Im ersten Teil einer neuen spannenden Reihe eine elegante automatische Treppenbeleuchtung für bis zu maximal 16 Stufen auf, bei der jede einzelne Stufe der Treppe nacheinander als Lauflicht beleuchtet wird, sobald einer der beiden Infrarotmelder, die jeweils einzeln am oberen und am unteren Ende der Treppe angebracht sind, eine Bewegung melden. Dabei wird jede einzelne Treppe dazu noch sanft per PWM Steuerung auf die maximale Helligkeit hochgedimmt und später bis um erlöschen wieder heruntergedimmt. Der Zeiträume, in der die Treppe eingeschaltet bleibt, oder die eine Stufe herauf- oder herabdimmt ist dabei frei im Sketch nach eigenem Belieben einstellbar. Eine solche Lösung gibt es bereits schon kommerziell (hier im Video im Betrieb zu sehen).
Heute zeige ich, wie man eine in der Funktion ähnliche Steuerung mithilfe des Arduinos und einiger externen Bauteilen selbst bauen kann.
Wir brauchen für unsere do-it-yourself Treppenbeleuchtung folgende Elektronik-Teile:
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Anzahl |
Beschreibung |
Anmerkung |
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2 |
Bewegungssensor |
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1 |
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1 |
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1 |
Für Breadboardaufbau |
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bis 16 |
Anzahl je nach Treppenzahl |
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1 |
Netzteil für LED/Lampen für die Stufen |
Maximal 24 Volt |
Im folgenden Schaltplan ist die Kernsteuerung zu sehen. Exemplarisch sind jedoch nur 2 Treiberstufen der maximal möglichen 16 Treiberstufen zu sehen. Falls mehr Treiberstufen benötigt werden, werden diese sinngemäß wie die beiden eingezeichneten angeschlossen. Zu beachten ist unbedingt eine sicherheitsgerechte Verwendung von Stromkabeln und Leitungen sowie ein ausreichend dimensioniertes Netzteil. Das Netzteil muss Überlast geschützt sein und alle Treppenstufenlichter und den Arduino mit stabilisierter Gleichspannung versorgen können ohne überlastet zu werden! Es besteht Brandgefahr bei nicht sachgerechtem Einbau und/oder Betrieb!
Wir bauen die Schaltung für unsere Treppe wie folgt auf einem Breadboard zum Testen auf:
Im nächsten Schritt passen wir den Quellcode des Arduinos an die eigenen Bedürfnisse an. Interessant sind die folgenden 3 Zeilen im Code:
#define Num_Stages 15
#define Delay_Stages 10
#define Delay_ON_to_OFF 5
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Num_Stages |
Definiert die Anzahl der zu beleuchtenden Treppen (maximal 16, von 0 anzählend zu beginnen. Maximalwert: 15) |
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Delay_Stages |
Fade Zeitraum für jede Treppenstufe -> je kleiner der Wert desto größer der Zeitraum, desto langsamer. |
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Delay_ON_to_OFF |
Zeitraum der vergeht indem die Treppe im Status „an“ verbleibt. |
Nachdem wir die werte den eigenen Vorlieben angepasst habe, kann der Code auf den Arduino hochgeladen werden :
// 2019 Tobias Kuch GPL 3.0 #include <Wire.h> #define PWM_Module_Base_Addr 0x40 //10000000b Das letzte Bit des Adressbytes definiert die auszuführende Operation. Bei Einstellung auf logisch 1 0x41 Modul 2 //wird ein Lesevorgang auswählt, während eine logische 0 eine Schreiboperation auswählt. #define OE_Pin 8 // Pin für Output Enable #define PIRA_Pin 2 #define PIRB_Pin 3 #define Num_Stages 15 #define Delay_Stages 10 #define Delay_ON_to_OFF 30 // Minimum Delay_ON_to_OFF in Seconds byte Pwm_Channel = 0; int Pwm_Channel_Brightness = 0; bool Motion_Trigger_Down_to_Up = false; bool On_Delay = false; // interrupt Control byte A60telSeconds24 = 0; byte Seconds24; ISR(TIMER1_COMPA_vect) { A60telSeconds24++; if (A60telSeconds24 > 59) { A60telSeconds24 = 0; Seconds24++; if (Seconds24 > 150) { Seconds24 = 0; } } } void ISR_PIR_A() { bool PinState = digitalRead(PIRA_Pin); if (PinState) { Motion_Trigger_Down_to_Up = true; // PIR A ausgelöst } } void ISR_PIR_B() { bool PinState = digitalRead(PIRB_Pin); if (PinState) { Motion_Trigger_Down_to_Up = true; // PIR B ausgelöst } } void Init_PWM_Module(byte PWM_ModuleAddr) { pinMode(OE_Pin, OUTPUT); digitalWrite(OE_Pin, HIGH); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); // Datentransfer initiieren Wire.write(0x01); // Wähle Mode 2 Register (Command Register) Wire.write(0x04); // Konfiguriere Chip: 0x04: totem pole Ausgang 0x00: Open drain Ausgang. Wire.endTransmission(); // Stoppe Kommunikation - Sende Stop Bit Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); // Datentransfer initiieren Wire.write(0x00); // Wähle Mode 1 Register (Command Register) Wire.write(0x10); // Konfiguriere SleepMode Wire.endTransmission(); // Stoppe Kommunikation - Sende Stop Bit Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); // Datentransfer initiieren Wire.write(0xFE); // Wähle PRE_SCALE register (Command Register) Wire.write(0x03); // Set Prescaler. Die maximale PWM Frequent ist 1526 Hz wenn das PRE_SCALEer Regsiter auf "0x03h" gesetzt wird. Standard : 200 Hz Wire.endTransmission(); // Stoppe Kommunikation - Sende Stop Bit Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); // Datentransfer initiieren Wire.write(0x00); // Wähle Mode 1 Register (Command Register) Wire.write(0xA1); // Konfiguriere Chip: ERrlaube All Call I2C Adressen, verwende interne Uhr, // Erlaube Auto Increment Feature Wire.endTransmission(); // Stoppe Kommunikation - Sende Stop Bit } void Init_PWM_Outputs(byte PWM_ModuleAddr) { digitalWrite(OE_Pin, HIGH); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). for ( int z = 0; z < 16 + 1; z++) { Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Wire.write(z * 4 + 6); // Wähle PWM_Channel_ON_L register Wire.write(0x00); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Wire.write(z * 4 + 7); // Wähle PWM_Channel_ON_H register Wire.write(0x00); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Wire.write(z * 4 + 8); // Wähle PWM_Channel_OFF_L register Wire.write(0x00); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); Wire.beginTransmission(PWM_ModuleAddr); Wire.write(z * 4 + 9); // Wähle PWM_Channel_OFF_H register Wire.write(0x00); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); } digitalWrite(OE_Pin, LOW); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). } void setup() { //Initalisierung pinMode(PIRA_Pin, INPUT); pinMode(PIRB_Pin, INPUT); Serial.begin(9600); Wire.begin(); // Initalisiere I2C Bus A4 (SDA), A5 (SCL) Init_PWM_Module(PWM_Module_Base_Addr); Init_PWM_Outputs(PWM_Module_Base_Addr); noInterrupts(); attachInterrupt(0, ISR_PIR_A, CHANGE); attachInterrupt(1, ISR_PIR_B, CHANGE); TCCR1A = 0x00; TCCR1B = 0x02; TCNT1 = 0; // Register mit 0 initialisieren OCR1A = 33353; // Output Compare Register vorbelegen TIMSK1 |= (1 << OCIE1A); // Timer Compare Interrupt aktivieren interrupts(); } void Down_to_Up_ON() { Pwm_Channel = 0; Pwm_Channel_Brightness = 0; while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) { Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr); Wire.write(Pwm_Channel * 4 + 8); // Wähle PWM_Channel_0_OFF_L register Wire.write((byte)Pwm_Channel_Brightness & 0xFF); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr); Wire.write(Pwm_Channel * 4 + 9); // Wähle PWM_Channel_0_OFF_H register Wire.write((Pwm_Channel_Brightness >> 8)); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); if (Pwm_Channel_Brightness < 4095) { Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness + Delay_Stages; if (Pwm_Channel_Brightness > 4095) { Pwm_Channel_Brightness = 4095; } } else if ( Pwm_Channel < Num_Stages + 1) { Pwm_Channel_Brightness = 0; delay(200); Pwm_Channel++; } } } void Down_to_Up_OFF() { Pwm_Channel = 0; Pwm_Channel_Brightness = 4095; while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) { Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr); Wire.write(Pwm_Channel * 4 + 8); // Wähle PWM_Channel_0_OFF_L register Wire.write((byte)Pwm_Channel_Brightness & 0xFF); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); Wire.beginTransmission( PWM_Module_Base_Addr); Wire.write(Pwm_Channel * 4 + 9); // Wähle PWM_Channel_0_OFF_H register Wire.write((Pwm_Channel_Brightness >> 8)); // Wert für o.g. Register Wire.endTransmission(); if (Pwm_Channel_Brightness > 0) { Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness - Delay_Stages; if (Pwm_Channel_Brightness < 0) { Pwm_Channel_Brightness = 0; } } else if ( Pwm_Channel < Num_Stages + 1) { Pwm_Channel_Brightness = 4095; delay(200); Pwm_Channel++; } } } void loop() { if ((Motion_Trigger_Down_to_Up) and !(On_Delay)) { Seconds24 = 0; On_Delay = true; Down_to_Up_ON(); Motion_Trigger_Down_to_Up = false; } if ((On_Delay) and (Seconds24 > Delay_ON_to_OFF)) { Motion_Trigger_Down_to_Up = false; On_Delay = false; Down_to_Up_OFF(); } }
Ich wünsche viel Spaß beim Nachbauen dieses Projektes und bis zum nächsten Teil.
Weiterlesen:
Eine elegante automatische Treppenbeleuchtung (Teil2)
20 Kommentare
Mathias
Hallo,
Ich probiere mich gerade an dem Projekt mit 17 Stufen. Komponenten habe ich fast alle schon gekauft.
Ich hätte eine Frage zur Spannungsquelle.
→ Ich hätte einen LED Trafo (Amazon: Innovate LED 24V – 0-50W) für die LED Stripes (Amazon: Lepro 10m 12V). Diese verbinde ich laut Schemazeichnung mit den IRF520 MOS Driver Modul 0-24V 5A.
→ Jetzt benötige ich noch eine 2.Spannungsquelle für den MB102 Netzteil Adapter wenn ich das richtig verstanden habe? Gibt es hier Beispiele die geeignet wären als Netzteil?
Danke für die Unterstützung.
Lg
Andreas Wolter
@Kai Schunke: in den meisten fällen werden dafür die Relais-Module verwendet, da dort schon alle Komponenten aufgelötet sind. Ich habe extern in einem Forum eine ähnliche Anfrage gefunden, in der die Verwendung eines blanken Relais erklärt wird: https://www.stummiforum.de/t108800f21-Relais-zur-Lichtschaltung-mit-Arduino.html
Wie die Module eingesetzt werden, finden Sie auch hier im Blogbereich. Dafür in die Suche bitte kurz “Relais” eingeben und dann die Ergebnisse “Seiten (x)” auswählen.
Im Sketch müsste dann überall dort, wo die LEDs gedimmt werden, vorher das Relais geschaltet werden. Wenn ich die Idee mit dem Netzteil richtig verstanden habe.
Ich hoffe, das hilft Ihnen weiter.
Grüße,
Andreas Wolter
AZ-Delivery Blog
kai Schunke
hallo …
die Bauteile habe ich alle da. Es soll eine THB mit 11 Stufen werden. Ich habe vor ein ehemaliges PC Netzteil für die Versorgung zu nehmen.
Das ist umgebaut ,alte Kabel Niederspannung ausgelötet und nur 12V / 5V und 5V Standby Spannung nach außen geführt.
Die 5V Standby sind an wenn das Netzteil Strom hat und 12V / 5V werden erst aktiv wenn ein Relais den grünen Draht mit GND vom NT
verbindet … da drüber wird das Netzteil erweckt. (mit dem grünen Draht wird das Netzteil auch im PC erweckt)
So nun zu meiner eigentlichen Frage …
Wie ist es möglich im Scetch oder so das Relais mit einzubinden ?
Wenn die Schaltung per Bewegungsmelder (de) aktiviert wird soll ein GPIO vom NANO das Relais einschalten (ausschalten) und somit
dann die 12V (de)aktivieren. Das Relais ist eins was für ESP / Arduino geeignet ist.
Der GPIO vom ARDUINO soll das Relais einschalten wenn die Bewegung erkannt wird oder ausschalten wenn keine mehr vorhanden ist.
Mit dem Relais wird grün mit Masse vom Netzteil ( Niederspannung) geschalten und das Netzteil soll „munter“ werden.
Danke für Tips
Mit freundlichen Grüßen
Kai
Andreas Wolter
@Maik: der passende Mikrocontroller ist in der Liste oben verlinkt. Das Netzteil mit über 8A sollte reichen. Den Gesamtbedarf des Stromes könnte man erhalten, wenn man die Ströme aller Verbraucher zusammenrechnet. Es hängt also davon ab, was für Verbraucher Sie verwenden.
Maik
Ich verfolge das Projekt nun schon länger und würde mich einfach mal dran machen, nach dem Motto man wächst mit seinen Aufgaben. Was für einen Arduino benötige ich denn und würde ein Netzteil 24V mit max. 8,3A reichen wenn ich das mit LED umsetze?
Andreas Wolter
@Tony: RGB LEDs (die adressierbaren Neopixel mal ausgenommen) sind im Grunde drei LEDs mit verschiedenen Farben. Als erstes würde ich versuchen, statt zwei einfarbige LEDs drei farbige LEDs anzuschließen. Im Code müsste man dann die Helligkeit der drei Kanäle per Offset einstellen, um die gewünschte Farbe zu erhalten.
Tony
Moin, cooles Projekt, aber bekomme ich es mit RGBs umgesetzt? VG Tony
Helmut Tack
Zunächst, tolles Projekt. Ich habe mich schon an einem Projekt eines anderen Entwicklers heran getraut, aber die von ihm implementierte 220V Abschaltung mit Relais funktioniert nicht wirklich. Irgendwas am Quellcode ist da im Argen. Hilfe, wie so oft, der Fehler sitz vor der Tastatur. Da ich nicht gerne in anderen Codes herumkrame, habe ich mit Freuden dieses Projekt gefunden.
1. Frage : Brauch ich für 10 SDufen 10 PCA9685 16 Kanal 12 Bit PWM Driver oder nur einen?
2. Frage : Kann der Code um eine 220V Stromabschaltung per Relais erweitert werden. Wäre der Sicherheits- un d Umweltgedanke.
Ich werde das Projekt mal umsetzen und sehen, ob ich wieder (wie beim Mitbewerber) die Materialien und die Zeit in die “Tonne kloppe”
Das Projekt ist für einen lieben Menschen gedacht, dessen sehfähigkeit im Dunkeln gleich Null ist. Damit er noch lange sein Schlafzimmer im Obergeschoss des Hauses nutzen kann, will ich eine soche LED Beleuctung implementieren.
Liebe Grüße und schon mal danke für die Antwort, gerne auch per Mail.
Tobias
Ich kann Wolfgang nur zustimmen. Bitte beachtet im eigenen Interesse alle Sicherheitsbestimmungen, VDE Bestimmungen, im Text genannte Hinweise und natürlich auf eine sichere und saubere Verlegung der Kabel.
Tobias
Ich kann Wolfgang nur zustimmen. Bitte beachtet im eigenen Interesse alle Sicherheitsbestimmungen, VDE Bestimmungen, im Text genannte Hinweise und natürlich auf eine sichere und saubere Verlegung der Kabel.
Wolfgang
Die Idee finde ich toll und ein Anstoß für das Zusammenwirken von Komponenten (auch für andere Projekte.
Aber:
Das Zusammenwirken von Steuerungen mit Lichtstrom (Netzstrom) ist eine echte Herausforderung, weil in unserer technischen Welt alles diesbezüglich mit Sicherheitsvorschriften geregelt ist, deren Nichtbeachtung fatale Folgen haben kann. In diesem Falle trifft die VDE für Kleinspannungen zu. Damit meine ich nicht die ARDUINO Steuerung sondern die Leistungssteuerung. Deswegen unterstütze ich die Kommentare meiner Vorgänger, die Beleuchtung auf LED im Kleinleistungsbereich (<5W) gegenüber X* max ca.100W vorschlagen. Abgesehen von der Wärmeentwicklung. Bei allen Projekten sollte auch die “Klimaverträglichkeit” mitspielen. Etwas, woran sich die “Maker-Szene” heran tasten sollte.
In einigen Kommentaren war die Aktivierung mit Lichtempfindlichkeit angesprochen: Die PIR Module haben 2 Einstellungen: Pulslänge bei Aktivierung und Umgebungshelligkeit.
Im Rettungsdienst sind wir immer wieder mit Verunglückten konfrontiert, die auf Treppen stürzen. Kabel sind nicht selten dabei ein Grund. Bitte, im eigenen Interesse, wenige Kabel und sichere Verlegung, gerade bei Stiegen und Treppen!
Udo Schulz
Es wäre schön, wenn die Lampen , wenn man oben an der Treppe ist, von oben nach unten angehen und wenn man unten ist, von unten nach oben angehen und entsprechend auch ausgehen.
Tobias
vielen Dank für die ganze positive Rückmeldung ! Das Projekt kann ganz einfach auch mit LED Streifen ohne Änderung der Schaltung oder des Codes verwendet werden. Einfach an den Ausgang ein LED Streifen hängen, das wars..
Tim
Hallo
Ich bekomme nur Fehlermeldungen beim Kompilieren.
Arduino: 1.8.10 (Windows 10), Board: “Arduino Nano, ATmega328P”
treppenlicht1:58:16: error: expected primary-expression before ‘,’ token
pinMode(OE_Pin8, OUTPUT); ^treppenlicht1:59:21: error: expected primary-expression before ‘,’ token
digitalWrite(OE_Pin8, HIGH); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). ^C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void Init_PWM_Outputs(byte)’:
treppenlicht1:81:21: error: expected primary-expression before ‘,’ token
digitalWrite(OE_Pin8, HIGH); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). ^treppenlicht1:101:21: error: expected primary-expression before ‘,’ token
digitalWrite(OE_Pin8, LOW); // Active LOW-Ausgangsaktivierungs-Pin (OE). ^C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void Down_to_Up_ON()’:
treppenlicht1:128:22: error: ‘Num_Stages’ was not declared in this scope
while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:128:22: note: suggested alternative: ‘Num_Stages15’
while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~ Num_Stages15treppenlicht1:140:51: error: ‘Delay_Stages’ was not declared in this scope
Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness + Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:140:51: note: suggested alternative: ‘Delay_Stages10’
Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness + Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~ Delay_Stages10C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void Down_to_Up_OFF()’:
treppenlicht1:158:22: error: ‘Num_Stages’ was not declared in this scope
while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:158:22: note: suggested alternative: ‘Num_Stages15’
while (Pwm_Channel < Num_Stages + 1) ^~~~~~~~~~ Num_Stages15treppenlicht1:170:51: error: ‘Delay_Stages’ was not declared in this scope
Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness – Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:170:51: note: suggested alternative: ‘Delay_Stages10’
Pwm_Channel_Brightness = Pwm_Channel_Brightness – Delay_Stages; ^~~~~~~~~~~~ Delay_Stages10C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino: In function ‘void loop()’:
treppenlicht1:192:32: error: ‘Delay_ON_to_OFF’ was not declared in this scope
if ((On_Delay) and(Seconds24 > Delay_ON_to_OFF)) ^~~~~~~~~~~~~~~C:\Users\frogg\Documents\Arduino\treppenlicht1\treppenlicht1.ino:192:32: note: suggested alternative: ‘Delay_ON_to_OFF30’
if ((On_Delay) and(Seconds24 > Delay_ON_to_OFF)) ^~~~~~~~~~~~~~~ Delay_ON_to_OFF30Mehrere Bibliotheken wurden für “Wire.h” gefunden
Benutzt:
expected primary-expression before ‘,’ token
Diddi
Das Projekt finde ich sehr gelungen, aber es fehlt noch ein Lichtsensor um bei Tageslicht nicht unnötig Strom zu verbrauchen.
Ein Kombisensor wäre die ideale Ergänzung.
Andreas
Ich kann Mustafa Sari nur zustimmen, eine Umsetzung mit LED wäre super.
HJThom
Hallo zusammen, ich finde das Thema auch total spannend. Direkt habe ich mir den Aufbau mal angeschaut und stellte mir wie Mustafa die Frage, warum das Geraffel wenn man das Ganze auch mitWS2812B realisieren kann? Die Möglichkeiten sind hier vielfältiger. Die HC-SR501 sind mir persönlich zu großflächig und somit ungenau aber das ist je nach Anwendung verschieden, ich würde auf eine Lichtschranke setzten. Ich verfolge das Thema mal weiter.
Danke und Gruß
HJThom
Dirk
ein toller Sketch den ich ähnlich auch bei YouTube gesehen habe. Was mir fehlt sind ein paar Erklärungen um den Sketch nachvollziehen zu können. Ich werde es auf jeden Fall bauen uns ausprobieren.
Stephan Strittmatter
Tolles Projekt! Ich kann mich da nur anschließen: ich fände eine Variante mit LED-Streifen auch super finden!
Ich bin gespannt.
Mustafa sari
Hi es wäre super, wenn ihr die Beleuchtung mal mit dem LED Streifen umsetzt.
Ich hatte schon lange überlegt ein Lauflicht pro Stufe zu realisieren und ich glaube das würde den meisten auch gefallen.
Über das PWM kann man die einzelnen Stufen dann nach und nach immer heller werden lassen.