alarm, wenn die Netzspannung wegfällt. Von Joachim Schröder
Es sind oft die kleinen Dinge, die das Outdoor-Leben erleichtern.
Diese Schaltung macht sich lautstark bemerkbar, wenn die Landstromversorgung ausfällt oder abgeschaltet wird.
Wer als Skipper oder Wohnmobilfahrer keine ausreichende mobile Energie aus Solar-oder Brennstoffzellen bezieht, ist oft auf Münzsteckdosen angewiesen, wie sie an vielen WoMo-Stell-beziehungsweise Hafen-Liegeplätzen vorhanden sind, um die Batterie wieder aufzuladen.
Solche Steckdosen sind in der Regel verbrauchsgesteuert und schalten nach Entnahme der bezahlten Strommenge ab.

Diese Strommenge ist oft nicht bekannt und auch der eigene Verbrauch ist meist nur schwer einzuschätzen.
Dann kann es vorkommen, dass der Ladestrom unbemerkt wegfällt und man, statt am nächsten Tag mit prall gefüllten Bordakkus zu starten, schon wieder fleißig der Batterie Energie entnommen hat. Also habe ich diese kleine Schaltung aufgebaut, die ein paar Sekunden piepst, wenn die 230V Versorgung aus- oder wegfällt.
Als Versorgung dient ein kleines 5V Schaltnetzteil (hier nicht zu sehen), wie man es in fast jeder Bastelkiste findet.
Solange die Netzspannung vorhanden ist, produziert das Schaltnetzteil brav seine +5 V.
In der Schaltung in Bild 1 wird der dicke 1000μF Kondensator über die Diode D1 und den 220Ω Widerstand geladen.
Gleichzeitig liegen diese 5 V über den 1kΩ Widerstand an der Basis des PNP-Transistors, so dass dieser sperrt.

Projekt-Nr. 53: Referenz-Sinusgenerator

VonHein van den Heuvel(Niederlande)
Wie lässt sich ein Sinusgenerator mit wenigen Bauteilen und noch weniger Verzerrungen realisieren?
Wie immer gehen wir das Ganze praktisch an, mit vielen Experimenten.
Unser Lohn ist ein Statevariable-Oszillator mit einer Verzerrung von weit unter 0,001 %.
Zum Messen, Kalibrieren und Testen von Audio-/Mess-Geräten ist ein Testoszillator unabdingbar, der in der Lage ist, ein möglichst sauberes und verzerrungsarmes Sinussignal (von beispielsweise 1 kHz) zu erzeugen.
Es liegt auf der Hand, in unseren modernen Zeiten die Soundkarte des Computers als Sinusgenerator einzusetzen.
Zusammen mit einem der zahlreichen kostenlosen Programmen ist es ja einfach, dem DAC der Soundkarte ein definiertes Sinussignal zu entlocken.

Schaut man aber auf die Spezifikationen der Soundkarte, so fallen die angegebenen Verzerrungswerte negativ auf.
Auch, wenn es sich um eine teure Soundkarte mit einer Auflösung von 24bit oder sogar eine externe Soundkarte am USB handelt, liegen die Gesamtverzerrungen (THD) zwischen 0,01 % (-80 dB) und 0,003 % (-90 dB).
Der THD-Wert gibt das Verhältnis zwischen der Spannung eines Sinussignals (des Grundtons) und den Störkomponenten an.
Dabei kann es sich unter anderem um Harmonische, Rauschen, nicht-harmonisches Pfeifen und Piepen handeln.
In der Praxis wird das Audiosignal am Ausgang der Soundkarte zudem von Störprodukten innerhalb der Audio-Bandbreite verseucht.
Auf jeden Fall waren meine Hobby-PCs (ein Desktop und zwei alte Laptops) nicht geeignet, um ein brauchbares Signal zu liefern.

Projekt-Nr. 25: BeagleBone Black, die Serie

Wenn Sie bei einem Raspberry Pi mehr I/O benötigen oder aber beieinem Arduino Due mehr Rechenleistung, dann wäre vielleicht ein BBB(BeagleBone Black) das Richtige für Sie.
In diesem ersten .Post-Projekt mitdem BBB geht es um dessen Erweiterungs-Steckplätze.
Darauf folgt dann dieobligatorische Demo in Form des Programms Blinky für eine blinkende LED.

Projekt-Nr. 23: BASIC für PICs (4)

PICs PICAXE08M2+

Die bisherigen Artikel dieser Serie [1] zeigten, wie man einen PICAXE-Chipprogrammieren und digitale und analoge Ein- und Ausgänge realisierenkann.
In Teil 3 machten wir uns in verschiedenen Anwendungen wieServosteuerung und Sounds die Pulsweitenmodulation(PWM) zunutze.
Dieser Artikel schließt nun die Reiheab, wir werden ein OLED-Display und eine PS/2-Tastaturan den PICAXE anschließen und alles über eineserielle Leitung mit dem PC verbinden.

Projekt-Nr.18: Akku-Lebensversicherung

Auch wenn Myriaden an Home-Appliances, Küchen-Gadgets und sonstigerElektronik auf Akkubetrieb ausgelegt sind, scheint sich doch kein Herstellerrichtig um die „Gesundheit“ der Akkus zu kümmern.
Elektrisch gesehen bestehenetliche dieser Apparate aus dem Trio Akku, Schalter und Motor. Als Folgedavon werden die Akkus leicht tiefentladen, was ihre Lebensdauer reduziert.
Dieses .POST-Projekt demonstriert, wie man mit Hilfe des MikrocontrollersATtiny45V plus Power-MOSFET und einigen diskreten Bauteilen die Lebensdauerverlängern kann.
Der „Patient“ ist in diesem Beispiel eine elektrischeKäsereibe, die nach dieser Operation nicht nur besser läuft, sondern derenAkku wohl auch länger lebt. Kaum erwähnenswert, dass diese Schaltung auchin anderen Geräten wie
z.B. einem kleinen Handstaubsauger funktioniert.

Projekt-Nr. 17: Hoch über Wolke 7

Die Übertragung von Daten aus einer Kapsel, die an einem Wetterballonbaumelt, ist nicht einfach und benötigt meist hoch entwickeltes und deshalbteures Equipment.
Zum Glück gibt es günstige Alternativen.
Die hierbeschriebene Schaltung kann in Zusammenarbeit mit einem Standard-Funkgerätund einem GPS-Empfänger bis zu sechs analoge Signale und Positionsdatenvom Ballon zu einer Bodenstation übertragen.
Keine blanke Theorie- dieses Projekt war schon zweimal in der Luft!