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RGB-Temperaturanzeige RGB-TA1

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Aus ELVjournal 01/2007     0 Kommentare
RGB-Temperaturanzeige RGB-TA1
Bausatzinformationen
ungefähr Bauzeit(Std.)Verwendung von SMD-Bauteilen.
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Inhalt des Fachbeitrags

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Technische Daten

Spannungsversorgung7–15 VDC
Stromaufnahme (ohne ext. Last)max. 60 mA
Temperaturbereich- 20 bis 50 °C
Ausgangsstrommax. 0,5 A pro Kanal
Abmessungen (Platine)43 x 24 mm

Temperaturanzeige einmal anders – über eine RGB-Leuchtdiode werden über einen Temperatursensor aufgenommene Temperaturen mittels verschiedener Farben angezeigt. Eine kleine Endstufe erlaubt auch den Anschluss externer LEDs bzw. LED-Stripes.

Rot = warm – Blau = kalt

Oft reicht solch eine Information bereits aus, um uns einen schnellen Überblick darüber zu verschaffen, in welchem Temperaturbereich sich Medien, Flüssigkeiten oder Gegenstände tatsächlich befinden. Beispiel: Ist das Wasser heiß, warm oder kalt? Oder denken wir an die Temperatur eines Kühlkörpers – im täglichen Betrieb wäre die Aussagekraft, wie viel Grad der nun genau hat, relativ gering. Eindeutiger hingegen ist eine deutliche Farbanzeige, die uns sagt, dass die Temperatur im normalen Bereich liegt oder zu hoch ist. Und diese Aussage kann man sogar auf normale Außen- oder Raumtemperaturen erweitern – auf einen Blick kann man bereits von weitem erkennen, ob es draußen unter null Grad sind oder ob die Temperatur noch darüber liegt.
Bild 1: Der Farbverlauf der Anzeige mit den zugehörigen Temperaturangaben
Bild 1: Der Farbverlauf der Anzeige mit den zugehörigen Temperaturangaben
Genau dies realisiert die hier vorgestellte RGB-Temperaturanzeige. Über eine RGB-LED oder extern anzuschließende LED-Anordnungen kann der in Abbildung 1 gezeigte Temperaturbereich dargestellt werden. Der Anzeigeverlauf ist dabei so gewählt, dass an markanten Punkten, z. B. bei 0 °C, ein deutlicher Farbumschlag erfolgt. Über eine Offset-Einstellung ist die Farbskala gegenüber den entsprechenden Temperaturen in recht weiten Grenzen (±10 °) verschiebbar, so dass man sich die Anzeige nach eigenem Wunsch einstellen kann. Besonders wirkungsvoll ist hier der Anschluss externer LED-Stripes, die ja bekanntermaßen recht großflächige und weithin sichtbare Anzeigeflächen bilden können. An unsere kleine Schaltung sind LED-Anordnungen mit einer Gesamtstromaufnahme von bis zu 0,5 A je Farbe anschließbar – weithin sichtbare helle Anzeigen sind somit kein Problem.

Schaltung

Bild 2: Schaltbild der RGB-Temperaturanzeige
Bild 2: Schaltbild der RGB-Temperaturanzeige
Bild 3: Temperatursensor 103AT-2
Bild 3: Temperatursensor 103AT-2
In Abbildung 2 ist das Schaltbild der RGB-Temperaturanzeige zu sehen. Als Temperatursensor kommt ein NTC-Widerstand zum Einsatz (Abbildung 3). Dieser Sensor, auch Thermistor genannt, weist einen negativen Temperatur-Koeffizienten auf, d. h. bei steigender Temperatur sinkt der Widerstandswert.
Bild 4: Der Kennlinienverlauf des NTC-Thermistors 103AT-2
Bild 4: Der Kennlinienverlauf des NTC-Thermistors 103AT-2
Bei einer Temperatur von z. B. 25 °C nimmt der NTC einen Widerstandswert von genau 10 kΩ an. Der Kennlinienverlauf des Sensors ist in Abbildung 4 dargestellt. Ein wesentlicher Vorteil dieses Sensors besteht darin, dass für alle Temperaturen im Bereich von -30 bis +110 °C die Widerstandswerte des Sensors bekannt sind. Der Mikrocontroller IC 1 ist somit ganz einfach mit Hilfe des internen A/DWandlers in der Lage, den Widerstandswert des Temperatursensors zu ermitteln und ohne Abgleich, anhand einer gespeicherten Tabelle, die aufgenommene Temperatur zu errechnen. Über den Offset-Regler R 6 ist eine Verschiebung der Berechnungsgrundlage möglich. Anhand des Temperaturwertes werden mittels PWMSignalen an den Ausgängen (Pin 13 bis Pin 15) des Controllers die drei Endstufentransistoren (T 1 bis T 3) für die LEDs angesteuert. Über die PWM (Pulsweiten-Modulation) wird somit die Helligkeit der einzelnen LEDs vom Controller festgelegt. Das Mischsignal der drei verschiedenen LED-Farben ergibt durch additive Farbmischung die für den Betrachter sichtbare Farbe. Dies geschieht entweder durch die auf der Platine befindliche RGB-LED oder durch extern anzuschließende LEDs. Für die externen LEDs stehen die Ausgänge ST 3 bis ST 6 zur Verfügung. Jeder Kanal ist mit einem maximalen Strom von 0,5 A belastbar. Zur Spannungsversorgung der Schaltung kann eine unstabilisierte Spannung von 7 V bis 15 V verwendet werden, die über die Anschlüsse ST 1 und ST 2 zugeführt wird. IC 2 erzeugt hieraus eine stabilisierte 5-V-Betriebsspannung für den Mikrocontroller.

Nachbau, Inbetriebnahme und Installation

Bild 5: Anschlussbild der RGB-Temperaturanzeige
Bild 5: Anschlussbild der RGB-Temperaturanzeige
Die Platine wird bereits komplett mit SMD-Bauteilen bestückt geliefert, so dass der mitunter mühsame Umgang mit den kleinen SMD-Bauteilen entfällt. Hier ist lediglich eine abschließende Kontrolle der bestückten Platine auf Bestückungsfehler, eventuelle Lötzinnbrücken, vergessene Lötstellen usw. notwendig. In der Abbildung 5 ist zu sehen, wie die einzelnen Komponenten an die Platine anzuschließen sind. Der Temperatursensor kann direkt an die Platine angelötet oder auch abgesetzt montiert werden. Auf eine Polung der beiden Anschlüsse braucht nicht geachtet zu werden. Bei einer abgesetzten Montage des Sensors sollte man dafür sorgen, dass die beiden Anschlüsse auch gegeneinander isoliert sind. Sollen Flüssigkeiten überprüft werden, so ist der Sensor praktischerweise mit isolierten Anschlüssen in einem Metallröhrchen unterzubringen, das man wasserdicht vergießt. Erfahrene Elektroniker können auch bereits vergossen konfektionierte Temperatursensoren mit gleicher Kennlinie, wie sie der hier verwendete NTC-Sensor aufweist, einsetzen. Will man Oberflächentemperaturen messen, so empfiehlt es sich, etwas Wärmeleitpaste zu verwenden, um einen besseren thermischen Kontakt zu erzielen.
Für dauerhafte Anbringung empfiehlt sich der Einsatz einer Schelle, die den Sensor sicher auf dem zu überprüfenden Gegenstand festhält. Als Betriebsspannung für den Temperaturschalter kann eine Gleichspannung zwischen 7 V und 15 V verwendet werden. Diese braucht nicht stabilisiert zu sein, da, wie erwähnt, die Stabilisierung durch IC 2 vorgenommen wird. Will man zusätzlich zu der auf der Platine befindlichen RGB-LED noch weitere externe LEDs oder LED-Stripes anschließen, sollte man sich vergewissern, ob eventuell Vorwiderstände benötigt werden. Bei LED-Stripes ist dies in der Regel nicht erforderlich, da diese für den direkten Anschluss an ein Netzteil ausgelegt sind. Beim Anschluss einzelner LEDs ist natürlich immer ein entsprechender Vorwiderstand zu verwenden. Der Widerstandswert errechnet sich wie folgt:

Beispiel:

RV = Vorwiderstand
UB = Betriebsspannung
UF = Flussspannung der LED
IF = LED-Strom

Und noch ein Hinweis zu den LEDStripes:
Es können nur RGB-Stripes angeschlossen werden, deren RGB-LEDs einen gemeinsamen Anodenanschluss aufweisen. Dies erkennt man durch den gemeinsamen „+“-Anschluss. Ist bei den Stripes ein gemeinsamer Minus- Anschluss vorhanden, handelt es sich um RGB-LEDs mit gemeinsamer Katode. In diesem Fall ist ein Pegelwandler (ELVBest.- Nr. 730-22) zu verwenden. Mit dem Trimmer R 6 „Offset“ lässt sich die Farbskala verschieben. Steht der Trimmer in Mittelstellung, erfolgt der Farbübergang von Blau nach Grün bei ca. 0 °C. Dieser Punkt und somit die Skala lässt sich mit R 6 um ca. ±10 °C verschieben.


Fertig aufgebaute Platine (links) mit zugehörigem Bestückungsplan (rechts)
Fertig aufgebaute Platine (links) mit zugehörigem Bestückungsplan (rechts)

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