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LM3914-Lauflicht Print E-mail
Friday, 01 August 2003 of Joker

Einleitung

Unser Knight Rider-Lauflicht erfreut sich großer Beliebtheit. Nachteil dieses Lauflichts ist aber, dass es schlecht erweiterbar ist.
In diesem Tutorial zeigen wir Euch ein Lauflicht mit ähnlichem Verhalten, das sich aber problemlos auch auf mehr LEDs erweitern lässt.
Die Grundschaltung ist ein Lauflicht mit 20 Ausgängen und wirklich geringen Bauteileaufwand. Kern des ganzen sind hierbei LM3914-ICs, die vor allem als Bargraphanzeige für Lüftersteuerungen bekannt sind. Diese werden über einen modifizierten LED-Fader angesteuert, und erzeugen so den Lauflicht-Effekt.

Benötigte Komponenten

  • 1x LM 3914 (z.B. Reichelt, Best. Nr. "LM 3914 DIL") [IC1, IC2]
  • 1x LM324N (z.B. Reichelt, Best. Nr. "LM 324 DIL") [IC3]
  • 1x IC Sockel 14polig (z.B. Reichelt, Best. Nr. "GS 14")
  • 2x IC Sockel 18polig (z.B. Reichelt, Best. Nr. "GS 18")
  • 2x IC Sockel 20polig für LED-Bargraph (z.B. Reichelt, Best. Nr. "GS 20")
  • 1x Poti 50k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "PIHER 10-L 50K") [P1]
  • 1x Poti 5k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "PIHER 10-L 5,0K") [P2]
  • 1x Trimmer 5k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "75H 5,0K") [P3]
  • 1x Poti 100k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "PIHER 10-L 100K") [P4]
  • 3x Widerstand 620Ohm (z.B. Reichelt, Best. Nr. "METALL 620") [R1, R2, R6]
  • 2x Widerstand 47k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "1/4W 47k") [R3, R9]
  • 1x Widerstand 1,82k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "METALL 1,82K") [R4]
  • 1x Widerstand 20k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "METALL 20,0k") [R5]
  • 1x Widerstand 100k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "1/4W 100k") [R7]
  • 1x Widerstand 68k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "1/4W 68k") [R8]
  • 1x Widerstand 10k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "METALL 10,0k") [R10]
  • 1x Widerstand 4,7k (z.B. Reichelt, Best. Nr. "1/4W 4,7k") [R12]
  • 2x Elektrolytkondensator 2,2µF (z.B. Reichelt, Best. Nr. "RAD 2,2/63") [C1, C2]
  • 1x Kondensator 47µF (z.B. Reichelt, Best. Nr. "RAD 47/16") [C3]
  • 2x Bargraph-Anzeige (oder andere LEDs) (z.B. Reichelt, Best. Nr. "SRBG 1000") [C3]
  • 2x Stiftleiste (optional, wenn normale LEDs verwendet werden, bzw. nicht direkt auf der Platine gelötet sind) (z.B. Reichelt, Best. Nr. "STIFTL. 2x10G")
  • 2x Buchsenleiste (Gegenstück zur Stiftleiste) (z.B. Reichelt, Best. Nr. "BUCHSENL. 2x10G")
  • 1x Klingeldraht (z.B. Reichelt, Best. Nr. "ZL 214RTW-10")
  • 1x Lochrasterplatine 160x100 (z.B. Reichelt, Best. Nr. "H25PR160")
  • 1x Silberdraht 7m (z.B. Reichelt, Best. Nr. "SILBER 0,8MM")
  • 1x Spannungsversogungsstecker (z.B. Reichelt, Best. Nr. "SVS 5")
  • 1x Kabel gelb (z.B. Reichelt, Best. Nr. "MESSLEITUNG 3GE")

Aufbau

lmlauflicht_schaltplanAls erstes einmal der Stromlaufplan. In der linken Hälfte ist der modifizierte LED-Fader, der auf dem LM324-Operationsverstärker basiert, zu sehen.
Über die an- und absteigende Spannung, die der LED-Fader produziert, werden zwei LM3914-ICs angesteuert. Dabei handelt es sich um LED-Treiber, die je nach Höhe der anliegenden Spannung verschieden viele LEDs leuchten lassen. In der Schaltung werden die ICs im Dot-Modus betrieben, das bedeutet, dass je höher die Spannung ist, immer nur eine LED leuchtet. Somit lässt sich ein hin- und herwandernder Lichtpunkt erzielen.
lmlauflicht_02Wie immer gibt es auch ein Lochrasterlayout dazu, um Euch den Aufbau zu erleichtern. Ganz rechts werden die Stiftleisten montiert, so dass sich über eine Steckverbindung die LEDs anschließen lassen.

lmlauflicht_03lmlauflicht_04

Hier seht ihr das Layout nochmal in Schwarzweiß, um die einzelnen Verbindungen besser zu erkennen.
Rechts daneben die gespiegelte Version des Layouts, die sich zum Löten besser eignet, denn hier sieht man die Platine von der Lötseite.

lmlauflicht_05lmlauflicht_06

Hier die Schaltung nun fertig aufgebaut. An die Stiftleisten rechts kommen wie erwähnt die LEDs, dabei ist der äußere Pin jeweils Plus, der an den ICs jeweils Minus.
Rechts das ganze nochmal von unten. Hier seht ihr dass der Widerstand R10 aus Platzgründen auf der Unterseite angelötet wurde.

lmlauflicht_07Die LEDs können jede beliebige Farbe haben. Nur beachtet, dass der Ausgangstrom maximal ca. 20mA beträgt. Für 30mA-LEDs müssen die Widerstände R1, R6 und R4, R2 neu berechnet werden (siehe weiter unten).
Ich habe das ganze mal mit 2 10er Bargraphen aufgebaut. Um diese leicht austauschen zu können, eignen sich die 20poligen IC Fassungen als "LED-Träger", und die Buchsenleisten als Verbinder mit der auf der Platine befindlichen Stiftleisten.
Ihr könnt natürlich auch problemlos 10 einzelne LEDs an den LM3914 anschließen.

lmlauflicht_08Hier seht ihr nochmal, wie die LEDs über die Steckleisten verbunden sind.
Um die Schaltung in Betrieb zu nehmen, ist nun noch ein wenig Einstellarbeit nötig:
Zunächst wird mit Hilfe des Potis P1 die Ausgangsspannung des Faderteils eingestellt, auf etwas mehr als 5V. Diese 5V sollten vor dem Poti P2 anliegen. Am besten mit einem Multimeter messen. Nun sollte das Lauflicht schon von der ersten LED bis zur letzten gehen.
Wenn die letzte LED nun länger an ist als die erste, dreht ihr langsam das Poti P2 auf, bis die letzte LED etwa gleich lang aufleuchtet wie die erste, dann sollte der Effekt perfekt sein.
Mit dem Trimmer P3 kann man am Lauflicht die unterste LED beeinflussen, ähnl. der letzten LED mit P2. Man kann mit dem Trimmer einstellen ob sie ausgehen soll, wenn das Lauflicht zurück läuft, oder ob das Lauflicht schon bei Erreichen der ersten LED wieder hochläuft.
Mit P4 kann man die Geschwindigkeit des Lauflichts einstellen.

Erweiterung des Lauflichts

Nun möchten wir noch darauf eingehen, wie man die Schaltung auf mehr LEDs erweitern kann. Pro 10 LEDs mehr ist ein weiterer LM3914 IC notwendig.

Der "Erweiterungs IC" wird wie die Vorgänger an Pin 2 mit Masse verbunden, Pin 3 mit +12V. Pin 4 wird mit Pin 6/7 des vorherigen IC´s verbunden. Pin 5 wird mit der Ausgangsspannung am Poti P2 verbunden, wie die anderen Pins 5 der vorherigen IC´s auch.
Pin 6/7 des Erweiterungs ICs werden verbunden, siehe Vorgänger IC´s.
An Pin 6/7 kommt ein Widerstand Rx und ein Widerstand Ry, der an Masse geht, deren Berechnung folgt später. Pin 8 kommt zwischen Rx und Ry. Pin 9 des Vorgänger IC´s wird nur noch mit Pin 1 des neuen IC´s verbunden. An Pin 9 des neuen IC´s wird der Ausgang von Pin 11 gekoppelt.
An Pin 1, 10 bis 18 kommen die neuen LED´s. Zur LED an Pin 1 wird wieder ein 10k Widerstand parallel geschaltet. An den vorgänger IC kommt an Pin 11 ein 20kOhm Widerstand.
Der untenstehende Schaltplan verdeutlicht die Beschaltung.

lmlauflicht_erweiterungNun müssen noch die Widerstände R1, R6, R4, R2 sowie Rx und Ry neu berechnet werden.
Dazu benötigt man erstmal die max. Ausgangsspanung, die man am "Fader" einstellen will. Bleiben wir bei den 5V.

Nun muss man diese 5V auf die Anzahl der IC´s aufteilen, also 5V / Anzahl der ICs.
Z.B. bei 3 ICs: 5V/3 = 1.67V, diese Spannung muss am ersten IC anliegen (Referenzspannung). Am Zweiten die Doppelte, 3.34V, am dritten die dreifache Spannung, 5.01V, usw. Mit diesen Werten lassen sich nun die Widerstände berechnen.

Wer 20mA Ausgangsstrom für die LEDs beibehalten will, kann R6, R2 und Rx mit 620 Ohm beibehalten.
Wer mehr (max. 30mA) oder weniger Strom braucht muss diese Widerstände neu berechnen:
Rx, R2, R6 = 12.5 / benötigte Ampere

Nun benötigen wir noch neue Werte für Ry, R1 und R4, die man mit dieser Formel neu ausrechnet:
Ry, R1, R4 = Rx*((IC Ref. Spannung/1.25V)-1) .

Zum Beispiel für drei ICs, bei 20mA Ausgangsstrom:
Rx, R6, R2 bleiben 620Ohm.
IC1 hat Ref. Spannung 1.67V =>
R1 = 620Ohm*((1.67V/1.25V)-1) = ~220Ohm
IC2 hat Ref. Spannung 3.34V =>
R4 = 620Ohm*((3.34V/1.25V)-1) = ~1kOhm
IC3 hat Ref. Spannung 5.01V =>
Ry = 620 Ohm*((5.01V/1.25V)-1) = ~1.87kOhm.

Nehmt Widerstände mit einer Toleranz von 1%. Sonst kann es schnell zu Abweichungen kommen.
Für 4 ICs rechnet ihr die Widerstände mit den richtigen Spannungen entsprechend obigem Schema aus.
Achtung: Die minimale Referenzspannung der LM3914 beträgt 1.2V! Das bedeutet, dass bei 4 LM3914 (=40 LEDs) bei diesem Lauflicht Schluss ist (5V : 4 = 1.25V). Die Ausgangsspannung des Faderteils kann zwar noch geringfügig höher eingestellt werden, so dass für jeden IC etwas mehr Spannung übrigbleiben würde, aber überhalb von ca. 6V geht der Fade-Effekt verloren, das Lauflicht würde nicht mehr richtig funktionieren.

Laut Datenblatt lassen sich bis zu 10 LM3914 zusammenschalten, aber um diese als Lauflicht betreiben zu können, müsste man sich eine Fader-Ansteuerung überlegen, die von 0-12V linear auf- und abfadet.

lmlauflicht_10

Im Anhang findet ihr noch zwei Videos eines Lauflichts mit 20 LEDs in Aktion.

Ergebnis

Mit dieser Schaltung wird ein ähnlicher Effekt erreicht wie mit dem Knight Rider Lauflicht, aber dieses Lauflicht hier kann recht einfach auf mehr LEDs in der Lichterkette erweitert werden.

 
 

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