Die
nachfolgend beschriebenen Schaltungen sind für den Einsatz auf
Segelyachten konzipiert. Sie zeichnen sich durch eine geringe
Bauteilanzahl und hohe Energieeffizienz aus.
"Nützlicher Lampengeist" - neu aufgelegt
Im
Jahr 1977 erschien in der YACHT eine
Bauanleitung von Maarten Slooves für
ein Ankerlicht mit Dämmerungsschalter [1]. Es ermöglicht
energiesparend einen
ausgedehnten Landgang auch nach Sonnenuntergang und ein langes
Ausschlafen nach Sonnenaufgang.
Die seinerzeit
verwendeten Bauteile sind
mittlerweile nicht
mehr Stand der Technik, und auch Glühlampen werden an Bord inzwischen
von LEDs
abgelöst. Die Aufgabe der Schaltung ist jedoch weiterhin aktuell,
geht
es doch darum, die wertvolle elektrische Energie an Bord zu schonen.
35 Jahre später
habe ich das automatische Ankerlicht nun mit sechs
verfügbaren Standardbauteilen neu
entworfen und zusätzlich eine Anti-Trip-Funktion eingebaut:
Sie verhindert, dass das Licht der LEDs auf die Fotodiode rückwirkt und damit das Ankerlicht abschalten würde.
Sie verhindert, dass das Licht der LEDs auf die Fotodiode rückwirkt und damit das Ankerlicht abschalten würde.
Der
Trick dabei ist ein helligkeitsgetriggertes Monoflop. Fällt zu wenig
Tageslicht auf
die Fotodiode, dann triggert das
Monoflop und schaltet das LED-Ankerlicht für 4 Sekunden ein.
Nach Ablauf
dieser Zeit prüft die Fotodiode die Umgebungshelligkeit erneut und
triggert gegebenenfalls das Monoflop ein weiteres Mal usw.
Im Gegensatz
zur Beleuchtungsphase ist die Messphase ohne LED-Licht extrem kurz
(wenige
Mikrosekunden), so dass das menschliche Auge die kurzzeitige
Abschaltung nicht wahrnimmt. Die
Kontrollspannung (PIN 5) und die Sensorversorgung sind durch eine
Zenerdiode gegen Schwankungen der Bordnetzspannung ausreichend
stabilisiert.
| Widerstand | beeinflusst die ... |
| R1 | Monoflopzeit |
| R2 | Schaltschwelle |
Für eigene Anpassungen des
Schaltverhaltens sind in der nebenstehenden
Tabelle die zuständigen Funktionen angegeben.
Dank dieser Technik können
sowohl die Fotodiode als auch die LEDs im selben
Gehäuse eingebaut werden. Das erspart ein zusätzliches Bohrloch für den
Sensor, Dichtungsprobleme, optische Trennung usw.
Der
Ausgang des 555 kann Ströme bis zu 200 mA schalten und ist damit gerade
noch für die direkte Ansteuerung der drei 1-Watt-LumiLEDs geeignet.
Alle Bauteile sind handelsüblich und - sofern nicht in der Schublade -
auch bei [2]
erhältlich.
Für den Einbau in ein wasserdichtes Gehäuse findet sich eine schöne Lösung bei [3] unter "LED-Beleuchtungen --> Selbstbau-LED-Anker-/Cockpitlaterne". Die dort verwendete LED-Lampe braucht ca. 100 mA und ersetzt dann in obiger Schaltung die rechte Kette, bestehend aus dem 10 Ohm-Widerstand und den drei LumiLEDs.
Für den Einbau in ein wasserdichtes Gehäuse findet sich eine schöne Lösung bei [3] unter "LED-Beleuchtungen --> Selbstbau-LED-Anker-/Cockpitlaterne". Die dort verwendete LED-Lampe braucht ca. 100 mA und ersetzt dann in obiger Schaltung die rechte Kette, bestehend aus dem 10 Ohm-Widerstand und den drei LumiLEDs.
Neben der Strommessung ist die
Überwachung der
Batteriespannung eine der elementaren Funktionen der
Bordelektrik. Befindet sich die Spannung ausserhalb eines zulässigen
Bereichs, so wird es
höchste Zeit, den Skipper zu alarmieren.
Das Kernstück der Schaltung ist ein PIC 12F675 Mikrocontroller, dessen Firmware einen Fensterkomparator simuliert. Er erkennt unerwünschte Spannungszustände und meldet optisch und akustisch Über- bzw. Unterschreitungen der Bordspannung. Die Schaltschwellen sind in der Firmware abgespeichert. Eine zu niedrige Bordspannung deutet in aller Regel auf eine entladene Batterie hin, während bei Überspannung der Laderegler defekt ist.
Das Kernstück der Schaltung ist ein PIC 12F675 Mikrocontroller, dessen Firmware einen Fensterkomparator simuliert. Er erkennt unerwünschte Spannungszustände und meldet optisch und akustisch Über- bzw. Unterschreitungen der Bordspannung. Die Schaltschwellen sind in der Firmware abgespeichert. Eine zu niedrige Bordspannung deutet in aller Regel auf eine entladene Batterie hin, während bei Überspannung der Laderegler defekt ist.
Überspannungen
> 15 V werden durch schnelles Blinken, Unterspannungen
< 11,5 V durch langsames Blinken signalisiert. In beiden Fällen
gibt ein an PIN 6 angeschlossener Piezosummer Alarm. Die
Leistungsaufnahme der Schaltung ist sehr gering, so dass sie
auch auf kleinen Yachten ständig mit dem Bordnetz verbunden sein kann.
Im einfachsten Fall erfolgt die Versorgung über eine vorhandene
12 V-Steckdose.
Wasserstandsanzeige
Frischwassertanks
befinden sich in Yachten und Wohnmobilen in der Regel ausserhalb
des Sichtbereichs. Um stets über den Füllstand informiert zu
sein,
werden Fernanzeigen verwendet.
Sehr gute Erfahrung habe ich mit dem Hersteller Calira gemacht, dessen Wasserstandsanzeige erst nach über 20 Jahren nicht mehr funktionierte. Wer nicht auf kommerzielle Produkte zurückgreifen will, kann mit geringem Aufwand (weniger als 5 €) seine Anzeige selber bauen.
Die Firmware des Mikrocontrollers erfasst im Vier-Sekunden-Takt den Wasserstand und gibt ihn als Folge von Lichtblitzen aus. Ist der Tank leer, wird ein Funkelfeuer gesendet. Ansonsten steht jeder Blitz für 1/4 der Füllstands, vier Blitze signalisieren demnach einen vollen Tank:
Sehr gute Erfahrung habe ich mit dem Hersteller Calira gemacht, dessen Wasserstandsanzeige erst nach über 20 Jahren nicht mehr funktionierte. Wer nicht auf kommerzielle Produkte zurückgreifen will, kann mit geringem Aufwand (weniger als 5 €) seine Anzeige selber bauen.
Die Firmware des Mikrocontrollers erfasst im Vier-Sekunden-Takt den Wasserstand und gibt ihn als Folge von Lichtblitzen aus. Ist der Tank leer, wird ein Funkelfeuer gesendet. Ansonsten steht jeder Blitz für 1/4 der Füllstands, vier Blitze signalisieren demnach einen vollen Tank:
Ein
naturgegebenes Problem bei mit Gleichstrom betriebenen
Wasserfühlern ist die Bildung von isolierenden Reaktionsprodukten an
den Elektroden. Um diesen Effekt zu minimieren, werden die Fühler der
nebenstehenden Schaltung während der Messabfrage für nur drei
Mikrosekunden unter Spannung gesetzt, so dass mit einem
wartungsfreien Betrieb über Jahre zu rechnen ist.
Wie bei
kommerziellen Anzeigen üblich, empfiehlt es sich auch
hier, die Schaltung zum
Ablesen des Wasserstands nur kurzzeitig über einen Taster mit
Betriebsspannung zu
versorgen. Da zur Anzeige nur eine LED benötigt wird, ist der Einbau
auch in kleinen Schalttafeln problemlos möglich.
Zu beachten ist, dass der Mikrocontroller mit max. 6 V
betrieben werden darf. Möchte man keine autonome Batterie verwenden,
sondern das 12 V-Bordnetz nutzen, so ist ein
Spannungsregler (z.B. 78L05
oder LP2950 wie beim Bordspannungsalarm) vorzuschalten.
Auch
diese Schaltung weist natürlich eine Besonderheit auf: Die
Sensoren können in beliebiger Reihenfolge
montiert werden. Durch die serielle Blink-Darstellung des Wasserstands
ist
ein Vertauschen nicht möglich. Lediglich der Masseanschluss
muss an
der richtigen Stelle sein.
Übrigens: Die Wasserstandsanzeige eignet sich wegen ihres sehr geringen Stromverbrauchs auch hervorragend als Standalone-Lösung für die Fernüberwachung von Regentonnen im Garten. Hierzu kommt eine etwas modifizierte Firmware zum Einsatz: Sie schickt den Controller zwischen den Messungen für 20 Sekunden in den Schlafzustand. Auf diese Weise wird der mittlere Betriebsstrom erheblich gesenkt, so dass mit zwei Mignonbatterien ein Betrieb von ca. einem Jahr möglich ist. Wird die Elektronik an sichtbarer Stelle im Garten platziert, läßt sich der Füllzustand auch aus der Wohnung heraus ablesen.
Im Internet gibt es verschiedene Vorschläge für die mechanische Ausführung der Sensoren. Eine Variante, die sich besonders für Einbautanks in Yachten eignet, ist die Kombination von Rawlnut-Dübeln und V4A-Schrauben.
Übrigens: Die Wasserstandsanzeige eignet sich wegen ihres sehr geringen Stromverbrauchs auch hervorragend als Standalone-Lösung für die Fernüberwachung von Regentonnen im Garten. Hierzu kommt eine etwas modifizierte Firmware zum Einsatz: Sie schickt den Controller zwischen den Messungen für 20 Sekunden in den Schlafzustand. Auf diese Weise wird der mittlere Betriebsstrom erheblich gesenkt, so dass mit zwei Mignonbatterien ein Betrieb von ca. einem Jahr möglich ist. Wird die Elektronik an sichtbarer Stelle im Garten platziert, läßt sich der Füllzustand auch aus der Wohnung heraus ablesen.
Im Internet gibt es verschiedene Vorschläge für die mechanische Ausführung der Sensoren. Eine Variante, die sich besonders für Einbautanks in Yachten eignet, ist die Kombination von Rawlnut-Dübeln und V4A-Schrauben.
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Der Einsatz
von V4A-Schrauben (M5) und Rawlnut-Dübeln gewährleistet einen
langlebigen Betrieb.
Beide Bauteile sind im Bootszubehör erhältlich.
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Firmware - Bezug
Die
Firmware-HEX-Files für den Bordspannungsalarm und die
Wasserstandsanzeige können bei mir per
email kostenlos angefordert
werden:
Quellen / Links
[1] Slooves, Maarten: Yacht-Basteltip: Ein sehr nützlicher Lampengeist. In: YACHT Jahrgang 1977, Heft 4, S. 88 f.
[2] www.reichelt.de
[3] www.sailnsea.com/boat/kleinehelfer.html
[4] www.expresspcb.com (kostenlose Layout Software)
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Quellen / Links
[1] Slooves, Maarten: Yacht-Basteltip: Ein sehr nützlicher Lampengeist. In: YACHT Jahrgang 1977, Heft 4, S. 88 f.
[2] www.reichelt.de
[3] www.sailnsea.com/boat/kleinehelfer.html
[4] www.expresspcb.com (kostenlose Layout Software)
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