Ein Clip sagt mehr als tausend Worte!

Was ist das LeuchtMuff?

Das LeuchtMuff ist ein mikrocontrollergesteuertes LED-basiertes System zur Aquarienbeleuchtung. Es lässt sich jedoch auch für andere Anwendungen verwenden z.B. für Lichtwecker. Es besitzt weiße HighPower-LEDs und (farbige) RGB-LEDs, welche die Farbtemperatur beeinflussen können. Ein Mikrocontroller wird zum Dimmen der LEDs verwendet. Hierbei lassen sich beliebige Verläufe über eine Periode von 24 Stunden programmieren. Somit kann ein ganzer Tag mit Sonnenaufgang, Mittagssonne, Sonnenuntergang mit Abendröte und dem weichen Übergang zu einem fahlen Mondschein simuliert werden. Dabei kann die Intensität des Mondlichts automatisch auf die tatsächliche Mondphase angepasst werden. Die Übergänge laufen sehr sanft über einen Zeitraum von mehreren Stunden. Bei niedriger Helligkeit können durch die RGB-LEDs beliebige Farben zusammen gemischt werden.

Weitere Clips

LMC128 Demonstration, LeuchtMuff Zeitraffer

Welche Vorteile bringt das LeuchtMuff?

  1. Zwischen hell (Licht an) und dunkel (Licht aus) gibt es eine Dämmerung! Somit hat man die Chance dämmerungsaktive Fische auch tatsächlich in Aktion zu sehen.
  2. Weniger Algen und viele neue Blätter an den Pflanzen. Das könnte durch den starken Rot- und Blauanteil der LEDs kommen, der besonders gut für die Photosynthese der meisten Pflanzen sein soll. Der UV-Anteil ist dagegen extrem gering, was nicht gut für Algen ist. Vielleicht hat es auch was mit den langsamen Übergängen zu tun - keine Ahnung!
  3. Es verbraucht weniger Strom. Zwei 30 Watt Leuchtstoffröhren (also insg. 60W) ohne Reflektoren (üblich für ein 180l Aquarium) mit einem Gesamtlichtstrom von 3000 Lumen können problemlos von zwölf HighPower-LEDs mit einem Gesamtlichtstrom von 1428 Lumen ersetzt werden. Dabei verbrauchen die zwölf HighPower-LEDs nur 13,5 Watt! Jetzt stellt sich eine Frage: wieso reichen zwölf LEDs, wenn sie zusammen weniger als die Hälfte des Lichtstroms der Leuchtstoffröhren erzeugen? Die Antwort ist einfach: Die LEDs strahlen mit einem Abstrahlwinkel von 130° auf die Wasseroberfläche, während die Leuchtstoffröhren einen Abstrahlwinkel von 360° besitzen. Ohne spezielle Reflektoren wird somit ein großer Teil des abgestrahlten Lichts von der Aquarienabdeckung absorbiert. Wenn man jedoch Wert auf ein besonders hell beleuchtetes Aquarium legt läßt sich natürlich die Anzahl der LEDs verdoppeln, was mit 27 Watt immer noch eine Ersparnis von >50% ist!
    Atkuell verwende ich zwei kommerzielle HighPower-LED-Leisten mit jeweils 1200 Lumen bei 16,8 Watt. Aber dazu später mehr...
  4. Es ist modular erweiterbar und kann aktuell bereits PH-Elektroden und Temperaturfühler auslesen.

Wie funktioniert das LeuchtMuff?

Elektronik

Das neue LeuchtMuff besteht aus (mindestens) drei Komponenten: einem 12V-Netzteil, einem Mikrocontroller von Atmel und den LEDs. Die LEDs werden durch den Mikrocontroller gedimmt. Das neue LeuchtMuff kann mit beliebigen 12V-LED-Leisten verbunden werden. Die Treiberstufen sind jetzt auf dem Controller integriert.

LEDs

Wie bereits erwähnt werden die LEDs durch den Mikrocontroller gedimmt. Dies geschieht durch PWM-Betrieb der LEDs. Eine geschickte und gängige Methode um die Leuchtstärke von LEDs zu steuern. Die LEDs werden mit einer festgelegten Spannung in ihrem optimalen Arbeitspunkt betrieben. Die Helligkeit steht dabei in direktem, linearen Zusammenhang mit dem jeweiligen PWM-Wert. Das neue LeuchtMuff verwendet PWM-Signale mit 16 Bit Auflösung und einer Frequenz von 225Hz - das ist bei zu schnell für Mensch und Tier um ein Flimmern wahrnehmen zu können!
Für die nötige Power sorgen hocheffiziente HighPower-LEDs. Ich empfehle dazu folgende Komponenten von leds.de:

53801 High-Power SMD LED Leiste weiß 600mm, 1200lm, 12V
56901 Flexible LED Leiste RGB 15 x SMD-LED, 50cm 12V
53810 Aluminium-Profil Set, 600mm

Das gute an diesen beiden LED-Leisten ist, dass sie problemlos nebeneinander in das Aluminiumprofil passen. Somit kann man eine saubere, sehr kompakte WRGB-Leiste mit wenig Aufwand basteln.

Schaltung

Die Grundschaltung ist simpel: Vier I/O-Leitungen des Mikrocontrollers werden als Ausgang für die PWM-Signale verwendet. Die PWM-Signale werden mit MOSFET-Transistoren verbunden, welche die LEDs schalten. Die über den Transistoren abfallende Spannung kann durch den Mikrocontroller gemessen werden, ebenso wie deren Temperatur. Somit ist eine softwäremäßige Überwachung der LEDs samt Notabschaltung (Sicherung in Software) implementiert.
Das Board verfügt außerdem über ein grafisches Display, ein kleines Tastenfeld und ein SD-Kartensockel zum Laden neuer Profildateien und zum Aktualisieren der Firmware.
Zusätzlich gibt es die Möglichkeit weitere Peripherie mit dem Board zu verbinden: Eine Wassertemperatursonde, eine PH-Elektrode und ein DCF77-Empfangsmodul (letzteres ungetestet).

Mikrocontroller

Atmel Atmega128 plus einer externen, batteriegepufferten Echtzeituhr Dallas DS1302.
Fuses können wie folgt gesetzt werden: lfuse: 0x2E hfuse: :0xD0 efuse:0xFF

Bill of materials

Hierzu gibt es einen Warenkorb bei Reichelt, welcher alle wichtigen Bauteile (aber keine Schrauben und Kabel) für einen LMC128 LED-Controller enthält. Platinen können beispielsweise durch PCB-Pool oder Bilex hergestellt werden. Dafür muss einfach nur die Eagle-Board-Datei bei der Bestellung hoch geladen werden.
Als Leuchtmittel kann ich aus eigener Erfahrung die oben genannte Zusammenstellung empfehlen. Das System ist hier jedoch weitgehend flexibel.
Die Treiberstufe ist für bis zu 6A bei 12V, also 72 Watt ausgelegt. Allerdings habe ich sie bisher nur mit maximal 42 Watt betrieben und die Software riegelt aktuell bei 54 Watt ab. Die Treiberstufen der übrigen Farbkanäle sind mit kleineren Kühlkörpern ausgestattet, aber eine Leistungsaufnahme von bis zu 55 Watt pro Kanal sollte machbar sein. Allerdings sind die RGB-Kanäle momentan auf je 2A/24W begrenzt und die Temperatur der Treiberstufen ist auf 70°C beschränkt. Schließlich möchte ich ruhigen Gewissens das Haus verlassen können!

LeuchtMuff-Software Prometheus-RISE aka ledrise

Dies ist die Software für das LeuchtMuff. Sie ist komplett in C (nach ISO C99) programmiert. Die Software steht unter der GPL und wird hier entwickelt. Sehr praktisch ist noch der Bootloader MegaFlasher, welcher die Aktualisierung der Firmware über eine SD-Karte ermöglicht.
Das Kompilieren von Prometheus erfordert den GCC für die AVR-Architektur, den AVR-GCC. Desweiteren ist die avr-libc (in Version 1.4.x) notwendig. Zum Übertragen der Software in den Programmspeicher des Mikrocontrollers empfehle ich AVRDUDE.

Profil-Software "Ledrise-App"

EIn Highlight des neuen LeuchtMuff ist sicherlich die zugehörige Java-Anwendung. Sie hat zwar durchaus noch ihre Haken und Ösen, dennoch ist sie eine wirklich große Hilfe und ein enormer Komfortgewinn beim Modifizieren und Kreieren eigener Leuchtprofile! Sie ermöglicht es einfach mit der Maus die Linien zu Zeichnen, nach denen die Kanäle des LeuchtMuffs gedimmt werden.

Wo kann ich so ein LeuchtMuff kaufen??

Nirgendwo, aber diese Seite kann Dir beim Bau Deines eigenen LeuchtMuffs helfen!

Wer braucht so ein LeuchtMuff??

Mindestens Jeder ;-)