Dimmbare Leuchtstofflampe mit Infrarotfernbedienung
Beschrieben wird die Ansteuerung einer Leuchtstofflampe mit einer Standard Infrarotfernbedienung nach dem RC5 Standard.
!!! Achtung Lebensgefahr !!!
Dieses Gerät arbeitet mit 230V Netzspannung. Diese Schaltung dürfen nur
Leute mit entsprechender Ausbildung aufbauen.
Die folgende Beschreibung bezieht sich vorwiegend auf die Ansteuerung eines "Dimmbaren EVG" für Leuchtstoffröhren mit einer herkömmlichen Infrarotfernbedienung nach dem Philips RC5 Standard. Dabei wird auch der Umbau einer einfachen Leuchtstofflampe aus dem Baumarkt beschrieben. Dieser Umbau ist nur von technisch versierten und zugelassenen Fachleuten auszuführen. Laien müssen diesen Umbau von zugelassenen Fachleuten vornehmen lassen. Bei unsachgemäßen Veränderungen besteht ausdrücklich Lebensgefahr!
Leuchtstoffröhren sind schon länger im Einsatz. Ich habe um 1968 meine erste Lampe mit einer Leuchtstoffröhre an meinem damaligen Bastelplatz installiert. Irgendwann kamen die farbigen Exemplare an Wohnzimmerfenstern in Mode. In Werkhallen fand diese Lichtquelle schnell eine große Verbreitung. Der Vorteil der Leuchtstoffröhre, wie z.B. die hohe Leuchtkraft bei geringer Energieaufnahme, wurde aber auch mit Nachteilen erkauft. So flackern die Leuchtstoffröhren beim Einschalten und manchmal dauert es einige Sekunden bis Leuchtstoffröhren Licht erzeugen. Wer einmal einen fensterlosen WC Raum betreten hat, und nach Betätigung des Lichtschalters im Dunkeln stand, weiss wovon ich rede. Richtig nerven können Leuchtstoffröhren, die ihre Lebensgrenze erreicht haben und ständig flackern. Für manche Augen ist auch die warnehmbare 50Hz Netzfrequenz nicht angenehm.
Aber Technologien kann man verbessern. Der heutige Standard heist EVG (Elektronisches Vorschalt Gerät). Diese Geräte sorgen für schnelles, flackerfreies Einschalten von Leuchtstoffröhren. Der "Starter" entfällt. Die 50Hz Netzfrequenz wird durch eine viel höhere Frequenz ersetzt, so dass kein flimmern mehr wahrnehmbar ist. Ein EVG kann erkennen, wann die Lebensdauer einer Leuchtstoffröhre erreicht ist und schaltet die Leuchtstoffröhre dann nicht mehr ein.
Eine zusätzliche Verbesserung eines EVG ist ein "Dimmbares EVG". Darunter versteht man ein EVG, das die Helligkeit einer Leuchtstoffröhre steuern kann. Die Ansteuerung eines "Dimmbaren EVG" kann durch digitale oder analoge Verfahren erfolgen.
In diesem Beitrag wird das analoge Verfahren verwendet. Dabei wird ein "Dimmbares EVG" mit einer Gleichspannung von etwa 0 bis 10V angesteuert. Das ist praktisch ein Industriestandard. Somit kann man jedes "Dimmbare EVG", das diesen Standard erfüllt einsetzen. Der Anwender muss das EVG nur nach der erforderlichen Leistung der einzusetzenden Leuchtstoffröhre aussuchen.
Ich verwende in dieser Beschreibung eine komplette Standard T8 Leuchtstofflampe aus dem Baumarkt. Diese Lampe ist für einen festen Anschluss mit Schutzleiter in trockenen Räumen vorgesehen. Das Gehäuse besteht aus Metall. Die Leuchtstofflampe ist 120cm lang, hat eine Leistung von 36W, einen einfachen Starter und eine entsprechende Vorschaltdrossel. Sie entspricht der alten Technologie und ist immer noch handelsüblich.
Die Leuchtstoffröhre wird entfernt und das Gehäuse geöffnet. Die vorhandene Vorschaltdrossel und der vorhandene Starter werden entfernt. Der Starter muss elektrisch kurzgeschlossen werden. Man hat dann jeweils zwei Drähte der linken und rechten Leuchtstoffröhren Halterung. Das EVG wird anstelle der Vorschaltdrossel in das Gehäuse eingebaut. Das EVG ist länger als die Vorschaltdrossel, passt aber ansonsten in das Gehäuse. Ein Befestigungsloch musste neu gebohrt werden. Die Anschlüsse für die Leuchtstoffröhre sind gekenzeichnet.
Es ist darauf zu achten, das es eine sogenannte lange und eine kurze Seite für den Anschluss gibt. Das EVG muß so eingebaut werden, das eine Seite der Leuchtstoffröhre mit kurzen Drähten angeschlossen werden kann. Die verwendeten Drähte müssen für 300V AC und 1A ausgelegt sein. Die Drähte zu den Halterungen werden verdrillt.
Das Bild zeigt die rechte Seite vom EVG mit den Anschlüssen der Leuchtstofflampe. Das EVG wird mit zwei M3 Schrauben + Muttern im Gehäuse befestigt.
Auf der linken Seite vom EVG befinden sich oben der Netzanschluss und unten der Anschluss für die 10V Dimmung. Die Dimmung ist mit minus und plus gekennzeichnet. Der Netzanschluss und die 10V Dimmumg werden mit dem beschriebenen Steuergerät verbunden.
Dieses selbstgebaute Steuergerät erzeugt die Steuerspannung für das EVG. Für die Steuerung benutze ich eine vorhandene Fernbedienung für mein Fernsehgerät. Die Fernbedienung ist für mehrere Geräte umschaltbar und arbeitet mit dem RC5 Standard von Philips.
Das Bild zeigt den Aufbau. Auf der Leiterplatte befinden sich alle notwendigen Bauteile.
Hauptbestandteile sind ein Infrarotempfänger TSOP 1736, ein ATtiny85 Mikrocontroller, ein Tiefpass, ein OPV LM 358 als Spannungsverstärker und für die Ansteuerung des EVG, sowie die Stromversorgung. Schaltplan und Leiterplatte sind mit dem Programm Target3001 V14 erstellt.
Leuchtstofflampen können nicht bis auf Null = aus gedimmt werden. Deshalb habe ich für das Ein- Ausschalten ein elektronisches Lastrelais eingebaut. Es arbeitet zuverlässig und geräuschlos. Der Netztrafo ist eine spezielle Ausfertigung für den sparsamen Dauerbetrieb. Mit einem Energiemonitor habe ich eine Leistungsaufnahme von weniger als 0,8W im Standbybetrieb der Schaltung gemessen. Die LED ist für Testzwecke im Mustergerät vorgesehen und für den Betrieb nicht notwendig. Diode D2 ist eine Transildiode mit rund 23V Durchbruchspannung und verhindert zusammen mit Sicherung F2 Schäden am Steuergerät, wenn das EVG mal Probleme bereiten sollte.
Die eigentliche EVG Steuerung übernimmt der Controller mit einem PWM Signal von etwa 3,8KHz. Daraus erzeugt IC2 das 0-10V Steuersignal. Für den Controller verwende ich einen ATMEL ATtiny85. Es sind auch die Typen ATtiny25 und ATtiny45 einsetzbar. Der Controller befindet sich auf einer IC Fassung und muss zur Programmierung aus der Schaltung entfernt werden.
Die Steuerplatine wird in das Baumarktgehäuse der T8 Leuchtstofflampe in etwa 15cm Abstand vom EVG eingebaut. Dazu werden vier 3,2mm Löcher in das Gehäuse gebohrt.
Auf die M3x15mm Linsenschrauben kommen zuerst 2mm Kunststoffscheiben. Darauf kommt eine 2mm Kunststoffplatte zur Isolation. Die Platine wird dann mit 5mm Kunststoffbuchsen auf die Schrauben gesetzt.
Das Ganze wird mit Muttern verschraubt. Die Schrauben ragen nur 1mm über die Muttern hinaus.
Aus dem Bestückungsplan der Platine sind die Anschlüsse zu ersehen. Rechts oben wird das Netzkabel angeschlossen. Rechts unten sind die EVG Anschlüsse.
Links unten befinden sich die Klemmen für die EVG Steuerspannung. Dabei ist die Polarität zu beachten.
Damit der Infrarotempfänger Signale empfangen kann, muß an seiner Stelle eine Öffnung in das Lampengehäuse geschnitten werden. Das betrifft sowohl Unter- als auch Oberteil.
Die Öffnung wird mit einer durchsichtigen Klebefolie verschlossen. Die Lampe ist bei mir mit dieser Öffnung zur Decke auf einer Schrankwand montiert. Wenn man die Fernbedienung zur Decke richtet reicht die Signalstärke vollkommen aus.
Bevor der Deckel die Lampe verschließt, wird noch das Erdungskabel vom Deckel mit dem Schutzkontakt verbunden und die alte Öffnung vom Starter mit Klebeband abgedeckt.
Die ATtiny85 Software ist mit der Demoversion von BASCOM AVR geschrieben. Die Software ist weitgehend mit Kommentaren versehen und sollte als Entwicklungshilfe für eigene Ideen verstanden werden.
Die Software ist für eine ATtiny85 Taktfrequenz von 8MHz eingestellt. Dafür muss die voreingestellte interne Taktteilung durch 8 entfernt werden. Das Bild zeigt wie es im AVR Studio aussehen sollte.
Ich habe eine Infrarotfernbedienung von Philips. Damit kann man acht verschiedene Geräte steuern. Ich benutze das Gerät TAPE. Dieses hat die Adresse 18. Die Kommandos entsprechen den Tastennummern. Um Adressen und Kommandos meiner Fernbedienung herauszufinden habe ich das in der BASCOM Hilfe unter GETRC5 angegebene Testprogramm auf einem ATmega8 verwendet.
In dieser Version ist folgendes realisiert:
Taste 1: Schaltet Leuchtstofflampe ein
Taste 4: Schaltet Leuchtstofflampe aus
Taste 2: Leuchtstofflampe bis max. Helligkeit dimmen
Taste 5: Leuchtstofflampe bis min. Helligkeit dimmen
Taste 3: Leuchtstofflampe einschalten und zeitgesteuert hochdimmen
Taste 6: Leuchtstofflampe bis min. Helligkeit zeitgesteuert dimmen und dann ausschalten
Der Controller speichert den Helligkeitswert der Leuchtstofflampe nach dem Ausschalten mit Taste 4. Dieser Wert wird dann beim Einschalten bzw. beim zeitgesteuerten hochdimmen wieder eingestellt.
Probleme bereitet in der Software die Zeitsteuerung. Der ATtiny85 hat nur zwei Timer. Timer0 ist für die RC5 Auswertung reserviert. Timer1 erzeugt das PWM Signal. Im Bascom Simulator habe ich für einen Schleifendurchlauf mit RC5 Abfrage rund 132ms ermittelt. Danach werden die Werte für die Zeitverzögerung berechnet. Erreicht werden soll, das bei beliebiger Dimmung immer die gleiche Zeit eingehalten wird. Da aber Integer Variablen verwendet werden, ist rein rechnerisch eine Abweichung von bis zu 30s nach unten zu erwarten, je nach dem, welchen Wert das PWM Signal gerade hatte. Der zusätzliche Fehler durch unterschiedliche Programmabläufe in der Schleife ist zu vernachlässigen. Die Zeit kann in der Konstante Time_down eingestellt werden. Der Beispielwert erzeugt Zeitverzögerungen zwischen 4,5 und 5 Minuten. Zulässig ist der Wertebereich einer Wordvariablen.
Die zeitverzögerte Dimmung arbeitet mit dem vollem 8Bit Umfang der PWM. Bei der Dimmung per Hand mit den Tasten 2 und 5 wird nur jede dritte Stufe benutzt. So kommt man in gut 11s durch den vollen Bereich. Das ist in der Praxis völlig ausreichend.
